| Vorwort | 5 |
| Inhaltsverzeichnis | 7 |
| Abbildungsverzeichnis | 9 |
| Tabellenverzeichnis | 17 |
| 1 Einleitung | 18 |
| 1.1 Automatisierung und Wettbewerb zwischen den Terminals | 19 |
| 1.2 Optimierung von automatischen Lagerkranen | 20 |
| 1.3 Ziele und Methodik der vorliegenden Arbeit | 21 |
| 1.4 Aufbau der Arbeit | 23 |
| 2 Containerterminals | 26 |
| 2.1 Umschlagsprozesse auf Containerterminals | 26 |
| 2.2 Aufbau eines Containerterminals | 28 |
| 2.2.1 Klassifizierung und allgemeiner Aufbau | 28 |
| 2.2.2 Wasserseite | 29 |
| 2.2.3 Lager | 30 |
| 2.2.4 Landseite | 32 |
| 2.3 Auf Containerterminals eingesetzte Gerätetypen | 33 |
| 2.3.1 Klassifizierung der Geräte | 33 |
| 2.3.2 Kaikrane | 35 |
| 2.3.2.1 Gleichzeitige Bewegung mehrerer Container (Multitransport) | 36 |
| 2.3.2.2 Verschiedene Arbeitsrichtungen der Kaikrane | 38 |
| 2.3.3 Bahnkrane | 40 |
| 2.3.4 Lagerkrane | 41 |
| 2.3.4.1 Gummibereifte Portalkrane (RTGs) | 42 |
| 2.3.4.2 Schienengebundene Portalkrane (RMGs) | 44 |
| 2.3.4.3 RMG mit seitlichem Ausleger (Cantilever) | 45 |
| 2.3.4.4 RMG mit Übergabe am Kopfende des Lagerblockes | 46 |
| 2.3.4.5 Brückenkran, Overhead Bridge Cranes | 54 |
| 2.3.5 Horizontaltransport | 54 |
| 2.3.5.1 Zugmaschinen mit Containerchassis | 56 |
| 2.3.5.2 Fahrerlose Transportfahrzeuge (AGVs) | 57 |
| 2.3.5.3 Portalhubwagen | 58 |
| 2.3.5.4 Reachstacker | 59 |
| 2.3.6 Typische Geräteausstattungen von Containerterminals | 60 |
| 2.3.7 Literaturübersicht zu Umschlagsgeräten | 62 |
| 3 Planungsprobleme am Containerterminal | 64 |
| 3.1 Übersicht der Planungsprobleme | 64 |
| 3.1.1 Klassifizierung der Planungsprobleme | 64 |
| 3.1.2 Literaturübersicht zur Optimierung an Containerterminals | 67 |
| 3.2 Optimierungsziele am Containerterminal | 69 |
| 3.2.1 Ressourcen eines Containerterminals | 70 |
| 3.2.2 Übergeordnete Optimierungsziele | 71 |
| 3.2.3 Abgeleitete Optimierungsziele für das Scheduling der Geräte | 76 |
| 3.2.3.1 Produktivitätskriterien | 77 |
| 3.2.3.2 Effizienzkriterien | 79 |
| 3.2.3.3 Pünktlichkeitskriterien | 81 |
| 3.3 Operative Planungsprobleme | 83 |
| 3.3.1 Liegeplatzplanung | 83 |
| 3.3.2 Stauplanung | 84 |
| 3.3.3 Crane Split | 86 |
| 3.4 Scheduling des Horizontaltransports | 88 |
| 3.4.1 Fragestellung | 88 |
| 3.4.2 Restriktionen | 89 |
| 3.4.3 Zielkriterien | 90 |
| 3.4.4 Literaturübersicht | 91 |
| 3.5 Scheduling der Lagerkrane | 93 |
| 3.5.1 Fragestellung | 93 |
| 3.5.2 Restriktionen | 94 |
| 3.5.3 Zielkriterien | 96 |
| 3.5.3.1 Hohe Produktivität | 96 |
| 3.5.3.2 Geringe Zeit zur Bearbeitung aller Aufträge (Makespan) | 97 |
| 3.5.3.3 Geringe Auftragsdauern (Zykluszeiten) | 98 |
| 3.5.3.4 Geringe Verspätung | 98 |
| 3.5.3.5 Geringe Verfrühung | 99 |
| 3.5.3.6 Geringe Anzahl von unnötigen Umstaplern | 99 |
| 3.5.3.7 Priorisierung einzelner Terminalbereiche | 100 |
| 3.5.3.8 Priorisierung einzelner Aufträge | 101 |
| 3.5.4 Literaturübersicht | 102 |
| 3.5.4.1 Scheduling und Deployment von RTGs | 102 |
| 3.5.4.2 RMG-Systeme mit seitlicher Übergabe | 104 |
| 3.5.4.3 Scheduling von Single RMGs | 105 |
| 3.5.4.4 Scheduling von DRMGs | 105 |
| 3.5.4.5 Scheduling von Twin RMGs | 106 |
| 3.5.4.6 Scheduling von TRMGs | 107 |
| 3.5.4.7 Vergleich der RMG-Systeme | 108 |
| 3.6 Routenfindung beim Horizontaltransport | 110 |
| 3.6.1 Fragestellung | 110 |
| 3.6.2 Restriktionen | 111 |
| 3.6.3 Zielkriterien | 111 |
| 3.6.4 Literaturübersicht | 112 |
| 3.7 Routenfindung bei Lagerkranen | 113 |
| 3.7.1 Fragestellung | 113 |
| 3.7.2 Restriktionen | 113 |
| 3.7.3 Zielkriterien | 115 |
| 3.7.4 Routenfindung für die verschiedenen Kransysteme | 115 |
| 3.7.4.1 Routenfindung beim Twin RMG | 117 |
| 3.7.4.2 Routenfindung beim DRMG | 120 |
| 3.7.4.3 Routenfindung beim TRMG | 121 |
| 3.7.5 Literaturübersicht | 122 |
| 3.8 Lagersteuerung | 123 |
| 3.8.1 Fragestellung | 123 |
| 3.8.2 Restriktionen | 123 |
| 3.8.3 Zielkriterien | 124 |
| 3.8.3.1 Vermeidung von Umstaplern | 124 |
| 3.8.3.2 Ausnutzung der Lagerkapazität | 126 |
| 3.8.3.3 Kurze Transportwege | 126 |
| 3.8.3.4 Verteilung der Container über die Lagerblöcke | 127 |
| 3.8.3.5 Gerätebezogene Auslastung des Lagerblockes | 127 |
| 3.8.4 Literaturübersicht | 127 |
| 3.9 Integrierte Optimierungsansätze | 128 |
| 3.9.1 Wechselwirkungen zwischen Planungsproblemen | 128 |
| 3.9.2 Idee einer integrierten Optimierung | 130 |
| 3.9.3 Literaturübersicht | 131 |
| 3.9.3.1 Integrierte Optimierung des Schedulings verschiedener Geräte | 131 |
| 3.9.3.2 Integrierte Optimierung von Scheduling und Lagersteuerung | 134 |
| 3.10 Bewertung der Lösungsansätze zum RMG-Scheduling | 135 |
| 4 Problemdefinition und Algorithmenauswahl | 138 |
| 4.1 Das RMG-System als potentieller Engpass | 138 |
| 4.2 Abgrenzung zu nicht betrachteten Planungsproblemen | 142 |
| 4.3 Zielsetzung und Lösungsansätze | 143 |
| 4.4 Umgang mit mehreren Zielfunktionen | 144 |
| 4.5 Detaillierte Optimierung eines RMG-Blockes | 145 |
| 4.5.1 Annahmen | 147 |
| 4.5.2 Problemdefinition | 149 |
| 4.6 Integrierte Transportoptimierung | 151 |
| 4.6.1 Idee des Optimierungsansatzes | 151 |
| 4.6.2 Problemdefinition | 154 |
| 4.6.3 Zeithorizont der Optimierung | 156 |
| 4.7 Klassifizierung von Algorithmen | 157 |
| 4.7.1 Übersicht möglicher Algorithmen | 157 |
| 4.7.2 Online-Algorithmen | 160 |
| 4.8 Auswahl von Algorithmen | 163 |
| 5 Simulationsumgebung | 166 |
| 5.1 Einordnung der verwendeten Simulationsmethoden | 166 |
| 5.2 Beschreibung des Simulationsmodells | 168 |
| 5.2.1 Allgemeine Beschreibung | 168 |
| 5.2.2 Komponentenorientierter Aufbau und Verantwortlichkeiten | 170 |
| 5.3 Materialfluss | 173 |
| 5.3.1 Kaikrane und Bahnkrane | 173 |
| 5.3.2 RMG-Systeme | 175 |
| 5.3.3 Horizontaltransport | 177 |
| 5.3.4 Lager | 178 |
| 5.4 Steuerung | 179 |
| 5.4.1 Prozessmanager | 179 |
| 5.4.2 Allgemeiner Aufbau Auftragsmanager und Scheduling | 183 |
| 5.4.3 Auftragsmanager Kaikrane und Bahnkrane | 185 |
| 5.4.4 Auftragsmanager Horizontaltransport | 185 |
| 5.4.5 Auftragsmanager RMG | 187 |
| 5.4.6 Lagersteuerung | 189 |
| 5.5 Eingangsdaten und Durchführung der Simulation | 190 |
| 5.5.1 Szenariengenerator | 191 |
| 5.5.2 Ableitung der Lagerauslastung | 195 |
| 5.5.3 Verwendung von Lagerspiegeln | 196 |
| 5.5.4 Variable Geschwindigkeit der Simulation | 197 |
| 5.5.5 Simulationsumgebung für einen Lagerblock | 199 |
| 5.6 Kennzahlen | 200 |
| 5.6.1 Definition von Kennzahlen | 200 |
| 5.6.2 Diskussion der wichtigsten Kennzahlen | 202 |
| 5.7 Stabilität der betrachteten Kennzahlen in der Simulation | 204 |
| 5.7.1 Festlegung der Länge eines Simulationslaufes | 205 |
| 5.7.2 Festlegung der Anzahl Wiederholungen | 206 |
| 5.8 Validierung und Engpassanalyse des Modells | 208 |
| 5.8.1 Szenario mit einem Lagerblock | 209 |
| 5.8.2 Szenario für das Gesamtterminal | 215 |
| 5.9 Bewertung der Simulationsumgebung | 220 |
| 6 RMG -Optimierung eines Lagerblockes | 222 |
| 6.1 Einordnung des Teilproblems und Lösungsansatz | 223 |
| 6.1.1 Komplexität des Teilproblems | 223 |
| 6.1.2 Auswahl eines Lösungsansatzes | 225 |
| 6.2 Vorauswahl der Aufträge für das Scheduling | 226 |
| 6.3 Trigger zur Lösung des Teilproblems | 228 |
| 6.4 Branch and Bound-Verfahren | 230 |
| 6.4.1 Allgemeines Vorgehen beim Branch and Bound | 230 |
| 6.4.2 Grundidee des Verfahrens für das RMG-Scheduling | 231 |
| 6.4.3 Zerlegung des Lösungsraums (Branching) | 233 |
| 6.4.4 Berechnung der Auftragsdauern | 235 |
| 6.4.5 Schrankenberechnung einer Teillösung (Bounding) | 242 |
| 6.4.5.1 Ermittlung einer Startlösung als obere Schranke | 243 |
| 6.4.5.2 Berechnung einer unteren Schranke für eine Teillösung | 244 |
| 6.4.6 Zusammenfassung des Algorithmus | 246 |
| 6.4.7 Implementierung des Algorithmus | 247 |
| 6.5 Kalibrierung und Potential des Verfahrens | 248 |
| 6.5.1 Gewichtung der Zielkriterien | 249 |
| 6.5.1.1 Variation der Gewichte für das DRMG | 249 |
| 6.5.1.2 Variation der Gewichte für alle Kransysteme | 253 |
| 6.5.2 Untersuchung der Anzahl einbezogener Aufträge | 257 |
| 6.5.3 Stabilität der Lösungen | 261 |
| 6.6 Vereinfachte Varianten des Branch and Bound-Ansatzes | 263 |
| 6.6.1 Detaillierungsgrad der Fahrzeitberechnungen | 264 |
| 6.6.2 Beam Search | 274 |
| 6.6.3 Suchstrategie und Begrenzung der Rechenzeit | 278 |
| 6.7 Bewertung der Ergebnisse | 286 |
| 7 Verfahren zur integrierten Transportoptimierung | 290 |
| 7.1 Modellierung des Problems | 291 |
| 7.1.1 Definition von Mengen | 292 |
| 7.1.2 Entscheidungsvariablen | 294 |
| 7.1.3 Definition von Konstanten | 295 |
| 7.1.4 Abbildung der Zielkriterien | 297 |
| 7.1.4.1 Produktivität der Kaikrane | 297 |
| 7.1.4.5 Produktivität der Lagerkrane | 301 |
| 7.1.4.6 Leerfahrtdauer der Lagerkrane | 301 |
| 7.1.4.7 Leerfahrtdauer der Horizontaltransporter | 302 |
| 7.1.4.8 Komposition der verschiedenen Zielkriterien | 302 |
| 7.1.5 Restriktionen | 303 |
| 7.1.6 Abschätzung der Problemgröße | 307 |
| 7.2 Vereinfachungen des Modells | 309 |
| 7.2.1 Modell ohne Umstapler | 309 |
| 7.2.2 Modell mit fester Arbeitssequenz der Kaikrane | 310 |
| 7.2.3 Modell ohne Abbildung der Horizontaltransporter | 310 |
| 7.3 Mögliche Erweiterungen des Modells | 311 |
| 7.4 Grenzen des Modells | 314 |
| 7.5 Technische Einbindung in das Simulationsmodell | 315 |
| 7.6 Einstellungen und Parametrisierung | 318 |
| 7.7 Simulationsergebnisse | 321 |
| 7.7.1 Einfluss von Umstaplern | 322 |
| 7.7.2 Einfluss einer festen Arbeitssequenz der Kaikrane | 324 |
| 7.7.3 Einfluss der Einbeziehung des Horizontaltransports | 329 |
| 7.8 Dekomposition des Problems | 333 |
| 7.9 Zusammenfassung und Bewertung | 334 |
| 8 Kombination und Vergleich beider Ansätze | 336 |
| 8.1 Kombination beider Ansätze | 336 |
| 8.2 Vergleich der Optimierungsansätze für das DRMG | 338 |
| 8.3 Vergleich für alle RMG-Systeme | 347 |
| 8.4 Einfluss von Störungen | 352 |
| 8.5 Zusammenfassung und Bewertung | 357 |
| 9 Zusammenfassung und Ausblick | 359 |
| 9.1 Zusammenfassung | 359 |
| 9.2 Grenzen der Arbeit und Ausblick | 362 |
| Literaturverzeichnis | 365 |
| Glossar | 376 |
| Notationsübersicht | 379 |
| Anhang | 381 |
