Zukunftsperspektiven des Operations Research Marco Lübbecke • Adrian Weiler Brigitte Werners (Hrsg.) Zukunftsperspektiven des Operations Research Erfolgreicher Einsatz und Potenziale Herausgeber Marco Lübbecke Brigitte Werners Aachen, Deutschland Bochum, Deutschland Adrian Weiler Aachen, Deutschland ISBN 978-3-658-05706-0 ISBN 978-3-658-05707-7 (eBook) DOI 10.1007/978-3-658-05707-7 Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Natio- nalbibliografi e; detaillierte bibliografi sche Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufb ar. Springer Gabler © Springer Fachmedien Wiesbaden 2014 Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zu- stimmung des Verlags. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Bearbeitungen, Über- setzungen, Mikroverfi lmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in die- sem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu be- trachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürft en. Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier Springer Gabler ist eine Marke von Springer DE. Springer DE ist Teil der Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Media. www.springer-gabler.de Vorwort zur Festschrift zu Ehren von Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Hans-Jürgen Zimmermann Im Mai 2014 vollendet Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Hans-Jürgen Zimmer- mann sein 80. Lebensjahr, wozu wir sehr herzlich gratulieren. Aus diesemAnlassundzuseinerEhrehabenehemaligeSchüler,Weggefähr- ten und ihm verbundene Persönlichkeiten die vorliegende Festschrift erstellt. Damit wird ein Ausschnitt der vielfältigen Entwicklungen aufgezeigt, die durch Hans-Jürgen Zimmermann erforscht, gelehrt, angeregt und beeinflusst sind. Der Lebenslauf des Jubilars in diesem Buch fasst wichtige Stationen und Aktivitäten knapp zusammen. Gut nachvollziehbar ist, wie positiv, unermüdlich und vorausschauend das Wirken von Hans-Jürgen Zimmermann ist, welches mit vielfältigen Preisen und Ehrenwürden ausgezeichnet wurde. Mit der von H.-J. Zimmermann vorbildlich verkörperten Vorgehensweise, Bewährtes zu verbessern, neue Forschungsergebnisse aufzugreifen, zu fördern und zu erweitern, theoretische Erkenntnisse und praktische Umsetzung über wechselseitigen Einfluss zu verzahnen und Ansätze verschiedener Fachdisziplinen zu vernetzen, steht er beispielhaft für die erfolgrei- che Entwicklung des Operations Research. Dies wird entsprechend mit diesem Buch dokumentiert, in welchem über bisher erzielte, um- fangreiche Erfolge des Operations Research hinaus auch die darauf aufbauenden zukünftigen Potenziale aufgezeigt werden, welche der Jubilar weiterhin höchst aktiv beeinflusst. VI Vorwort Die Bedeutung des Operations Research für die Praxis steigt stän- dig. Bedingt durch den weltweiten Wettbewerb wächst einerseits die Komplexität der vorhandenen Probleme, andererseits steigen die An- forderungenandieQualitätderentsprechendenLösungen.Diesesollen beispielsweise kurzfristig verfügbar, kostenoptimal, kundenorientiert und auch bei unsicheren zukünftigen Entwicklungen bestgeeignet sein. Hier bietet das Operations Research vielfältige hervorragende Möglichkeiten, problemspezifisch derartige Anforderungen zu erfül- len. Aufgrund technologischer Entwicklung im Bereich der IT sind Rechengeschwindigkeit und Datenverfügbarkeit exponentiell gestiegen. Parallel dazu führten entsprechende Forschungen zu Verbesserungen von Optimierungsalgorithmen und Heuristiken mit einer enormen Stei- gerung der Lösungsgeschwindigkeit. Mit Einsatz von OR-Methoden lassen sich heute Entscheidungen für komplexe Probleme in viel- fältigsten Anwendungsbereichen hervorragend unterstützen, wie die Beiträge dieses Buches anschaulich darlegen. Theoretische und anwen- dungsorientierte Weiterentwicklungen erlauben die geeignete Analyse und Berücksichtigung der heute verfügbaren riesigen Datenmengen. Hier entwickeln sich vielfältige Potenziale in den unterschiedlichsten Anwendungsbereichen für das Operations Research auf der Schnitt- stelle zwischen Wirtschaftswissenschaft, Informatik, Mathematik und Fachdisziplin, die bei weitem noch nicht ausgeschöpft sind. Mit diesem Buch wird durch erfolgreiche Beispiele aus unterschied- lichen Anwendungsgebieten des Operations Research ein hervorra- gender Einblick gegeben. Die Beiträge aus dem Bereich Produktion und Logistik behandeln etwa die Kundenbelieferungen eines Online- Lebensmittelhändlers, Bestandsverteilungen in Produktions- und Dis- tributionsnetzwerken, Standortentscheidungen oder Einsätze im Ge- sundheitswesen. Der Transportbereich wirft vielfältige Probleme auf, die durch passende Operations Research Methoden gelöst werden, wie die teils sehr großen, realen Beispiele Autoreisezugverladung, Ter- minalmanagement in der Fahrzeugdisposition am Hafen, Revenue Management bei Fluggesellschaften, vielfältige Optimierungen für Bus, Bahn und Flug, Personaleinsatzplanung am Flughafen oder Schienenanbindung der festen Fehmarnbeltquerung aufzeigen. Unter Vorwort VII anderem werden neue Optimierungsverfahren, Weiterentwicklungen zum Umgang mit Unsicherheit und Risiko, Simulation und Szena- rioanalysen erfolgreich eingesetzt. Beispielhaft für die Unterstützung durch Operations Research Methoden bei der Herstellung ziviler Si- cherheit werden Evakuierungsplanungen für Städte behandelt. Derar- tig große Probleme lassen sich durch Netzwerkalgorithmen lösen, für die auch robuste Ansätze existieren. Eine angemessene Visualisierung mit entsprechenden Tools unterstützt die Entscheidungsträger bei der Optimierung. Wichtig für die wirtschaftliche Entwicklung eines Landes ist die Planung einer ökonomisch und ökologisch nachhaltigen Energieversorgung. Beispielhaft werden hier die Emissionsminderung durch den Einsatz von Biokraftstoffen und die Optimierung eines Energieerzeugungsportfolios dargestellt. Auf Basis mathematischer Optimierungsmodelle lassen sich mittels Data Envelopment Analyse Unternehmensbereiche oder auch Länder hinsichtlich ihrer Effizienz bezüglich der verschiedensten Kriterien miteinander vergleichen, wie am Beispiel der Wohlstandsmessung europäischer Länder und neuer Interpretationsvorschläge entwickelt wird. Auf die Möglichkeiten der Analyse und Berücksichtigung großer Datenmengen wird neben den auf die Anwendungen fokussierten Beiträgen auch im Teil über Ana- lytics eingegangen. So werden Visualisierungen von Graphen mittels Landkarten vorgestellt, auf intelligente Entscheidungsunterstützungs- systeme eingegangen und Weiterentwicklungen und Anwendungsmög- lichkeiten von dynamischem Data Mining aufgezeigt. Damit sind nur einige der Bereiche angesprochen, die Hans-Jürgen Zimmermann mit eigenen wissenschaftlichen Beiträgen während seines langjährigen Wir- kens behandelt, zeigen jedoch bereits die hervorragenden Potenziale des Einsatzes von Operations Research Methoden auf. Es wird sichtbar, welche wertvollen Impulse für die persönliche Entwicklung vieler Personen und für die Weiterentwicklung der For- schung von Hans-Jürgen Zimmermann gegeben wurden, wofür wir ihm herzlich danken. Wir haben die Gelegenheit dieser Festschrift genutzt, die Erfolge und Potenziale des Operations Research anhand unterschiedlicher Anwendungen und Entwicklungen aufzuzeigen und wünschenunserenLeserinnenundLesern,dasssieunsereBegeisterung VIII Vorwort für dieses Fachgebiet teilen und sich zu verbesserten Entscheidungen inspirieren lassen. Wir danken allen, die mit ihrem Einsatz zu diesem Buch beigetra- gen haben. Besonders hervorzuheben sind Herr Dipl.-Handelslehrer Dirk Degel, Frau Dipl.-Mathematikerin Sarah Kirchner und Frau An- ne Kücke, ohne deren intensive und kompetente Unterstützung die Erstellung nicht möglich gewesen wäre. Marco Lübbecke Adrian Weiler Brigitte Werners Inhaltsverzeichnis Vorwort V I Produktion und Logistik 1 Bestandsverteilung in Liefernetzwerken 3 Ulrich Dorndorf und Thomas Wensing Lieferservice-Planung im Lebensmittelhandel 15 Jörg Homberger und Hermann Gehring Online-Optimierung und Simulation in der Logistik 33 Fabian Dunke, Jan Necil und Stefan Nickel Facility Location Choice and Facility Location Planning 49 Sabrina Bangert, Peter Letmathe und Matthias Schinner Problemdekomposition durch Graphenpartitionierung 73 Frank Schneider und Ulrich Dorndorf Dynamische Vergabe von Patiententerminen 83 Sarah Kirchner und Marco Lübbecke X Inhaltsverzeichnis II Transport 97 Optimierung der Autozugverladung 99 Pascal Lutter und Brigitte Werners Terminalmanagement in der Fahrzeugdistribution 117 Ulrich Dorndorf und Joachim Kneis Simulation als Werkzeug der Entscheidungsunterstützung 129 Catherine Cleophas Optimierung in der Planungspraxis für Bus, Bahn und Flug 147 Leena Suhl, Natalia Kliewer und Taïeb Mellouli Personaleinsatzplanung bei Aviapartner Düsseldorf 165 Jörg Herbers Szenario-Analysen zur Schienenanbindung der FFBQ 175 Wilhelm Hummeltenberg III Netzwerke und Evakuierung 201 Von Straßenkarten bis zur Evakuierung von Städten! 203 Horst W. Hamacher und Bob Grün Visualisierung von Optimierungsresultaten 227 Stefan Droste Robuste Netzwerkalgorithmen 237 Tom McCormick, Gianpaolo Oriolo und Britta Peis