10 Jahre Algorithmenentwurf für die PTV Group

Im Projekt TERRITORY DESIGN haben FZI-Wissenschaftler Verfahren entwickelt, damit zum Beispiel Vertriebsgebiete kompakt und gleichmäßig definiert werden können

Welche Kunden werden von welchen Fahrzeugen in welcher Reihenfolge bedient? Wie viele Con­tainer füllt die Bestellung eines Kunden? Wie sieht eine gute Gebietsaufteilung für Außendienstmitarbeiter aus? Diese und ähnliche Planungsaufgaben adressiert die PTV Group mit ihren Produkten und Komponenten im Bereich Logistics Software. Seit nunmehr 10 Jahren entwerfen und implementieren FZI-Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Direktauftrag für die PTV Group Planungs- und Optimierungsverfahren rund um die Touren- und Gebietsplanung, entwickeln sie weiter und halten sie auf dem aktuellen Stand der Forschung.

Bereits im Jahr 2007 startete die Rahmenvereinbarung zwischen der PTV Group und der damals von Prof. Dr. Kai Furmans am FZI gegründeten Abteilung Logistics Systems Engineering am FZI. Ziel der Kooperation ist es bis heute, praxistaugliche Planungs- und Optimierungsverfahren für die Logistik zu entwerfen und zu entwickeln. Zu Beginn der Kooperation stand die Tourenplanung im Vordergrund. Als im Jahr 2011 Prof. Dr. Stefan Nickel als Direktor ans FZI kam, kamen weitere Themen wie die Gebiets- und Standortplanung hinzu. Seitdem wurde das Themenspektrum der Kooperation Schritt für Schritt ausgeweitet. Um einen kurzen Eindruck über die Breite der gemeinsam entwickelten Ansätze zu geben, wird im Folgenden eine Auswahl an Teilprojekten vorgestellt.


TIME CALC

In einem der ersten Teilprojekte der Kooperation stand die Tourenplanung im Mittelpunkt. Mit der Einführung neuer EU-weiter Sozialvorschriften für das Straßenverkehrsgewerbe galten ab 2007 neue Vorschriften für die Lenk- und Ruhezeiten von Berufskraftfahrern. Um die Algorithmen zur Tourenplanung der PTV Group an die neuen Anforderungen anzupassen, ent­wickelten FZI-Wissenschaftler im Projekt TIME CALC Komponenten, um gesetzeskonforme und effiziente Tourenpläne erstellen zu können.

COST AWARE VRP

Im Projekt COST AWARE VRP beschäftigten sich die FZI-Wissenschaftler mit der Tourenplanung für Flotten mit unterschiedlichen Fahrzeugen wie Transportern, LKW oder Elektrofahrzeugen. Der übliche Ansatz der Tourenplanung, Fahrstrecken zu verkürzen oder die Anzahl der Fahrzeuge zu reduzieren, führte hier häufig zu ineffizienten Ergebnissen. FZI und PTV entwickelten deshalb Verfahren, die mit den realen Kostenstrukturen der Fahrzeugflotte arbeiten und deren Lösungen die gesamten Einsatzkosten minimieren.

TERRITORY DESIGN

In der Gebietsplanung sollen zum Beispiel Vertriebsgebiete oder Auslieferbezirke für Paketzusteller kompakt und gleichmäßig definiert werden, damit die Arbeitslast oder Ertragschancen fair unter den Mitarbeitern verteilt werden. In der Praxis finden sich häufig sehr große Planungsinstanzen mit teilweise mehreren tausend Kunden und vielfältigen Randbedingungen zum Beispiel zu Besuchsfrequenzen oder Fahrstrecken. Um diese Probleme in akzeptabler Zeit möglichst gut lösen zu können, entwickelten FZI-Wissenschaftler im Projekt TERRITORY DESIGN gemeinsam mit der PTV Group neue Optimierungsverfahren.

PACKING

Bei der Packplanung in der Logistik spielen sowohl beim Zusammenstellen von Sendungen in einem Karton als auch beim Beladen eines Seecontainers unterschiedlichste Aspekte eine Rolle: Neben einer möglichst dichten Packung müssen Nebenbedingungen wie Gewichtsgrenzen oder die Stapelbarkeit bedacht werden, damit die Sendungen nicht beschädigt werden. Im Rahmen des Teilprojekts PACKING arbeitet das FZI deshalb gemeinsam mit der PTV Group an der Realisierung praxistauglicher Verfahren zur Packplanung.

RIDE SHARING

In jüngerer Zeit werfen moderne Mobilitätskonzepte wie das Ride Sharing neue Planungsprobleme auf. Beim Ride Sharing werden klassische Taxidienste um die Möglichkeit erweitert, zusätzliche Passagiere „auf dem Weg“ mitzunehmen und die gewonnene Kosteneffizienz durch niedrigere Tarife zu belohnen. Bei der Planung solcher „shared rides“ müssen in Echtzeit Entscheidungen über die Zuweisung von Passagieren zu Fahrzeugen getroffen werden. Dies stellt besondere Anforderungen an die Systemarchitektur und Planungsverfahren. Im aktuellen Projekt RIDE SHARING untersuchen FZI-Wissenschaftler den Stand der Forschung und entwickeln geeignete Algorithmen weiter, um sie an die Anforderungen aus der Praxis anzupassen.


In allen Teilprojekten unterstützt das Team am FZI den gesamten Entwicklungsprozess von der Anforderungserhebung mit Kunden und Vertriebsexperten der PTV Group, über die Recherche zum aktuellen Stand in Forschung und Industrie, die Entwicklung und Implementierung neuer Verfahren bis zur Evaluation. Ein Ziel ist dabei stets die praxistaugliche Umsetzung − im Idealfall direkt innerhalb der Codebasis der PTV-­Software. Darüber hinaus entstanden im Rahmen der Kooperation eine Vielzahl gemeinsamer Vorträge und Veröffentlichungen und ein Teil der Problemstellungen wurde von FZI Mitarbeitern tiefergehend in Dissertationen bearbeitet.

„Unsere Zusammenarbeit verkürzt den Wissenstransfer aus der akademischen Verfahrensentwicklung hinein in unsere R&D Aktivitäten und damit in die produktreife Anwendung mit und bei Logistikkunden auf hervorragende Weise. Deshalb schätzen wir das FZI als einen langjährigen Partner, der uns hilft, unseren Marktvorsprung zu halten oder zu vergrößern. Aber auch persönlich sind die Begegnungen immer eine Bereicherung.“

Frank Felten, Vice President Product Development PTV GROUP


Ansprechpartner

Dr.-Ing. Felix Brandt

Abteilungsleiter

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Werdegang

Felix Brandt studierte Informatik am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) mit den Schwerpunkten Algorithmen- und Softwaretechnik. Von 2010 bis 2018 arbeitete er als wissenschaftlicher Mitarbeiter und Projektleiter am FZI im Forschungsbereich IPE mit dem Schwerpunkt Logistik und Supply-Chain-Optimierung. Seit 2018 leitet er die Abteilung Logistics Systems Engineering (LSE) am FZI.

Felix Brandt ist Experte für Planungs- und Optimierungsfragestellungen aus Produktion und Logistik. Im Rahmen seiner Tätigkeit als Projektmitarbeiter/Projektleiter entwickelt er in zahlreichen Projekten mit KMU und Großunternehmen (u.a. Lufthansa Cargo, PTV Group, Dillinger Hütte, Daimler TSS) innovative Lösungen und bringt diese in die Praxis.

2017 promovierte Felix Brandt am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) summa cum laude zum Thema "The Air Cargo Load Planning Problem". In diesem Rahmen erarbeitete er Lösungen für verschiedenste Planungsprobleme in der Luftfracht, u.a. 3D-Ladeplanung, Weight&Balance, Operations Scheduling und Netzwerkplanung.

Seine derzeitigen Forschungsinteressen liegen in der Planung und Optimierung komplexer Systeme durch die Entwicklung effizienter Algorithmen und den Einsatz verschiedenster Methoden der künstlichen Intelligenz (kombinatorische Optimierung, Constraint-Programmierung, Bildverarbeitung). 

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