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Artikel

Autor(en): Patrick Hirsch (BOKU Wien)
Redaktion: BFW, Österreich
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Den Rundholztransport durch computergestützte Planung optimieren

Die Transportkosten machen einen hohen Anteil an den gesamten Rundholzkosten aus. Durch computergestützte Planungsverfahren können große Transportkosteneinsparungen erzielt werden.

LKW mit Rungen
Rundholz wird in Mitteleuropa zum ersten Abnehmer fast ausschließlich per Rungen-LKW gebracht, mit dem nur eingeschränkt andere Güter transportiert werden können. Die Folge: ein hoher Leerfahrtenanteil

Eine wichtige Planungsaufgabe bei der Beschaffung von Rundholz ist die Gestaltung des Zulieferverkehrs von den Lagerstätten im Forst (Poltern) zu den holzverarbeitenden Betrieben. In Österreich ist jährlich mit rund 520.000 derartigen Fahrten rechnen. Transporte aus dem Ausland sind noch nicht einbezogen und würden die Zahl drastisch erhöhen, da Österreich trotz seines Waldreichtums ein Nettoimporteur von Rundholz ist.

Hoher Anteil an Leerfahrten

Es kann geschätzt werden, dass die Transportkosten etwa 30% der gesamten Rundholzkosten ausmachen. Der Rundholztransport vom Forst zum ersten Abnehmer erfolgt im mitteleuropäischen Raum fast ausschließlich per LKW. Dabei werden vorwiegend Rungen-LKW eingesetzt, die aufgrund ihres speziellen Aufbaus nur sehr begrenzt für den Transport anderer Güter geeignet sind. Dadurch ergibt sich ein sehr hoher Leerfahrtenanteil.

Durch eine bessere Gestaltung der Rundholztransporte können große Einsparungen realisiert werden. Die tägliche Transportplanung ist derzeit bei den untersuchten österreichischen Betrieben noch ein manueller Prozess. Die Literatur zeigt ein ähnliches Bild auch im internationalen Kontext. Es existieren bereits einige Arbeiten, die sich mit der Gestaltung des Informationsflusses, der Verwendung von geographischen Informationssystemen und der Entwicklung neuer Transporttechnologie befassen; rechnerische Transportplanungsansätze werden aber nur in einem sehr eingeschränkten Rahmen betrachtet.

Abbildung 1
Abbildung 1: Planungsstufen bei der Rundholztransport-Optimierung

Abbildung 1 zeigt den Planungsprozess beim Optimieren des Rundholztransportes. Im ersten Schritt werden die transportkostenoptimalen Rundholzflüsse von den Poltern zu den holzverarbeitenden Betrieben berechnet ("Transportation Problem" – TPP). Basierend darauf werden die täglichen Rundholztransportfahrten festgelegt. Dazu wurde eine mathematische Modellformulierung zur Auftragsglättung entwickelt, die eine konstante Belieferung der Betriebe und eine gleichmäßige Auslastung der Frächter ermöglicht ("Timber Transport Order Smoothing Problem" – TTOSP).

Im nächsten Schritt werden die Transportfahrten so miteinander verknüpft, dass der Leerfahrtenanteil minimiert wird. Diese Problemstellung wird als "Timber Transport Vehicle Routing Problem" (TTVRP) bezeichnet. Das Modell beruht auf der Annahme, dass eine heterogene Flotte von Rungen-LKW zur Verfügung steht. Die Rungen-LKW sind auf verschiedene Standorte verteilt, in Österreich sind dies oft die Heimatorte der Fahrerinnen und Fahrer. 

Tourenplan als Ergebnis

Bei der Berechnung eines Tourenplanes sind die Öffnungszeiten der holzverarbeitenden Betriebe, die Arbeitszeiten der Fahrerinnen und Fahrer, Gewichtslimits auf den Forststraßen sowie maximale Fahrtdauern und Ladekapazitäten zu beachten. Zusätzlich werden auch Servicezeiten berücksichtigt, diese umfassen die Be- und Entladedauern für das Rundholz sowie eventuelle Vorbereitungsarbeiten für die Fahrt. Zur Lösung des TTVRP wurden zwei mathematische Modellformulierungen entwickelt.

Abbildung 2 zeigt ein kleines Beispiel für das TTVRP mit zwei LKW und acht Transportfahrten. Die Lastfahrten (1 bis 8) sind in a) ersichtlich. So wird Betrieb I1 beispielsweise zweimal von Polter P1 und einmal von Polter P2 versorgt. Die Rungen-LKW stehen jeweils an den Orten A und B. Ziel ist es nun, diese Lastfahrten unter Beachtung der vorher genannten Nebenbedingungen kostenoptimal miteinander zu verbinden. In Teil b) der Graphik ist die transportkostenoptimale Lösung dieses Problems angeführt.

Abbildung 2
Abbildung 2: Beispiel für 2 LKW und 8 Lastfahrten - die Transportfahrten werden so miteinander verknüpft, dass der Leerfahrtenanteil minimiert wird

Da die Lösung der mathematischen Modellformulierung des TTVRP mit Standard-Solversoftware (z.B. Xpress) aufgrund der hohen Komplexität nur für sehr kleine Problemstellungen möglich ist, wurden vier heuristische Methoden entwickelt und programmiertechnisch implementiert, die auch reale Problemgrößen in kurzer Rechenzeit lösen können. Diese basieren auf der Metaheuristik Tabusuche, die für diese Aufgabe adaptiert wurde. TPP und TTOSP können mit Standard-Solversoftware gelöst werden.

Länge der Leerfahrten um ein Fünftel verringert

Die entwickelten Methoden wurden für Problemgrößen bis zu 80 LKW und 250 Transportfahrten (dem Autor die größte in Österreich bekannte Problemstellung) in umfangreichen numerischen Studien erfolgreich getestet. Im Vergleich zu den manuell generierten Lösungen konnte die Länge der Leerfahrten um bis zu 20% reduziert werden. Gespräche mit Vertretern der Forstwirtschaft sowie von holzverarbeitenden Betrieben zeigen ein großes Interesse der Praxis an dieser Arbeit. Durch Verwendung der entwickelten Verfahren können in kurzer Zeit Planungen für den Rundholztransport erstellt und drastische Kosteneinsparungen erzielt werden.

Zusammenfassend werden mit den präsentierten Planungsansätzen folgende Ergebnisse erzielt:

  • Transportkostenoptimale Bestimmung der Mengenströme zwischen Poltern und Betrieben,
  • gleichmäßige Auslastung von Frächtern und holzverarbeitenden Betrieben sowie
  • eine signifikante Reduktion der Länge der Leerfahrten.

Die künftige Forschung wird sich mit dem Einsatz von flexibleren Transportsystemen (wie etwa Faltcontainern) und Sattelschleppern im Rundholztransport beschäftigen, und die bisherigen Optimierungsmodelle werden entsprechend adaptiert. Weitere Schwerpunkte liegen in der dynamischeren Betrachtung der Planung (kurzfristige Abänderung der Tourenpläne bedingt durch Verkehrsstaus oder Änderungen an den Transportfahrten) und in der Weiterentwicklung der Lösungsverfahren.

Diese Forschungsarbeit wurde mit dem Peter-Faller-Nachwuchsförderpreis 2007 in der Kategorie Dissertation ausgezeichnet, verliehen durch die Staatssekretärin des österreichischen Bundesministeriums für Verkehr, Innovation und Technologie. Die deutsche Bundesvereinigung des Holztransport-Gewerbes e.V. hat dieser Arbeit 2008 den ersten Preis des Förderpreises für wissenschaftliche Arbeiten zum Thema Holztransport zuerkannt.

Buchtipp

Patrick Hirsch (2009): Optimization in Round Timber Transport. In: Alfred Teischinger, Manfred Gronalt (Hrsg.), Lignovisionen Band 22, 108 Seiten. Bestellung: Institut für Holzforschung (IHF), Universität für Bodenkultur, Wien, Bestellanfrage

Kontakt

Mag. Dr. Patrick Hirsch, Institut für Produktionswirtschaft und Logistik der Universität für Bodenkultur, Feistmantelstraße 4, 1180 Wien, Österreich

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