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Designing Liner Shipping Feeder Service Networks in the New Era of Mega Containerships

Polat, Olcay

Spätestens seit der Einführung von Mega-Containerschiffen planen Reedereien ihre Netzwerke für die Container-Linienschifffahrt nach dem 'Hub-and-Spoke'-Prinzip, um ihre Verbindungen zu regionalen Märkten zu stärken und die operativen Kosten für Kurzstrecken mit niedrigem Frachtvolumen zu reduzieren. Das sogenannte Feeder-Netzwerk besteht aus solchen Kurzstrecken zwischen Hubs und Regionalhäfen, welche üblicherweise von kleinen oder mittelgroßen Containerschiffen bedient werden. Diese Studie analysiert die allgemeinen Eigenschaften des Feederverkehrs in der Container-Linienschifffahrt und schlägt OR-basierte Lösungsansätze für Netzwerkplanungspro-bleme von Feederverkehr-Dienstleistern vor. Es wurde eine, aus der Tourenplanung bewährte, adaptive Nachbarschaftssuche entwickelt, welche Größe, Zusammensetzung und Einsätze der Feederflotte sowie die Routen und Reisefahrpläne bestimmt, um die operativen Kosten zu minimieren. Außerdem wurden eine Monte-Carlo-Simulation und ein Neuronales Netz für die Prognose und Auswertung von Bedarfen in regionalen Hä-fen entwickelt. In einer Fallstudie wurde das Netzwerkplanungsproblem einer Türki-schen Kurzstrecken-Schifffahrtsgesellschaft betrachtet im Hinblick auf die Eröffnung des Hafens in Candarli. Die Performance neuer Feederverkehr-Konfigurationen für die Schwarzmeer-Region wurde sowohl für statischen Bedarf als auch dynamische Be-darfsentwicklungen evaluiert. Numerische Ergebnisse belegen, dass der neue Hafen in Candarli ein großes Potential als möglicher Hub in der Schwarzmeer-Region besitzt. Zusätzlich wird die Notwendigkeit bestätigt, dynamische Bedarfsentwicklungen bei Planung des Feederverkehrs zu berücksichtigen.
In the new era of mega containerships, global containership liners design their transportation service as Hub-and-Spoke networks to improve the access to local transportation markets and to reduce operational costs by using short-sea connections for low-volume transportation lanes. These connections from the hub ports to the regional ports constitute the feeder network which is serviced by small or medium-sized feeder containerships. This study analyzes general characteristics of feeder services in liner shipping and provides operation research based solutions to major challenges that feeder service providers face in planning their service networks. For this purpose, an adaptive neighbor-hood search approach, which is proved to be effective in vehicle routing problem variants, is developed in order to determine the feeder ship fleet size and mix, fleet deployments, service routes and voyage schedules to minimize operational costs for static and dynamic sailing seasons. A Monte Carlo simulation and an artificial neural networks based forecasting framework is also developed to estimate unstable throughput demands of regional ports. In our case study investigation, we assume the feeder network design problem of a Turkish short-sea shipping company in view of the opening of the new Candarli port near Izmir. The cost performance of alternate feeder network configurations serving the Black Sea region is compared under both stable and unstable demand environments. Numerical results show that the new Candarli port has great potential as hub port in the Black Sea region and feeder service network designs should consider unstable demand environment of the regional ports.