I2V, 3. Ausschreibung (2009)

LeWaDis

Algorithmengestützte Teilautomatisierung der Disposition von leeren Eisenbahngüterwagen

Leerwagendisposition bedeutet Entscheidungen über die einzusetzenden Wagen in Bezug auf den Transportbedarf des Kunden zu treffen und deren zeitgerechte Zuführung zu veranlassen. Dieser sehr komplexe Steuerungsprozess läuft bei vielen Eisenbahnverkehrs-unternehmen (EVU) derzeit manuell ab. Im Projekt LeWaDis wird ein Algorithmus zur (Teil ) Automatisierung der Leerwagendisposition entwickelt und prototypisch umgesetzt.

Der Eisenbahngüterverkehr konnte seine Verkehrsleistung in Österreich von 1999 bis 2005 erheblich steigern. Diese an sich positive Entwicklung führte in der Vergangenheit zunehmend zu Engpässen in der Versorgung der Kunden mit Güterwagen, welche dadurch gezwungen waren, auf den Straßengüterverkehr zurückzugreifen. Auch wenn Prognosen über ein zukünftiges Verkehrswachstum momentan mit Fragezeichen behaftetet sein können, kann trotzdem davon ausgegangen werden, dass mit zunehmender Normalisierung der Wirtschaftslage der Schienengüterverkehr wieder drastisch ansteigen wird. Um neuerliche – sich aktuell bereits abzeichnende - Engpässe zu verhindern, wird als primärer Ansatzpunkt die Verbesserung der Disposition, beginnend mit der Leerwagendisposition gesehen. Die derzeitig weitgehend manuelle Disposition, welche lediglich durch Informationssysteme aber nicht durch entscheidungsorientierte Systeme unterstützt wird, stößt durch die
zunehmende Komplexität der Planungsaufgabe (z.B. steigende Anzahl an Wagenhalter, Disposition eigener Wagen auf fremdem Produktionsgebiet, hohe Anforderungen an Flexibilität und Zuverlässigkeit, Liberalisierung des Schienengüterverkehrs…) immer mehr an ihre Grenzen. Gleichzeitig zeigen große Fortschritte bei der elektronischen Verfügbarkeit von Wagenbedarfs- und Wagenbestandsdaten ein enormes Potenzial, das in einer Verbesserung der Wagendisposition durch die Entwicklung von Softwaresystemen zur (teil-)automatisierten Disposition liegen könnte. Im Umfeld einer Automatisierung von Ressourcenallokationsentscheidungen (wie der Disposition) forschen Wissenschaftler seit ca. 30 Jahren weltweit an Modellierungs- und Optimierungsansätzen im Bereich von „empty vehicle distribution“ bzw. „empty vehicle allocation“ und in abgewandelter Form auch im Themenfeld „fleet sizing“. Trotz der erkennbaren algorithmischen Fortschritte besteht aber eine enorme Diskrepanz zwischen dem hohen Stand der Forschung und der weitgehend manuellen Arbeitsweise in Eisenbahnverkehrsunternehmen europaweit. Als Ursache hierfür sind vor allem folgende Punkte zu sehen:

Hohe Komplexität des Planungsproblems im Sinne der mathematischen Modellierung (Netzwerkdimension, Fahrpläne, Unsicherheiten, vertraglich vorgegebene Dispositionsregeln,…), sehr unterschiedliche Qualität der verfügbaren Bestands-, Bewegungs- und Bedarfsdaten der Güterwagen, Laufzeiten von mehreren Stunden für die Berechnung eines Dispositionsvorschlages.

Warum sollte es also gerade dem Projekt LeWaDis gelingen, einen (im Sinne von
Lösungsqualität und Laufzeitverhalten adäquaten) Algorithmus zur Leerwagendisposition (als ersten Schritt zur Lösung des globalen Dispositionsproblems) zu entwickeln? Drei primäre Gründe sprechen dafür:

- Datenverfügbarkeit: Die Qualität und Quantität der planungsrelevanten Daten nimmt mit dem Ausbau der IT-Infrastruktur ständig zu. Dies betrifft sowohl nationale als auch internationale Informationen zu Wagenbeständen, Zugbewegungen, etc. und führt zu einer Verbesserung der Interoperabilität der Informationssysteme.
- Konsortium: Die Zusammenarbeit der Forschungspartner RISC und Logistikum mit
einem Unternehmen der Größe der Rail Cargo Austria AG (RCA) stellt sicher, dass
die Aufgabe unter realen Rahmenbedingungen abgebildet wird. Die Forschungspartner erhalten erstmalig Zugang zu allen notwendigen Daten in
elektronischer Form und sind nicht, wie in den einschlägigen Publikationen, auf
„Dummydaten“ angewiesen, die das Problem nur rudimentär beschreiben. Somit wird die realitätsnahe Entwicklung des Algorithmus sichergestellt.
- Experimentierumfeld: Die Modell- und Algorithmenentwicklung erfolgt in einem
Experimentierumfeld mit realen Planungsdaten der RCA. Modell und Optimierungsalgorithmus werden hinsichtlich Lösungsqualität und Laufzeit iterativ
weiter verfeinert.
Wesentlicher Output von LeWaDis ist ein Prototyp zur Teilautomatisierung der Leerwagendisposition als Teil der Gesamtdisposition, der in weiterer Folge die Basis für operativ einsetzbare Dispositionssysteme darstellt. Dadurch wird eine Erhöhung der Effizienz (bessere Planbarkeit, kürzere Wartezeiten) und eine Erhöhung der Verfügbarkeit (Reduktion der Wagenknappheit in Europa) erreicht, was zu Verlagerungseffekten in der gesamten Transportkette (inkl. intermodaler Transporte) führt und die CO2 Emissionen reduziert.

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