Lectures of the Institute of Production Management

Optimierungsprobleme und -verfahren
Modellierung praktischer Optimierungsprobleme
Implementierung mathematischer Programme
Python/LaTex

In diesem Seminar werden grundlegende Modelle und Algorithmen des Operations Management auf Bachelor-Niveau behandelt und das Anfertigen einer schriftlichen Arbeit zur Vorbereitung auf eine Bachelor-Arbeit am Institut für Produktionswirtschaft geübt.

Wird zum Beginn des Semesters bekanntgegeben.

Prüfer: Prof. Dr. Helber

Dieser Kurs behandelt grundlegende Aspekte der algebraischen Modellierung und der Anwendung von Optimierungsmethoden in der Operations Research. Die Studierenden werden in das Paradigma der verbesserten Suche eingeführt, insbesondere über konvexe Mengen zulässiger Lösungen. Die Simplex-Suche für lineare Programmierungsmodelle wird behandelt, einschließlich einer ersten Einführung in die Dualität von LP-Modellen. In Bezug auf diskrete Probleme werden die Grundelemente der Branch-and-Bound-Methode vorgestellt. Wir befassen uns außerdem mit der Spaltengenerierung und Elementen der Branch-and-Price- oder Benders-Zerlegung. Die Modellierungssprache GAMS wird in Modellierungsübungen verwendet.

Rardin, R. L.: Optimization in Operations Research, 2. Edition 2016 (Pearson)

Die ergänzende (optionale) Übung begleitet die Vorlesung zum Thema Operations Research. Ausgewählte Probleme und Aufgaben aus dem Lehrbuch von Rardin (2016) werden verwendet, um die Methoden und Algorithmen der Vorlesung zu üben.

In der Veranstaltung werden verschiedene operative Entscheidungsprobleme der Gestaltung industrieller Produktionsprozesse im Bereich der Sachgüterproduktion behandelt. Dazu gehören insbesondere Fragen der Planung von Überstunden und Lagerbeständen, der Planung von Losgrößen und Reihenfolgen sowie der Produktionssteuerung. Ferner werden die konzeptionellen Grundlagen verschiedener Ansätze zur Produktionsplanung und -steuerung behandelt.

Im Laufe der Veranstaltung wird ein detailliertes Skript zur Verfügung gestellt.

Die Veranstaltung setzt in weiten Teilen elementare Kenntnisse quantitativer Methoden voraus, die in der Veranstaltung »Operations Research« angeboten werden. Daher wird dringend empfohlen, diese Veranstaltung vorher oder parallel zu hören.

Die Veranstaltung behandelt ausgewählte Inhalte aus dem Bereich der Wirtschaftswissenschaften, wie sie zur Bearbeitung der Aufgabenstellung im Rahmen des kooperativen Produktengineerings (KPE) benötigt werden.

Die Inhalte werden gemäß der Anforderungen der aktuellen Aufgabenstellung des KPEs sowie der Vorkenntnisse und Wünsche der Teilnehmer ausgewählt. Mögliche Themen sind u.a.:

• Produktionsoptimierung
• Logistik
• Investitionsrechnung
• Ablaufplanung
• Marketing
• Kosten- und Erlösrechnung
• Kostenmanagement
• Produktmanagement

Gegen Ende der Veranstaltung können auch gruppenindividuelle Sprechstunden zu wirtschaftlichen Fragestellungen des KPE angeboten werden.

Außerdem finden Probevorträge zu den Zwischen- und Abschlusspräsentationen des KPE statt.

• Helber: Operations Management Tutorial (2020, 2. Auflage), Verlag: Stefan Helber
• Meffert, Burmann, Kirchgeorg: Marketing: Grundlagen marktorientierter Unternehmensführung; Konzepte - Instrumente - Praxisbeispiele (2012, 11. Auflage), Gabler Verlag.
• Friedl, Hofmann, Pedell: Kostenrechnung: eine entscheidungsorientierte Einführung (2010), Vahlen Verlag.
• Günther, Tempelmeier: Produktion und Logistik (2012, 12. Auflage), Springer Verlag.
• Domschke, Drexl: Einführung in Operations Research (2011, 8. Auflage), Springer Verlag.
• Kuhner, Maltry: Unternehmensbewertung (2017, 2. Auflage), Springer Verlag.

Die Teilnehmerzahl ist begrenzt. Das Auswahlverfahren wird durch das IPH (Institut für Integrierte Produktion Hannover) durchgeführt. Die Prüfungsnummer lautet: 23710

Im Rahmen des Kolloquiums zum Operations Management stellen Studierende, die ihre Abschlussarbeit im Vertiefungsfach Operations Management anfertigen, ihre Ergebnisse während der Bearbeitung vor. Im Studiengang Wirtschaftsingenieurwesen werden die Vorträge zu den Bachelorarbeiten benotet. Darüber hinaus können offene methodische und inhaltliche Fragen während der Bearbeitung der Arbeiten diskutiert werden. Ferner berichten die Wissenschaftler des Instituts im Rahmen dieses Kolloquiums aus laufenden Forschungsvorhaben, insbesondere Promotionsprojekten.

Im Seminar werden aktuelle wissenschaftliche Publikationen aus dem genannten Themenbereich behandelt. Dabei sind in der Regel algebraische Entscheidungsmodelle zu Problemen des Operations Management mit Python und Gurobi oder mit GAMS zu implementieren und experimentell zu analysieren.

Wird zu Beginn des Semesters zur Verfügung gestellt.

Es findet eine kombinierte Vorlesung und Übung mit folgenden Inhalte statt:

• Python und Visual Studio Code
• Auswahl und Aufbau geeigneter Datenstrukturen
• Objektorientierten Programmierung
• Implementierung von Algorithmen
• Mathematischen Modellen in gurobipy
• Profiling- und Debugging-Methoden
• Datenauswertung mit pandas
• Visualisierung mit matplotlib

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Anmeldung zum Kurs: Die Teilnehmerzahl ist auf 20 begrenzt. Eine Anmeldung für den Kurs erfolgt über die Homepage des Instituts bis zum 19.10. Ggf. verbleibende Restplätze werden in der ersten Vorlesung vergeben.

Prüfungsform: Die Prüfungsleistung besteht aus vier Hausarbeiten (Programmieraufgaben) während des Semesters, welche in Gruppenarbeit abgelegt werden, zuzüglich mündlicher Prüfungen.

Vertiefendes Projekt & Anrechenbarkeit: Aufbauend auf diesem Kurs kann im selben Semester der vertiefende Kurs „Implementierung von OM-Modellen und Verfahren in Python – Vertiefendes Projekt“ belegt werden, welcher eine Hausarbeit umfasst. Studierende im Programm „Wirtschaftsingenieurwesen“ können die Kombination dieser beiden Kurse alternativ als „Scientific Computing“ (10 LP) anrechnen lassen.

• Klassische Optimierungsprobleme und Modelle (zum Beispiel Bin Packing, Stock Cutting, Vehicle Routing und Network Flow Probleme)
• Vergleich von unterschiedlichen Modellen für dasselbe Problem
• Modellierung praktischer Optimierungsprobleme
• Kunst guter Modellierung
• Fortgeschrittene Modellierungstechniken (zum Beispiel Linearisierungstechniken, multikriterielle Optimierung, Vermeidung von Symmetrien, Schnittebenen)
• Aufbau und Analyse von numerischen Studien mit Entscheidungsmodellen

Aufbauend auf dem Kurs „Implementierung von OM-Modellen und Verfahren in Python“ sollen in diesem Kurs die Kenntnisse in der Programmierung mit Python vertieft werden. Hierzu soll eigenständig in Gruppenarbeit eine Aufgabenstellung aus dem Bereich Operations Management bearbeitet werden und in einer Hausarbeit verschriftlicht werden.

Voraussetzungen: Der Kurs kann nur in Kombination mit der Vorlesung „Implementierung von OM-Modellen und Verfahren in Python“ im gleichen Semester belegt werden.

Anrechenbarkeit als Scientific Computing: Studierende im Programm „Wirtschaftsingenieurwesen“ können die Kombination von „Implementierung von OM-Modellen und Verfahren in Python“ und „Implementierung von OM-Modellen und Verfahren in Python - Vertiefendes Projekt“ alternativ als „Scientific Computing“ (10 LP) anrechnen lassen.

Gegenstand der Veranstaltung ist die Entwicklung von Prognoseverfahren insbesondere für die Nachfrage nach Sachgütern und Dienstleistungen im Zeitablauf, die die Grundlage betrieblicher Planungen etwa des Produktionsprogramms sind oder eine Grundlage für die Planung des Personaleinsatzes darstellen. Dazu werden mittels der Software EViews Regressionsmodelle konstruiert, die vergangene Beobachtungsdaten gut abbilden und damit als Modell des datenerzeugenden Prozesses interpretiert werden können. In diesen Modellen wird insbesondere auf Modellierung der Auswirkung von Einflussgrößen wie Werbemaßnahmen Wert gelegt, die der betrieblichen Entscheidung unterliegen.

Zur Veranstaltung gibt es ein Skript sowie in der Technischen Informationsbibliothek 20 Exemplare des Lehrbuchs von Francis X. Diebold, Elements of Forecasting, 4. Aufl. 2007.

Die Veranstaltung findet im Computerraum statt und beeinhaltet in erheblichem Umfang praktisches Arbeiten mit der Software EViews.

Diese Veranstaltung richtet sich an Doktoranden sowie an fortgeschrittene Master-Studenten mit vertieftem Interesse an den Grundlagen von Algorithmen zur Lösung gemischt-ganzzahliger oder rein ganzzahliger linearer Programme mittels Branch-und-Price-Algorithmen, welche auf einer Dantzig-Wolfe-Zerlegung des Problems ausgehend von einem kompakten, monolithisch formulierten Modell basieren. Bei derartigen Modellen beispielsweise aus dem Kontext der Tourenplanung oder der Schichtplanung stoßen Standardsolver der gemischt-ganzzahligen linearen Optimierung häufig an Leistungsgrenzen, während sich derartige Probleme mit Branch-und-Price-Algorithmen oftmals noch sehr gut lösen lassen. Für die erfolgreiche Konstruktion derartiger Algorithmen sind jedoch vertiefte theoretische Kenntnisse erforderlich, deren Erarbeitung das Ziel dieses Kurses ist. Zu diesem Zweck wird das neue Lehrbuch von Desrosiers, Lübbecke, Desaulniers und Gauthier durchgearbeitet.

Die Veranstaltungen wird in Form eines Kolloquiums durchgeführt. Die Teilnehmer bereiten bis zu fünf kleine Präsentationen vor, welche bewertet werden und zu Bonuspunkten für die abschließende Prüfung führen. Letztere wird in Form einer mündlichen Prüfung durchgeführt. Sehr gute Kenntnisse aus dem einführenden Kurs "Operations Research" werden vorausgesetzt, ein vorheriger Besuch des Kurses "Operations Research II" ist hilfreich.

Branch-and-Price. Jacques Desrosiers, Marco Lübbecke, Guy Desaulniers, Jean Bertrand Gauthier, Les Cahiers du GERAD G–2024–36, HEC Montréal, Canada. Revised version:
October 2024 (https://www.gerad.ca/fr/papers/G-2024-36.pdf)

Prüfungsleistung (Masterstudierende): MP

Leistungsnachweise (DoktorandInnen): MP

Diese Veranstaltung richtet sich an Doktoranden sowie an fortgeschrittene Master-Studenten mit vertieftem Interesse an den Grundlagen von Algorithmen zur Lösung gemischt-ganzzahliger oder rein ganzzahliger linearer Programme mittels Branch-und-Price-Algorithmen, welche auf einer Dantzig-Wolfe-Zerlegung des Problems ausgehend von einem kompakten, monolithisch formulierten Modell basieren. Bei derartigen Modellen beispielsweise aus dem Kontext der Tourenplanung oder der Schichtplanung stoßen Standardsolver der gemischt-ganzzahligen linearen Optimierung häufig an Leistungsgrenzen, während sich derartige Probleme mit Branch-und-Price-Algorithmen oftmals noch sehr gut lösen lassen. Für die erfolgreiche Konstruktion derartiger Algorithmen sind jedoch vertiefte theoretische Kenntnisse erforderlich, deren Erarbeitung das Ziel dieses Kurses ist. Zu diesem Zweck wird das neue Lehrbuch von Desrosiers, Lübbecke, Desaulniers und Gauthier durchgearbeitet.

Die Veranstaltungen wird in Form eines Kolloquiums durchgeführt. Die Teilnehmer bereiten bis zu fünf kleine Präsentationen vor, welche bewertet werden und zu Bonuspunkten für die abschließende Prüfung führen. Letztere wird in Form einer mündlichen Prüfung durchgeführt. Sehr gute Kenntnisse aus dem einführenden Kurs "Operations Research" werden vorausgesetzt, ein vorheriger Besuch des Kurses "Operations Research II" ist hilfreich.

Branch-and-Price. Jacques Desrosiers, Marco Lübbecke, Guy Desaulniers, Jean Bertrand Gauthier, Les Cahiers du GERAD G–2024–36, HEC Montréal, Canada. Revised version:
October 2024 (https://www.gerad.ca/fr/papers/G-2024-36.pdf)

Prüfungsleistung (Masterstudierende): MP

Leistungsnachweise (DoktorandInnen): MP

Die Veranstaltung führt in die Entscheidungsprobleme der Gestaltung von Prozessen und Strukturen der betrieblichen Leistungserstellung ein. Behandelt wird sowohl die Erzeugung von Sachgütern als auch von Dienstleistungen. Im Vordergrund steht die quantitative Modellierung der wesentlichen betriebswirtschaftlichen Wirkungszusammenhänge.

• Helber, Stefan: Operations Management Tutorial, 2. Aufl. 2020, diverse Exemplare in der TIB verfügbar

Zu dieser Veranstaltung wird eine Serie von Video-Clips angeboten, in denen zahlreiche Vorlesungsinhalte erläutert werden. Ferner gibt es ein »Tutorium zum Operations Management«, Beleg-Nr. 270048. Es dient der Klärung offener Fragen, welche bei der Bearbeitung der wöchentlichen Übungsaufgaben aufgetreten sind.

Für dieses Tutorium werden wöchentlich zu jedem Vorlesungstermin und -thema Übungsblätter bei Stud.IP zum Download bereitgestellt.

Helber, Stefan: Operations Management Tutorial, 2. Aufl. 2020, diverse Exemplare in der TIB verfügbar

Die Gruppen 2 und 3 müssen leider entfallen.

Es gibt Tutorien, bei denen es sich um sogenannte "Lernräume" handelt. Studierende können dort die Übungsaufgaben bearbeiten und Tutorinnen und Tutoren stehen ihnen bei Fragen zur Verfügung. Darüber hinaus gibt es Tutorien in denen die Lösung der Übungsaufgaben vorgerechnet wird. Weiterhin gibt es Ilias Tests mit denen die Studierenden die Richtigkeit ihrer Lösung überprüfen können.

Um Kosten und Risiko zu minimieren, die Experimente in der realen Welt mit sich bringen, ist es ratsam Optimierungen von Produktionsprozessen zunächst in einer Simulation abzubilden und zu testen. In der Veranstaltung Operations Management Simulation (OMaS) lernen die Studenten und Studentinnen die Grundlagen der Modellierung und Simulation mit AnyLogic. In einer Mischung aus Präsenzlehre und praktischen Videotutorials lernen sie die drei Modellierungsmethoden ”Agentenbasierte Modellierung (AM)”, ”Modellierung dynamischer Systeme (DS)” und ”Ereignisorientierte Modellierung (EM)” kennen.

• Grigoryev, I. (2023): Anylogic 8 in three days, sixth edition.
• Borshchev, A. (2014): The Big Book of Simulation Modeling, Lightning Source Inc.

Die Teilnehmerzahl ist auf 30 begrenzt. Sollte die Nachfrage das Angebot von 30 Plätzen überschreiten, erfolgt eine Auswahl gemäß den Vorkenntnissen aus Operations Management. Voraussetzung, um zur finalen Prüfung zugelassen zu werden, ist eine erfolgreiche Abgabe von drei obligatorischen Übungsmodellen innerhalb des Semesters.

In diesem Seminar werden grundlegende Modelle und Algorithmen des Operations Management auf Bachelor-Niveau behandelt und das Anfertigen einer schriftlichen Arbeit zur Vorbereitung auf eine Bachelor-Arbeit am Institut für Produktionswirtschaft geübt.

Wird zum Beginn des Semesters bekanntgegeben.

Prüfer: Prof. Dr. Helber

Im diesem Kurs werden die Methoden und Regeln des wissenschaftlichen Arbeitens, einschließlich des Verfassens und Präsentierens von Seminararbeiten, erläutert und der Umgang mit den zentralen Informationsquellen vorgestellt. Darüber hinaus bietet die Veranstaltung die Möglichkeit, konkrete Fragen, insbesondere im Hinblick auf die Bearbeitung von Seminararbeiten, zu diskutieren.

G. Disterer (2019) Studienarbeiten schreiben, 8. Auflage, Springer Verlag.

Der Kurs wird allen empfohlen, die ein Seminar am Institut für Produktionswirtschaft besuchen. Es ist nicht möglich ECTS zu erwerben.

Im Bereich der Produktionslogistik werden Verfahren der Prozessanalyse behandelt, die der Beurteilung von Beständen, Durchlaufzeiten und Durchsätzen dienen, sowie Methoden der Leistungsanalyse von Push- vs. Pull-Systemen der Produktionssteuerung. Daran schließen sich Methoden des Bestandsmanagements im einperiodigen und im mehrperiodigen Fall für einzelne Produkte und aggregierte Lager in ihrer Gesamtheit an. Ferner werden im Bereich der Distributionslogistik Fragestellungen der Standortplanung sowie der Planung von Transporten, Rundreisen und Touren behandelt.

Helber, Stefan: Operations Management Tutorial. Grundlagen der Modellierung und Analyse der betrieblichen Wertschöpfung. Hildesheim, 2. Auflage 2020

Daneben wird ein Foliensatz bereitgestellt.

This advanced Operations Research course centers around both the theoretical justification and the implementation of Branch-Cut-and-Price algorithms using the SCIP framework from the Zuse-Institut at the Technical University of Berlin. Implementation work will be done in C++. The course builds on the introductory course on Operations Research for first-semester Master's students and is intended as a methodological foundation for a Master's thesis in Operations Management. It requires substantial programming work and leads to a technical expertise which is highly valuable on the job market. This is a course for students with a good math and programming background interested in research in Operations Management.

Students in the "Wirtschaftsingenieur" program can also participate in this course to gain credit points ("Leistungspunkte") for the module "Scientific computing (10 LP)"!

https://www.scipopt.org

Desrosiers, J., M. Lübbecke, G. Desaulniers und J. B. Gauthier (2024). Branch-and-Price. url: https://www.gerad.ca/en/papers/G-2024-36.

Im Rahmen des Kolloquiums zum Operations Management stellen Studierende, die ihre Abschlussarbeit im Vertiefungsfach Operations Management anfertigen, ihre Ergebnisse während der Bearbeitung oder nach Abgabe ihrer Abschlussarbeit vor. Darüber hinaus können offene methodische und inhaltliche Fragen während der Bearbeitung der Arbeiten diskutiert werden. Ferner berichten die Wissenschaftler des Instituts im Rahmen dieses Kolloquiums aus laufenden Forschungsvorhaben, insbesondere Promotionsprojekten.

Im diesem Kurs werden die Methoden und Regeln des wissenschaftlichen Arbeitens, einschließlich des Verfassens und Präsentierens von Seminararbeiten, erläutert und der Umgang mit den zentralen Informationsquellen vorgestellt. Darüber hinaus bietet die Veranstaltung die Möglichkeit, konkrete Fragen, insbesondere im Hinblick auf die Bearbeitung von Seminararbeiten, zu diskutieren.

G. Disterer (2019) Studienarbeiten schreiben, 8. Auflage, Springer Verlag.

Der Kurs wird allen empfohlen, die ein Seminar am Institut für Produktionswirtschaft besuchen. Es ist nicht möglich ECTS zu erwerben.

Im Seminar werden aktuelle wissenschaftliche Publikationen aus dem genannten Themenbereich behandelt. Dabei sind in der Regel algebraische Entscheidungsmodelle zu Problemen des Operations Management mit Python und Gurobi oder mit GAMS zu implementieren und experimentell zu analysieren.

Wird zu Beginn des Semesters zur Verfügung gestellt.