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Forschung im Bereich Operations Research

Operations Research ist eine Querschnittdisziplin, die Bereiche der angewandten Mathematik, der quantitativen Betriebswirtschaftslehre und der algorithmischen Informatik miteinander verbindet. Im Operations Research werden mathematische Modelle entwickelt, theoretisch untersucht und angewendet, um bessere Entscheidungen für wirtschaftliche Planungsprobleme zu finden. Am Institut wird besonders das Gebiet „Diskrete Optimierung“ bearbeitet mit zahlreichen Publikationen in internationalen Top-Journalen. Schwerpunkte unserer Forschung sind Approximationsalgorithmen, worst-case Analyse von Heuristiken, Komplexitätsuntersuchungen und algorithmische Graphentheorie. Weitere Forschungsfelder sind Social Choice Theorie und angewandte Statistik. Das Institut steht dabei in regem Austausch mit zahlreichen internationalen Forschungspartnern.

Regelmäßig werden praktische Anwendungsprobleme in Kooperationen mit industriellen und institutionellen Auftraggebern bzw. Partnern bearbeitet, vielfach als geförderte Projekte. Dabei werden sowohl exakte Lösungsverfahren, meist in Form von ganzzahligen Optimierungsmodellen (ILP), als auch heuristische Näherungsalgorithmen erarbeitet und implementiert. Typische Anwendungsgebiete finden sich in Produktionsplanung, Scheduling, Transport- und Routenplanung, Packungs- und Zuschnittprobleme, Personaleinsatz und effizienter Ressourcenallokation.

 

 

Aktuelle Projekte:

move2zero - Full decarbonisation of an urban public transport bus system and integration of innovative on-demand services

Laufzeit: 01.10.2019 - 31.12.2023    
Leitung: Ulrich Pferschy
Finanzierung: FFG / klima+energie fonds
Projektpartner: Holding Graz AG und andere

Inhalt:

Die Holding Graz plant die städtische Autobus-Flotte bis 2030 mit emissionsfreien Antriebstechnologien zu betreiben um im städtischen Umfeld Treibhausgasemissionen, Luftverschmutzung und Lärmbelastung zu reduzieren. Das Kooperationsprojekt move2zero entwickelt ein ganzheitliches Konzept für eine vollständige Dekarbonisierung eines städtischen Bustransportsystems. Betrachtet werden dafür als Antriebskonzepte elektrische Antriebe gespeist durch kurz- oder langfristige Batterien, Brennstoffzellenantriebe sowie Wasserstoff-Motoren. Als Projektpartner werden am Institut Optimierungsmodelle entwickelt, die für die einzelnen Buslinien bei gegebenen Fahrplan- und Kapazitätsvorgaben die optimalen Antriebskonzepte auswählen, um die Gesamtkosten des Transportsystems zu optimieren. Dazu muss auch die benötigte Infrastruktur (wie z.B. Ladestationen) geplant und optimal lokalisiert werden.

 

Erstellung eines Planungs- und Analysesystems zur Fahrzeugplanung

Laufzeit: 01.09.2020 - 30.06.2021
Leitung: Ulrich Pferschy
Projektpartner: Rotes Kreuz Steiermark

Inhalt:

Die Anzahl der täglich im Einsatz befindlichen Fahrzeuge des Roten Kreuzes mit dem dazu benötigten Personal in jeder Bezirksstelle ist ein wesentlicher Faktor für eine zufriedenstellende Leistungserbringung und die anfallenden Kosten. Daher soll ein Prognosetool entwickelt werden, welches auf Basis der vorliegenden Anmeldungen und sonstiger Einflussfaktoren wie Wochentage, Feiertage, saisonale Aspekte, etc. die Anzahl der Einsätze für den Folgetag abschätzt. Das entwickelte Optimierungssystem soll dann unter Verwendung der Einsatzdaten aus der Vergangenheit die geeignete Anzahl und Typ an Fahrzeugen vorschlagen.

 

Automatische Lithologie-Erkennung von Baurohstoffen mittels Petroscope

Laufzeit: 01.01.2018 - 31.12.2020
Leitung: Vera Hofer
Finanzierung: Bundesministerium für Wissenschaft, Forschung und Wirtschaft

Inhalt:

Üblicherweise erfolgt die Bestimmung der Gesteinsart manuell durch GeologInnen. Zur Klassifizierung der Korngeometrie werden Schablonen eingesetzt. Der Vorgang ist sehr zeitaufwändig und zum Teil subjektiv und nicht reproduzierbar. Eine Automatisierung der petrographischen Geröllanalyse bietet im Vergleich erhebliche Zeit- und Kostenersparnisse bei gleichzeitiger Qualitätsverbesserung. Das Projekt befasst sich mit der Entwicklung von Verfahren zur automatischen Klassifikation von Gesteinsproben anhand von Korngeometrie und von spektroskopischen Messungen, die mittels automatischer Verfahren bestimmt bzw. gemessen wurden.

 

Abgeschlossene Projekte:

Komplexe Personaleinsatzplanung mit integrierter Transportlogistik

Laufzeit: 01.03.2019 – 31.1.2020
Leitung: Ulrich Pferschy
Finanzierung: FFG / HR Force

Inhalt:

In diesem Projekt geht es um die Personaleinsatzplanung mit räumlichen Komponenten. Dies bedeutet, dass verschiedene Tasks an verschiedenen Orten anfallen und die jeweiligen MitarbeiterInnen gewisse Wegzeiten zwischen zwei Tasks (z.B. per Auto) innerhalb eines Arbeitstages verbrauchen. Natürlich soll ein effizienter Personaleinsatzplan möglichst wenig Transferzeiten und einen möglichst großen Anteil an produktiven Zeiten enthalten. Auch die Wahl und Bereitstellung der Transportmittel, insbesondere für größere Teams (PKW-Flotte, Minibus, etc.), muss dabei mit geplant werden. Somit ergibt sich eine Fragestellung, die Personalplanung mit Logistikplanung verknüpft. Im Projekt sollen erste mathematische Modelle für die simultane Optimierung von Personaleinsatz und Routen entwickelt werden.

 

Drift Adapted Classification in the Presence of Label Delay

Laufzeit: 01.08.2016 - 30.10.2019
Leitung: Vera Hofer
Finanzierung: Jubiläumsfonds der OeNB (Österr. Nationalbank)

Inhalt:

Entscheidungsregeln auf der Grundlage nicht stationärer Datenströme erfordern regelmäßige Aktualisierung. Viele adaptive Verfahren setzen allerdings vollständige aktuelle Datensätze dafür voraus, also solche, bei denen neben den Realisationen der erklärenden Variablen auch jene der Zielvariablen vorhanden sind. Allerdings fehlt in vielen Anwendungen die Zielvariable in den aktuellen Daten. Das Projekt befasst sich mit der Entwicklung von adaptiven Verfahren, die ohne die Zielvariable auskommen. Neben Dichteschätzung und Dichteextrapolation werden adaptive Klassifikationsverfahren entwickelt.

 

Model-Mix Optimierung bei der One-Piece-Flow Fertigung

Laufzeit: 01.12.2016 - 31.07.2019
Leitung: Ulrich Pferschy
Finanzierung: FFG / SCC EDV-Beratung AG

Inhalt:

Die Produktionsplanung wird in vielen Bereichen durch steigende Variantenvielfalt, geringe Lagerkapazitäten und exakte terminliche Liefervorgaben der Kunden immer komplexer. Deshalb stellen zahlreiche Unternehmen ihre Fertigungsorganisation von der klassischen Losfertigung auf One-Piece-Flow Organisation um. Dies ist ein Ansatz der Fertigungsorganisation, der zwar dem logistischen Prinzip der Fließfertigung folgt, bei dem sich jedoch die Produktvariante von Stück zu Stück ändern kann. Gesucht ist somit die effizienteste Kombination von einzelnen, zu produzierenden Modellen, also die Auswahl einer Mixed-Model Produktionsreihenfolge. Dabei müssen neben der Hauptlinie auch die Leistungen der Nebenlinien (Komponentenfertigung, Vormontage) berücksichtigt werden, wobei auch die beschränkten Pufferkapazitäten und die gleichmäßige Auslastung der Nebenlinien von großer Bedeutung sind. Die Lösung derartig komplexer und auf gänzlich heterogene Einzelprodukte bezogener Planungsaufgaben ist derzeit eine große Herausforderung auf dem Gebiet der mathematischen Optimierung.

Die individuelle Behandlung einzelner Produkte im One-Piece-Flow unter Berücksichtigung der jeweils unterschiedlichen, spezifischen Produktionsumgebung erfordert umfassende Optimierungslösungen und lässt sich mit Standardsoftwareprodukten nicht geeignet darstellen. Deshalb sollen mit der scc AG mathematische Optimierungslösungen erarbeitet und mit den Möglichkeiten bzw. Beschränkungen des SAP APO-Standards verglichen werden. Entwickelt werden dabei ILP-Modelle zur optimalen Lösung von kürzeren Produktionsphasen, sowie Simulationsmethoden, um Grobabschätzungen für gesamte Produktionsprozesse zu erhalten.

 

Enhanced substrates and GaN pilot lines enabling compact power applications

Laufzeit: 07.07.2015 - 30.04.2018
Leitung: Vera Hofer
Finanzierung: EU (Europäische Kommission)
Projektpartner: Infineon (und andere)

Inhalt:

Halbleiterbauteile für die Autoindustrie müssen hohen Qualitätsanforderungen genügen. Damit soll erreicht werden, dass die Bauteile unter unterschiedlichen Einsatzbedingungen funktionieren. Hersteller benötigen daher Toleranzgrenzen für elektrische Parameter der produzierten Bauteile, die sicherstellen, dass diese den Spezifikationen mit festgelegter Wahrscheinlichkeit über eine definierte Lebenszeit hinweg eingehalten werden. Mit Hilfe aufwendiger Qualitätstests wird das Verhalten elektrischer Parameter im Zeitverlauf simuliert. Im Projekt werden statistische Modelle zur Berechnung der Toleranzgrenzen aus den Daten der Qualitätstests entwickelt.

 

Institutsleitung

Univ.-Prof. Dr.

Ulrich Pferschy

Telefon:+43 (0)316 380 - 3496

Institutssekretariat

Bereich Operations Research und Bereich Supply Chain Management

Karl Meister

Universitätsstraße 15/E3

Telefon:+43 (0)316 380 - 3490

Lockdownöffnungszeiten:
Dienstag, Freitag
9:00 bis 12:00
Mittwoch,11:15 bis 12:00 und 14:00 bis 16:00

Institutssekretariat

Bereich Information Systems Wirtschaftssprachen

Sonja Schreckmair

Universitätsstraße 15/F3

Telefon:+43 (0)316 380 - 3560

Montag bis Freitag,
09:00 bis 12:00,
und Mittwoch
14:00 - 15:00

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