Packen für Logistiker: Optimierungsverfahren für die Ladeplanung

Wie viele Container ergeben sich aus der Bestellung eines Kunden? Welche Packstücke mit niedriger Priorität bleiben stehen, wenn alle LKW voll sind? Wie muss der LKW beladen werden, um eine möglichst schnelle Be- und Entladung bei den Kunden zu garantieren? Diese und ähnliche Planungsaufgaben stellen sich ständig in der Transportlogistik. Das FZI unterstützt seinen Projektpartner PTV Group dabei, Optimierungsverfahren zur automatisierten Beantwortung dieser Fragen zu konzipieren und zu entwickeln.

Das FZI erforscht Verfahren zur Ladepla- nung, damit beispielsweise Gitterboxen mit verschiedenen Lebensmitteln so in den LKW verladen werden, dass an jedem Stopp möglichst wenig rangiert werden muss. (Bild: Lekkerland)
Das FZI erforscht Verfahren zur Ladepla- nung, damit beispielsweise Gitterboxen mit verschiedenen Lebensmitteln so in den LKW verladen werden, dass an jedem Stopp möglichst wenig rangiert werden muss. (Bild: Lekkerland)

Bereits seit dem Jahr 2007 entwerfen und implementieren die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus dem Bereich Information Process Engineering im Direktauftrag der PTV Group neue Planungs- und Optimierungsverfahren für Probleme aus der Logistik. Die am FZI entwickelten Algorithmen kommen in vielen unterschiedlichen Produkten der PTV Group rund um die Touren- und Gebietsplanung zum Einsatz. Sie werden mit Unterstützung des FZI ständig weiter entwickelt und auf dem aktuellen Stand der Forschung gehalten.  

Langjährige Forschungskooperation

Seit etwa zwei Jahren liegt ein Fokus der Kooperation auf der Entwicklung von Verfahren zur 3D-Ladeplanung. Ladeplanungsprobleme treten in der Logistik häufig im Zusammenhang mit einer Tourenplanung auf: Noch vor der Tourenplanung stellt sich die Frage, wie die zu versendenden Güter in Kartons gepackt und auf Paletten oder in Container verladen werden. Während der Tourenplanung wird einem Fahrzeug eine Menge von Transportaufträgen zugeordnet und die zugehörigen Stationen werden in eine Reihenfolge gebracht. Dabei prüfen Algorithmen, ob sich eine bestimmte Menge an Aufträgen überhaupt gleichzeitig im Fahrzeug unterbringen lässt. Nach der Tourenplanung muss eine Anordnung der Frachtstücke im Fahrzeug gefunden werden, damit an jeder Entladestation möglichst wenig rangiert werden muss.

Vom ersten Prototyp bis zur produktreifen Softwarekomponente

In der Praxis müssen diese Verfahren eine Vielzahl an komplexen physikalischen, organisatorischen und regulatorischen Nebenbedingungen berücksichtigen. Exemplarisch für die Teilprojekte dieser Kooperation haben die FZI-Forscher zunächst einen Überblick über den aktuellen Stand der Forschung im Bereich Packplanungsalgorithmen begonnen sowie mit der Erhebung und Kategorisierung der Praxisanforde- rungen in Zusammenarbeit mit Pilotkunden der PTV Group. Auf dieser Basis wurden geeignete Optimierungsansätze aus der Forschung identifiziert und um fehlende Praxisaspekte erweitert. Die Planungsverfahren wurden vom ersten Prototyp bis zur produktreifen Softwarekomponente am FZI entwickelt und erfolgreich mit Benchmark-Instanzen aus der Wissenschaft und Echtdaten der Pilotkunden evaluiert. Diese Verfahren bilden heute den Kern der Planungsengine des neuen PTV-Produktes xLoad und wurden mehrfach auf der Fachmesse LogiMAT präsentiert.

Optimale Ladeplanung für den Transport von Lebensmitteln

Ein konkreter Anwendungsfall, dessen Lösung von dem Pilotkunden der PTV Group begeistert aufgenommen wurde, beschäftigt sich mit der Lieferung von Convenience Produkten an Kioske, Tankstellen und kleine Lebensmittelläden. Die Produkte sind auf rollbaren Gitterboxen vorkommissioniert und sollen so in das Fahrzeug verladen werden, dass an jedem Stopp möglichst wenig rangiert werden muss. Je nach aktueller Bestellsituation wechseln die Touren und Anzahl der Boxen täglich. Schwierig wird das Planungsproblem dadurch, dass es neben Boxen mit normalen Trockenprodukten auch Boxen mit Tiefkühlgut und Boxen mit frischem Obst und Gemüse gibt, die im Fahrzeug in abgegrenzten Abteilen mit der richtigen Klimatisierung transportiert werden müssen. Dazu sind in jedem Fahrzeug mehrere Klimaanlagen sowie verschiebbare Trennwände installiert.

Aufgabe für die FZI-Wissenschaftler war der Entwurf eines Planungsverfahrens, das für jede Tour die optimale Anordnung der Trennwände, Zuordnung der Klimaanlagen und Positionierung der Boxen bestimmt.  

Ein klassischer Anwendungsfall in der Transportlogistik ist die Zusammenstellung von Frachtstücken in möglichst wenigen Containern, um Fahrten und Kosten zu sparen. Bei der Entwicklung der Ladeplanungsverfahren mussten die Wissenschaftler für diesen Fall berücksichtigen, dass eine Anordnung entsteht, in der während der Fahrt nichts kippen oder verrutschen kann. Darüber hinaus musste die Stapelbarkeit der Frachtstücke beachtet werden, damit kein Schaden durch zu hohe Gewichtsbelastung entsteht.

Mehrwert für den Projektpartner

"Der besondere Wert der langjährigen Kooperation mit dem FZI liegt für die PTV Group darin, dass die Wissenschaftler mit uns gemeinsam Verfahren entwickeln, die die Lücke zwischen wissenschaftlicher Theorie und den Praxisanforderungen unserer Kunden schließen", so Werner Heid, Director Logistics Components bei PTV.

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