FEAT - Faire und Effiziente Allokation von Transportaufträgen

Ziel des Projekts ist es, die Effizienz der Allokation von Transportaufträgen zu Frächtern zu steigern, indem einzelne Transportaufträge zwischen Frächtern umverteilt werden. Dies würde es den Frächtern ermöglichen, ihre Aktivitäten effizienter zu planen und insbesondere Leerfahrten zu vermeiden, was die gesamtwirtschaftliche Effizienz erhöhen würde. Die Umverteilung von Aufträgen setzt Kooperation zwischen Frächtern voraus. In der bestehenden Literatur zu diesem Gebiet wurden unterschiedliche Mechanismen zur kooperativen Planung von Frächtern vorgeschlagen. Diesewurdenallerdings jeweils nur für spezifische, unterschiedliche Transportprobleme untersucht. Ziel des hier beantragten Projekts ist ein systematischer Vergleich von Ansätzen zur kooperativen Planung. Dabei sollen insbesondere vollständig zentralisierte Planung, ein zentraler Auktionsmechanismus, ein dezentraler Auktionsmechanismus und bilateraler Austausch von Aufträgen zwischen Frächtern untersucht werden. Diese unterschiedlichen Mechanismen werden erstmals im Rahmen eines einheitlichen Transportproblems verglichen. Als Anwendungsfall wird ein Hub and Spoke Netzwerk betrachtet, in dem Transporte zunächst im Teilladungsverkehr von Kunden übernommen und zu einem Verteilzentrum gebracht werden, von wo sie mittels Sammeltransport zu einem anderen Verteilzentrum transportiert und von dort lokal an die Kunden ausgeliefert werden. Dieses Szenario repräsentiert einerseits einen realistischen Anwendungsfall, der in der Transportindustrie häufig vorkommt. Andererseits bezieht es auch Fragestellungen des Teilladungsverkehrs ein, die in der einschlägigen Literatur zur Kooperation von Frächtern bisher nur wenig untersucht wurden. Dies stellt daher ebenfalls einen innovativen Aspekt des Projekts dar. Ferner wird in dem Projekt berücksichtigt, dass Frächter (sowie eventuell erforderlichezentrale Institutionen) nur überunvollständige Informationenüber die Kostenstrukturen und andere relevante Parameter anderer Frächter verfügen. Dies soll durch Modelle der Entscheidung unter unvollständiger Information im Modell berücksichtigt werden. Das Projekt erfordert Grundlagenforschung in zwei Bereichen: erstens müssen kollektive Entscheidungsmechanismen entwickelt und insbesondere das Verhalten der Frächter unter diesen Mechanismen modelliert werden. Dies führt insbesondere im Bereich der zentralen Planung zu spezifischen Problemen, da die gefundene Lösung nicht nur effizient sein soll, sondern auch Fairnessanforderungen genügen muss. Zweitens erfordern diese Modelle besonders effiziente und schnelle Algorithmen zur Lösung der zugrundeliegenden Transportprobleme (sowohl für die lokalen als auch die Langstreckentransporte). Die Entwicklung effizienter Algorithmen für die wiederholte Lösung dieser Probleme stellt daher den zweiten Schwerpunkt des Projekts dar.

Ein erheblicher Teil der gesamten Transportkapazität auf Straßen geht in Österreich und vergleichbaren Ländern durch Leerfahrten verloren, die z.B. erforderlich sind, wenn Fahrzeuge zum Depot zurückkehren. Statt leer zu fahren, könnten diese LKWs möglicherweise Aufträge übernehmen, die derzeit mit Fahrzeugen anderen Unternehmen abgewickelt werden (die dann ihrerseits leer zum jeweiligen Depot zurückkehren müssen). Das zentrale Ziel dieses Projekts war es, die Effizienz des Gesamtsystems des Transportwesens zu verbessern, indem Mechanismen für den Austausch von Transportaufträgen zwischen Transportunternehmen entwickelt werden. Dies führt zu einer effizienteren Allokation von Aufträgen zu ausführenden Unternehmen und damit auch zu einer Verringerung negativer Effekte wie Staus oder Luftverschmutzung. Dieses Problem wurde anhand einer realistischen Transportsituation untersucht, in der Aufträge (z.B. Pakete) in einer Region eingesammelt werden, in einem Depot zu größeren Sendungen konsolidiert und gemeinsam in eine andere Region transportiert werden, wo sie dann wiederum zu den Empfängern verteilt werden. Solche multimodalen Szenarios sind im Transportwesen durchaus üblich, führen aber zu spezifischen Problemen. Nachdem für jede Region ein eigenes Tourenplanungsproblem gelöst werden muss, ist es nicht mehr eindeutig bestimmbar, welches Unternehmen den gesamten Auftrag am effizientesten ausführen kann. Die Kombination mehrerer Transportmittel macht das Problem bereits für ein Unternehmen komplex. In diesem Projekt wurden Verfahren zur effizienten Lösung multimodaler Transportprobleme entwickelt. Die Ergebnisse von Testläufen zeigen, dass damit multimodale Transportprobleme deutlich schneller gelöst werden können als mit bisherigen Ansätzen. In einer zweiten Phase des Projekts wurden diese zunächst für die Tourenplanung eines Unternehmens entwickelten Algorithmen auf das weitaus größere und komplexere Planungsproblem einer zentralen Instanz erweitert, die Transportaufträge auf mehrere Unternehmen verteilt. Auch wenn die Einrichtung einer solchen Instanz nicht realistisch erscheint, so stellt die zentrale Lösung doch einen Vergleichsmaßstab dar, mit dem dezentral ermittelte Lösungen bewertet werden können. Im dritten Teil des Projekts wurden solche dezentralen Mechanismen zur Umverteilung von Transportaufträgen untersucht. Insbesondere wurden hier Auktionen betrachtet, die von einer zentralen Instanz oder den einzelnen Unternehmen individuell durchgeführt werden können, sowie Festpreismechanismen, bei denen ein Unternehmen den anderen Unternehmen einzelne Aufträge zu einem vorab festgelegten Preis zur Ausführung anbietet. Die Ergebnisse zeigen, dass dezentrale Auktionen durch die einzelnen Unternehmen, die weitaus weniger Austausch an Informationen als zentrale Auktionen erfordern, dennoch zu ähnlich effizienten Ergebnissen führen und die Effizienz des Systems insgesamt erheblich verbessern können.