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On modelling and solving green collaborative tactical transportation planning
Lukas Gosch
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Wirtschaftswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Computational Science
Betreuer*in
Karl Franz Dörner
DOI
10.25365/thesis.67535
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-28105.87648.386352-8
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Diese Arbeit präsentiert ein neues mathematisches Modell zur taktischen Transportplanung in einer horizontalen Kollaboration, definiert durch gemeinschaftlich genützte Warenlager und einer gemeinsamen Organisation des Transportes. Das Modell erlaubt nachhaltige Planung indem jeder logistischen Operation ein geschätzter Emissionswert in CO2-Äquivalent (CO2e) zugeordnet und danach eine Optimierung der Transportkosten, Emissionen oder beider Werte durch CO2-Bepreisung ermöglicht wird. Zudem berücksichtigt es intermodalen Verkehr, Umschlag- und Lagerkapazitäten, Diversität von Produkten und realistische Tarifstrukturen mit Mengenrabatten. Es werden Graphstrukturen, um diese nicht-linearen Tarife zu linearisieren, entwickelt und eine gemischt-ganzzahlige Formulierung hergeleitet, welche nachweislich durch gültige Ungleichungen gestärkt wird.
Um große Instanzen zu lösen, wird eine zweiteilige, hybride Heuristikentwickelt. Der erste Teil entspricht einer Slope Scaling Matheuristik,welche für nicht-negative ganzzahlige Entscheidungsvariablen generalisiert wird. Aufgrund dieser Generalisierung wird ein neues Slope Scaling Designprinzip basierend auf Monotonie eingeführt. Der zweite Teil besteht aus einer Lokalen Suche, welche im Netzwerk Fluss von mehreren Waren gleichzeitig entlang von Pfaden niedrigster Kosten umleitet.
Ergebnisse, erzielt durch die Simulation von Kollaboration in der Donauregion unter Einbezug der regional verfügbaren Transportinfrastuktur einschließlich des Bahn- und Schiffsnetzwerkes, zeigen signifikantes Sparpotential bezüglich Kosten und CO2e Emissionen. Kostenminimieriende Lösungen führen immer zu einer Reduktion des CO2-Fußabdrucks. Eine Emissionenminimierung kann diese Reduktion noch signifikant verbessern, benötigt aber eine Mindestgröße der Kollaboration, um kosteneffizient zu sein.
Abstract
(Englisch)
This work presents a new mathematical model for tactical transportation planning in a horizontal collaboration defined by warehouse sharing and the joint organization of transport. The model enables sustainable planning by associating estimated CO2 equivalent (CO2e) emissions to each logistic operation and then allows to optimize for transportation costs, emissions or both objectives through carbon pricing. Furthermore, it features intermodal transport, handling and storage capacities, diverse products and realistic tariff structures with volume discounts. Graph-structures to linearize these non-linear tariffs are developed and a mixed-integer formulation is derived, which is provably strengthened by multiple sets of valid inequalities.
To solve large-scale instances, a hybrid heuristic composed of two parts is developed. The first part corresponds to a slope scaling matheuristic, which is generalized to non-negative integer variables. Due to this generalization, a new slope scaling design principle based on monotonicity is introduced. The second part consists of a local search, which reroutes flow of multiple products at once along lowest-cost paths in the network.
Results obtained from simulating collaboration in the Danube Region using the regional available transportation infrastructure including railway and shipping networks reveal significant saving potentials in both costs and CO2e emissions. Cost minimizing solutions always lead to reductions of the carbon footprint. However, minimizing for emissions can significantly further this reduction, but requires a minimum size of the collaboration to be cost-efficient.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Transportation Planning Horizontal Collaboration Intermodal Sustainability Network Design Space Time Network Hybrid Heuristic Mixed-Integer Linear Programming Local Search Optimization Matheuristic Slope Scaling
Schlagwörter
(Deutsch)
Transportplanung Horizontale Kollaboration Intermodalität Nachhaltigkeit Netzwerkdesign Raum Zeit Netzwerk Hybride Heuristik Gemischt-Ganzzahlige Lineare Programmierung Lokale Suche Optimierung Matheuristik Slope Scaling
Autor*innen
Lukas Gosch
Haupttitel (Englisch)
On modelling and solving green collaborative tactical transportation planning
Paralleltitel (Deutsch)
Über das Modellieren und Lösen grüner kollaborativer taktischer Transportplanung
Publikationsjahr
2021
Umfangsangabe
x, 107 Seiten
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Karl Franz Dörner
AC Nummer
AC16334792
Utheses ID
59839
Studienkennzahl
UA | 066 | 910 | |