Betreuer: Prof. Dr. Thomas Bousonville, Prof. Dr. Teresa Melo, Prof. Dr. Herbert Kopfer (Universität Bremen)
Kooperierende Universität: Universität Bremen
Abschlussjahr: 2019
Veröffentlichung: hier
Kurzbeschreibung:
In international long-haul freight transportation, truck drivers are often on the road for several consecutive days or even weeks. During their trips, they must comply with the rules on driving time, breaks and rest periods, which in the European Union are governed by Regulation (EC) No 561/2006, which entered into force in April 2007. As the regulation has a high influence on the transport durations, it has to be taken into account when planning arrival times at customer locations and choosing among multiple customer time windows. Considering transport costs, a high attention should be paid to fuel costs as fuel is one main cost driver in the road haulage sector. An analysis of diesel price variations across different European countries showed that a significant potential for cutting fuel expenditure can be found in international long-haul freight transportation. Thus, fuel costs and driver rest periods and breaks are two important issues that transport companies have to take into account to be profitable. Dependencies among the corresponding planning tasks suggest a joint consideration. In this thesis, the resulting problem is approached gradually by starting with the isolated consideration of the two subproblems.
For the planning of rest periods, breaks and customer time windows, two mixed integer linear programming (MILP) models and solution strategies are proposed. Together with a transformation algorithm they allow to plan driver activities in compliance with Regulation (EC) No 561/2006 for a given sequence of customer locations and other stops to be visited by a vehicle. One of the models considers all rules, including extended rules, while the other takes into account the regular requirements. A special feature is the consideration of "soft" time windows which has not been studied in this context so far. In addition to the mathematical models, a myopic algorithm was developed that can only "see" the route until the next customer stop and the corresponding customer time windows in advance and plans driver activities accordingly. The advantages of the different approaches are evaluated.
The refueling subproblem is addressed by extending the standard fuel optimizer model presented by Suzuki (2008, 2009) which takes into account detours to reach gas stations with attractive fuel prices. Additionally to the original version, the consideration of time windows is included. In a short digression, the new MILP model is embedded in the insertion heuristic developed by Solomon (1987) for solving the vehicle routing problem with time windows (VRPTW). A joint consideration of rest periods, breaks and refueling is achieved by merging the MILP models developed for the isolated problems to one model. The solution process for the resulting multicriteria optimization problem with the goals to minimize lateness, completion time and fuel expenditures is described. Additionally, a preprocessing heuristic is proposed which reduces the number of gas stations to be considered along the route of a vehicle and thus the solution space and the computational effort.
For each of the models and algorithms presented numerical experiments were conducted. For the extended VRPTW, the well-known Solomon benchmark instances were modified. The other experiments were performed with instances derived from real-world data that include vehicle routes for one week and information on gas stations along the vehicle routes.
For future research, the main elements are proposed that together with metaheuristic strategies can be used to develop a heuristic for the combined problem.
Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Frank Rückert, Prof. Dr.-Ing. Franz Joos, Prof. Dr.-Ing. Jens Wulfsberg
Kooperierende Universität: Helmut-Schmidt-Universität Universität der Bundeswehr Hamburg
Abschlussjahr: 2021
Veröffentlichung: hier
Kurzebeschreibung:
Kern der Arbeit ist die Methodik zur standortabhängigen Auslegung und Umsetzung von VAWT. Hier fließen Optimierungsansätze ein, die deren potentiellen Jahresertrag steigern. Durch eine Kombination aus Effizienz- und Ertragssteigerung sind standortoptimierte Anlagen realisierbar, die auch in Stückzahl „Eins“ wirtschaftlich gefertigt werden können. Zur experimentellen Untersuchung wird im Rahmen der Promotion ein Windkanal ausgelegt und aufgebaut zur Vermessung der entwickelten Prototypen. Aus den Erkenntnissen der CFD-Simulationen und den experimentellen Untersuchungen einer Referenzanlage wird deutlich, dass Optimierungsmaßnahmen auf unterschiedlichen Ebenen (Detail-, Anlagen- und Systemebene) zu betrachten sind. Zur Beurteilung der verschiedenen Ansätze strömungsbeeinflussender Maßnahmen auf Detailebene werden die zuvor verifizierten CFD-Simulationsmodelle unter der Einbindung verschiedener Turbulenzmodelle bezüglich möglicher Verbesserungen untersucht und hinsichtlich ihrer Ausprägung optimiert. An einem Referenzprofil werden dazu vier Maßnahmen zur Effizienz- und Ertragssteigerung betrachtet. Die Untersuchung und Vermessung der Muster verifiziert die Ergebnisse der durchgeführten CFD-Simulationen. Neben der reinen Verifikation über Daten erfolgt ein visueller Abgleich der Ergebnisse. Dabei wird ein Strömungsvisualisierungsverfahren auf Basis der Schlieren-Fotografie mit einem Bildverarbeitungsansatz in der Background Oriented Schlieren Methode eingesetzt. Auf der Anlagenebene sind Optimierungen im Bereich der Rotorgeometrie, der Rotorstruktur sowie der Rotoraerodynamik zielführend. Mithilfe des Softwaretools VAWT_Power werden die VAWT-Rotorgeometrie modifiziert und verschiedene Parameterstudien durchgeführt. Dazu zählen die Rotorform, die Verdrehung des Rotors und der Flächenfüllgrad. Neben einer Effizienzoptimierung (Betriebspunkt) kann auch eine entsprechende Ertragsoptimierung (Betriebsbereich) durch Anpassen der Leistungskennlinie erreicht werden. Bei der Umsetzung dieser Geometrie erfolgt eine weitere Optimierung hinsichtlich des Materialeinsatzes und der mechanischen Belastbarkeit (Rotorstruktur). Grundlage hierfür bilden Leichtbauansätze mit bionischen Strukturen und Ansätze hybrider Materialien. In Kombination mit faserverstärkten Kunststoffen wird durch einen optimierten Materialeinsatz ein ressourceneffizientes Rotorblatt konstruiert. Die Untersuchungen auf Systemebene erfolgen durch LES-Rechnungen. Dabei stehen die Wirbelentwicklung am Rotorblatt, die Wirbelentwicklung an den Anbindungen sowie die sich bildende Nachlaufströmung im Fokus der Untersuchungen. Zur Verifikation der Modelle werden die ermittelten Experimentaldaten genutzt. Auf Basis der Untersuchungen dieser drei Ebenen ergibt sich ein neues Konzept für eine standortoptimierte VAWT.
Betreuer: Prof. Dr. Nicole Schwarz (Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes), Prof. Dr. Jörg Abbing (Hochschule für Musik Saar)
Kooperierende Universität: Hochschule für Musik Saar
Abschlussjahr: 2023
Veröffentlichung:
Kurzbeschreibung:
Das Promotionsvorhaben untersucht, inwiefern künstlerisch-kulturelle (Teilhabe)projekte (Chorsingen, Theater spielen etc.) die Integration von Geflüchteten unterstützen und wie derartige Projekte, die gemeinsam von Geflüchteten und Einheimischen besucht werden, das gegenseitige Verständnis zwischen Kulturen fördern oder Hemmschwellen zwischen diesen abbauen können. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf dem künstlerisch-kulturellen Bereich des Chorsingens, weswegen das Vorhaben unter anderem darauf abzielt, Handlungsempfehlungen für künstlerisch-kulturelle (Teilhabe)projekte im Chorbereich abzuleiten. Zu diesem Zweck wurden empirische Datenerhebungen durchgeführt und im Zuge dessen Kulturexpert*innen /-schaffende, Geflüchtete und Einheimische mit einem Mixed-Methods-Ansatz befragt.