4 - Transportsysteme

Überwindung von Raum

• Ortveränderung

• Arten

  • Lufttransport

  • Transport zu Lande

  • Wassertransport

  • Rohrleitungstransport

Sind selbst mobil (dynamisch)

In Systemen sind sie Teil der Prozesse (flexibel)

Beitrag zum System eher aktiv

Weil Transport (außer z. B. bei touristischen Stadtrundfahrten) nicht direkt zur Wertschöpfung beiträgt

Leerfahrten, z. B. Rückfahrten ohne Fracht, gelten als besonders zu vermeiden

—> Deshalb bei Planung versuchen auch Rückfahrten für Transport zu nutzen

Durch Verbindung mit wertschöpfenden Tätigkeiten, z. B. Mischen während des Transports (Betonmischer)

Die Planung läuft über ein Informationssystem und dabei wird darauf geachtet, geeignete Transportmittel in der richtigen Kombination auszuwählen, sodass sie:

1. zur räumlichen Lage passen (Wo befindet sich was?)

2. zeitlich effizient sind (Wann soll was ankommen?)

3. technisch geeignet sind

   1. Beschaffenheit der Transportwege (Medium (Boden, Wasser Luft), Zustand, Abmessung )

   2. Beschaffenheit des Transportguts (Abmessung, Empfindlichkeit, Wert, Verderblichkeiten, etc.)

4. wirtschaftlich und umweltfreundlich sind

5. sicher für Mensch und Natur sind

Ein Transport-System besteht aus mehreren Teilsystemen und Elementen, die miteinander Verbunden sind.

Es gibt drei Hauptkomponenten:

• Transportmittel (bspw. Lkw, Gabelstabler)

• Transportgefäße (bspw. Paletten, Container)

• Transportorganisation (steuert den Ablauf, verarietet Informationen, pplant die Transporte)

—> Das Transportgut selbst gehört zur Umwelt des Transportsystems und es wird als "gegeben" betrachtet

So werden die Prozesse im Transportsystem genannt

Es gibt zwei Arten:

1. Eingliedrige Transportkette: Ein Transportmittel fährt ohne Unterbrechung von Quelle zu Ziel.

   • ungebrochener Verkehr

   • Direktverkehr

     —> optimal

2. Mehrgliedrige Transportkette: Es kommen mehrere Transportmittel zum Einsatz.

   • gebrochener Verkehr

   • kombinierter Verkehr (KV)

Dabei unterscheidet man:

• Ungebrochener Verkehr: Das Transportgefäß bleibt gleich.

• Gebrochener Verkehr: Auch das Transportgefäß wird gewechselt.

• Kombinierter Verkehr (KV): Das Transportgefäß bleibt gleich, aber es werden verschiedene Verkehrsträger genutzt (z. B. Lkw → Zug → Lkw).

  • Multimodaler Verkehr (zeitliche Kombination)

  • Intermodaler Verkehr (räumliche Kombination)

  • 
    

Statistische Größe zur Beschreibung der Verteilung des Transportaufkommens auf verschiedene Verkehrsträger (Modi)

• Die Standorte sind wie an einer Linie aufgereiht und werden nacheinander angefahren.

• Beispiel: Bahnstrecke mit mehreren Bahnhöfen hintereinander.

• ein Netzwerk, bei dem mehrere kleinere Depots (die „Spokes“ = Speichen) Waren zu einem zentralen Umschlagspunkt (dem „Hub“ = Nabe) bringen.

  • Alle Spokes im Vorlauf ergeben eine Fläche

• Von dort aus werden die Waren gebündelt, neu sortiert und auf größere Transporteinheiten (z. B. große Lkw) für die weite Strecke („Hauptlauf“) verladen.

• Am Zielhub werden die Waren wieder auf kleinere Fahrzeuge umgeladen und in der Zielregion verteilt („Nachlauf“)

Konkret:

• Vorlauf: von den Speichendepots (Spokes) zum Hub → oft mit kleinen Fahrzeugen → Versandspedition.

• Hauptlauf: lange Strecke zwischen den Hubs → meist mit großen Fahrzeugen → zentral organisiert.

• Nachlauf: vom Ziel-Hub in die Fläche, z. B. über einen Milkrun → oft mit kleinen Fahrzeugen → Empfangsspedition.

  
  

• Beispiel: Ein Zentrallager, das alle Filialen eines Unternehmens beliefert.

Vorteil

• Hohe Ausfallsicherheit in der Fläche (fällt ein Fahrzeug im Vorlauf aus, werden alle anderen Speichen-Depots trotzdem noch bedient)

Nachteile

• Eine Störung im Hub wirkt sich auf das gesamte System aus

• Hoher Aufwand durch Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zu jedem Speichen-Depot viele Fahrzeuge, in jedem Fahrzeug mindestens eine Person, zu jedem Speichen-Depot eine Hin- und Rückfahrt)

• Jeder Standort ist direkt mit jedem anderen verbunden.

• Beispiel: Ein Kuriernetzwerk, bei dem jede Niederlassung direkt jede andere anfahren kann.

• Verzweigte Struktur mit hierarchischen Verbindungen (wie ein Baum mit Ästen).

• Beispiel: Verteilnetze in der Paketzustellung (z. B. von Zentrale zu Regionallager zu Zusteller).

• Die Standorte sind kreisförmig verbunden, sodass man in einer Richtung alle durchlaufen kann.

• Beispiel: Ringförmige Bus- oder Bahnlinien.

Vorteil

• Geringer Aufwand in der Fläche, da nur ein Fahrzeug jeweils nur eine Strecke fährt

Nachteil

• Geringe Ausfallsicherheit in der Fläche, da der gesamte Verkehr zum Erliegen kommt, wenn das eine Fahrzeug ausfällt

(Antwort von Chat)

Eigentlich aus der IT

• Alle Knoten (Computer, Geräte) hängen an einer gemeinsamen Leitung („Bus“), über die die Daten laufen.

• Wenn ein Gerät sendet, hören alle mit, aber nur das adressierte Gerät reagiert.

• Beispiel: Frühe Computernetze (Ethernet), Steuerbusse in der Automatisierung (z. B. CAN-Bus im Auto).

In der Logistik:

• Der Begriff „Bustopologie“ wird dort fast nie offiziell verwendet.

• Aber ähnliche Prinzipien gibt es indirekt:

  • → Ein Haupttransportweg, an dem mehrere Lade- oder Entladestellen liegen (z. B. LKW fährt eine Straße entlang und beliefert mehrere Kunden).

  • Solche Systeme würde man in der Logistik aber eher als „Liniennetz“ oder „Kettennetz“ bezeichnen, nicht als Bustopologie.

• Kreise stellen bestimmte Stationen im Transportnetz dar (z.B. Städte in einem Land)

• Pfeile (Kanten) stellen die Verkehrsverbindung dar

• die Zahlen an den Kanten stellen die Entfernung oder die Kosten bei bei dem entsprechendem Verkehrsweg anfallen dar

• man wählt immer den Pfad, der in der aktuellen Situation den größten Fortschritt verspricht

• Ausgehend vom Ausgangsknoten, in diesem Fall Knoten A, werden in einem ersten Schritt alle Kanten betrachtet, die zu anderen Knoten führen, hier zu den Knoten B, E, D und F.

• Die jeweiligen Kosten (Kantengewichte) werden in die erste Zeile der Tabelle eingetragen .

• Der mit den geringsten Kosten erreichbare Knoten ist Knoten E. Daher kann dieser Knoten auch schon fixiert werden.

  • In der Tabelle wird daher auch schon einmal die ganze Spalte des Knotens E ausgefüllt.

  • Zugleich wird dieser Knoten in geeigneter Weise markiert, in diesem Fall durch Umrandung im Graphen.

  • E wird anschließend in der Besuchsreihenfolge festgehalten

• Im nächsten Schritt wird wieder geschaut, welcher weg am “günstigsten” ist, dafür muss der neue Weg auf die bisherigen Kosten addiert werden

• die Werte werden dann in der zweiten Zeile addiert

• wird sich für ein Pfad zu einem Knoten entschieden, zu dem auch andere Pfade hinführen würden, werden diese gestrichen, wenn sie teurer sind, da sie ein Umweg wären.

• Die Werte der im aktuellen Schritt nicht untersuchten Knoten werden in die aktuelle Zeile der Tabelle übertragen

• Wenn Werte doppelt vorkommen, wird sich zufällig entschieden. Computeralgorithmen würden in solchen fällen wahrscheinlich den ersten Wert nehmen, deshalb sollen wir es auch so machen.

• Wenn von einem Knoten keine weiteren Wege weg führen, man also sozusagen in einer “Sackgasse” ist, werden einfach die Werte der übrigen Spalten in die Zeile übernommen

Lösung:

Das TSP steht für „Traveling Salesman Problem“, auf Deutsch: „Problem des Handlungsreisenden“.

Ein Handlungsreisender soll mehrere Städte besuchen und jeden Ort genau einmal anfahren, um am Ende wieder am Ausgangspunkt anzukommen. Dabei soll die Gesamtstrecke so kurz wie möglich sein.

Beispiel:

Ein Lieferfahrer muss 5 Kunden beliefern. Die Frage ist:

In welcher Reihenfolge soll er die Kunden anfahren, damit er möglichst wenig Kilometer fährt und wieder am Lager endet?

Schwierigkeiten

1. Das TSP ist ein schweres Problem für Computer (mathematisch: „NP-schwer“).

2. Schon bei 10 Städten gibt es über 180.000 mögliche Rundreisen!

3. Deshalb nutzt man Heuristiken (z. B. Savings oder Sweep), um gute – auch wenn nicht immer perfekte – Lösungen zu finden.

• Der Savings-Algorithmus (auch Clarke-Wright Savings Algorithmus) ist ein heuristisches Verfahren zur Lösung von Routing-Problemen

• dabei wird nicht unbedingt die beste Lösung gefunden, aber es ist praktisch und führt zu einer ausreichend guten Lösung

• Es wird angenommen, dass vom Ausgangsknoten alle weiteren Knoten direkt angefahren werden. Dadurch fällt bei jedem Knoten ein Hin- und ein Rückweg an. Also das dopplete der einfachen Strecke

• Statt gleich eine optimale Route zu suchen, beginnt der Algorithmus mit einer einfachen, naiven Lösung – jeder Kunde bekommt eine eigene Tour vom Depot aus. Dann schaut man:

  Wie viel "Strecke" oder "Kosten" kann man einsparen, wenn man zwei dieser Touren zusammenlegt?

  Diese Einsparung nennt man "Savings", also „Ersparnis“.

Der Savings-Algorithmus und der Sweep-Algorithmus werden beide zur Lösung von Tourenplanungsproblemen (z. B. beim Lieferverkehr) eingesetzt, insbesondere bei Varianten des Traveling Salesman Problems (TSP) mit Kapazitätsgrenzen (sog. CVRP – Capacitated Vehicle Routing Problem). Sie haben das gleiche Ziel, aber unterschiedliche Herangehensweisen und Stärken.

Oft werden beide kombiniert: Sweep zum Erzeugen einer Startlösung, Savings oder andere Verfahren zur Verbesserung.

!!! Kann ich mir als Klausuraufgabe vorstellen, erst Sweep anwenden und dann innerhalb einer Tour den Savings Algorithmus zur Ermittlung der optmialen Route

✅ Vorteil: Berücksichtigt Einsparpotenziale → Kombiniert Kunden basierend auf maximaler Streckenersparnis.

✅ Vorteil: Liefert oft gute bis sehr gute Lösungen → Besonders bei unregelmäßiger Kundenverteilung und komplexeren Fällen.

✅ Vorteil: Simultane Tourenzuordnung und Reihenfolge → Kein zusätzlicher Schritt zur Optimierung der Kundenreihenfolge notwendig.

❌ Nachteil: Hoher Rechenaufwand bei vielen Kunden → Alle möglichen Kombinationen müssen bewertet werden.

❌ Nachteil: Stark abhängig von Startwerten und Reihenfolge → Schlechte Anfangslösungen führen zu ineffizienten Touren.

❌ Nachteil: Komplizierter bei nachträglichen Änderungen → Neue Kunden oder geänderte Bedarfe erfordern oft Neuplanung.

✅ Vorteil: Sehr einfach zu verstehen und umzusetzen → Schnelle Lösung für Toureneinteilung bei radialer Kundenverteilung.

✅ Vorteil: Rechenarm und effizient → Besonders geeignet für tägliche Touren oder Echtzeit-Planung.

✅ Vorteil: Gut bei kreisförmiger Verteilung der Kunden → Funktioniert optimal, wenn alle Kunden um das Depot herum liegen.

❌ Nachteil: Qualität stark abhängig vom Startwinkel → Verschiedene Startpunkte können sehr unterschiedliche Ergebnisse liefern.

❌ Nachteil: Nicht ideal bei unregelmäßiger Geografie → Kann zu langen Umwegen oder unlogischen Routen führen.

❌ Nachteil: Kundenreihenfolge muss extra optimiert werden → Nur Gruppierung erfolgt, nicht die beste Anfahrreihenfolge.

Die letzte Meile beschreibt die letzte Strecke eines Transportwegs, also vom Verteilzentrum bis zum Endkunden (oft Privatpersonen).

Obwohl diese Strecke meist kurz ist, verursacht sie überproportional hohe Kosten und braucht viel Zeit.

Hauptprobleme:

1. Viele Stopps mit wenigen Paketen – Privatkunden wohnen oft verstreut → ineffiziente Routen.

2. Empfänger oft nicht zu Hause – Zustellung scheitert, es entstehen weitere Wege oder Lagerkosten.

3. Retouren im Onlinehandel – Viele Rücksendungen, z. B. bei Kleidung → zusätzlicher Aufwand.

4. Weniger hilfsbereite Nachbarn – Pakete können seltener bei Nachbarn abgegeben werden.