Dynamisierung von Planungsaufgaben auf Automobilterminals
Potenziale selbststeuernder logistischer Prozesse zur Flexibilisierung der Flächenmasterplanung

Michael Görges und Michael Freitag

In den vergangenen Jahren konnte weltweit eine kontinuierliche Steigerung der Fertigfahrzeugumschlagsmengen beobachtet werden. Im Zuge der globalen Vernetzung der Fahrzeugdistributionsnetzwerke spielen Seehäfen für den Umschlag von Fertigfahrzeugen als Knotenpunkte der Logistikkette eine entscheidende Rolle. Auf Autoterminals werden neben dem reinen Umschlag der einzelnen Verkehrsträger (Seeschiff, Bahn und LKW) und der Lagerung von Fahrzeugen auch zusätzliche wertschöpfende Tätigkeiten in Form von technischen Bearbeitungen zur Anpassung an die Bedürfnisse der jeweiligen Zielmärkte vorgenommen. Aus dem Zusammenspiel dieser Prozesse resultiert ein komplexes Prozessgeflecht mit vielfältigen Planungs- und Steuerungsaufgaben, welches einer starken systeminhärenten Komplexität und Dynamik unterliegen kann [1]. Bestehende Planungsansätze können diese volatilen Rahmenbedingungen oftmals nicht adäquat berücksichtigen und weisen folglich Effizienzsteigerungspotenziale auf. Dieser Beitrag zeigt den Bedarf nach neuen Ansätzen auf, indem zunächst die wechselseitigen Interdependenzen zwischen den Aufgaben der Terminalplanung systematisch beschrieben werden. Hierauf aufbauend wird die zentrale Rolle der Flächenmasterplanung für die Gesamtplanung herausgearbeitet. Als Lösungsansatz wird die Dynamisierung der Flächenmasterplanung mittels selbststeuernder logistischer Prozesse vorgestellt und diskutiert.

Grundsätzlich kann der physische Materialfluss auf Automobilterminals als sukzessive Abfolge von Anlieferung, Warenvereinnahmung, Lagerung, optionaler technischer Bearbeitung sowie der Bereitstellung bzw. der Verladung der Fahrzeuge auf ein Ausgangstransportmedium verstanden werden [2, 3]. Ermöglicht wird die Durchführung der operativen Prozesse durch eine übergeordnete Planung, welche eine wirtschaftlich sinnvolle Zuordnung der verfügbaren Ressourcen (u. a. Fläche, Personal, Kaje, LKW-Abladestellen) zu den jeweiligen Prozessen umfasst. Anlog zu klassischen Produktionsplanungs- und Steuerungssystemen (PPS-Systemen) können die in diesem Bereich zusammengefassten Planungsaufgaben gemäß ihrem jeweiligen Zeithorizont in operative, taktische und strategische Planung unterschieden werden [4]. Die strategische Planung umfasst langfristig wirkende Entscheidungsprobleme. Zu diesem Bereich zählt beispielsweise die Planung der Terminalverkehrsinfrastruktur (u. a. neue Gleisentladeanlagen oder neue Kajenplätze). Auf der taktischen Ebene stehen mittelfristig wirkende Entscheidungen, wie beispielsweise Liegeplatzplanungen, im Vordergrund. Diese strategischen und taktischen Planungsschritte beruhen überwiegend auf Prognosen und Forecastdaten [1]. Im Gegensatz hierzu basiert die operative Planung auf konkret vorliegenden Auftragsdaten. Sie verfeinert die Ergebnisse der vorherigen Planungsschritte und passt diese an kurzfristige Veränderungen an. In der Literatur wird dieses Zusammenwirken der verschiedenen Planungsaufgaben und –ebenen häufig mittels einer planungsproblemorientierte Sichtweise adressiert. Durch eine Dekomposition der Gesamtaufgabe in einzelne, sukzessiv zu lösende Problemstellungen und der Bereitstellung von konkreten Lösungsverfahren können Pläne für die entsprechenden Teilbereiche generiert werden  [4]. Aufgrund der hohen rechnerischen Komplexität ist eine integrative Betrachtung von Terminalplanungsproblemen auf vereinzelte Problemstellungen, wie beispielsweise die kombinierte Stellplatz- und Personalplanung [5], begrenzt. Die Bereitstellung eines integrativen Referenzmodells stellt einen anderen Beschreibungsansatz dar, in dem der Betrachtungsgegenstand auf unterschiedlichen Ebenen konsistent und umfassend erfasst werden soll. Für den Bereich der Terminallogistik entwickelte Böse ein Referenzmodell welches zwischen der physischen und der dispositiven Auftragsabwicklung unterscheidet und eine Analogie zu klassischen PPS-Modellen bildet, indem Kern- und Querschnittsaufgaben definiert werden [6]. Dieser Ansatz bietet die Möglichkeit, die Abhängigkeiten zwischen den Planungsproblemen umfassender und systematischer zu beschreiben, jedoch fokussiert er sich auf der funktionalen Beschreibungsebene auf die physischen Fahrzeugbewegungen. Übergeordnete Planungsebenen, wie beispielsweise die Liegeplatzplanung werden nicht explizit berücksichtigt. Um einerseits die vielschichtigen Planungsfelder der problemorientierten Sichtweise und andererseits die durchgehende Erklärungsebene des Referenzmodells zu berücksichtigen, reichert das Bild 1 die physische und die dispositive Auftragsabwicklung um weitere planerische Problemstellungen an.  Folgenden werden die wesentlichen Elemente von Bild 1 beschrieben.

Bild 1: Planungsaufgaben für Automobilterminals (in Anlehnung an [4, 6]).

Im Rahmen der strategischen Planung besteht die wesentliche Aufgabe darin, die zu erwartende Kapazitätsnutzung auf Basis von Forecasts abzuleiten und diese in einen robusten Terminalplan zu überführen [7]. Der Begriff robust bezieht sich hierbei auf die Möglichkeit, zukünftige Volumenschwankungen unter Beibehalt eines möglichst ökonomischen Betriebs zu beherrschen. Ein Kernergebnis dieser Flächenmasterplanung ist die Allokation von zu erwartenden Fahrzeugvolumenströmen zu Stellplatzbereichen des Terminals [8]. 

Ferner stellt diese Flächenmasterplanung den Ausgangspunkt für alle weiteren flächen- und verkehrsträgerbezogenen Planungen dar: Auf der taktischen Ebene wird anhand des Flächenmasterplans eine Zuordnung der avisierten ankommenden und abgehenden Verkehrsträger planbar (z. B. Liegeplatzvorplanung, Festlegung von Bahnrampen zu Zügen). Auf taktischer Ebene ist insbesondere die Liegeplatzplanung ein wichtiges Instrument, um einen effizienten Umschlag sicherzustellen. Durch eine geschickte Liegeplatzwahl können sowohl Fahrwege von Schiffen zu Importflächen als auch Wege zwischen Exportflächen und abgehenden Schiffen verkürzt werden [9]. Im Rahmen der operativen Planung sind zunehmend gesicherte Informationen verfügbar, welche für eine Festlegung der Liegeplätze genutzt werden. Vergleichbar mit der Liegeplatzplanung für andere Terminaltypen (z. B. Stückgut oder Containerterminals) zielt die konkrete Liegeplatzzuordnung auf möglichst kurze Liegezeiten sowie eine hohe Produktivität bei der Be- und Entladung [4, 10]. Eine weitere operative Planungsaufgabe stellt die operative Flächen- und Stellplatzplanung dar. Durch diese Planung können kurzfristige Änderungen der Stellplatzzuordnung vorgenommen werden, um auf veränderte Rahmenbedingungen zu reagieren (z. B. zeitliche Verschiebungen von Schiffankunftszeiten). Verschiedene in der Literatur beschriebene Planungsansätze schlagen eine Kopplung von operativer Flächen- und Stellplatzplanung mit der Personal und Ressourcenplanung vor [3, 5]. Aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit zeigt Bild 1 diese Aufgaben dennoch getrennt voneinander. Die Aufgabe der Prozessteuerung besteht in der reibungslosen Umsetzung der Planungen. Vergleichbar mit der Auftragsfreigabe in klassischen PPS-Systemen werden die Vorplanungen umgesetzt und bei Bedarf kurzfristig durch Eingriffe in die Prozesse an die operativen Erfordernisse angepasst. Die Kontrolle des Arbeitsfortschritts ist eine der Kernaufgaben der Prozesssteuerung und dient der Erkennung von operativen Planabweichungen [6].


Analyse der wechselseitigen Abhängigkeiten

Bei der Betrachtung des in Bild 1 gezeigten kaskardierten Planungsablaufs wird die zentrale Rolle der Flächenmasterplanung deutlich. Durch ihre langfristige Ausrichtung bildet sie für alle zeitlich folgenden Planungsschritte die Grundlage. So werden beispielsweise für den Fahrzeugexport die Anlieferorte und die Stellflächen für die verschiedenen Fahrzeugtypen festgelegt. Nach dem physischen Eingang werden die Fahrzeuge entsprechend des vordefinierten Masterplans sortiert und gelagert. Die Anlieferung erfolgt in der Regel auftragsneutral, sodass eine Zuordnung zu konkreten Schiffsreisen erst wesentlich später nach der Einlagerung möglich ist. Die aus dieser auftragsneutralen Einlagerung resultierenden Fahrzeuglagerpositionen sind Ausgangspunkt der später folgenden Liegeplatzplanung, um die Fahrstrecke zwischen Schiff und Stellflächen möglichst zu minimieren. Somit determiniert die Flächenmasterplanung bereits wichtige Parameter der Liegeplatzplanung. 

Eine Ursache für die späte Zuordnung zu konkreten Kundenaufträgen in der Prozessabfolge, wird durch Dias et al. als inhärente Eigenschaft von Supply Chains in der Automobilindustrie beschrieben. Sie sehen die maritime Automobiltransportkette eingebettet in kundenauftragsneutrale und -bestimmte Bestandteile, infolge derer sich Automobilterminals sowohl Push- als auch Pull-Prozessen gegenüber sehen [1]. Dies kann durch die Rolle von Terminals für die gesamte Supply Chain begründet werden: Um für die gesamte Logistikkette Wettbewerbsvorteile zu generieren, dienen Automobilterminals als Entkopplungspunkte, welche eine möglichst lange Phase von auftragsneutralen und somit flexibleren Prozessen erlauben. Eine Folge dieser höheren Flexibilität sind kurze Zeithorizonte mit verbindlichen Planungsinformationen. Aufgrund dieser teils kurzfristig verfügbaren Planungsinformationen werden zusätzlich Anpassungen notwendig, welche wegen der planerischen Komplexität oftmals nicht alle Planungsaspekte (z. B. Lade- und Löschkonstellation) berücksichtigen können und somit Effizienzsteigerungspotenziale eröffnen. Durch dieses Spannungsfeld zwischen kurzfristig verfügbaren Informationen einerseits und der langfristigen auftragsneutralen Festlegung relevanter Parameter durch die Flächenmasterplanung andererseits, wird ein wesentlicher Anteil der Planungsleitung bestimmt. Bild 2 verdeutlicht dies, indem der Einordung von Automobilterminals nach Dias u. a. die Hauptterminalplanungsaufgaben in ihrer zeitlichen Abfolge gegenübergestellt werden. 

Bild 2: Planungsaufgaben von Automobilterminals im
Kontext maritimer Automobillieferketten in Anlehnung an [1].


Dynamisierung der Flächenmasterplanung 

Die vorstehende Betrachtung zeigt die Bedeutung der Flächenmasterplanung, welche durch ihre strategische Ausrichtung für alle weiteren Folgeplanungen die Grundlage bildet. Mittelfristig wirkende Veränderungen (z. B. Verschiebung von Fahrzeugvolumina oder Veränderungen im Destinationssplit) können aufgrund der langen auftragsneutralen Phase nur auf anderen kurzfristigen Planungs- und Steuerungsebenen abgefangen werden. Zusätzlich verstärken kurzfristige dynamische Einflussgrößen (z. B. operativ notwendige Liegeplatzverschiebungen) die Wirkung der zeitlichen Inflexibilität der Flächenmasterplanung und lassen weitere Effizienzverluste entstehen. 

Ein neuer Ansatz zum Umgang mit diesem Problembereich liegt in der Dynamisierung der Flächenmasterplanung. Durch die Entwicklung geeigneter Entscheidungswerkzeuge kann die statische Zuordnung von Fahrzeugtypen zu Stellplatzbereichen aufgebrochen und der zukünftige Stellplatzbedarf näher an der kurzfristigen Kapazitätsnachfrage ausgerichtet werden. Selbststeuernde, logistische Prozesse sind in diesem Zusammenhang ein vielversprechender Ansatz. Für die physische Auftragsdisposition und die Zuführung von Importfahrzeugen zu Technikzentren konnte die Wirksamkeit von selbststeuernden Prozessen bereits grundsätzlich gezeigt werden [2, 6]. Das Konzept der Selbststeuerung zeichnet sich definitionsgemäß durch die autonome Entscheidungsfindung logistischer Objekte in heterarchischen Systemen auf der Grundlage lokal verfügbarer Informationen aus [11]. Durch das Zusammenspiel der Entscheidungen der einzelnen logistischen Objekte zielt die Selbststeuerung darauf ab, das dynamische Systemverhalten und somit auch die logistische Zielerreichung im Sinne der Systemziele positiv zu beeinflussen [12]. Scholz-Reiter u. a. beschreiben ein Vorgehensmodell für die Entwicklung von Selbststeuerungsmethoden, welches aufgrund seiner generischen Strukturierung auch auf die mögliche Dynamisierung der Flächenmasterplanung anwendbar ist. Das Modell schlägt ein iteratives, schrittweises Vorgehen mit Qualitätssicherungsschritten vor [13]. Bild 3 zeigt alle Elemente des Vorgehensmodells, die zugehörigen Systemaspekte und mögliche Elemente für die Entwicklung einer Selbststeuerungsmethode für die Dynamisierung der Flächenmasterplanung. Zunächst wird in einem ersten Schritt der Betrachtungsbereich abgegrenzt sowie relevante Prozesse und Parameter beschrieben. In einem nachfolgenden Schritt werden geeignete logistische Objekte für Steuerungsentscheidungen identifiziert. In Bezug auf eine Dynamisierung der Flächenmasterplanung können diese Objekte beispielsweise einzelne Fahrzeuge oder Verkehrsträger (Schiffe, LKW oder Bahnen) sein. Der Begriff logistisches Objekt ist im Kontext der Selbststeuerung weiter zu fassen und kann auch Gruppen von Objekten, wie Fahrzeuggruppen (z. B. Fahrzeuge gleicher Zieldestination), und Gruppen von Verkehrsträgern (z. B. Liniendienste), oder auch immaterielle Objekte (z. B. Fahraufträge) umfassen. Nach der Definition von einzelnen Entscheidungsmöglichkeiten (z. B. Zuordnung von Fahrzeugen zu einzelnen Stellflächen) wird das Zusammenwirken dieser Entscheidungen bzw. die Interaktion der Objekte für die Entscheidungsfindung untereinander formal beschrieben. Das Ergebnis dieser Beschreibung ist eine implementierbare Selbststeuerungsmethode, welche anhand der im ersten Schritt definierten Zielvorgaben und Parameter evaluiert (beispielsweise durch Simulationen) werden kann. Diese Form der Qualitätssicherung ist als durchgehendes Element in dem Vorgehensmodell verankert. Nach jedem Schritt können die Ergebnisse analysiert werden und ggf. Vorgängerschritte mit Veränderungen erneut durchlaufen werden. 

Bild 3: Entwicklung von Selbststeuerungsmethoden zur
Dynamisierung der Flächenmasterplanung (in Anlehnung an [13]).


Zusammenfassung und Ausblick

Dieser Beitrag hat die zentrale Rolle der Flächenmasterplanung im Kontext der kaskadierten Planungsprozesse von Automobilterminals aufgezeigt. Aufgrund der auftragsneutralen Phasen in der Terminalprozesskette führt sie zu einer zeitlichen Inflexibilität, welche sich insbesondere unter volatilen und dynamisch verändernden Rahmenbedingungen negativ auf die Gesamtplanungsleistung auswirken kann. Der Einsatz selbststeuernder logistischer Prozesse wurde in diesem Zusammenhang als Möglichkeit vorgestellt, die klassische Flächenmasterplanung zu dynamisieren. Die für die Flächenmasterplanung relevanten Objekte, welche potenziell selbststeuernde Entscheidungen unterstützen können, wurden vorgestellt und Entscheidungsmöglichkeiten exemplarisch aufgezeigt. Um diesen Ansatz weiter zu verfolgen, bedarf es einer tiefen, systematischen Untersuchung der möglichen Steuerungsentscheidungen. Auf dieser Grundlage können konkrete Steuerungsmethoden entwickelt und evaluiert werden. 


Dieser Beitrag entstand im Rahmen des vom Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI) geförderten Projekts „Isabella - Automobillogistik im See- und Binnenhafen: Interaktive und simulationsgestützte Betriebsplanung, dynamische und kontextbasierte Steuerung der Gerät- und Ladungsbewegungen“ unter dem Förderkennzeichen 19H17003.


 

 

Schlüsselwörter:

Automobilterminals, Selbststeuernde Logistikprozesse, Terminalplanung

Literatur:

[1] Dias, J. C. Q. ; Calado, J. M. F.; Mendonça, M. C.: The role of European «ro-ro» port terminals in the automotive supply chain management. In: Journal of Transport Geography 18 (2010) 1, S. 116-124.
[2] Böse, F.; Piotrowski, J.: Autonomously controlled Storage Management in Vehicle Logistics - Applications of RFID and Mobile Computing Systems. In: International Journal of RF Technologies: Research and Applications 1 (2009) 1, S. 57-76.
[3] Mattfeld, D. C.; Kopfer, H.: Terminal operations management in vehicle transshipment. In: Transportation Research Part A: Policy and Practice 37 (2003) 5, S. 435-452.
[4] Mattfeld, D. C.: The management of transshipment terminals: decision support for terminal operations in finished vehicle supply chains, Operations research/computer science interfaces series. New York, USA 2006.
[5] Fischer, T.; Gehring, H.: Planning vehicle transhipment in a seaport automobile terminal using a multi-agent system. In: European Journal of Operational Research 166 (2005) 3, S. 726-740.
[6] Böse, F.: Selbststeuerung in der Fahrzeuglogistik, Modellierung und Analyse Selbststeuernder Prozesse in der Automobillogistik. Berlin 2012.
[7] Taneja, P.: The flexible port. Delft 2013.