Elektronische Transportmärkte

Der Logistik-Bereich hat in den zurückliegenden Jahren sicherlich eine erhöhte Bedeutung oder zumindest einen großen Umwandlungsprozess erfahren. Auf der einen Seite nehmen die Online-Verkäufe sowohl in privater wie auch in geschäftlicher Hinsicht zu und erfordern entsprechende massenhafte individuelle Versanddienstleistungen. Auf der anderen Seite hat sich durch Notwendigkeiten der Kosteneinsparungen sicherlich auch die Bedeutung einer möglichst guten Kontrolle über Zulieferungs- und eigene Versanddienstleistungen entlang der Logistik-Kette erhöht.

Daher liegt es nahe, Leerfahrten zu vermeiden und Fahrten / Volumina über eine automatische Handelsplattform anzubieten und über ein Multiagentensystem intelligent zu veräußern. Dieses Projekt untersucht, welche Bedingungen in der Logistik gelten und wie man mit künstlicher Intelligenz einen effizienten Markt schaffen kann.

Partner Bergische Universität Gesamthochschule Wuppertal Lehrstuhl für Controlling
Finanzierung Comelio GmbH
Ergebnis
  • Beschreibung der Situation von Elektronischen Transportmarktplätzen
  • Anforderungsanalyse für den Bedarf mittelständischer Logistik-Unternehmen
  • Referenzarchitektur eines Elektronischen Transportmarktes
Fachliches Modell Comelio GmbH
Softwareumsetzung & Datenmodellierung Comelio GmbH
Wissenschaftliche Begleitung Bergische Universität Wuppertal

Lehrstuhl Controlling

Arbeitsschritte

Teil 1

In einem ersten Teil sollen die verschiedenen Technologien kurz und übersichtlich vorgestellt werden. Dies erfordert eine genaue Definition der verschiedenen Begrifflichkeiten, die in den einzelnen Techniken benutzt werden oder die ihre einzelnen Komponenten beschreiben. Hierbei ist zwar von vorneherein ein Fokus auf die spätere Verwendung in der übergeordneten Zielsetzung geplant, soll jedoch nicht in Form einer Diskussion bereits bei der Darstellung berücksichtigt werden. Zu den erforderlichen Technologien zählen auf der Seite der architektonischen Struktur die Multiagentensysteme und auf der Seite der technischen Umsetzung die Web Services.

Im ersten Teil sollen weiterhin die Besonderheiten der Logistikbereiche beleuchtet werden, die möglicherweise mit Hilfe der vorgestellten Techniken überhaupt für eine Optimierung in Frage komme. Hier soll insbesondere auch eine umfangreiche Diskussion über bereits vorhandene oder neu zu konzeptionierende Techniken erfolgen, die allgemeine Zielsetzungen und auch praktische Erfordernisse aus der Praxis gleichermaßen betrachten. Die Ausführungen im ersten Teil sollen dabei mehr aus Sicht der Logistikaktivitäten und deutlich weniger aus Sicht der Lösungsvorschläge erfolgen und insbesondere allgemeine Zielsetzungen und in der Literatur erwähnte bzw. in der Praxis regelmäßig anzutreffende Schwachstellen und Optimierungserfordernisse / -möglichkeiten darstellen.

Teil 2

Im zweiten Teil dann sollen die drei Bereiche Web Services, Multiagentensysteme und die als betriebswirtschaftliches Beispiel die Logistikaktivitäten dann solchermaßen zusammen geführt werden, dass sich Vorschläge zur praktischen Umsetzung ergeben. Dies erfordert natürlich zunächst eine ausgiebige Diskussion, inwieweit die beiden Technologien zusammengeführt werden können oder welche Detailaspekte aufgrund von technologischen Hürden oder auch definitorischen Zwängen keine oder weniger Beachtung finden können. Insbesondere die Teilbereiche der Datenmodellierung, der Erarbeitung von Algorithmen sowie die technische Realisierung der Vorschläge werden hier viel Raum beanspruchen. Da eine Vielzahl von fertigen Lösungen zur Optimierung von Logistikaktivitäten existiert ist stets zu hinterfragen, ob eine Konzeption auf Basis der ausgewählten Technologien überhaupt auch einen praktischen Nutzen für den konkreten Einsatz verspricht. Dies ist nicht unbedingt in allen Punkten gewährleistet, soll also daher auch eine besondere Berücksichtigung erfahren.

Teil 3

In einem dritten Teil soll dann ein möglichst konkretes Referenzmodell vorgestellt werden. Dieses ergibt sich folgerichtig aus den identifizierten Bedingungen und den technologischen Möglichkeiten. Dabei soll ein deutlicher Schwerpunkt die praktische Umsetzung möglicher Lösungsszenarien bilden. Die verschiedenen Lösungsszenarien sollen auch auf bereits in der Literatur vorgestellte Algorithmen oder Architekturen eingehen und nachvollziehen, ob diese in der praktischen Umsetzung überhaupt realisierbar sind oder ob sie eher als theoretisches Fundament dienen können, die insbesondere durch zusätzliche praktische Erfordernisse und Einschränkungen einer Variation bedürfen. Es soll im Rahmen des Referenzmodells auch eine spezielle Technologie bzw. Technologie-Kombination besonders hervorgehoben werden, die dann mit entsprechenden Datenmodell und möglichen Algorithmen ausgefüllt werden soll. Dies erfordert allerdings auch eine Berücksichtigung von bereits vorhandenen Technologien und Schnittstellen, damit kein Alternativprodukt vorgeschlagen wird, dessen Umsetzung allein aufgrund von längst vorhandenen und etablierten Lösungen fehlschlagen wird.

Teil 4

In einem letzten und vierten Teil sollen dann die verschiedenen noch offenen Fragen diskutiert und zusätzliche Anforderungen an die Technologien gestellt, die derzeit noch nicht erreicht werden oder möglicherweise schon von entsprechenden Standardsetzern oder auch der Forschung angedacht, aber noch nicht umgesetzt und daher auch noch nicht genutzt werden können.

Zielsetzung

Aus Gründen der Übersichtlichkeit und Abstraktion sollen aus den im Rahmen der Arbeit untersuchten vier Bausteinen, welche den elektronischen Transportmarktplatz bilden können, das Modul vom Typ Börse ausgewählt werden. Es entspricht dem zurzeit am häufigsten in der Praxis vorkommenden Modell. Dies liegt mit Sicherheit nicht zuletzt daran, dass insbesondere die Leerkapazitäten aufgrund von Fehlplanungen sich in nicht ausgelasteten Rückfahrten widerspiegeln. Diese kurzfristig verfügbaren Kapazitäten loszuschlagen ist in jedem Fall ein wichtiges Anliegen, welches die langfristige Organisation von Lieferverbindlichkeiten nicht an Bedeutung überholen kann. Insbesondere bei den langfristig planbaren Aufträgen wird sich durch die Fixierung von Strecken und Terminen bereits ein festes Organisationsmuster von Fahrten ergeben, das sich nach und nach verdichtet. Hier können bereits im Vorfeld über mehrere Stufen unterschiedlichen Planungsverbesserungen durch den Logistik-Mitarbeiter bzw. eine entsprechende Standardsoftware durchgeführt werden, die den Einsatz eines elektronischen Transportmarktes zunächst nicht notwendig machen. Nicht umsonst rekrutiert sich die Mehrheit der Einträge der besehenden mittelständischen Lösungen aus den kurzfristig benötigten oder überschüssigen Kapazitäten. Da sich diese aufgrund ihrer weitestgehend völlig fixierten Ausgestaltung in terminlicher, preislicher und räumlicher Sicht besonders leicht vergleichen und automatisch auswerten lassen, soll daher das Börsen-Modul näher betrachtet werden.

Die nachfolgende Abbildung markiert daher die Teile aus der Gesamtarchitektur, welche der weiter gehenden Betrachtung den Nährboden liefern. Das Einzelunternehmen und seine Planungssoftware ist nicht nur in diesem Fall ebenfalls markiert, sondern hätte natürlich auch bei jedem anderen Modul im Fokus gestanden. Mit Blick auf den elektronischen Transportmarktplatz allerdings soll von den vier verschiedenen Modulen, aus denen er sich zusammensetzt das Modul Börse ausgewählt werden. Es bietet insbesondere die Möglichkeit, für überschüssige Kapazitäten mit weitestgehend fixiertem und daher vergleichbarem Angebot eine flexible und bewegliche Marktform zu bieten, welche auch aus Sicht des Einzelunternehmens von zunächst größerer Bedeutung ist als die anderen Module, darunter insbesondere die mit längerer Fristigkeit ausgelegten Module Katalog und Schwarzes Brett / Ausschreibung.



Modellwelt

Comelio Forschung und Entwicklung Branchenprojekte Elektronische Transportmärkte ModellweltUm die Grundpfeiler der überlegung deutlich hervorzuheben, ist es wichtig, zunächst die Modellwelt näher zu erläutern. Hier soll ein fiktives Unternehmen als Einzelunternehmen betrachtet werden, das mit seinem Fuhrpark und seiner Lage im Straßennetz sowie bei einer gegebenen Auftragslage versucht, ein möglichst geeigneten Plan zu entwickeln, um die verschiedenen Aufträge termingerecht und mit einer angemessenen Kostenstruktur durchzuführen.

Das Unternehmen in der hier beleuchteten Modellwelt befindet sich in Wuppertal, am Rande des Straßennetzes, das in groben Zügen einen Teil des deutschen Autobahnnetzes abbildet. Es besitzt eine Reihe von unterschiedlich großen Lastwagen, deren Größe zu verschiedenen Fassungsvermögen hinsichtlich der im Modell verwendeten Standard-Palette führt. Zur Durchführung von Aufträgen ist die Lage im Straßennetz selbstverständlich von allergrößter Bedeutung. Diese Lage charakterisieren die verfügbaren Autobahnen, auf denen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Kosten die verfügbaren Lastwagen verkehren können. Die nachfolgende Abbildung soll die wesentlichen Merkmale des hier betrachteten Einzelunternehmens widerspiegeln. Im linken Bereich befinden sich unterschiedliche Lastwagenarten, während sich rechts vom Hauptsitz des Unternehmens einige Straßen eröffnen. Ihre Eigenschaften sind in einem Kreis markiert, der die Entfernung zum nächsten Punkt, der auf dieser Straße erreicht werden kann, sowie die dazugehörenden Informationen bzgl. Dauer und Geschwindigkeit enthalten.

Die nachfolgende Abbildung zeigt einen Ausschnitt aus der später noch einmal näher erläuterten Karte der Modellwelt. Sie zeigt neben einem Symbol für das Einzelunternehmen einen symbolischen Fuhrpark aus drei verschiedenen LKW-Arten sowie die von Wuppertal ausgehenden Straßen. Es ist dabei für die Abwicklung von Aufträgen nicht wesentlich, dass die Warenaufnahme auch tatsächlich in Wuppertal stattfindet. Vielmehr entscheiden die Kosten der Straßennutzung und die Struktur des Verkehrsnetzes darüber, wie und zu welchen Kosten überhaupt Waren an anderen Orten aufgenommen werden können und welche möglichen Leerfahrten dadurch entstehen können.

Die Modellwelt konstituiert sich in maßgeblicher Weise durch einen gerichteten Graphen, der für das fokussierte Einzelunternehmen andere Kosten- und Planungsstrukturen bedeutet als für Konkurrenzunternehmen in anderen Städten. Für jedes dieser Einzelunternehmen, die allerdings nur in Form ihrer Angebote und Nachfragen am Markt erscheinen, ist die Lage innerhalb des Straßennetzes für die Richtung des Graphen entscheidend. Im konkreten Fall lässt sich das Straßennetz bzw. der gerichtete Graph von links nach rechts in gewöhnlicher Leserichtung lesen. Es ist auch möglich, die Linienführung soweit zu vereinfachen, dass diese Richtung noch deutlicher wird.

Zur besseren Illustration ist in diesem Fall eine sehr starke Vereinfachung des deutschen Autobahnsystems zwischen den verschiedenen großen deutschen Städten gewählt worden. Dies ist allerdings nur für eine erste Veranschaulichung hilfreich und dient im weiteren Modell der überlegungen nicht dem Verständnis oder Ableitung von Verbesserungsregeln. Das Beispielunternehmen befindet sich im linken bzw. westlichen Teil des Systems. Man kann bereits erkennen, wie der zu diesem Straßennetz gehörende Graph aussehen würde, sodass die Position des Unternehmens auf der typischen linken Seite des Graphen durchaus nicht zur tatsächlichen Geographie passend ist.

Die einzelnen Städte bzw. Knoten in dieser Karte stellen eine Auswahl von großen deutschen Städten dar. Die Kanten zwischen den Knoten sollen in einer weiteren Vereinfachung die deutschen Autobahnen darstellen. Hier befinden sich deutlich mehr Kanten im Modell als überhaupt in der Realität zu finden wären. Doch für die Berechnung unterschiedlicher Alternativen ist es hilfreich, wenn eine große Auswahl an alternativen Wegen durch den Graph zur Verfügung steht. Man könnte sich hier auch vorstellen, dass für die realistische Abbildung von bestimmten Strecken zusätzlich auch noch bedeutende Bundesstraßen in die Betrachtung aufgenommen werden. Speziell in Ballungszentren und insbesondere im Ruhrgebiet jedoch wurden die in der Realität tatsächlich vorhandenen Autobahnen deutlich vereinfacht.

Die Kanten sind nicht nur durch die Entfernung in gerundeten Kilometerangaben beschrieben. Stattdessen wurde auch die durchschnittliche oder auch erlaubte Geschwindigkeit auf dieser Strecke berücksichtigt. Eine weitere Möglichkeit, eine Strecke zu beschreiben, sind zusätzliche Kosten, die bspw. wie eine Maut auch in Abhängigkeit von der Entfernung stehen. Die verfügbaren Geschwindigkeiten sind 80, 90 und 100 km/h. Dabei lassen sich diese Werte sowohl als Geschwindigkeitsbegrenzungen wie auch als mögliche Durchschnittsgeschwindigkeiten verstehen. Während diese im Gegensatz zur Entfernung in der Realität schwanken, stellen sie im Modell ebenfalls fixierte Größen dar. Zusätzlich befindet sich im Modell eine Angabe zur Dauer, die diese Strecke in Verrechnung der Entfernung und Geschwindigkeit in zeitlicher Hin-sicht erfordert.

So sind bspw. die ersten beiden Strecken vom Start in Wuppertal bereits mit unterschiedlichen Werten ausgestattet. Die Strecke nach Essen dauert bei gleicher Entfernung geringerer Geschwindigkeit länger als die Vergleichsstrecke nach Düsseldorf.

Die in der Praxis vorgeschlagenen Systeme setzen für die manuelle Suche in den angebotenen Rest- oder Standardkapazitäten eine möglichst feine Abbildung der verfügbaren Lastwagen-Typen hinsichtlich unterschiedlicher Leistungs- und Ausstattungsmerkmale ein. Die Unterscheidung ist notwendig, um Ladekapazitäten zu beschreiben, die nicht durch freies Volumen, sondern überhaupt aufgrund der technischen Gegebenheiten beschrieben werden kann. Dies führt dann bei unterschiedlichen Produkten zu binären Entscheidungen, ob überhaupt ein gegebener Lastwagentyp für den Transport eines gegebenen Produkts einsetzbar ist. Bei vergleichbaren Lastwagentypen schließen sich dann an die Zuteilung der angefragten bzw. übernommen Produkte organisatorische Fragestellungen an, die nicht in Zusammenhang mit dem Lastwagentyp stehen, sondern stattdessen zeitliche und streckenbezogene Merkmale einschließen.

Daher sind in der Modellwelt unterschiedliche Lastwagentypen berücksichtigt. Insgesamt unterscheidet man drei Arten, welche sich in ihren Ladekapazitäten unterscheiden. Dabei wird als Maßstab eine Standardpalette verwendet. Der erste Lastwagentyp ist in der Lage, in zwei Etagen und fünf Reihen jeweils zwei nebeneinander liegende Paletten zu transportieren und kommt dabei auf ein Gesamtfassungsvermögen von 20 Paletten. Der zweite Lastwagentyp fasst bei ähnlichem Aufbau nur drei Reihen und damit insgesamt 12 Paletten. Der dritte und letzte Lastwagentyp ist wesentlich schmaler und transportiert in eine Reihe auf zwei Etagen drei Paletten hintereinander, d.h. fasst insgesamt sechs Paletten.

Man erkennt bereits an dieser Aufteilung, dass sich durch Umschichtungen und Reorganisation innerhalb der Zuteilung von Transporten unterschiedliche Verteilungsmöglichkeiten ergeben. Sofern der LKW-Typ 1 zu soviel nicht ausgelastet ist, dass die Paletten auch im weniger Volumen bietenden LKW-Typ 2 transportiert werden können, ist dies eine mögliche Option. Andererseits ist es genauso eine überlegung wert, wenn noch drei Palettenplätze bei einer gegebenen Fahr mit LKW-Typ 1 unbelegt sind, genau diese drei Palettenplätze für eine Strecke anzubieten.

Die nachfolgende Abbildung fasst die drei unterschiedlichen Lastwagentypen noch einmal so zusammen, dass die jeweiligen Palettenplätze deutlich sichtbar werden. Dabei befindet sich link seine einfache textuelle Zusammenfassung, in der Mitte eine direkte Draufsicht und rechts ein Querschnitt der beiden Typen.

Logistik Elektronische Transportmärkte

Als Vereinfachung wird auf die Unterscheidung bzgl. der Transportfähigkeit von bestimmten Produkten verzichtet. Dies ist bei existierenden Systemen ein zusätzlicher Parameter, der bei solchen Ladungen wie Gefahr- und Schüttgut sowie natürlich Flüssigkeiten, Gasen und Kühlprodukte zum Tragen kommt. Dies schränkt allerdings nur die Auswahl eines möglichen Lastwagens ein, da nicht jeder Lastwagen jeden Gütertyp tatsächlich auch transportieren kann. Im nachfolgenden Abschnitt sollen die verschiedenen Produkte vorgestellt werden, wobei hier ebenfalls eine entsprechende Einschränkung auf eine kleine Produktvariation vorgenommen wird.

Gleiche Überlegungen wie für die Lastwagen müssen auch bei den Produkten und Behältern angestellt werden. Bei den in der Praxis vorhandenen Systemen, die eine manuelle Suche erlauben, können bei speziellen Produkten bzw. Produktkategorien wie Flüssigkeiten, Schüttgut oder Gefahrenstoffe sogar Lastwagentypen für diese Produktarten angegeben werden. Diese Zuordnung soll im Modell entfallen, da hier lediglich in beiden Bereichen weitere Untervarianten notwendig werden, die allerdings das Grundprinzip der Zuordnung und Reorganisation nicht verändern, sondern nur auf mehr Parameterausprägungen ausdehnen. Der für die Zuordnung und Auswahl von Lastwagen bzw. durch einen Lastwagen gebildetes Angebot notwendige Algorithmus bleibt im Grundsatz unverändert, wenn mehr als nur die hier beschriebenen Güterarten in die Betrachtung übernommen werden.

Während die Behälterstruktur auf eine einzige Palette vereinfacht wird, gibt es zwei verschiedene Produkte. Um hier auch Umschichtungen und Reorganisationen möglich zu machen, ist Produkt 1 halb so groß wie Produkt 2. Dabei nimmt Produkt 1 genau ein Viertel einer Palette ein, während Produkt 2 dementsprechend die Hälfte beansprucht. Eine Unterscheidung, ob Produkt 2 vertikal oder horizontal transportiert werden kann, ist unbedeutend. Allerdings wird davon ausgegangen, dass die Umschichtung immer so erfolgen kann oder auch konkret erfolgt, dass es wie in der nachfolgenden Abbildung immer liegend transportiert wird.

Dies führt dazu, dass genau drei unterschiedlichen Transportfälle in einer Ebene und drei weitere Fälle mit Blick auf die Stapellagerung möglich sind. Es können in einer Ebene also nur Produkte vom Typ 1 oder 2 oder zwei Produkte vom Typ 1 und eines vom Typ 2 transportiert werden. Die nachfolgende Abbildung zeigt in der Draufsicht die beiden Produkte auf einer Palette und damit ihr Größenverhältnis zueinander. Im Querschnitt kann man dann die beiden Lagen einer Palette erkennen, in denen die Produkte transportiert werden. Hier ist es auch möglich, diese Abbildung als Draufsicht zu verstehen und dann die Anordnung nur in einer Lage zu erkennen. Wichtig ist bei der gewählten Produktauswahl, dass eine Umschichtung es möglich machen kann, die Anzahl der überhaupt transportierten Produkte durch wechselseitigen Austausch so zu verändern, dass insgesamt mehr vorhandenes Volumen auch tatsächlich genutzt und damit die Restkapazitäten auch mit Blick auf die Paletteninhalte verringert werden können.

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Die Platzierung der Produkte erfolgt in einem dreiachsigen Koordinatensystem. Die x- und y-Achse bilden die Koordinaten in der horizontalen Ebene, während die z-Achse die vertikale Ebene und damit die Höhe bzw. die Etagennummer angibt.

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Aus den überlegungen soll allerdings die Reihenfolgenproblematik ausgeblendet werden. Sie tritt sowohl bei der Anordnung der Produkte auf einer einzigen Palette als auch bei allen Paletten innerhalb des Lastwagens auf. Die Reihenfolge der angefahrenen Liefer- und Ladeorte erfordert es, dass entweder auch ein Umräumen der Paletten im Lastwagen möglich ist oder dass die Auswahl der angefahrenen Orte und damit die Organisation der Aufträge mit der Reihenfolge der geladenen Güter im Lastwagen harmoniert. Hier wird aus Gründen der Vereinfachung angenommen, dass ein Umräumen der Ladung in den Kosten oder in der Dauer jeweils berücksichtigt ist und daher nicht ins Gewicht fällt.

In der Referenzarchitektur werden also neben den allgemeinen Parametern des Weltmodells für ein Einzelunternehmen die folgenden Parameter bei einer Fahrt berücksichtigt.

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