Tourenplanung für menschliche und/oder automatisierte Kommissionierer in modernen Distributionszentren

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Bock; Professor Dr. Nils Boysen
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 502273254

Die großen Veränderungen, die mit dem Siegeszug des E-Commerce einhergehen, machen auch vor den Distributionszentren und Lägern nicht halt, in denen die zahlreichen Bestellungen der Kunden unter großem Zeitdruck zusammengestellt werden müssen. Diese entwickeln sich immer mehr zu hoch¬automatisierten Distributionsfabriken, in denen Menschen mit stationären Maschinen und mobilen Robotern zusammenarbeiten. Das beantragte Projekt zielt darauf ab, die Abläufe in modernen Lagerhäusern des E-Commerce durch eine optimierte Tourenplanung der Kommissionierprozesse effizienter zu gestalten. Die Tourenplanung im Lager, die den Weg eines typischerweise menschlichen Kommissionierers entlang der Regalreihen zum Zusammenstellen einer Kundenbestellung festlegt, ist (salopp gesagt) einer der Klassiker im Forschungsgebiet des Operations Research. Moderne Läger, speziell für den E-Commerce, aber sehen sich häufig neuen technischen Möglichkeiten und Prozessabläufen gegenüber, welche der klassischen Tourenplanung wichtige (und für eine Optimierung neuralgische) Rahmenbedingungen hinzufügen. Beispiele reichen von der Tourenplanung von menschlichen Regalbefüllern in sogenannten Scattered Storage Lägern, über die Kooperation von menschlichen Kommissionierern und mobilen Transportrobotern, bis hin zur Koordination von autonomen Kommissionierrobotern unter Echtzeitbedingungen. Das beantragte Projekt zielt auf die Entwicklung leistungsstarker Optimierungsalgorithmen für sechs neuartige Tourenplanungsprobleme in modernen Lägern. Dabei stehen in dem Projekt insbesondere exakte Lösungsverfahren im Mittelpunkt, welche im Lagerwesen eine besondere Herausforderung darstellen. Läger haben gemeinhin einen sehr regelmäßigen Aufbau, bestehend aus parallelen Kommissioniergängen und zwei oder mehr Quergängen zu deren Verbindung. Die daraus resultierende spezielle Struktur der Entfernungsmatrizen erlaubt es einige Tourenplanungsprobleme exakt in polynomialer Zeit zu lösen, die in anderen Bereichen (etwa für generelle Straßennetze) kaum effizient lösbar sind. Dementsprechend geht der Entwicklung, Implementierung und eingehenden Evaluierung der Algorithmen stets eine genaue Untersuchung von Struktureigenschaften voraus. Auf diese Weise sollen unsere Algorithmen leistungsfähige Blaupausen liefern, die sich ohne viel Anpassungsaufwand in Entscheidungsunterstützungs- und Planungssysteme für den Praxisbetrieb in modernen Distributionszentren integrieren lassen sollen. Die Erkenntnisse, die in den anwendungsgetriebenen Teilprojekten gewonnen wurden, sollen in einem mehr generalisierenden theoretischen Teilprojekt verallgemeinert werden. Dies soll erforschen, wie und unter welchen Bedingungen die parallele Gangstruktur gezielt für effiziente Lösungsverfahren ausgenutzt werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen