Einführung in Verkehr und Logistik

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1 WS 13/14 Einführung in Verkehr und Logistik 1 / 28 Einführung in Verkehr und Logistik (Bachelor) Fallstudie zur Distributionsplanung (Nur zur internen Verwendung!) Univ.-Prof. Dr. Knut Haase Institut für Verkehrswirtschaft Wintersemester 2013/2014, Dienstag 10:15-11:45 Uhr, Phil E WS 13/14 Einführung in Verkehr und Logistik 3 / 28 Hintergrund Diplomarbeit in Kooperation mit der TSS GmbH TSS GmbH I Transporte, Kran-/Hilfsgeräteleistungen, Eisenbahnlogistik, Lager und Versand I Logistikdienstleistungen u.a. für die Veredlung (Vattenfall Braunkohle)

2 WS 13/14 Einführung in Verkehr und Logistik 4 / 28 Diplomarbeit I Ermittlung optimaler Regionallagerstandorte für die kapazitätsbedingte Auslagerung palettierter Braunkohlenbriketts aus dem Werkslager Schwarze Pumpe I Kunden-Lager-Struktur unter Einbeziehung der Transportlogistik vom Produktionswerk zu den Lagerstandorten sowie zu den einzelnen Kunden I Modellgestützter Planungsansatz WS 13/14 Einführung in Verkehr und Logistik 5 / 28 Supply Chain der (veredelten und palettierten) Braunkohlenbriketts

3 WS 13/14 Einführung in Verkehr und Logistik 6 / 28 Produktion und Nachfrage von Braunkohlebriketts WS 13/14 Einführung in Verkehr und Logistik 7 / 28 Bestehendes Distributionsnetzwerk

4 WS 13/14 Einführung in Verkehr und Logistik 8 / 28 Transport I Einsatz von Straßen- und/oder Schienengüterverkehr I Kundenbelieferung ausschließlich mit LKW durch unterschiedliche Spediteure vom Werkslager oder vom Regionallager I Lagerbelieferung mit LKW und/oder Bahn möglich (multimodaler Transport) I Produktionslager verfügt über Gleisanschluss I Ab ca. 280 km Transportkostenvorteil Schiene gegenüber Straße WS 13/14 Einführung in Verkehr und Logistik 9 / 28 Planungsdaten Perioden Monate Jährliche Produktion Paletten Jährlicher Absatz Paletten Anzahl Kunden Potenzielle Lager mit ausschließlich Straßenanbindung 96 Potenzielle Lager mit Bahnanbindung 26 Lagerkapazität Werkslager Schwarze Pumpe Paletten Regionallager - Ein- und Auslagerungskosten 3,17 EUR/Palette - Monatliche Mietkosten 1,17 EUR/Palette Maximale Abfahrten an Zügen pro Monat im Werkslager (5er Wagen-Gruppen) 48 Maximale Ankünfte an Zügen pro Monat im Regionallager 20 Waggonkapazität 43 Paletten

5 WS 13/14 Einführung in Verkehr und Logistik 10 / 28 WS 13/14 Einführung in Verkehr und Logistik 11 / 28 Transportkosten Schiene I Trassenkosten + Kosten der Anschlussbahn I Ermittlung der Trassenkosten durch lineare Regression Fragestellung Optimierungspotenzial?

6 WS 13/14 Einführung in Verkehr und Logistik 13 / 28 Zur Formalisierung als mathematisches Modell sind I Mengen, I Parameter, I Variablen, I Zielfunktion, I Nebenbedingungen und I Wertebereiche der Variablen zu definieren. WS 13/14 Einführung in Verkehr und Logistik 14 / 28 Notation I Mengen und Indices I K J R B B Knotenmenge für das Werkslager in Schwarze Pumpe (i = 1), die potenziellen Regionallager und die Kunden; Indices: i ; j ; k ; r ; b Knotenmenge für die Kunden K I Knotenmenge für das Werkslager (j = 1) und die potenziellen Regionallager J I Knotenmenge für die potenziellen Regionallager R J Knotenmenge für die potenziellen Regionallager mit Bahnanschluss B R Knotenmenge für die potenziellen Regionallager ohne Bahnanschluss B R

7 WS 13/14 Einführung in Verkehr und Logistik 15 / 28 Notation II Mengen und Indices E T Pfeilmenge E I I, wobei ein Pfeil (i ; j) 2 E einen möglichen LKW-Transport vom Knoten i zum Knoten j repräsentiert; die Bahntransporte werden separat betrachtet geordnete Periodenmenge (Monate); Index t WS 13/14 Einführung in Verkehr und Logistik 16 / 28 Notation III Parameter n k ;t q t c i ;j c b m Anzahl nachgefragter Paletten des Kunden k in Periode t Anzahl produzierter Paletten in Periode t Kosten pro Palette eines Transportes mit dem LKW von Knoten i zum Knoten j mit (i ; j) 2 E Gesamtkosten eines Bahntransportes vom Werkslager zum Regionallager b 2 B maximale Anzahl zu nutzender Lager (Managementvorgabe)

8 WS 13/14 Einführung in Verkehr und Logistik 17 / 28 Notation IV Variablen F x i ;j ;t w b;t L j ;t L j ;0 y r Zielfunktionswert; Transportkosten und Lagerkosten Anzahl mit dem LKW transportierter Paletten vom Knoten i zum Knoten j in Periode t Anzahl Züge vom Werkslager zum Regionallager b 2 B in Periode t Lagerbestand im Lager j 2 J am Ende der Periode t Anfangslagerbestand im Lager j 2 J; resultiert aus dem Endlagerbestand in Periode t = 12. =1, falls Regionallager r 2 R zu nutzen ist (0, sonst) WS 13/14 Einführung in Verkehr und Logistik 19 / 28 Modellgleichungen I Zielfunktion min F = t=1 (i ;j)2e 12 t=1 b2b 12 t=1 r 2R 12 t=1 r 2R c i ;jx i ;j ;t (Transportkosten mit dem LKW) c b w b;t (Transportkosten mit der Bahn) 1:17(L r ;t 1 + x 1;r ;t w r ;t) (Mietkosten; L r ;0 = L r ;12) 3:17(x 1;r ;t w r ;t) (Ein- und Auslagerungskosten)

9 WS 13/14 Einführung in Verkehr und Logistik 20 / 28 Modellgleichungen II Lagerbestandsgleichungen L j ;0 = L j ;12 L 1;t 1 + q t L b;t 1 + x 1;b;t r 2R x 1;r ;t k2k j(b;k)2e L b;t 1 + x 1;b;t w b;t k2k x 1;k ;t x b;k ;t = L b;t k2k j(b;k)2e b2b für alle j 2 J 43 5 w b;t = L 1;t für alle t x b;k ;t = L b;t für alle b 2 B ; t für alle b 2 B ; t WS 13/14 Einführung in Verkehr und Logistik 21 / 28 Modellgleichungen III Nachfrage j 2J j(j ;k)2e x j ;k ;t = d k ;t für alle k 2 K ; t Anzahl Abfahrten an Zügen im Werkslager b2b w b;t 48 für alle t Anzahl ankommende Zügen im Regionallager w b;t 20 für alle t ; b 2 B

10 WS 13/14 Einführung in Verkehr und Logistik 22 / 28 Modellgleichungen IV Anzahl zu nutzender Regionallager r 2R y r m Nutzung eines Regionallagers (Kopplungsgleichungen) T t=1 k2k (r ;k)2e x r ;k ;t y r für alle r 2 R WS 13/14 Einführung in Verkehr und Logistik 23 / 28 Modellgleichungen V Wertebereiche y r w b;t L j ;t x i ;j ;t 2 f0; 1g für alle r 2 R 0 und ganzzahlig für alle b 2 B ; t 0 für alle j 2 J ; t 0 für alle (i ; j) 2 E ; t

11 WS 13/14 Einführung in Verkehr und Logistik 25 / 28 Ergebnisse I Implementierung und Lösung unter Verwendung GAMS/Cplex 1 WS 13/14 Einführung in Verkehr und Logistik 26 / 28 Ergebnisse II

12 WS 13/14 Einführung in Verkehr und Logistik 27 / 28 Ergebnisse III 1 Vgl. [RB10] und [MMvdE + 08] WS 13/14 Einführung in Verkehr und Logistik 28 / 28 Literaturhinweise I McCarl, B.A., A. Meeraus, P. van der Eijk, M. Bussieck, S. Dirkse und P. Steacy: McCarl GAMS User Guide. gams. com/docs/document. htm, Rosenthal, R.E. und A. Brooke: GAMS: A User s Guide. GAMS Development Corp., 2010.