Models and Algorihtm for the Optimization of Real-World Routing and Logistics Problems

Logistics involves planning, managing, and organizing the flows of goods from the point of origin to the point of destination in order to meet some requirements. Logistics and transportation aspects are very important and represent a relevant costs for producing and shipping companies, but also for public administration and private citizens. The optimization of resources and the improvement in the organization of operations is crucial for all branches of logistics, from the operation management to the transportation. As we will have the chance to see in this work, optimization techniques, models, and algorithms represent important methods to solve the always new and more complex problems arising in different segments of logistics. Many operation management and transportation problems are related to the optimization class of problems called Vehicle Routing Problems (VRPs). In this work, we consider several real-world deterministic and stochastic problems that are included in the wide class of the VRPs, and we solve them by means of exact and heuristic methods. We treat three classes of real-world routing and logistics problems. We deal with one of the most important tactical problems that arises in the managing of the bike sharing systems, that is the Bike sharing Rebalancing Problem (BRP). We propose models and algorithms for real-world earthwork optimization problems. We describe the 3DP process and we highlight several optimization issues in 3DP. Among those, we define the problem related to the tool path definition in the 3DP process, the 3D Routing Problem (3DRP), which is a generalization of the arc routing problem. We present an ILP model and several heuristic algorithms to solve the 3DRP.

Spectral theory of differential operators on finite metric graphs and on bounded domains

Die vorliegende Arbeit widmet sich der Spektraltheorie von Differentialoperatoren auf metrischen Graphen und von indefiniten Differentialoperatoren auf beschränkten Gebieten. Sie besteht aus zwei Teilen. Im Ersten werden endliche, nicht notwendigerweise kompakte, metrische Graphen und die Hilberträume von quadratintegrierbaren Funktionen auf diesen betrachtet. Alle quasi-m-akkretiven Laplaceoperatoren auf solchen Graphen werden charakterisiert, und Abschätzungen an die negativen Eigenwerte selbstadjungierter Laplaceoperatoren werden hergeleitet. Weiterhin wird die Wohlgestelltheit eines gemischten Diffusions- und Transportproblems auf kompakten Graphen durch die Anwendung von Halbgruppenmethoden untersucht. Eine Verallgemeinerung des indefiniten Operators $-tfrac{d}{dx}sgn(x)tfrac{d}{dx}$ von Intervallen auf metrische Graphen wird eingeführt. Die Spektral- und Streutheorie der selbstadjungierten Realisierungen wird detailliert besprochen. Im zweiten Teil der Arbeit werden Operatoren untersucht, die mit indefiniten Formen der Art $langlegrad v, A(cdot)grad urangle$ mit $u,vin H_0^1(Omega)subset L^2(Omega)$ und $OmegasubsetR^d$ beschränkt, assoziiert sind. Das Eigenwertverhalten entspricht in Dimension $d=1$ einer verallgemeinerten Weylschen Asymptotik und für $dgeq 2$ werden Abschätzungen an die Eigenwerte bewiesen. Die Frage, wann indefinite Formmethoden für Dimensionen $dgeq 2$ anwendbar sind, bleibt offen und wird diskutiert.

Modelling, simulation and optimization of maintenance considerations on condition based maintenance

Globalization has increased the pressure on organizations and companies to operate in the most efficient and economic way. This tendency promotes that companies concentrate more and more on their core businesses, outsource less profitable departments and services to reduce costs. By contrast to earlier times, companies are highly specialized and have a low real net output ratio. For being able to provide the consumers with the right products, those companies have to collaborate with other suppliers and form large supply chains. An effect of large supply chains is the deficiency of high stocks and stockholding costs. This fact has lead to the rapid spread of Just-in-Time logistic concepts aimed minimizing stock by simultaneous high availability of products. Those concurring goals, minimizing stock by simultaneous high product availability, claim for high availability of the production systems in the way that an incoming order can immediately processed. Besides of design aspects and the quality of the production system, maintenance has a strong impact on production system availability. In the last decades, there has been many attempts to create maintenance models for availability optimization. Most of them concentrated on the availability aspect only without incorporating further aspects as logistics and profitability of the overall system. However, production system operator’s main intention is to optimize the profitability of the production system and not the availability of the production system. Thus, classic models, limited to represent and optimize maintenance strategies under the light of availability, fail. A novel approach, incorporating all financial impacting processes of and around a production system, is needed. The proposed model is subdivided into three parts, maintenance module, production module and connection module. This subdivision provides easy maintainability and simple extendability. Within those modules, all aspect of production process are modeled. Main part of the work lies in the extended maintenance and failure module that offers a representation of different maintenance strategies but also incorporates the effect of over-maintaining and failed maintenance (maintenance induced failures). Order release and seizing of the production system are modeled in the production part. Due to computational power limitation, it was not possible to run the simulation and the optimization with the fully developed production model. Thus, the production model was reduced to a black-box without higher degree of details.

Efficient implementation of discrete Pascal transform using difference operators

An alternative way is provided to define the discrete Pascal transform using difference operators to reveal the fundamental concept of the transform, in both one- and two-dimensional cases, which is extended to cover non-square two-dimensional applications. Efficient modularised implementations are proposed.

Realtime Logistics : echtzeitnahe Steuerung von Materialflusssystemen auf Basis autonomer Agenten und Entitäten

Die Steuerung logistischer und produktionstechnischer Systeme ist heute durchgängig hierarchisch organisiert. Auch dezentrale und wandelbare Systeme mit eingebetteten fraktalen oder adaptiven Elementen oder Regelkreisen lassen sich in ihrer Gesamtheit stets auf eine zeitgenaue zentrale Planung zurückführen. „Realtime Logistics“ bezeichnet im Gegensatz hierzu die echtzeitnahe Materialflusssteuerung auf Basis einer autonomen, selbstgesteuerten Abwicklung der im einzelnen logistischen Objekt implementierten Mission. Hierzu werden mobile Softwareagenten eingesetzt, die zunächst synchron zum Objekt, und in Zukunft eingebettet im logistischen Objekt, laufen werden.

TV Signal Delivery to Cable Operators and DTH Platform Operators

The paper discusses new business models of transmission of television programs in the context of definitions of broadcasting and retransmission. Typically the whole process of supplying content to the end user has two stages: a media service provider supplies a signal assigned to a given TV channel to the cable operators and satellite DTH platform operators (dedicated transmission), and cable operators and satellite DTH platform operators transmit this signal to end users. In each stage the signals are encoded and are not available for the general public without the intervention of cable/platform operators. The services relating to the supply and transmission of the content are operated by different business entities: each earns money separately and each uses the content protected by copyright. We should determine how to define the actions of the entity supplying the signal with the TV program directly to the cable/digital platform operator and the actions of the entity providing the end user with the signal. The author criticizes the approach presented in the Chellomedia and Norma rulings, arguing that they lead to a significant level of legal uncertainty, and poses the basic questions concerning the notion of “public” in copyright.

Lean Logistics - Innovative Bewertungsmethodik zur Auswahl schlanker Materialbereitstellungsstrategien

Die starke Individualisierung der Kundenwünsche hat eine stetig wachsende Variantenvielfalt zur Folge. Unternehmen, insbesondere aus dem Automotive- und High-Tech-Sektor, sind bestrebt, ein dauerhaftes Vorhalten aller Variantenteile im Montageprozess aufgrund hoher Kapitalbindung, zunehmenden Flächenbedarfs sowie steigenden Handlingaufwands zu vermeiden. Durch die konsequent wertschöpfungsorientierte Planung der Montageprozesse ist es möglich, innerhalb eines Montagetakts größere Teileumfänge zu verbauen. Das Angebot an Bereitstellflächen erhöht sich jedoch nicht, so dass Kosteneinsparungen aus Montageoptimierungen zum Teil nicht ausgeschöpft werden können. Diese Einsparungen können erst zusammen mit einem angepassten und standardisierten Materialbereitstellungsprozess voll wirksam werden. Die Materialbereitstellung muss darüber hinaus auch für individuelle Teilespektren eine adäquate Teileversorgung sichern sowie innerhalb ihrer Systemgrenzen einen optimalen Prozessablauf ermöglichen. Für die Auswahl geeigneter Bereitstellungsstrategien fehlt eine auf den Bereitstellungsprozess abgestimmte Bewertungsmethode, die eine nach Lean Management Grundsätzen vergleichende Prozessbetrachtung ermöglicht und zudem bauteilspezifische Kriterien wie Variantenvielfalt, Reichweite oder Größe berücksichtigt. Ziel des Beitrags ist es daher, eine neuartige Bewertungsmethode vorzustellen.

Realtime Logistics – Ein Algorithmus zur parallelisierbaren Bestimmung von Transportkollisionen in Materialflusssystemen

In diesem Beitrag zur Komplexitätsanalyse von Materialflusssystemen unter Zeitrestriktionen wird ein Algorithmus vorgestellt, der die Bestimmung von Transportkollisionen als parallelisierbares Problem betrachtet und dessen Datenstrukturen auf die Analyse der Wechselbeziehungen von Lastobjekten ausgerichtet ist. Am Beispiel eines Deadlockszenarios wird die Funktionsweise des Algorithmus dargestellt und gezeigt, dass die explizite Betrachtung von zeitlichen und räumlichen Abhängigkeiten unter Lastobjekten eine Deadlockerkennung möglich macht. Der Algorithmus bildet die Grundlage für weitere Anwendungen in der Analyse der Echtzeitfähigkeit von Materialflusssystemen.

Integration of Truncated Distributions in Exponential Family with Simulation Models of Logistics and Supply Chain Management

Truncated distributions of the exponential family have great influence in the simulation models. This paper discusses the truncated Weibull distribution specifically. The truncation of the distribution is achieved by the Maximum Likelihood Estimation method or combined with the expectation and variance expressions. After the fitting of distribution, the goodness-of-fit tests (the Chi-Square test and the Kolmogorov-Smirnov test) are executed to rule out the rejected hypotheses. Finally the distributions are integrated in various simulation models, e. g. shipment consolidation model, to compare the influence of truncated and original versions of Weibull distribution on the model.

Neue Generation von Aufzügen mit Faserseil

Energieeffiziente und leistungsfähige Zug- und Tragmittel aus hochmoduligen (HM) und hochfesten (HT) Fasern rücken seit einigen Jahren in den Fokus von Aufzugherstellern und Betreibern. Hauptgrund dafür ist, das die bisher eingesetzten Stahldrahtseile auf Grund ihrer vergleichsweise hohen Eigenmasse an technische Grenzen stoßen. Seile aus hochfesten Polymerfasern haben gegenüber Stahldrahtseilen eine vergleichbare oder sogar höhere Zugfestigkeit und ein vier- bis sechsfach geringeres Gewicht. Um das Potential dieser Fasern optimal auszunutzen, sind sowohl die Anordnung der Fasern als auch die Schmierstoffeinbringung zu untersuchen. Diesbezüglich wurden verschiedenen Seilkonstruktions- und Schmierstoffvarianten entwickelt und im Dauerbiegeversuch validiert.