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Die vorliegende kumulative Dissertation befasst sich mit vier Problemstellungen der Transportplanung im Falle der Übernahme des Paket- und Medikamententransports durch Lieferwagen und Drohnen.
Der erste Beitrag thematisiert die Fahrzeugflottenplanung und Zuweisung von Drohnen zu Mikrodepots, wenn Lieferwagen und Drohnen den Transport von Paketen in der letzten Meile übernehmen. Im Vordergrund stehen die taktischen Entscheidungen, welche Kombination von Auslieferungsformen mit Lieferwagen und Drohnen optimal wäre sowie die Ausgestaltung der Fahrzeugflotte. Die Problemstellung wird als gemischt-ganzzahliges lineares Programm (MILP) modelliert. Zudem wird eine adaptive große Nachbarschaftssuche (ALNS) eingeführt, die neue problemspezifische Operatoren beinhaltet.
Der zweite Beitrag fokussiert sich auf die operative Tourenplanung eines Lieferwagens, welcher mit mehreren Drohnen ausgerüstet ist. Hierfür wird ein effizientes MILP entwickelt, welches ein kommerzieller Solver schneller lösen kann als vergleichbare MILPs für eine Ein-Drohnen Problematik aus der Literatur.
Der dritte Beitrag optimiert die simultane Bestands- und Tourenplanung für die Belieferung von Krankenhäusern unter der Berücksichtigung ihrer Lagerhaltungspolitiken. Es wird analysiert, welchen Einfluss Drohnen als Vehikel für Notfalltransporte zur Vermeidung von Fehlmengen haben. Die Problemstellung wird als zweistufiges stochastisches Programm präsentiert und eine problemspezifische ALNS wird entwickelt, welche einen innovativen Algorithmus zur Bestimmung von Bestellpunkten innerhalb der Lagerhaltungspolitiken beinhaltet.
Der vierte Beitrag thematisiert die Ausgestaltung der Drohnenflotte für die Belieferung von Apotheken und Krankenwagen im Einsatz durch einen Großhändler. Hierfür wird die Drohnenflotte in einer ereignisdiskreten Simulationsstudie hinsichtlich der Kosten bzw. der CO2-Emissionen optimiert.
Many companies use reusable containers to store and transport products. Under good conditions this can help to reduce costs and improve the ecological footprint of logistic operations. On the other hand, the acquisition, maintenance and distribution of the containers need to be organised.
The aim of this thesis is to provide mathematical models for planning transports and capacity adaptations in a container system. First, the main characteristics of this type of system and the planning tasks are analysed. A key characteristic of container transports is identified: containers can often be moved in larger quantities on the same vehicle, so that transport costs should not be regarded as linear but increasing stepwise with the number of vehicles employed. Hence, the costs represent a fixed-step function of the quantity.
It is shown that extensive literature is available concerning related topics. Mathematical models already exist, which allow for some of the facets of transport and capacity planning that are important for reusable containers. However, these approaches never cover all relevant aspects. Some are missing completely; among them the challenge to model fixed-step transportation costs.
To get a flexible, yet mathematically tractable modelling, a toolbox with two basic models and multiple add-ons was developed. These can be combined to reflect a certain application. The first basic model considers linear transport costs. It can be reduced to the well investigated minimum cost flow problem which is known to be solvable in a very efficient manner. To consider fixed-step transport costs, another basic model was proposed. This is a more complex mixed integer program. It can be solved by a tailored branch-and-cut approach, which combines the positive characteristics of a heuristic and an exact solution algorithm: it provides a reasonable and feasible solution quickly and reaches the optimum solution in the end. The model add-ons include the aspects of lost orders, delayed deliveries and take-along transports as well as two capacity measures, namely purchase and disposal of containers as well as leasing. All of these extensions can be integrated into both basic models, still preserving their mathematical characteristics.