Entwicklung eines Planungs- und Steuerungssystems zur Produktivitätssteigerung des Fahrzeugumschlags auf Automobilterminals

Weltweit werden stets mehr Fahrzeuge produziert. Gleichzeitig werden die Distributionswege länger und eine kurze Lieferzeit für die Kaufentscheidung wichtiger. Automobilterminals spielen in der Fertigfahrzeugdistribution eine wichtige Rolle, da sie als zentrale Lager- und Umschlagpunkte auf dem Distributionsweg dienen. Mit dem Trend der steigenden Fahrzeugproduktion müssen auf den Automobilterminals immer mehr Fahrzeuge umgeschlagen werden. Außerdem steigt auf Grund komplexerer Abläufe die Anzahl an terminalinternen Fahrbewegungen pro umgeschlagenem Fahrzeug. Dem gegenüber stehen ein zunehmender Personalmangel und ein steigender Kostendruck im weltweiten Wettbewerb, sodass der Effizienzdruck auf Automobilterminals stets größer wird. Weiterhin steigen die Anforderungen an die Flexibilität und die Reaktionsgeschwindigkeiten der Terminals bei außerplanmäßigen Ereignissen. Um diesem Problem zu begegnen, wird in dieser Arbeit ein neues Fahrzeughandlingsystem für Automobilterminals entwickelt, das aus einem neuen operativen Fahrzeughandlingprozess und einem neuen Planungs- und Steuerungssystem besteht.
Das Hauptziel der Entwicklung ist eine höhere Effizienz, d.h. Produktivität, der Handlingprozesse zu erreichen. Außerdem soll das System nachhaltig und praxistauglich gestaltet sein, sodass bei der Systemgestaltung sowohl Human Factors als auch der Umgang mit außerplanmäßigen Ereignissen berücksichtigt werden. Der bisherige Fahrzeughandlingprozess ist typischerweise so gestaltet, dass die Fahraufträge gruppiert in Auftragspools durch feste Fahrerteams bearbeitet werden, die so lange zwischen Start und Ziel eines Auftragspools pendeln, bis dieser abgearbeitet ist. In dieser Arbeit hingegen sollen die Fahrauftragszuweisungen für jeden Fahrauftrag individuell, d.h. auf dem Detailgrad der einzelnen Fahrer nach dem Kriterium der schnellsten Erreichbarkeit erfolgen. Dabei können die Transfers sowohl zu Fuß als auch über ein terminalweites Hop-on-Hop-off-System von Shuttlebussen erfolgen. Die individuelle Fahrauftragszuweisung und die Neuerung kurze Lauftransfers in Betracht zu ziehen, zielt darauf ab, unproduktive Arbeitszeiten in Form von Warte- oder Transferzeiten zu verringern. Das Planungs- und Steuerungssystem wird als echtzeitfähiges System mit einer hochfrequenten rollierenden Planung entwickelt. Diese basiert auf einem Optimierungsmodul, das eine individuelle Zuweisung zwischen den Fahraufträgen, dem Fahrpersonal und den Shuttles vornimmt. Außerdem optimiert es die Shuttlerouten.
Das konzipierte Fahrzeughandlingsystem wird in Form eines ereignisdiskreten Simulationsmodells implementiert, das die operativen Prozesse der Fahrauftragsausführungen, der Lauf- und der Shuttletransfers sowie der außerplanmäßigen Ergebnisse abbildet. Entsprechend der individuellen Steuerung des Fahrpersonals und der Shuttles wird dieses Konzept als Einzelsteuerung bezeichnet. Als Benchmark wird in dem Simulationsmodell ebenso die bisher gängige Art des Fahrzeughandlings abgebildet, die auf Grund der teambasierten Betrachtung der Fahrer und der Shuttles als Teamsteuerung bezeichnet wird. Außerdem wird eine kombinierte Version der Team- und der Einzelsteuerung implementiert, die als hybride Steuerung bezeichnet wird. Alle drei Steuerungsansätze (Einzelsteuerung, Teamsteuerung und hybride Steuerung) werden im Rahmen einer Simulationsstudie, die auf Realdaten des Automobilterminals in Bremerhaven basiert, evaluiert.
Als Ergebnis wird für die neu entwickelte Einzelsteuerung eine mittlere Produktivitätssteigerung von 18% gegenüber der Teamsteuerung erreicht. Für die hybride Steuerung liegt die Produktivitätserhöhung gegenüber der Teamsteuerung im Mittel bei 9 %. Im Bezug auf die Human Factors werden u.a. Arbeitsbelastungen in Form von Laufdistanzen oder soziale Komponenten wie Teamarbeit evaluiert. Hierbei zeichnet sich die hybride Steuerung im Vergleich zur Einzelsteuerung durch eine geringere Arbeitsbelastung und eine höhere soziale Komponente aus. Weiterhin zeigt sich, dass außerplanmäßige Ereignisse von dem neuen Fahrzeughandlingsystem sehr gut in den Prozessablauf integriert werden können, ohne dass die Produktivität dadurch nennenswert beeinflusst wird. Bei der Simulation verschiedener Arbeitsschichten wird beobachtet, dass die Zusammenstellung des Fahrauftragspools einen Einfluss auf die Produktivität der drei Steuerungsansätze hat und dass die Produktivitätsunterschiede zwischen den drei Steuerungsansätzen teils stark variieren. Um die je Schicht und Steuerungsansatz zu erwartende Produktivität auch ohne vorherige Simulation abschätzen zu können, werden im Rahmen der Arbeit Prädiktoren ermittelt, die sich aus dem voraussichtlichen Anteil der Lauftransfers und der voraussichtlichen mittleren Distanz der Fahraufträge zusammensetzen. Für den praktischen Einsatz wird die Handlungsempfehlung gegeben, den Steuerungsansatz für jede Schicht individuell auszuwählen. Dabei empfiehlt es sich für eine gute Balance zwischen möglichen Produktivitätssteigerungen und einer damit einhergehenden Arbeitsbelastung die Einzelsteuerung insbesondere dann einzusetzen, wenn besonders hohe Produktivitätsgewinne gegenüber den anderen Steuerungsansätzen zu erwarten sind. In den anderen Fällen bietet es sich auf Grund der geringeren Arbeitsbelastung für das Fahrpersonal an, die hybride Steuerung zu verwenden.
Basierend auf den Forschungsergebnissen dieser Arbeit und darüber hinausgehenden Praxistests wurde begonnen, das Fahrzeughandlingsystem auf dem Automobilterminal in Hamburg umzusetzen und im operativen Betrieb zu erproben. Dies zeigt, dass die Dissertation einen praxisrelevanten Beitrag zu der Verbesserung des Fahrzeughandlings auf Automobilterminals geleistet hat.