Der Personen- und Güterverkehr ist notwendiger Bestandteil arbeitsteiliger Volkswirtschaften. Die Entwicklung des Luftverkehrs erlaubt es, Personen und Güter über groβe Entfernungen in angemessener Transportzeit zu befördern und nahezu jeden Punkt der Erde innerhalb von 36 Stunden zu erreichen. Fluggesellschaften leisten heute und in Zukunft einen bedeutenden Beitrag zur weltweiten Mobilität von Personen und Gütern. Dabei sind zwei Entwicklungen bemerkenswert: Einerseits wird das Passagier- bzw. Luftfrachtsendungsaufkommen weltweit stetig ansteigen. So wird beispielsweise bis zum Jahr 2023, so die Prognose von Boeing, das Passagieraufkommen jährlich um durchschnittlich 4,8% wachsen und auf 9.497 Mrd. RPK angestiegen sein. Airbus geht von ähnlich optimistischen Wachstumsprognosen aus und kommt zu dem Schluss, dass im Jahr 2023 weltweit 21.759 Passagier-Flugzeuge im Einsatz sein werden. 2 Andererseits steht dieser attraktive Transportmarkt unter zunehmendem Wettbewerbsdruck, weil in den letzten Jahren zahlreiche Verkehrsgebiete dereguliert wurden und ehemals staatlich abgeschottete Teilmärkte nun von mehreren Flugge- sellschaften bedient werden können.
Das vorliegende Kapitel dient der Einführung in das Netzmanagement von Fluggesellschaften. Es ist wie folgt strukturiert: Zunächst wird in Unterkapitel 2.2 eine Charakterisierung von Fluggesellschaften und ihrer zielgerichteten Leistungserstellung vorgenommen. Da im Rahmen dieser Arbeit stets (Sub-) Systeme betrachtet werden, erfolgt in Unterkapitel 2.3 eine Präzisierung des Systembegriffs und die Darstellung von Modellen zur vereinfachten Abbildung realer Systeme. Auf dieser Basis gelingt die theoretische Fundierung des Luftverkehrsmarktes, der aus zwei Subsystemen besteht: Nachfragesystem und Angebotssystem. Es wird in Unterkapitel 2.4 gezeigt, wie Fluggesellschaften einen Teil der im Nachfragesystems enthaltenen Transportnachfrage mit ihrem individuellen Angebotssystem abdecken. Die Erfüllung des im Angebotssystem hinterlegten Flugangebots einer Fluggesellschaft wird durch ihr Transportsystem sichergestellt. Im Rahmen von Unterkapitel 2.5 wird gezeigt, wie dieses zur Leistungserstellung erforderliche Transportsystem sich sowohl aus einer prozess- und ressourcenorientierten Perspektive (Produktionssystem) als auch aus einer institutionellen Perspektive (Institutionensystem) charakterisieren lässt. Die Planung, Lenkung und Kontrolle des Transportsystems einer Fluggesellschaft ist Gegenstand ihres Netzmanagements, das in Unterkapitel 2.6 mit seinen interdependenten Planungsebenen und Planungsaufgaben anschlieβend dargestellt wird. Dabei müssen zwei praxisrelevante Aspekte im Rahmen des Netzmanagements berücksichtigt werden: Einerseits haben viele Fluggesellschaften Produktionssysteme mit einer hybriden Hub&Spoke-Struktur implementiert und andererseits erfolgt die Leistungserstellung zunehmend unter Einsatz von Kooperationspartnern im Rahmen von strategischen Allianzen. Zum Abschluss wird in Unterkapitel 2.7 die vorliegenden Arbeit in das Netzmanagement von Fluggesellschaften eingeordnet und ihr Forschungsbeitrag zu diesem Planungsbereich dargestellt.
In Unterkapitel 2.6 wurde erläutert, dass im Rahmen der Netzentwicklung u. a. über die Struktur- und Ressourcenkonfiguration des Produktionssystems entschieden werden muss. Dieses Kapitel widmet sich zunächst der Strukturkonfiguration. Das Kapitel ist wie folgt aufgebaut: Zunächst wird in Unterkapitel 3.2 dargestellt, wie sich die Netzentwicklung einer Fluggesellschaft in einen Führungsprozess mit drei Phasen einbetten lässt und dabei die im Mittelpunkt dieser Arbeit stehenden Planungsmodelle entscheidungsunterstützend eingesetzt werden können. Daran anschlieβend wird in Unterkapitel 3.3 gezeigt, dass sich die Umgestaltung eines bestehenden oder die Gestaltung eines noch zu erstellenden Produktionsnetzwerks mit einer Hub&Spoke-Struktur als Hub Location Problem charakterisieren lässt. Das diskrete Hub Location Problem besitzt im Wesentlichen fünf Problemklassen, von denen insbesondere das p-Hub Median Problem sowie das Hub Location Problem im engeren Sinn detailliert untersucht werden. Für diese beiden Problemklassen lassen sich gemischt-ganzzahlige Planungsmodelle formulieren. Hierzu werden in Unterkapitel 3.4 und 3.5 ausgewählte deterministisch-statische Planungsansätze ohne knoten- und pfeilbezogene Kapazitätsrestriktionen dahingehend untersucht, inwiefern sie Fluggesellschaften bei der isolierten Strukturkonfiguration des Produktionssystems mit einer Hub&Spoke-Struktur unterstützen.
Das in Abschnitt 3.5.3.2 entwickelte Grundmodell I ermittelt eine kostenminimale Strukturkonfiguration des Hub&Spoke-Flugnetzwerks und unterstützt den Entscheidungsträger einer Fluggesellschaft bei der Gestaltung ihres realen Produktionssystems. 328 Hierzu wurden einerseits durchschnittliche Stücktransportkosten und andererseits Kosten der Aktivierung potenzieller Hubknoten als Zielfunktionskoeffizienten in der zu minimierenden Zielfunktion herangezogen. Im Folgenden wird das Grundmodell I zur isolierten Strukturkonfiguration sukzessive erweitert, um bestimmte, im Luftverkehr relevante Anforderungen bei der Planung zu berücksichtigen. Durch diese Erweiterungen sollen die Benutzerakzeptanz sowie das Einsatz-potenzial der Planungsmodelle zur Lösung des Hub Location Problems in der Luftverkehrspraxis erhöht werden. Im Rahmen der ersten Erweiterung in Unterkapitel 4.2 wird herausgearbeitet, wie die Implementierung mengenbezogener Kostendegressionsfaktoren für die Hubverbindungen in das Grundmodell I gelingt. Die zweite Erweiterung greift die in Abschnitt 2.6.2.1 dargestellte Anforderung auf, dass Fluggesellschaften im Rahmen der Netzentwicklung sowohl alternative Strukturkonfigurationen als auch alternative Ressourcenkonfigurationen ihres Produktionssystems generieren, bewerten und auswählen müssen. Die Lösung dieser interdependenten Planungsaufgabe wird durch die klassischen Planungsmodelle zum Hub Location Problem nur unzureichend unterstützt, weil bislang die isolierte Strukturkonfiguration ohne etwaige Ressourcenbeschränkungen im Vordergrund steht. Dabei bleiben insbesondere die im Realsystem zu beachtenden Beschränkungen stationärer und mobiler Ressourcen unberücksichtigt. Der Entscheidungsträger muss jedoch neben der Strukturkonfiguration des Produktionssystems auch die Ressourcenkonfiguration, d. h. den Einsatz bestehender oder die Beschaffung und den Einsatz zusätzlicher Ressourcen, planen.
Zum Abschluss des vierten Kapitels sind gemischt-ganzzahlige Planungsmodelle zur simultanen Struktur- und Ressourcenkonfiguration von Hub&Spoke-Flugnetzwerken entwickelt worden, die eine Zuordnung der disponierbaren pfeil- und knotenbezogenen Ressourcen auf Basis einer einzahlungsüberschussorientierten Formalzielsetzung vorschlagen. Diese Erweiterungen des Grundmodells I leisten grundsätzlich einen Beitrag zur Entscheidungsunterstützung bei den im Rahmen der Netzentwicklung zu lösenden Planungsaufgaben. Ihr Einsatzpotenzial zur Lösung praxisrelevanter Modellinstanzen ist jedoch auf Grund stark ansteigender Rechnerzeiten eingeschränkt. Zusätzliche Erweiterungen können trotz einer gewissen Rechnerzeittoleranz des Entscheidungsträgers nur schwer integriert werden. Eine denkbare Erweiterung der Grundmodelle ist beispielsweise die Durchführung einer Mehrperiodenplanung. Mit einer Mehrperiodenplanung ist vor allem eine Vermehrung der Variablenanzahl sowie die Notwendigkeit einer periodengerechten Prognostizierung der Parameterausprägungen verbunden. In diesem Kapitel werden aufbauend auf einer kritischen Würdigung der in Kapitel 4 entwickelten Grundmodelle zwei innovative Planungsansätze vorgestellt, die den Planungsumfang zusätzlich erweitern und dem Entscheidungsträger einer Fluggesellschaft ein fundiertes Instrumentarium zur Entscheidungsunterstützung an die Hand geben. Es ist wie folgt aufgebaut: Zunächst wird in Unterkapitel 5.2 die angedeutete Kritik an den Grundmodellen detailliert. Da in diesem Kapitel insbesondere dynamische Planungsmodelle unter Berücksichtigung stochastischer (Stör-) Einflüsse im Mittelpunkt stehen, werden in Unterkapitel 5.3 ihre konstitutiven Merkmale und Lösungsmöglichkeiten unter Einsatz der stochastisch-dynamischen Optimierung allgemein fundiert und anhand eines Beispiels vertieft.
Dieses inhaltlich letzte Kapitel widmet sich der Frage, wie der Entscheidungsträger einer Fluggesellschaft die in Kapitel 5 entwickelten Planungsansätze zielführend in der betrieblichen Praxis zur Entscheidungsunterstützung einsetzen kann. Da ihre Anwendung im betrieblichen Umfeld rechenintensiv ist, bietet sich der Einsatz von computerbasierten Entscheidungsunterstützungssystemen an. Daher werden zunächst in Unterkapitel 6.2 die für das Verständnis notwendigen Grundlagen von Informations- und Kommunikations-Systemen sowie der Aufbau von Entscheidungsunterstützungssystemen dargestellt. Daran anschlieβend werden in Unterkapitel 6.3 die wesentlichen Module der Entscheidungsunterstützungssysteme von Fluggesellschaften erläutert sowie ausgewählte Softwareanbieter identifiziert. Das Hauptaugenmerk dieses Kapitels liegt auf der Darstellung einer prototypischen Software-Applikation in Unterkapitel 6.4, die im Rahmen dieser Arbeit entwickelt worden ist und deren Hauptbestandteil die in Kapitel 5 entwickelten Planungsansätze sind. Nachdem ihre wesentlichen Funktionalitäten erläutert sind, wird ein fiktives Anwendungsproblem betrachtet, das unter Einsatz der Software-Applikation gelöst worden ist. Das Kapitel schlieβt mit der Darstellung der Integrationsmöglichkeiten der Software-Applikation in bereits am Markt erhältliche Entscheidungsunterstützungssysteme.
Die vorliegende Arbeit beschäftigte sich mit dem Netzmanagement von Fluggesellschaften, das drei hierarchisch interdependente Planungsebenen umfasst: Netzentwicklung, Netzplanung und Netzsteuerung. Im Mittelpunkt stand das Netzmanagement aus prozess- und ressourcenorientierter Perspektive. Das wesentliche Forschungsziel dieser Arbeit war es, theoretisch und methodisch fundierte Planungsansätze zur zielgerichteten Gestaltung des Produktionssystems einer Fluggesellschaft zu entwickeln, die den Entscheidungsträger bei der Bewältigung der im Rahmen der strategischen Netzentwicklung identifizierten Planungsaufgaben unterstützen. Die Umsetzung dieses Forschungsziels erfolgte in fünf Kapiteln.
