Forschungsschwerpunkte

Die derzeitige Forschung der Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit den Bereichen Produktion, Logistik, Projektplanung, Supply Chain Management und Marketing. Die Themengebiete werden im Rahmen einer quantitativen BWL behandelt.

Ausgewählte Forschungsschwerpunkte sind im Folgenden beschrieben:

 

Integrierte Produktions- und Logistikplanung

In Wertschöpfungsnetzwerken arbeiten in der Regel mehrere Unternehmen inter-organisational zusammen, um Beschaffungs-, Produktions-, Transport- und Absatzprozesse zu gestalten, computerbasiert zu unterstützen und auf operativer Ebene umzusetzen. Da die Datenvolumina, die durch systematisches Sammeln von Informationen oder durch empirische Erhebungen anfallen, strukturiert bearbeitet werden müssen, ist es nötig, Methoden der Datenanalyse, des Data Mining und der Prognoserechnung anzuwenden. Zudem sollte die gesamte Planung in ein Produktionsplanungs- und Steuerungssystem (PPS-System) eingebettet bzw. ein leistungsfähiges Advanced Planning System (APS) als Erweiterung eines PPS-System installiert werden. Kommerzielle APS berücksichtigen allerdings nicht alle erforderlichen organisatorischen und technologischen Besonderheiten in der Produktion und Logistik, die branchenspezifisch stark variieren. Durch Verwendung von geeigneten Planungsmethoden können Schwachstellen identifiziert werden, die bisher durch Software noch nicht zufriedenstellend abgedeckt sind. Darauf aufbauend lassen sich Produktions- und Logistikprozesse beschleunigen und automatisieren, so dass der zunehmenden Globalisierung und Dynamik im wirtschaftlichen Leben Rechnung getragen wird. Auf diese Weise können langfristig Kosten verringert und Gewinne erhöht werden.

 

Standort- und Tourenplanung

Langfristige Entscheidungen über die Positionierung von Gebäuden, Einrichtungen und Anlagen in Unternehmen können mit Hilfe der Standort- bzw. Layoutplanung bewertet und getroffen werden. Mit geeigneten Verfahren lassen sich dann Fragestellungen, wie die Positionierung von Lager- und Hubstandorten, die Platzierung von Notfalleinrichtungen und Versorgungsstätten sowie die Festlegung einer geeigneten Anordnung von Maschinen in Fabrikgebäuden, lösen. Die Tourenplanung hat die Aufgabe, innerhalb einer vorgegebenen Planungsperiode Transport- oder Dienstleistungsaufträge zu Touren zusammenzufassen, so dass jede Tour von einem am Depot positionierten Fahrzeug durchgeführt werden kann. Für jede Tour ist weiterhin eine optimale Reihenfolge der durchzuführenden Aufträge zu finden. Probleme der Tourenplanung finden sich z. B. bei Speditionsunternehmen, die Güter bei verschiedenen Kunden ausliefern und/oder einsammeln, im innerbetrieblichen Werksverkehr, bei der Müll- und Gefahrgutentsorgung sowie im Winterdienst. Durch eine optimierte Standort- und Tourenplanung lassen sich hohe Synergieeffekte in den Bereichen Flächendeckung, Laufzeit- und Auslastungsoptimierung sowie Servicequalität erlangen. Zudem ermöglicht eine partnerschaftliche Gestaltung und Nutzung von Logistiknetzen durch mehrere selbstständige Unternehmen und ein Einsatz von verschiedenen Verkehrsmitteln im Rahmen des multimodalen Transports eine nachhaltige Verbesserung von Waren- und Informationsflüssen entlang der gesamten Supply Chain.

 

Ressourcenbeschränkte Projektplanung
Mit Hilfe von Projekten können logische und organisatorische Abläufe visualisiert, strukturiert und reorganisiert werden. Projekte bestehen aus einzelnen Vorgängen, die während ihrer Ausführung Zeit sowie (knappe) Ressourcen beanspruchen. Im Rahmen der Projektplanung sind die einzelnen Projektvorgänge so zu terminieren, dass alle dem Projekt zugrunde liegenden Zeitbeziehungen zwischen den Vorgängen eingehalten und gegebene Ressourcenkapazitäten nicht überschritten werden. Als mögliche Zielsetzungen der Projektplanung können sich die Minimierung der Durchlaufzeit oder die gleichmäßige Auslastung der Ressourcen im Planungszeitraum genannt werden. Viele praktische Probleme lassen sich als ressourcenbeschränkte Projektplanungsprobleme auffassen, beispielsweise komplexe Bauvorhaben, der Rückbau von Gebäuden oder Kraftwerken, die Entwicklung und Markteinführung neuer Produkte und Softwaresysteme, die mittelfristige Mitarbeiterplanung sowie die Optimierung von Ablaufprozessen in der Produktion. Da im Rahmen der ressourcenbeschränkten Projektplanung hauptsächlich personelle Ressourcen zu berücksichtigen sind, führt eine zusätzliche Betrachtung von Verhaltens- und Entscheidungsmustern mit hoher Wahrscheinlichkeit dazu, dass Projekte erfolgreich umgesetzt werden können.

 

Flexible Projektplanung unter Unsicherheit
Die klassische Projektplanung beschäftigt sich vornehmlich mit der statischen Zeitplanung deterministischer Aktivitäten innerhalb eines Projektes. Aufgrund der Dynamik und der Unsicherheit in der Realität werden diese Modelle den tatsächlichen Bedingungen oft nicht gerecht. Zusätzlich werden die Fähigkeiten der Mitarbeiter oftmals nicht ausreichend berücksichtigt. Daher sollen stochastische Aktivitätsdauern, flexible Ressourcenzuweisung und unterschiedliche Stärken der Ressourcen in die Modelle integriert werden, um Lösungen für Projektplanungsprobleme zu generieren, die leichter auf die realen Anforderungen anzupassen sind. Anwendungsfälle lassen sich beispielsweise im Katastrophenmanagement finden. Nach einer Katastrophe müssen eine Vielzahl von Aktivitäten eingeplant und die verfügbaren Hilfskräfte ihren Stärken entsprechend zugeordnet werden. Dabei handelt es sich im Regelfall um eine dynamische Situation mit großen Unsicherheiten. Die resultierenden Projektplanungsprobleme sind in der Regel schwer zu lösen, weshalb geeignete Lösungsverfahren entwickelt werden müssen, die möglichst gute Lösungen in annehmbarer Zeit generieren.

 

Produktionswirtschaft und energiekostenorientierte Produktionsplanung
Im Bereich der energiekostenorientierten Produktionsplanung werden vornehmlich Fragestellungen aus dem Bereich der Ablaufplanung im mittelfristigen Planungszeitraum behandelt. Als Zielsetzung betrachten wir die energiekostenoptimale Terminierung aller in einem Auftragsportfolio vorhandenen Fertigungsaufträge. Die Energiekosten eines Fertigungsauftrags lassen sich hierbei aus den individuellen Strombedarfen zur Bearbeitung auf den vorgesehenen Maschinen sowie den prognostizierten Strompreisen des Day-Ahead-Marktes der Strombörse EPEX SPOT Germany/Austria berechnen. Unter Zuhilfenahme der prognostizierten Preise erfolgt die Ablaufplanung, wobei eine Flow Shop- oder Job-Shop Umgebung betrachtet wird. Zur Lösung der unterschiedlichen Probleminstanzen werden geeignete exakte und heuristische Verfahren eingesetzt.

 

Tourenplanung und dezentral koordinierte, auktionsbasierte Kooperationsmechanismen im Teilladungsverkehr

Touren im Teilladungsverkehr beinhalten mehrere Pickup und Delivery Aufträge, bei denen Güter von einem Kunden abgeholt und zu einem anderen innerhalb derselben Tour geliefert werden müssen. Hierbei sind verschiedene Restriktionen, wie Einhaltung von Ladezeitfenstern oder heterogene Fuhrparks der Transportunternehmen, zu beachten. Das Lösen solcher Tourenplanungsprobleme ist NP-schwer und kann daher effizient nur heuristisch erfolgen, wie z.B. durch die von uns entwickelte Variante eines Grouping Genetic Algorithms.
Damit sich kleine und mittelständische Transportunternehmen auf dem durch seinen hohen Preisdruck gekennzeichneten Straßengüter-Transportmarkt behaupten können, ist der Eintritt in eine (horizontale) Kooperation eine mögliche Lösung. Die Kooperation ist dadurch charakterisiert, dass möglichst wenig Informationen über die Kunden der (konkurrierenden) Kooperationspartner ausgetauscht werden und jeder Partner selbstständig agiert. Zur Lösung dieser Problemstellung bietet sich ein dezentral koordinierter, auktionsbasierter Kooperationsmechanismus an, bei dem jeder Partner bestimmte Aufträge freigibt, die mithilfe einer (kombinatorischen) Auktion den Kooperationsteilnehmern in Bündeln angeboten werden. Nach einer Gebotsphase werden die Aufträge so auf die Kooperationspartner verteilt, dass der Gewinn innerhalb der Kooperation maximiert wird, welcher im letzten Schritt wiederum gerecht auf die Partner verteilt wird. Dabei besteht das Hauptproblem darin, die Aufträge derart zu bündeln, dass jedes angebotene Bündel attraktiv für mindestens einen der Kooperationsteilnehmer ist, ohne das Wissen über die Kundendaten dieser zu haben. Um dieses Bündelauswahlproblem zu lösen, haben wir einen Szenarien-basierten Ansatz entwickelt, der mithilfe einer Kennzahl jedes Bündel bewertet, um daraus künstlich stochastische Gebote zu erzeugen. Hierbei stellt eine Gebotskonstellation für jedes Bündel ein Szenario dar und die daraus resultierende Zuordnung der Bündel die zugehörige Lösung. Bündel, die nach mehreren Szenarien häufig zugeordnet werden, werden den Kooperationspartnern angeboten. Da dieses Verfahren nicht für alle möglichen Bündelkombinationen durchgeführt werden kann, haben wir zwei Vorauswahlmechanismen entwickelt, einen cluster-basierten und einen auf Basis von Neuronalen Netzen. Die Güte des Kooperationsmechanismus kann durch individuelles Handeln jedes Einzelnen (keine Kooperation) als untere Schranke und durch gemeinsames Agieren als großes Unternehmen (zentrale Kooperation) als obere Schranke für den Gewinn evaluiert werden.

 

Betrieblicher Einsatz von Online-Befragungssysteme

Online-Befragungen stellen im Methodenportfolio von Marktforschungsinstituten die am häufigsten zum Einsatz kommende Befragungsform dar und sind daher ein wichtiges Instrument der Marktforschung. Untersucht werden die verschiedenen Einsatzmöglichkeiten von Online-Befragungen in Unternehmen wie z.B. Kunden- oder Mitarbeiterbefragungen sowie Befragungen zur Erforschung des Marktumfelds. Der Forschungsschwerpunkt beinhaltet die mediengerechte Entwicklung von Fragebögen für dieses Instrument, die Implementierung mittels eines geeigneten Befragungssystems, Durchführung und Management von Befragungen sowie die adressatengerechte Auswertung und Aufbereitung der Ergebnisse.

 

Methoden der Datenanalyse in der Verkehrssicherheit
Zur Erhöhung der Verkehrssicherheit ist es sinnvoll, die Attribute der Verkehrsunfälle, wie Alkoholeinfluss, Fahrzeugtyp und Unfallhergang im Zeitverlauf zu betrachten und die weitere Entwicklung zu prognostizieren.
Dabei werden nicht nur die einzelnen Attribute isoliert betrachtet, sondern vor allem interessante Kombinationen von Attributen automatisiert erkannt und die wesentlichen geographischen Regionen identifiziert, für die entsprechende Maßnahmen zur Vermeidung von bestimmten Unfallarten implementiert werden sollten.

 

Alle Forschungsschwerpunkte zeichnen sich durch einen hohen Innovationsgrad und Technologiestandard sowie einen beträchtlichen praktischen Nutzen aus. Neben der Berücksichtigung von monetären Zielgrößen entstehen mit der Berücksichtigung von Sicherheits- und Umweltanforderungen im Zielsystem neue Herausforderungen, die sich in den Struktureigenschaften der entsprechenden Probleme niederschlagen. Zur Analyse und Lösung der verschiedenen Problemstellungen werden quantitative Modelle und Lösungsverfahren eingesetzt. Das praktische Problem wird dabei im Prozess der Modellierung in ein in der Regel gemischt-ganzzahliges lineares bzw. nichtlineares Modell übertragen. Aufbauend auf dem resultierenden Modell können mit Branch-and-Bound- sowie Branch-and-Cut-Verfahren optimale, oder mit Prioritätsregelverfahren, lokalen Suchverfahren, evolutionären Algorithmen sowie Simulationsverfahren suboptimale, Lösungen für konkrete Probleminstanzen gefunden werden. Die gewonnenen Ergebnisse werden anschließend interpretiert, für eine praktische Anwendung aufbereitet und von geeigneten Projektpartnern im Raum Hildesheim eingesetzt.