Einzelwagen-Schienengüterverkehrsplanung

Einzelne Wagen im Schienengüterverkehr werden in Rangierbahnhöfen zu Zügen gebündelt. Auf dem Weg von ihrem jeweiligen Ursprungsbahnhof über mehrere Zwischenbahnhöfe zu ihrem Zielbahnhof werden sie mehrmals umgestellt, was einen zeit- und personalintensiven Vorgang darstellt. Das Einzelwagenplanungsproblem fragt für ein gegebenes Infrastruktur-Netz nach der Gestaltung solcher Strecken für einen gegebenen Satz von Aufträgen (Quelle-Ziel-Paare mit weiteren auftragsbezogenen Daten, wie Anzahl Wagen, Länge und Gewicht), so dass die Anzahl der Züge und die gefahrenen Zugkilometer minimal sind. Eine Reihe von harten Nebenbedingungen müssen dabei beachtet werden, wie beispielsweise Einschränkungen für die Zuglänge und -gewicht, Kapazitätsbeschränkungen für die Rangierbahnhöfe, sowie weitere operative Regeln.

Wir verwenden eine Formulierung des Problems als gemischt-ganzzahliges lineares Programm (MILP) zur Behandlung von Instanzen unseres Projektpartners, der Deutschen Bahn, eine der größten europäischen Eisenbahngesellschaften. Eine angemessene Behandlung des Umstellwartezeiten in Rangierbahnhöfen führt auf die Betrachtung von nichtlinearen Nebenbedingungen im Modell. Mit verschiedenen Techniken zur Linearisierung reduziert sich das Problem aber wieder auf ein MILP. Instanzen dieses Modells erweisen sich als praktisch schwer zu lösen. Weitere Techniken werden daher zur Beschleunigung der numerischen Lösungsverfahren entwickelt, darunter eine Baum-basierte Umformulierung und heuristische Schnitte. Mit Standard-MILP-Lösern können dann optimale oder nahezu optimale Lösungen in hinreichen kurzer Zeit berechnet werden.

Partner

  • Technische Universität Darmstadt & Deutsche Bahn AG, Frankfurt

Weitere akademische Partneruniversitäten

  • Technische Universität Braunschweig
  • Technische Universität Chemnitz
  • Universität Dortmund

Industriepartner

  • Deutsche Bahn AG, Frankfurt.

Finanzierung

  • Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), Programm "Mathematik für Innovationen in Industrie und Dienstleistungen", Projekt Oversys.

Vorträge

  1. Gemischt-ganzzahlige nichtlineare Optimierungsprobleme in zwei Transportanwendungen, Universität Ulm, 29.10.2012.
  2. Mixed-Integer Nonlinear Optimization Problems in Transportation Applications, RWTH Aachen, 21.5.2012.
  3. Gemischt-ganzzahlige nichtlineare Optimierungsprobleme in zwei Transportanwendungen, Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr, Hamburg, 31.5.2011.
  4. Routing Cars in Rail Freight Service, Discrete Optimization Seminar, Georgia Institute of Technology, Atlanta (GA), USA, 30.8.2011.
  5. Mixed-Integer Nonlinear Problems in Transportation Applications, EngOpt 2010, Lissabon, Portugal, 8.9.2010.
  6. Routing Cars in Rail Freight Service, EURO 2010, 24rd European Conference on Operational Research, Lissabon, 13.7.2010.
  7. Leitwege- und Fahrplanoptimierung, Abschlusspräsentation der Bahn-Teilprojekte im Verbundprojekts OVERSYS, Bundesministerium für Bildung und Forschung, Statusseminar, Kaiserslautern, 9.6.2010.
  8. Service Network Design in Rail Freight Transportation, Warsaw Seminar on Industrial Mathematics WSIM’10, Warschau, Polen, 19.3.2010.
  9. Routing Cars in Rail Freight Service, Institut für Mathematik, Magdeburg, 1.3.2010.
  10. Routing Cars in Rail Freight Service, International Workshop on Combinatorial Optimization, Aussois, Frankreich 7.1.2010.
  11. Routing Cars in Rail Freight Service, Dagstuhl Seminar 09261/1: Models and Algorithms for Optimization in Logistics, Dagstuhl, 25.6.2009.

Veröffentlichungen

  1. Armin Fügenschuh, Henning Homfeld, Hanno Schülldorf, Single-Car Routing in Rail Freight Transport , Transportation Science, Vol. 49, No. 1, pp. 130-148, 2015.
  2. Armin Fügenschuh, Henning Homfeld, Hanno Schülldorf, A Service Network Design Problem in Rail Freight Transportation. In: P. Grzegorzewski, T. Rzezuchowski (Eds.), Issues in Industrial Mathematics, Politechnika Warszawska, Warszawa, Seite 99-110, 2013.
  3. Armin Fügenschuh, Henning Homfeld, Hanno Schülldorf, Stefan Vigerske, Mixed-Integer Nonlinear Problems in Transportation Applications , Hélder Rodrigues et al. (Eds.), Proceedings of the 2nd International Conference on Engineering Optimization (+CD-rom), ISBN 978-989-96264-3-0, 2010.
  4. Armin Fügenschuh, Henning Homfeld, Hanno Schülldorf, Single Car Routing in Rail Freight Transport , Cynthia Barnhart, Uwe Clausen, Ulrich Lauther, Rolf H. Möhring (Eds.), Dagstuhl Seminar Proceedings 09261, Schloss Dagstuhl – Leibniz-Zentrum für Informatik, Deutschland, 2009.

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