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Quantitative Unternehmensplanung

Mathematische Methoden und betriebliche Anwendungsbeispiele

  • 2022
  • Buch

Über dieses Buch

Das Lehrbuch führt anwendungsorientiert in alle zentralen Teilbereiche des Operations Research bzw. der quantitativen Unternehmensplanung ein: Behandelt werden lineare, ganzzahlige und nichtlineare Optimierungsansätze, Methoden der Projektplanung und Netzplantechnik, stochastische Modelle sowie nichtexakte Lösungsverfahren. Die jeweiligen Modelle und Methoden werden anhand zahlreicher betrieblicher Anwendungsbeispiele aus den Bereichen Produktion, Logistik, Marketing und Finanzwirtschaft illustriert. Entsprechende Übungsaufgaben mit ausführlichen Lösungen tragen zur Vertiefung des Stoffes bei und helfen bei der Vorbereitung auf Klausuren.

Das Buch richtet sich an Lehrende und Studierende der Wirtschaftswissenschaften, der Wirtschaftsinformatik, der Ingenieurwissenschaften sowie verwandter Studiengänge, in denen grundlegende Kenntnisse quantitativer Methoden der Unternehmensplanung benötigt werden.

Inhaltsverzeichnis

  1. Frontmatter

  2. Grundlagen der quantitativen Unternehmensplanung

    1. Frontmatter

    2. Kapitel 1. Grundfragen der Planung

      Udo Bankhofer
      Das Kapitel 'Grundfragen der Planung' beleuchtet die zentrale Bedeutung der Planung in Unternehmen als Entscheidungshilfe. Es wird die systematische Vorwegnahme von Handlungskonsequenzen und die Ableitung von Handlungsempfehlungen erläutert, um gegebene Bewertungskriterien zu optimieren. Der Planungsprozess wird als informationsverarbeitender und willensbildender Prozess beschrieben, der ziel- und zukunftsorientiertes Denken und Handeln fördert. Besondere Aspekte wie der Zukunftsaspekt, der Rationalitätsaspekt und der Gestaltungsaspekt werden hervorgehoben. Methoden des Operations Research werden als wesentliche Instrumente zur Lösung von Planungsproblemen vorgestellt. Der Ablauf des Planungsprozesses wird in sechs Schritten detailliert dargestellt, von der Problemidentifizierung bis zur Interpretation und Bewertung der Ergebnisse. Verschiedene Planungsmodelle und zugehörige OR-Verfahren werden erläutert, um eine optimale Entscheidungsunterstützung zu gewährleisten. Literaturhinweise runden das Kapitel ab und bieten weitere Vertiefungsmöglichkeiten.
    3. Kapitel 2. Quantitative Planung im Unternehmen

      Udo Bankhofer
      Das Kapitel 'Quantitative Planung im Unternehmen' behandelt die Bedeutung der Planung im Managementprozess und stellt die quantitative Planung als spezifische Methode zur Lösung betrieblicher Probleme vor. Es werden verschiedene Planungsbereiche und -dimensionen erläutert, wobei die Ziel- und Strategienplanung als zentraler Bestandteil hervorgehoben wird. Die Planung basiert auf mathematischen Modellen und Methoden, die zur Optimierung von Prozessen und zur Erreichung von Zielen eingesetzt werden. Praktische Anwendungsbeispiele, wie die Produktionsprogrammplanung und die Durchlaufterminierung, veranschaulichen die Umsetzung dieser Methoden in der Praxis. Das Kapitel schließt mit Literaturhinweisen, die weitere vertiefende Informationen bieten.
  3. Optimierungsmodelle und Optimierungsmethoden

    1. Frontmatter

    2. Kapitel 3. Lineare Optimierung

      Udo Bankhofer
      Das Kapitel zur linearen Optimierung stellt ein zentrales Thema des Operations Research dar. Es behandelt die Lösung von Planungsproblemen, deren Struktur sich in linearen Gleichungen und Ungleichungen darstellen lässt. Die lineare Optimierung ist besonders in der Betriebswirtschaft relevant, wo sie zur Maximierung von Produktionsmenge, Umsatz oder Gewinn eingesetzt wird. Das Kapitel führt in Abschnitt 3.1 verschiedene betriebliche Anwendungsbeispiele ein, darunter das Produktionsplanungsproblem, das Mischungsproblem, das Transportproblem und das Verschnittproblem. In Abschnitt 3.2 wird die graphische Lösung von linearen Optimierungsproblemen behandelt, während Abschnitt 3.3 die analytische Lösung mittels des Simplexalgorithmus und der Zwei-Phasen-Methode darstellt. Besondere Aufmerksamkeit wird der Diskussion der Existenz und Eindeutigkeit von Lösungen sowie der postoptimalen Sensitivitätsanalyse, der parametrischen linearen Optimierung und der Mehrfachzielsetzungen geschenkt. Das Kapitel schließt mit Übungsaufgaben und Literaturhinweisen, die das Verständnis der linearen Optimierung vertiefen.
    3. Kapitel 4. Ganzzahlige Optimierung

      Udo Bankhofer
      Das Kapitel zur ganzzahligen Optimierung unterscheidet sich von linearen Optimierungsproblemen durch die Nicht-Teilbarkeit der Variablenwerte. Es werden verschiedene betriebliche Anwendungsbeispiele wie Standort-, Layout- und Tourenplanung vorgestellt, die durch ganzzahlige Optimierungsprobleme gelöst werden können. Ein zentrales Verfahren zur Lösung solcher Probleme ist das Branch&Bound-Verfahren, das durch Verzweigen und Begrenzung des Lösungsraums eine effiziente Suche nach optimalen Lösungen ermöglicht. Das Kapitel enthält auch Übungsaufgaben und Literaturhinweise, um das Verständnis zu vertiefen.
    4. Kapitel 5. Nichtlineare Optimierung

      Udo Bankhofer
      Das Kapitel zur nichtlinearen Optimierung unterscheidet sich von der linearen Optimierung durch die Aufhebung der Proportionalität und Additivität in der Zielfunktion und den Nebenbedingungen. Es werden verschiedene spezielle nichtlineare Optimierungsprobleme behandelt, darunter das quadratische Optimierungsproblem, bei dem eine quadratische Zielfunktion und lineare Nebenbedingungen vorliegen. Ein weiterer Schwerpunkt ist das Gradientenverfahren, das zur Lösung nichtlinearer Optimierungsprobleme ohne und mit linearen Nebenbedingungen eingesetzt wird. Das Kapitel schließt mit Übungsaufgaben und Literaturhinweisen, die den Lesern praktische Anwendungen und weiterführende Ressourcen bieten.
  4. Projektplanung und Netzplantechnik

    1. Frontmatter

    2. Kapitel 6. Graphentheoretische Grundlagen

      Udo Bankhofer
      Das Kapitel 'Graphentheoretische Grundlagen' behandelt die Nutzung von Graphentheorie zur Modellierung und Optimierung komplexer Planungsprobleme. Es wird erläutert, wie Graphen zur Darstellung von Verkehrsnetzen, Leitungsnetzen und Projektstrukturen verwendet werden können. Besonders hervorgehoben wird der Tripelalgorithmus zur Bestimmung optimaler Wege in Digraphen. Praktische Beispiele und Übungsaufgaben veranschaulichen die theoretischen Konzepte und zeigen deren Anwendung in der Praxis auf. Das Kapitel schließt mit Literaturhinweisen, die weitere vertiefende Informationen bieten.
    3. Kapitel 7. Grundbegriffe und Darstellungsformen für Netzpläne

      Udo Bankhofer
      Der Beitrag behandelt die grundlegenden Begriffe und Darstellungsformen von Netzplänen in der Projektplanung. Netzpläne dienen der Strukturierung, Planung, Steuerung und Überwachung von Projekten, die aus zeitbeanspruchenden Tätigkeiten mit Anordnungsbeziehungen und Ergebnissen bestehen. Vorgangspfeilnetze und Vorgangsknotennetze werden als zwei Hauptdarstellungsformen vorgestellt. Vorgangspfeilnetze sind ereignisorientiert und bieten eine übersichtlichere Darstellung, während Vorgangsknotennetze einen einfacheren Netzentwurf ermöglichen, aber umfangreicher sind. Die Konstruktionsregeln für Vorgangspfeilnetze werden detailliert erläutert, und praktische Beispiele veranschaulichen die Anwendung dieser Techniken. Der Beitrag bietet somit eine umfassende Einführung in die Netzplantechnik und ihre praktische Anwendung in der Projektplanung.
    4. Kapitel 8. Zeitplanung mit Vorgangsknotennetzen

      Udo Bankhofer
      Das Kapitel 'Zeitplanung mit Vorgangsknotennetzen' behandelt die grundlegenden Konzepte und Methoden zur effizienten Zeitplanung von Projekten. Es wird die Bestimmung der kürzesten Projektdauer und die Ermittlung von Pufferzeiten für Vorgänge erläutert. Der Tripelalgorithmus und der Bellman-Algorithmus werden als zentrale Werkzeuge zur Lösung dieser Aufgabenstellungen vorgestellt. Des Weiteren werden kritische Vorgänge identifiziert und deren Bedeutung für die Projektdurchführung hervorgehoben. Praktische Beispiele und Übungsaufgaben veranschaulichen die Anwendung der beschriebenen Methoden und bieten eine fundierte Grundlage für die praktische Umsetzung in verschiedenen Branchen.
    5. Kapitel 9. Zeitplanung mit Vorgangspfeilnetzen

      Udo Bankhofer
      Das Kapitel 'Zeitplanung mit Vorgangspfeilnetzen' behandelt die Methode des kritischen Pfades (CPM) und die Program Evaluation and Review Technique (PERT) zur Zeitplanung von Projekten. Es wird die Struktur und Berechnung von Vorgangspfeilnetzen erläutert, wobei der Bellman-Algorithmus zur Bestimmung der frühesten und spätesten Zeitpunkte der Vorgänge verwendet wird. Besonderes Augenmerk wird auf die Modellierung stochastischer Vorgangsdauern gelegt, bei der die Vorgangsdauern als Zufallsvariablen betrachtet werden. Die Berechnung der Erwartungswerte und Varianzen der Projektdauer sowie die Ermittlung der kritischen Wege und Pufferzeiten werden detailliert beschrieben. Das Kapitel schließt mit Übungsaufgaben und Literaturhinweisen, die das Verständnis der Thematik vertiefen.
    6. Kapitel 10. Optimale Flüsse in Digraphen

      Udo Bankhofer
      Das Kapitel 'Optimale Flüsse in Digraphen' befasst sich mit der Optimierung von Flüssen in Netzwerken, wobei Flüsse als Transport von Gütern, Geld oder Informationen von einer Startposition zu einer Zielposition betrachtet werden. Es werden Ober- und Untergrenzen für die Flussmengen sowie die Kosten je Flussmengeneinheit berücksichtigt. Ziel ist es, einen zulässigen Fluss maximaler Stärke mit minimalen Kosten zu ermitteln. Dazu werden zunächst die graphentheoretischen Grundlagen und die notwendigen Bezeichnungen und Zusammenhänge erläutert. Ein zentraler Bestandteil ist der Algorithmus von Busacker und Gowen, der zur Lösung des Flussoptimierungsproblems vorgestellt wird. Abgerundet wird das Kapitel durch Übungsaufgaben mit Lösungen und Literaturhinweise, die weitere Einblicke in die Thematik bieten.
    7. Kapitel 11. Planung von Projektkosten

      Udo Bankhofer
      Das Kapitel beschäftigt sich mit der Planung von Projektkosten und unterscheidet dabei zwischen Vorgangskosten und Projektkosten wie Verwaltungs- und Opportunitätskosten. Es wird erläutert, wie die Kosten in Abhängigkeit von der Dauer der Vorgänge und der gesamten Projektdauer berechnet werden. Ein zentraler Punkt ist die Anwendung des modifizierten Algorithmus von Busacker und Gowen zur Minimierung der Gesamtkosten durch gezielte Beschleunigung kritischer Vorgänge. Anhand eines detaillierten Beispiels wird der Ansatz Schritt für Schritt erläutert, wobei die Iterationen und die Berechnung der direkten und indirekten Projektkosten verdeutlicht werden. Das Kapitel schließt mit Übungsaufgaben und Literaturhinweisen, die das Verständnis vertiefen und weiterführende Informationen bieten.
  5. Stochastische Modelle

    1. Frontmatter

    2. Kapitel 12. Homogene Markovketten

      Udo Bankhofer
      Das Kapitel über homogene Markovketten untersucht stochastische Modelle, die Zustandsübergänge in Systemen beschreiben. Im Gegensatz zu deterministischen Planungsmodellen, die bisher vorgestellt wurden, konzentriert sich dieses Kapitel auf Modelle, bei denen Modellparameter als Zufallsvariablen betrachtet werden. Eine homogene Markovkette ist ein spezieller Fall einer stochastischen Kette, bei der die Übergangswahrscheinlichkeiten zeitunabhängig sind. Die Übergänge zwischen Zuständen werden durch eine Übergangsmatrix beschrieben, die die Wahrscheinlichkeiten für den Übergang von einem Zustand zu einem anderen darstellt. Das Kapitel erläutert, wie diese Matrizen verwendet werden können, um Zustandsverteilungen und stationäre Verteilungen zu berechnen. Anwendungsbeispiele aus verschiedenen betrieblichen Kontexten, wie der Analyse des Konsumentenverhaltens und der Bestimmung von Ausfallwahrscheinlichkeiten, veranschaulichen die praktische Relevanz der homogenen Markovketten. Besonders interessant sind die Abschnitte zur Berechnung von Zustandsverteilungen und stationären Verteilungen, die langfristige Entwicklungen in Systemen abbilden können. Das Kapitel schließt mit Übungsaufgaben und Literaturhinweisen, die den Lesern ermöglichen, das Gelernte zu vertiefen und weiterführende Informationen zu erhalten.
    3. Kapitel 13. Warteschlangen

      Udo Bankhofer
      Das Kapitel beschäftigt sich mit der Theorie der Warteschlangen, einem alltäglichen Phänomen, das in verschiedenen Bereichen wie Supermärkten, Behörden und Produktionsstätten auftritt. Es wird erklärt, wie Warteschlangen entstehen und welche Faktoren ihre Länge beeinflussen. Ein zentraler Punkt ist die Einführung des M/M/1-Wartesystems im Gleichgewicht, ein Modell, das die Ankunfts- und Abfertigungsprozesse von Kunden oder Einheiten beschreibt. Dabei werden die relevanten Größen wie Ankunftsrate, Abfertigungsrate und Auslastungsgrad definiert und anhand von Beispielen veranschaulicht. Die Modellierung erfolgt über homogene Markovketten, und es werden Berechnungen für die mittlere Warteschlangenlänge, Verweilzeit und Wartezeit durchgeführt. Das Kapitel bietet außerdem Übungsaufgaben und Literaturhinweise, um das Verständnis zu vertiefen und praktische Anwendungen zu verdeutlichen.
    4. Kapitel 14. Lagerhaltungsmodelle

      Udo Bankhofer
      Das Kapitel 'Lagerhaltungsmodelle' beleuchtet die Bedeutung der Lagerhaltung für Unternehmen, insbesondere zur Sicherstellung einer effizienten Materialbereitstellung. Es unterscheidet zwischen deterministischer und stochastischer Lagerhaltung und erläutert die jeweiligen Optimierungsstrategien. Die deterministische Lagerhaltung basiert auf der Annahme eines bekannten Bedarfs und zielt auf die Minimierung der Gesamtkosten durch Optimierung der Bestellmengen und -intervalle. Die stochastische Lagerhaltung hingegen berücksichtigt zufällige Nachfrageschwankungen und optimiert die Bestellmengen zur Maximierung des erwarteten Gewinns. Praktische Beispiele und Übungsaufgaben veranschaulichen die Anwendung der theoretischen Konzepte. Das Kapitel schließt mit Literaturhinweisen, die weiterführende Informationen und Übungsaufgaben bieten.
  6. Nichtexakte Lösungsverfahren

    1. Frontmatter

    2. Kapitel 15. Heuristische Verfahren

      Udo Bankhofer
      Das Kapitel 'Heuristische Verfahren' beschäftigt sich mit der Lösung komplexer Probleme, die mit exakten Methoden oft nicht effizient gelöst werden können. Heuristiken bieten eine systematische Vorgehensweise zur Generierung zufriedenstellender Lösungen in akzeptabler Zeit. Das Kapitel unterscheidet zwischen Heuristiken für spezielle Probleme und Metaheuristiken, die auf verschiedene Probleme angewendet werden können. Spezifische Heuristiken werden anhand von Beispielen wie dem Gruppierungsproblem und dem Transportproblem veranschaulicht. Metaheuristiken wie Simulated Annealing, Tabu Search, genetische Algorithmen und Ameisensysteme werden ebenfalls behandelt. Das Kapitel schließt mit Übungsaufgaben und Literaturhinweisen, die den Lesern helfen, die theoretischen Konzepte in der Praxis anzuwenden.
    3. Kapitel 16. Simulation

      Udo Bankhofer
      Das Kapitel beschäftigt sich mit der Simulation als Lösungsansatz für komplexe betriebswirtschaftliche Problemstellungen, insbesondere wenn heuristische Verfahren nicht anwendbar sind. Es wird die Unterscheidung zwischen deterministischer und stochastischer Simulation erläutert. In betrieblichen Anwendungsbeispielen wird die stochastische Simulation anhand der Zeitplanung von Projekten mit stochastischen Vorgangsdauern und Warteschlangensystemen veranschaulicht. Dabei wird gezeigt, wie durch die Generierung von Zufallszahlen und die Analyse von Häufigkeitsverteilungen auf die Realität geschlossen werden kann. Das Kapitel bietet auch praktische Übungsaufgaben und Literaturhinweise, um das Verständnis zu vertiefen.
  7. Backmatter

Titel
Quantitative Unternehmensplanung
Verfasst von
Udo Bankhofer
Copyright-Jahr
2022
Electronic ISBN
978-3-8348-2466-0
Print ISBN
978-3-8348-2465-3
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-8348-2466-0

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