Forschungsprofil

Grobcharakterisierung

Schwerpunkt der wissenschaftlichen Forschungsarbeiten der Arbeitsgruppe "Wirtschaftsinformatik und Operations Research" bildet die Entwicklung und Nutzung moderner Informations- und Anwendungssysteme zur Lösung praxisrelevanter betriebswirtschaftlicher Problemstellungen. Hierbei kommen problemorientierte Modelle und Methoden des Operations Research zum Einsatz. Im Mittelpunkt unserer Untersuchungen steht die effiziente Planung und Steuerung komplexer Prozesse in Transport- und Produktionsnetzwerken. Dies umfasst insbesondere Probleme eines im umfassenden Sinne verstandenen Supply Chain Managements.

Neben der realitätsnahen Modellierung diesbezüglicher Problemstellungen steht vor allem die Entwicklung effizienter Algorithmen zu ihrer Lösung im Mittelpunkt der Forschungsarbeiten. Dabei geschieht die Konzipierung und Anwendung dieser Lösungsverfahren vor dem Hintergrund des Einsatzes moderner Informations- und Kommunikationstechnologien. So finden sich unter den entwickelten Lösungsverfahren beispielsweise eine Reihe von verteilten Optimierungsansätzen, die speziell für den Einsatz in einem modernen verteilten heterogenen PC-Netzwerk entwickelt wurden, wie es sich heute in den meisten Unternehmen findet.

Ausgewählte Arbeitsergebnisse

Steuerung von Transportnetzwerken

Ein Hauptergebnis bisheriger Arbeiten zur Transport- und Verkehrsplanung stellt die Entwicklung eines neuen Ansatzes zur echtzeitfähigen Steuerung von Transportnetzwerken dar. Dieser wurde prototypisch für unterschiedliche Szenarien implementiert und validiert. Durch den Einsatz moderner Informations- und Kommunikationstechnologien erlaubt dieser Ansatz eine echtzeitfähige Steuerung der Transport- und Verkehrsabläufe in realen Speditionsnetzwerken. Die Grundlage für diesen Ansatz bildet ein neuartiges allgemeines Steuerungskonzept, das eine kontinuierliche Optimierung vorliegender Transportpläne parallel zu deren Ausführung vorsieht. Damit ist es erstmalig möglich, auch sehr komplexe dynamische und fehleranfällige Transport- und Verkehrsabläufe effizient zu steuern und adaptiv auf Störungen im Netzwerk zu reagieren. Die in der Ausführung befindlichen Pläne werden dazu fortlaufend - unter Beachtung der zeitlichen Restriktionen einer Echtzeitsteuerung - an die sich im Zeitablauf dynamisch verändernde Situation angepasst. Grundsätzlich sind hierbei, soweit es sich technisch und ökonomisch vertreten lässt, beliebig viele Umladevorgänge in den geplanten Transportketten möglich, wobei explizit unterschiedliche Formen der Kooperation zwischen Spediteuren berücksichtigt werden. Zudem ist die Gestaltung der Transportketten nicht durch die gegenwärtige Position der jeweiligen Aufträge eingeschränkt. Somit wird innerhalb des Konzeptes ein gegenüber bisherigen Ansätzen deutlich erhöhter Einplanungsspielraum für die Lösungsgestaltung erreicht, was nachweislich die Adaptivität der eingesetzten Steuerung signifikant verbessert. Für die Gestaltung und die kontinuierliche situationsbezogene Anpassung der Transportpläne werden auf der Grundlage bekannter Lösungsprinzipien neue, auch unter Echtzeitbedingungen effizient arbeitende, Algorithmen entwickelt. Die Leistungsfähigkeit dieser Algorithmen wird in umfangreichen Simulationsstudien validiert.

Fließbandsteuerung

Ein Schwerpunkt der bisherigen Arbeiten im Bereich der Produktionslogistik stellen Ansätze zur langfristigen Planung und echtzeitfähigen Steuerung des Güterflusses in modernen Produktionssystemen des Mass Customization dar. So wurde ein neuer Ansatz zur echtzeitfähigen verteilten Steuerung von Variantenfließlinien entwickelt und prototypisch in verteilten PC Netzwerken umgesetzt. Die hierfür entwickelten verteilten Algorithmen sind in der Lage, echtzeitnah auf unerwartete Störungen zu reagieren, um durch eine zielbezogene Restrukturierung der Produktionspläne die effiziente Fortführung des Produktionsprozesses zu sichern.

Planung getakteter Fließbänder unter Aspekten des Mass Customization

Weitere Forschungsarbeiten beschäftigen sich mit der Layout-Gestaltung von Produktionssystemen. Hierbei ist insbesondere die integrierte Betrachtung innerbetrieblicher Transporte von Interesse. Ein hierfür entwickelter Ansatz erlaubt erstmals neben der Anordnung beliebig definierbarer Objekte auch eine detaillierte Gestaltung der auszuführenden Verkehrsabläufe. Zur Lösung des komplexen Modells wurden spezifische Optimierungsalgorithmen mit variablen Nachbarschaften entwickelt.

Layout-Planung

Ein aktuelles Forschungsprojekt beschäftigt sich mit der Entwicklung neuer Verfahren zur Reihenfolgeplanung für spezielle Anwendungsszenarien. In Zusammenarbeit mit dem IOMS Department der Stern School of Business in New York wurde eine neue allgemeine Dekompositionstechnik entwickelt, die signifikante Beschleunigungen der Laufzeiten bester bisher bekannter Verfahren erlaubt.

Scheduling-Algorithmen

Entwicklung neuer allgemeiner Lösungsansätze

Die Ergebnisse der bisherigen Arbeiten bildeten zudem die Grundlage für problemspezifische Verbesserungen und Weiterentwicklungen verschiedener sequentieller und verteilter Heuristiken und exakter Optimierungsalgorithmen des Operations Research. So wurden beispielsweise neue verteilte fehlertolerante Branch-and-Bound-Algorithmen und dynamische Lastbalancierungsverfahren problemspezifisch für verkehrs- und transport- sowie produktionslogistische Anwendungen entwickelt. Hierunter finden sich neue Lastbalancierungstechniken, die eine effiziente Nutzung von beliebig großen PC-Netzwerken auch bei einer hohen sich dynamisch verändernden Hintergrundlast ermöglichen. Daneben ist eine verteilte breitensuchorientierte Tabu-Search-Variante zur Lösung spezieller Planungsprobleme zu nennen

Ausgewählte Veröffentlichungen

Bock, S.: Real-time control of freight forwarder transportation networks integrating multimodal transports and multiple transshipments. European Journal of Operational Research Vol.200, S.733-746, 2010.
Bock, S.; Pinedo, M.: A Decomposition Scheme for Single Stage Scheduling Problems. Angenommen zur Veröffentlichung beim Journal of Scheduling, 2010.
Bock, S.: Supporting Offshoring and Nearshoring Decisions for Mass Customization Manufacturing Processes. European Journal of Operational Research Vol. 184, S.490-508, 2008.
Ferrucci, F.; Bock, S.: Statische Analyse des Optimierungspotenzials einer Nachlieferungssteuerung für Tageszeitungen. Im begutachteten Tagungsband: Mattfeld, D.C.; Günther, H.-O.; Suhl, L.; Voß, S. (Hrsg.): Informations- und Kommunikationssysteme in Supply Chain Management, Logistik und Transport, S.137-152, Books on Demand GmbH, Norderstedt, 2008.
Bock, S.: Using Distributed Search Methods for Balancing Mixed-Model Assembly Lines in the Automotive Industry. OR Spectrum Vol. 30, S. 551-578, 2008.
Bock, S.; Hoberg, K.: Detailed Layout Planning for Irregularly-Shaped Machines with Transportation Path Design. European Journal of Operational Research Vol. 177, S.693-718, 2007.
Bock, S.; Rosenberg, O.; van Brackel, T.: Controlling mixed-model assembly lines in real-time by using distributed systems. European Journal of Operational Research Vol. 168, S.880-904, 2006.
Bock, S.: A new Mixed-Model Assembly Line Planning Approach for an efficient Variety Steering Integration. Im begutachteten Best Paper Sammelband des International Mass Customization Meeting (IMCM'05). Springer, S.187-210, 2006.
Bock, S.; Pinedo, M.: A Decomposition Technique for Speeding Up Single Stage Scheduling Algorithms using Parallel Machines. Working Paper of the Stern School of Business, New York.
Bock, S.: Solving complex QAP-instances by a PC-LAN. In: Günther, H.-O.; Mattfeld, D.C.; Suhl, L.: Supply Chain Management und Logistik: Optimierung, Simulation, Decision Support, Physica, Heidelberg, S.531-552, 2005.
Bock, S.: Echtzeitfähige Steuerung von Speditionsnetzwerken. Gabler DUV, Wiesbaden, 2004.
Bock, S.; Rosenberg, O.: A new parallel breadth first tabu search technique for solving production planning problems. Journal International Transactions in Operational Research (ITOR) Vol. 7(6), S.625-635, 2000.
Bock, S.: Modelle und verteilte Algorithmen zur Planung getakteter Fließlinien. Gabler DUV, Wiesbaden, 2000.

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