Büttner, D.: Referenzmodell für die quantitative Absatzplanung innerhalb der Supply-Chain-Planung. Schriftenreihe Fortschritte in der IT in Produktion und Logistik, Band 6. Göttingen: Cuvillier 2023.

Produzierende Unternehmen stellen sich bei der Versorgung von Endverbrauchern vielfältigen Herausforderungen wie starker Volatilität am Absatzmarkt und global verteilter Distributionsnetzwerke. Dabei bestimmen in der Konsumgüterindustrie die Endverbraucher durch den Kauf von Produkten über den Erfolg von Unternehmen. Damit der Absatzmarkt schnellstmöglich bedient werden kann, sind die Produkte vor Entstehung des Bedarfs zu produzieren und in geografische Nähe des Endverbrauchers zu bringen. Somit sind diese Unternehmen darauf angewiesen, den zukünftigen Absatz ihrer Produkte zu prognostizieren, um die Supply Chain bedarfsgerecht zu steuern. Für die Erstellung von Prognoseinformationen, die als Grundlage der Planung von Supply Chains gelten, ist die Absatzplanung verantwortlich. Im Rahmen der Absatzplanung werden Daten unzureichend verwendet, obwohl die Wissenschaft bereits seit Jahren empfiehlt, Entscheidungen auf Analysen von Daten basieren zu lassen. Auch hemmen Herausforderungen wie unzureichende Kompetenzen die Vielfalt an Methoden und unklare Prozesse die Verwendung von Daten und folglich quantitativer Methoden. Das vorliegende Referenzmodell widmet sich den genannten Herausforderungen und konsolidiert bestehendes Wissen in der Domäne der quantitativen Absatzplanung. Damit dient das Referenzmodell als Leitfaden für die Integration und Verbesserung der quantitativen Absatzplanung in Unternehmen und erleichtert den Zugang zu Wissen. Das Modell systematisiert den Planungsprozess, die Prognosemethoden – von naiven Methoden bis zum maschinellen Lernen – und die obligatorischen und optionalen Prognosedaten innerhalb von drei Reifegraden. Das Modell reduziert den Aufwand für die Entwicklung anwendungsspezifischer Absatzplanung, unterstützt die Generierung von Wissen zum Absatz im Anwendungsfall und fördert die Verwendung von Daten für die Planung der Supply Chain sowie resultierend den Erhalt der Wettbewerbsfähigkeit der anwendenden Unternehmen

Sohny, T.: Referenzmodell basierend auf der Wertstrommethode zur Bewertung von automatisierten Materialflusssystemen der Produktion in der Angebotsphase. Schriftenreihe Fortschritte in der IT in Produktion und Logistik, Band 5. Göttingen: Cuvillier 2023.

Automatisierte Materialflusssysteme der Produktion weisen eine hohe Dynamik bei gleichzeitig erheblicher Komplexität auf. Anlagenplaner stehen der Herausforderung gegenüber, für solche kundenindividuellen Materialflusssysteme mit Abgabe ihres Angebots eine Durchsatzleistung zu garantieren. Eine den Durchsatz sichernde Überdimensionierung mit der Folge von Mehrkosten geht allerdings zu Lasten der Wettbewerbsfähigkeit. Mit der Simulationstechnik lassen sich dynamische und stochastische Aspekte von Systemen durch ablauffähige Modelle abbilden und so Alternativen bewerten. Jedoch ist die Simulation zum Zeitpunkt der Angebotsphase zu zeit- und kostenintensiv, sodass diese regelmäßig erst nach einer Auftragsvergabe angewendet wird. Mögliche Planungsfehler werden erst dann erkannt und führen zu aufwandsintensiven Anpassungen. In der vorliegenden Arbeit wird ein Referenzmodell basierend auf der Wertstrommethode entwickelt, das einen Beitrag für einen reduzierten Modellbildungsaufwand von Simulationsmodellen für automatisierte Materialflusssysteme zum Zeitpunkt der Angebotsphase leistet. Für eine effiziente Modellbildung steht dem Anwender des Referenzmodells ein dafür entwickeltes Konstruktionsschema, bestehend aus einzelnen Modellelementen mit definierten Strukturen und Beziehungen zur Verfügung. Jedes Modellelement repräsentiert dabei ein reales Systemelement eines automatisierten Materialflusssystems mit seinen charakteristischen Eigenschaften, abgebildet durch Systemzustände, Ablauflogiken und Attribute. Die Beschreibung der Systemelemente, mit einer geeigneten Granularität für die Angebotsphase, erfolgt durch die im industriellen Umfeld bewährte Wertstrommethode, erweitert um den Aspekt der Dynamik. Der modulare Aufbau des Konstruktionsschemas und der Beschreibungsmethode erlaubt die anwendungsspezifische Parametrisierung und Verwendung eines spezifischen Modellelements. Unterstützt wird der Anwender durch ein Vorgehen zur gezielten Verwendung der Modellelemente, bei einer strukturierten Systemanalyse und der formalen Modellbeschreibung. Mit Ausführung der Modellbildung nach dem Referenzmodell erhält der Modellierer ein formalisiertes Modell, welches ohne weitere Erläuterung simulatorspezifisch in ein Simulationssystem implementiert werden kann. Hierdurch ist der Anlagenplaner in der Lage, durch Was-wäre-wenn-Szenarien seine zugesicherte Durchsatzleistung je Angebot in kürzester Zeit abzusichern und seine Wettbewerbsfähigkeit zu steigern. Die Anwendbarkeit des Referenzmodells wird durch eine Simulationsstudie zur Abbildung eines realen Materialflusssystems demonstriert. Es wird aufgezeigt, dass die vorgegebene Struktur und die definierten Modellelemente den Modellierer bei der Systemanalyse und Modellformalisierung anwendungsspezifisch unterstützen und den Modellbildungsaufwand dadurch reduzieren. Die Glaubwürdigkeit und hinreichend genaue Abbildung wird durch eine phasenbegleitende Verifikation und Validierung und den Vergleich mit einem Detailmodell nachgewiesen.

Rabe, M.; Scheidler, A.-A. (Hrsg.): Drei Dutzend Jahre Simulationstechnik - Festkolloquium September 2022. Göttingen: Cuvillier 2022.

Das Fachgebiet ITPL wurde zum Oktober 2010 neu an der TU Dortmund 2010 gegründet. Damit ist genau ein dutzend Betriebsjahre erreicht, und der Leiter des Fachgebietes kann vor dieser Periode auf exakt zwei weitere dutzend Jahre beim Fraunhofer-Institut in Berlin zurückblicken. Neun Weggefährten haben mit mir zurück und vorausgedacht und sind für ein Festkolloquium in Dortmund zusammengekommen. Die Zusammenfassungen der Kolloquiumsvorträge bilden diesen vierten Band unserer Fortschrittsberichte. Darüber hinaus haben die jungen Wissenschaftler, die am ITPL die Promotion anstreben und einen entsprechenden Forschungsstand aufweisen, ebenfalls ihr Vorhaben auf zwei Seiten für diesen Bericht zusammengefasst und auf dem Kolloquium in einem Science Slam präsentiert. Fachlich decken die Vorträge einen weiten interdisziplinären Bereich ab, der seinen Fokus in der ereignisdiskreten Simulation findet und durch angrenzende Themen wie Visualisierung, Geschäftsprozessmanagement, Digitalisierung, maschinelles Lernen oder Referenzmodelle bereichert wird. Anwendungen adressieren beispielsweise Produktion und Produktions sowie Absatzplanung; Transportsysteme, Supply Chains und Distribution; sowie datengetriebene Prozesse beispielsweise für Qualitätssicherungsaufgaben, Nachverfolgbarkeit und Zuverlässigkeitsprognosen.

Ammouriova, M.: Approaches to Enhance the Performance of Simheuristic Methods in the Optimisation of Multi-echelon Logistics Distribution Networks. Schriftenreihe Fortschritte in der IT in Produktion und Logistik, Band 3. Göttingen: Cuvillier 2021.

Das Management von Distributionsnetzen ist eine herausfordernde logistische Aufgabe. Diese Netzwerke bestehen aus Entitäten, z. B. Lagerhaltungseinheiten (Stock Keeping Unit, SKU) und Standorten. Die SKUs werden in den Standorten gelagert und von dort aus an die Kunden geliefert. Die Entscheidungsträger im Management definieren Maßnahmen, z. B. die Zentralisierung einer SKU an einem Standort, um Kosten zu senken und das Serviceniveau zu erhöhen. Diese Maßnahmen können gegenläufige Wirkungen auf die Entitäten haben, was die Komplexität der Logistikverteilungsnetze vergrößert. Außerdem beeinflusst die Größe der Netzwerke die Anzahl der Maßnahmen und der Entitäten. Daher setzen die Entscheidungsträger Instrumen¬te ein, die sie bei der Auswahl der Maßnahmen unterstützen, z. B. ein Logistik-Assistenzsystem (LAS). Logistik-Assistenzsysteme wurden entwickelt, um Maßnahmenpläne zu empfehlen. Maßnahmenpläne definieren auf dem Netzwerk umzusetzende Maßnahmen in einer bestimmten Reihenfolge. Diese Systeme können auf einem simheuristischen Ansatz basieren, um von den Eigenschaften von Simulation und Metaheuristiken zu profitieren: Ein metaheuristischer Algorithmus erzeugt Maßnahmenpläne und die Simulation modelliert das Netzwerk und wertet die Maßnahmenpläne aus. Große Netzwerke erfordern aufwändige Simulationsläufe. Daher lässt sich die Leistung des LAS als das Verhältnis des Erfolges durch die empfohlenen Maßnahmenpläne zur Anzahl der erforderlichen Simulationsläufe definieren. Das Ziel dieser Forschung ist die Verbesserung der Leistung eines LAS, das auf einer simheuristischen Methode basiert. Der erste Ansatz definiert “domänenspezifische Informationen” (DSI), um die Suche nach Maßnahmen zu leiten, z. B. die Art der Änderungen der Maßnahmen, den Erfolg der Maßnahmen und Korrelationen zwischen den Maßnahmen. Die Art der Änderungen der Maßnahmen klassifiziert Maßnahmen als strukturell oder parametrisch. Strukturelle Maßnahmen ändern die Struktur der Netzwerke, während parametrische Maßnahmen Parameter der Entitäten modifizieren, z. B. den Lagerbestand einer SKU. Der Erfolg der Maßnahmen repräsentiert die Auswirkungen der Maßnahmen auf die Netzwerke. Die Auswirkung einer Maßnahme beeinflusst die Auswirkung anderer Maßnahmen in einem Maßnahmenplan; daher werden Beziehungen der Maßnahmen verwendet, um ihre Korrelationen zu definieren. Der DSI-Ansatz verändert die Auswahlwahrscheinlichkeiten der Maßnahmen, um die Metaheuristik des LAS zu leiten und so die Leistung des LAS zu verbessern. Die beiden anderen Ansätze zielen darauf ab, die Anzahl der Simulationsläufe zu reduzieren. Der erste dieser Ansätze reduziert die Anzahl der betrachteten Maßnahmen. Die Maßnahmen werden gruppiert, und die gruppierten Maßnahmen ersetzen die einzelnen Maßnahmen im Lösungsraum. Der zweite Ansatz definiert Bedingungen, um die Ausführung von Simulationsläufen zu überspringen. Bei diesem Ansatz werden äquivalente Maßnahmespläne definiert, welche eine identische Auswirkung auf die Leistung des Netzwerks haben. Diese drei Ansätze wurden bewertet. Der DSI-Ansatz fand Maßnahmenpläne mit besseren Auswirkungen auf die Netzwerke im Vergleich zu einer zufälligen Auswahl von Maßnahmen. Die gruppierten Maßnahmen bildeten einen kleineren Lösungssraum, da das LAS Maßnahmenpläne in einer geringeren Anzahl von Simulationsläufen suchte. Die Definition äquivalenter Maßnahmenpläne reduzierte die Anzahl der Simulationsläufe. Zusammenfassend hat die Auswertung nachgewiesen, dass diese Ansätze die Leistung des LAS verbessern können.

Deininger, M.: Modellierungsmethode für die simulationsbasierte Optimierung rekonfigurierbarer Produktionssysteme. Schriftenreihe Fortschritte in der IT in Produktion und Logistik, Band 2. Göttingen: Cuvillier 2019.

Produzierende Unternehmen stehen heutzutage vielen Herausforderungen gegenüber. Konkurrenz, technischer Fortschritt sowie die sich verändernden Erwartungen der Kunden ergeben ein sich ständig wandelndes Umfeld. Dies führt zu einer sich fortwährend ändernden Produktpalette, die sich nicht nur an strategischen Neuausrichtungen orientiert, sondern ebenfalls durch Kundenanfragen getrieben wird. Stellt ein Kunde eine Anfrage, die dem aktuellen Produktportfolio nicht entspricht, sind in kurzer Zeit Entscheidungen über die Auftragsannahme zu treffen, deren Auswirkungen oft nicht sicher absehbar sind. Mit Simulationsstudien lassen sich mögliche Änderungen an einem Produktionssystem untersuchen, bevor diese im realen Umfeld angewendet werden. Insbesondere lässt sich das stochastische Verhalten von Prozessen in Produktionssystemen, wie beispielsweise variierende Bearbeitungszeiten, abbilden und somit das reale Verhalten des Personals nachbilden. Jedoch ist die Simulation nur in der Lage, ein gegebenes System zu bewerten. Ein weiteres Hilfsmittel zur Planung stellen Optimierungstechniken dar. Diese erlauben automatisiert verschiedene Konfigurationen eines Systems zu untersuchen und eine Lösung bereitzustellen. Durch die Kombination von Simulation und Optimierung entsteht eine Methode, die einen Planer, unter Berücksichtigung der stochastischen Einflüsse, bei der Entscheidungsfindung unterstützt. In der vorliegenden Arbeit wird eine solche Methode entwickelt, die es durch die Kombination von Simulation und Optimierung ermöglicht, zu ermitteln, mithilfe welcher Änderungen an einem Produktionssystem sich zuvor nicht erfüllbare Kundenaufträge dennoch erfüllen lassen. Diese Änderungen umfassen im einfachsten Fall das Umsetzen einer neuen Bearbeitungsreihenfolge für die Kundenaufträge. Sollte dies nicht hinreichend sein, wird untersucht, ob sich durch das Hinzufügen neuer Ressourcen die Kundenaufträge erfüllen lassen. Weiterhin besteht die Möglichkeit Ressourcen einzusparen oder auszutauschen. Auch neue Prozesse können hinzugefügt werden, beispielsweise für Rüst oder Qualifizierungsaufgaben. Die Umsetzung dieses Vorgehens erfolgt durch eine mehrstufige simulationsbasierte Optimierung, die auf einer modularen Modellierung aufbaut. Mithilfe der Module lassen sich einzelne Prozesse des Produktionssystems abbilden und miteinander verknüpfen. Ferner ermöglicht dieser Ansatz das Hinzufügen, das Entfernen und das Austauschen von Prozessen. Im Rahmen einer Optimierung lässt sich somit eine Zusammenstellung von Prozessen ermitteln, die es ermöglicht, alle Kundenaufträge zu erfüllen. Die Module können neben den Prozessen auch Ressourcen darstellen, womit sich parallel zu den Prozessen auch die notwendigen Ressourcen ermitteln lassen. Jede ermittelte Konfiguration wird einer Auftragsreihenfolgeplanung unterzogen und mithilfe einer Simulation evaluiert. Nach Durchführung der simulationsbasierten Optimierung erhält der Planer ein Paretodiagramm, in welchem alle untersuchten Lösungen enthalten sind. Aus diesen kann durch den Planer abschließend eine umzusetzende Lösung ausgewählt werden. Mithilfe von zwei Anwendungsbeispielen wird die Anwendbarkeit der Methode demonstriert. Es wird aufgezeigt, dass jede Stufe der simulationsbasierten Optimierung dazu beiträgt, dem Planer eine Lösung zu präsentieren, mit sich alle Kundenaufträge erfüllen lassen. Hierfür wird jede Stufe einzeln betrachtet und validiert, bevor deren Zusammenwirken betrachtet wird.

Scheidler, A.A.: Methode zur Erschließung von Wissen aus Datenmustern in Supply-Chain-Datenbanken. Schriftenreihe Fortschritte in der IT in Produktion und Logistik, Band 1. Göttingen: Cuvillier 2017.

Ein elementarer Schritt zur Beherrschbarkeit der Supply Chain ist die Identifikation von Wirkzusammenhängen, die sich in den logistischen Transaktionen spiegeln. Aufgrund der unüberschaubaren Datenmenge kann die Entdeckung von komplexen Wirkzusammenhängen nicht manuell erfolgen. Die Dissertationsschrift stellt eine Methode zur Entdeckung von Wissen, wie beispielsweise den Wirkzusammenhängen, vor und diskutiert die Berücksichtigung von Kontextwissen in den einzelnen Vorgehensmodellphasen. Ein Schwerpunkt der entwickelten Methode ist die Integration einer modellbegleitenden Verifikation und Validierung in ein Vorgehensmodell der Wissensentdeckung. Durch einen neuartigen Einsatz der Simulation erweitert die Arbeit zudem die existierenden Verifikationsmöglichkeiten des Knowledge Discovery in Databases. Um einen Einsatz des Modells auch bei unzureichender Datenlage zu ermöglichen werden abschließend Konzepte des Data Farmings als Methodenelement eingeführt. Die praktische Anwendbarkeit der in dieser Arbeit entwickelten Methode wird anhand von Transaktionsdaten eines Elektronikkleingeräteherstellers sowie einem Data-Farming-Modell demonstriert.