Die Einführung von Container-ETA-Daten für den Hamburger Hafen auswerten

Problem:




Ein typischer maritimer Containertransport beinhaltet ein Hochsee-Transportunternehmen, einen Hafenterminalbetreiber und ein Transportunternehmen für intermodalen Verkehr. Container werden entladen, an den Terminals gelagert und dann normalerweise über Land an den weiteren Zielort versandt. Dieses Hinterland kann als Teil der Lieferkette oft zum Engpass werden, da die Verspätung eines Hochseeschiffs den weiteren Verschiffungsprozess komplizieren kann.


Die Verspätung eines Schiffes bedeutet eine Verspätung aller Container, die mit diesem Schiff transportiert werden. Wenn ein weiterer Versand per Zug erfolgen soll, werden die Container diese Züge wahrscheinlich verpassen und müssen auf den folgenden Zügen transportiert werden. Das macht den Planungsprozess der Verschiffung äußerst kompliziert. Als Folge davon werden Container oft spät geliefert, Terminalspeicher werden überfüllt und die Zugkapazität wird deutlich zu wenig genutzt, was wieder zu einem finanziellen Verlust aller Beteiligten führt.


Wenn ein wirklich großes Schiff einläuft, wird die Situation noch schwieriger, weil die Entladung von solchen Schiffen mehr als zehn Stunden dauern kann. Niemand weiß, ob ein bestimmter Container am Anfang oder am Ende dieses langen Prozesses entladen wird, was die Planung zusätzlich erschwert.


Um solche Situationen zu vermeiden, versuchen Transportunternehmen für intermodalen Verkehr, andere Container für die verfügbare Zugkapazität umzubuchen, was sie jedoch im Voraus tun müssen (zum Beispiel, im Hamburger Hafen, in Deutschland, mindestens einen Tag vor Zugabfahrt). Um hierbei effektiver zu sein, müsste der Betreiber frühzeitig über ankommende Container informiert werden (Ankunftszeit am Terminal und Zielort).


Eine Vermutung geht davon aus, dass das Problem gelöst werden könnte, wenn alle Beteiligten die geschätzte Ankunftszeit (ETA) jedes Containers kennen würden, was bedeuten würde, von jedem Container die Ankunftszeit am Anleger zu kennen. Heute hat man nur die ETA der Schiffe, was nicht sehr hilfreich ist, denn für den Zugbetreiber ist es auch von Bedeutung, ob ein Container als erstes oder als letztes entladen wird. Wenn eine ETA für Container vorhanden wäre, wäre es möglich, vermehrt ladungsbereite Container für den Hinterlandtransport auf Züge umzubuchen, um die Nutzungskapazität zu erhöhen.


Forscher der Technischen Universität Darmstadt in Deutschland arbeiteten daran, herauszufinden, ob die Einführung von ETA für Container die Kapazitätsnutzung im Hamburger Hafen, einem der 20 weltweit größten Häfen im Containerverkehr, verbessern würde.


Lösung:




Die Forscher entschieden sich, zwei gleiche, dreimonatige Zeitperioden des Systembetriebs in einem Simulationsmodell zu reproduzieren, und die Leistungsfähigkeit mit und ohne die vorhandenen Container-ETA-Daten zu vergleichen. Sie entschieden sich, drei Strategien zu testen und zu vergleichen, die das Transportunternehmen für intermodalen Verkehr implementieren könnte:

  • Standardfall: Nur Container von Hochsee-Carriern bedienen.
  • Strategie 1: Container mehrerer Carrier bedienen, und die mit den dringlichsten Lieferfristen primär per Zug befördern.
  • Strategie 2: Bildung eines Pools von ladungsbereiten Zugcontainern, die am Terminal gelagert werden, und, im Falle einer späteren Ankunftszeit, eine Umbuchung für die Beförderung mit Containerzügen.

Die TU Darmstadt ging eine Partnerschaft mit HHLA (Betreiber des Hamburger Hafens), TFG Transfracht (Transportunternehmen für intermodalen Verkehr), und Hapag-Lloyd (Hochsee-Carrier) ein, um Daten aller beteiligten Parteien in der Transportkette zu sammeln, und die Arbeit mit dem Container-ETA-System zu testen. Die Partner lieferten für die Untersuchung die folgenden Eingangsdaten:

Simulationsmodell Containerhafen

Modellanimation Hamburger Hafen

  • Die Terminalseite beinhaltete die Güterumschlagszeit, die Umsetzungszeit, Verweilzeit und die Zeit zum Beladen der Züge, Blocklagerkapazität, Umsetzungsrate usw.
  • Die Daten des Transportunternehmens für intermodalen Verkehr beinhalteten die Anzahl der Züge, Kapazität und Nutzung pro Zug.
  • Der Hochsee-Carrier lieferte die Anzahl der transportierten Container, sowie Verspätungen und Entladungszeiten.
Optimierung der Kapazitätsnutzung des Transportunternehmens für intermodalen Verkehr

 

Die Nutzung der Zugkapazität vor (rot) und nach (blau) der Einführung von Container-ETA in den drei Strategien

Die Daten wurden für die Erstellung von Verteilungsfunktionen im Modell verwendet.


Das Modell reproduzierte die Transportkette, indem der systemdynamische Ansatz genutzt wurde. Es simulierte den kontinuierlichen Containerfluss der ankommenden Schiffe, über das Terminal zu den Zügen. Diskrete und dynamische Ereignisse simulierten Container, die vom Schiff am Terminal ankamen und auf Züge verladen wurden. Die Modellierer fügten dem systemdynamischen Modell auch zusätzliche Features hinzu, wie Funktionen und Programmierung, um Entscheidungsregeln für das Transportunternehmen für intermodalen Verkehr hinzuzufügen.


Das Modell beinhaltete eine Schnittstelle, an der die User verschiedene Modi und Parameter graphisch einrichten konnten, wie zum Beispiel die Nutzung von Container-ETA ein-/ausschalten, Strategien der Transportunternehmen für intermodalen Verkehr wählen, Zugparameter einstellen (Container pro Zug, Ankunftsrate, etc.) und mehr.


Um aussagkräftigere und vergleichbarere Ergebnisse zu erzielen, ließen die Modellierer Monte Carlo - Simulationsexperimente laufen, die verschiedene Simulationsläufe für jedes Eingangsvolumen beinhalteten, von denen jedes einzelne mit zufällig generierten Parametern ausgestattet war.


Ergebnis:




Die Simulationsergebnisse für die verschiedenen Strategien zeigten, dass die Einführung von Container-ETA-Informationen die Nutzungskapazitäten der Züge des intermodalen Verkehrs erhöhen würde (siehe Bild). Das Vorhandensein von ETA -Daten hätte die beste Auswirkung auf das System, wenn das Transportunternehmen für intermodalen Verkehr die zweite Strategie verfolgen würde: Bildung eines Pools von ladungsbereiten Containern, und, im Falle einer späteren Ankunftszeit, ein Versand von Containern.

Bei großen Schiffen verbesserte die Anwendung von ETA zwar die Kapazitätsnutzung, das akzeptable Level von 75 Prozent konnte jedoch nicht erreicht werden. Große Schiffe haben große Auswirkungen auf die Prozesse des Güterumschlags und die Einführung von ETA hatte nicht das Ziel, diese Prozesse zu optimieren.


Außerdem zeigte die Simulation, dass die Nutzung der vorgeschlagenen Strategien allein, ohne die Einführung von Container-ETA, die Situation nicht ändern würde.


Die Ergebnisse wurden den Partnern in Workshops vorgestellt. Einigen Branchenpraktikern der maritimen Logistikkette erschien die Idee der Einführung von Container-ETA nicht intuitiv genug. Die Simulation bewies vielen von ihnen, dass dies die Situation verbessern würde.


Die Simulationsergebnisse zeigten, dass das Vorhandensein von Container-ETA den Hafenbehörden die Möglichkeit geben würde, die Verweilzeit von Containern in Terminals verkürzen würde, die Transportunternehmen für intermodalen Verkehr die Möglichkeit hätten, die Nutzungskapazität zu erhöhen, und somit letztlich auch die Zeiten für den Containertransport optimieren könnten.


Zusätzlich stand die Exportrichtung der Container im Fokus der Anwender für den Hamburger Hafen. Hier könnten Container-ETA die Nutzungskapazität von Containerschiffen verbessern.



Weitere Forschungsvorhaben beinhalten den Vorschlag, Container-ETA in Hafenumgebungen Asiens oder Amerikas zu testen, um dann den wirtschaftlichen Einfluss der Einführung von ETA-Daten auf jeden einzelnen User auszuwerten. Die Forscher planen auch die Einführung von agentenbasierten Modellierungselementen im systemdynamischen Modell, um Bewegungen jedes Containers nachzuverfolgen.

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