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Optimierung in der Entsorgungslogistik

(Teil des BMBF-Verbundvorhabens: OVERSYS - Optimierung der Transport- und Ressourcenplanung spezifischer Schienen- und Straßenverkehrssysteme)

 

Hintergrund

Im Bereich der Entsorgungslogistik stellen die Planung geeigneter Entsorgungsreviere sowie die Personaleinsatzplanung zwei zentrale Herausforderungen dar. Bei der Revierplanung ist es ein großes Problem zu bestimmen, wann die Abfallbehälter von  Haushalten in einem Entsorgungsgebiet durch welches Fahrzeug regelmäßig geleert werden sollen. Auf der einen Seite soll dem Bürger ein verlässlicher Abfallkalender an die Hand gegeben werden, auf der anderen Seite muss ein Entsorgungsunternehmen diese Dienstleistung möglichst effizient, d.h. vor allem mit einer passenden Anzahl an Fahrzeugen und Personal, erbingen. 

Im Rahmen einer Revierplanung müssen dabei für jedes Fahrzeug Tagestouren so geplant werden, dass innerhalb eines bestimmten zeitlichen Zyklus die Behälter von jedem Straßenabschnitt in genau einer Tagestour eines Fahrzeugs geleert werden.

Darauf aufbauend werden im Rahmen einer umfassenden Personaleinsatzplanung für einen vorgegebenen Planungszeitraum (z.B. ein Jahr) jedem (wiederkehrenden) Tagesrevier bzw. den entsprechenden Fahrzeug-Touren konkrete Mitarbeiter zugeordnet. Hierbei sind neben vorgegebenen Anforderungen an Fahrzeugbesatzungen zusätzliche Aspekte wie etwa spezifische Arbeitszeitmodelle und  Arbeitszeitregelungen in der Entsorgungsbranche sowie insbesondere die Erfüllung von Urlaubswünschen aller Mitarbeiter in der Entsorgung zu berücksichtigen.

Ablauf

In einem ersten Schritt wurden die Planungsprozesse der an dem Projekt beteiligten Entsorgungsunternehmen in den Bereichen Revier- und Personaleinsatzplanung analysiert.

Ziel hierbei war es die entscheidenden Faktoren für eine erfolgreiche Disposition von Fahrzeugen und Personal herauszufiltern. In einem zweiten Schritt wurden mathematische Modelle zur Revier- und Personaleinsatzplanung erstellt, welche alle zuvor herausgearbeiteten Faktoren berücksichtigen.

Die konstruierten gemischt-ganzzahligen mathematischen Optimierungsmodelle erforderten aufgrund ihrer enormen Komplexität die Entwicklung neuer leistungsfähiger Verfahren der mathematischen Optimierung, um die sehr spezifischen Anforderungen der Entsorgungslogistik abzudecken und die Planungsprobleme in angemessener Zeit lösen zu können.

Ergebnis

Im Bereich der Revierplanung wie auch der Personalplanung wurden mehrstufige Lösungsansätze entwickelt und implementiert, die sowohl heuristische als auch exakte mathematische Optimierungsansätze miteinander kombinieren (z.B. Dekompositionsansätze, Column Generation, Ressource-Constrained-Shortest-Path Algorithmen, Lagrange Relaxation, Subgradienten-Optimierung, Savings-Verfahren). Die entwickelten mathematischen Optimierungsverfahren sind in der Lage, im späteren Einsatz einen Disponenten sowohl bei der Revierplanung als auch der Personaleinsatzplanung zu unterstützen und bieten ihm dabei über eine Vielzahl möglicher Parameter-Einstellungen ein hohes Maß an Nutzer-Interaktion und Einflussnahme auf die Planungsergebnisse. 

Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Uwe Clausen

 

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