title: A multi-objective and temperature-dependent steel slab transportation problem
Creators: name: Kurt, Yusuf
Publisher: name: :none
Year: 2021

description: In dieser Masterarbeit stellen wir ein Mehrziel-Stahlbrammentransportproblem vor, das aus dem Stahlwerk eines Industriepartners stammt. Stahlbrammen sind schwere und rechteckig-geformte Stahlfabrikate, die hohe Temperaturen messen können. Sie werden mit Schwerlastfahrzeugen zwischen den vielen Produktions- und Bearbeitungsanlagen sowie innerhalb des Betriebsgeländes des Stahlwerks transportiert. Beim Transport von Stahlbrammen werden Schwerlastfahrzeuge durch die von den Stahlbrammen abgegebene Hitze einem Verschleiß ausgesetzt. Das übergeordnete Ziel dieses speziellen Transportproblems von Stahlbrammen ist zweierlei: Einerseits muss die von den Fahrzeugen zurückgelegte Strecke minimiert werden, andererseits muss auch der Verschleiß minimiert werden, indem die Hitzebelastung der Fahrzeuge minimiert wird. Um den letztgenannten Aspekt zu berücksichtigen, müssen wir zunächst wissen, wie diese Hitzebelastung gemessen und quantifiziert werden kann. Der letztere Aspekt ist der Schwerpunkt dieser Masterarbeit. Das Problem ist insofern neu, als dass die wissenschaftliche Literatur zu Tourenplanungsproblemen die Fahrstrecken und die Hitzebelastung von Fahrzeugen noch nicht als Mehrzielproblem behandelt hat. Wir schlagen mehrere Maße zur Hitzebelastung von Fahrzeugen vor und untersuchen diese umfassend mit einer Einfüge-basierten Large Neighborhood Search (LNS) Metaheuristik. Zunächst führen wir umfangreiche Computerexperimente durch. Wir verwenden eine kleine fiktive Probleminstanz und analysieren die besonderen Eigenschaften der resultierenden Fahrzeugrouten, wenn wir eines der Maße zur Hitzebelastung in Kombination mit der zurückgelegten Strecke anwenden, d. h. die beiden Zielfunktionen darstellen. Anschließend wenden wir die Zielfunktionen auf reale Datensätze des Industriepartners an und vergleichen die mittels der LNS erhaltenen Lösungen mit realen Lösungen. Zweitens diskutieren wir mit Vertretern des Industriepartners die vorgeschlagenen Maße zur Hitzebelastung von Fahrzeugen. Dies ermöglicht detaillierte Einblicke in die Mehrzielproblematik des Stahlbrammentransports im Allgemeinen und ermöglicht eine Bewertung der Erkenntnisse dieser Masterarbeit durch Fachexperten.
description: In this master´s thesis we introduce a multi-objective steel slab transportation problem that stems from an industrial partner’s steel plant. Steel slabs are heavy and rectangularly shaped casting products that can measure high temperatures. They are transported by heavy-duty vehicles among the many facilities and storage locations within the steel plant’s network. During the transportation of steel slabs, heavy-duty vehicles are subjected to abrasion due to the heat that the steel slabs emit. The overall goal of this particular steel slab transportation problem is two-fold: one the one hand, the distance travelled by the vehicles’ must be minimized, on the other hand, the abrasion must also be minimized by keeping the heat-exposure of the vehicles low. In order to consider the latter aspect, we first must know how to measure and quantify said heat exposure. The latter aspect constitutes the thesis’ main emphasis. The problem is novel in so far that the scientific literature on vehicle routing problems has not dealt with travel distances and vehicle heat-exposure as a multi-objective problem. We propose multiple vehicle heat-exposure measures and thoroughly investigate them using an insertion-based Large Neighbourhood Search (LNS) metaheuristic. First, we conduct extensive computational experiments. We use a small fictional problem instance and analyse the particular traits of the resulting vehicle routes when applying one of the heat-exposure measures in combination with the distance travelled, i.e., representing the two objective functions. Subsequently, we apply the objective functions on real-world data sets provided by the industrial partner and compare the solutions obtained through the LNS with real-world solutions. Second, we discuss the proposed vehicle heat-exposure measures with representatives of the industrial partner. This provides detailed insights on the multi-objective steel slab transportation problem overall and allows for an evaluation of this master´s thesis’ findings by technical experts.