Optimale Anbindung von Team- an Rangierbahnhöfe im Einzelwagenladungsverkehr der SBB Cargo

Zusammenfassung

SBB Cargo ist die Güterverkehrsdivision der SBB und hat über 5.000 Mitarbeiter. 2003 lag die Transportleistung bei 10 Milliarden Tonnenkilometern, mit denen ein Ertrag von über 1 Milliarde SFr erwirtschaftet wurde. Ein Produkt der SBB Cargo ist das sogenannte Cargo Rail. Cargo Rail ist das flächendeckende Transportangebot auf Schienen. Es verfrachtet Güter von kleinen Kundenaufträgen in Einzelwagen oder Wagengruppen. Von Montag bis Freitag werden Waren während der Nacht von einem beliebigen Bahnhof im Grundnetz der Schweiz zu einem anderen Bahnhof transportiert.

In dieser Semesterarbeit sollte die Transportstruktur für diesen Einzelwagenladungsverkehr untersucht werden. Hierbei ist insbesondere die Auswirkung der Kapazität der einzelnen Anlagen zu berücksichtigen, denn dies beeinflusst massgeblich die Anbindung kleinerer Bahnhöfe und damit die Anzahl der Umstellungen der Wagen und die Laufwege der zusammengestellten Züge. Ziel der Arbeit war es, ein Optimierungsmodell für die Auswahl der Transportwege herzuleiten und für gegebene Beispieldaten mit geeigneten Algorithmen zu lösen.

Die Arbeit stellt das zu betrachtende System als ein in drei Stufen hierarchisch gegliedertes Transportnetzwerk dar, in welchem die Transporte ausschliesslich zwischen benachbarten Stufen stattfinden. Für die oberen beiden Stufen wurde ein Netzwerkmodell in Form eines 4-partiten Graphen entwickelt, wobei die erste Partition den Quellen und die letzte den Senken des Verkehrsaufkommens entspricht. Gesucht war nun eine optimale Verteilung der Verkehrflüsse auf die (gerichteten) Kanten, welche die gesamten Kosten minimiert und Kapazitätsbeschränkungen in den Knoten einhält. Das resultierenden nichtlineare quadratische Optimierungsproblem wurde durch Hinzufügung von Hilfsvariablen in ein äquivalentes gemischt-ganzzahliges lineares Programm überführt. Beispielinstanzen wurden mit einem in einem kommerziellen Solver integrierten Branch-and-Cut Verfahren gelöst.