Logistik und Workflows

Transkript

1 Logistik und Workflows Von: Falk Windheim Betreuer: Matthias Gehrke Logistik und Workflow - 1

2 Motivation Das angedachte Shuttlesystem verwendet im Gegensatz zu herkömmlichen Transportsystemen ( Bundesbahn, Lufthansa etc. ) keinen im Voraus festgelegten Fahrplan. Stattdessen reagieren entweder die Shuttle oder auch eine sie steuernde übergeordnete Instanz dynamisch auf die jeweilige Situation Hierzu ist es nötig Methoden zu finden um klassische Logistikprobleme in diesem neuen Rahmen in effizienter Art und Weise zu lösen. Logistik und Workflow - 2

3 Was ist Logistik? Militärischer Ursprung : Baron de Jomini, Offizier der napoleonischen Ära und Verfasser des Buches Precis de l Art de Guerre Das Wort Logistik ist abgeleitet, (...), von dem Titel major général des logis ( dt. Quartiermeister ) einem Offizier dessen Aufgabe es war die Truppen unterzubringen, den Kolonnen die Marschrichtung zu befehlen (...). Moderne Logistik : Professor Dr. Reinhardt Jünemann, dessen Name eng mit dem renommierten Fraunhofer Institut für Materialfluss und Logistik in Dortmund verbunden ist : Das richtige Objekt, zur richtigen Zeit, am richtigen Ort, (...), zu den richtigen Kosten. Logistik und Workflow - 3

4 Was bedeutet das für uns? Wir haben also ein Schienennetz bestehend aus Knotenpunkten ( Weichen / Bahnhöfe ) und Verbindungen zwischen diesen ( Schienenstränge ), auf dem mehrere autonome Shuttle verkehren. Außerdem haben wir Kunden die von Zeit zu Zeit von A nach B gelangen wollen. Diese Transportaufträge werden von den Shuttle zu einem gewissen Preis ausgeführt. Logistik und Workflow - 4

5 Modellierung Aufträge Ein Auftrag besteht aus folgenden Daten : Ein Passagier möchte zum Zeitpunkt Z Von Ort A abgeholt werden Und spätestens bis Zeitpunkt X Nach Ort B gebracht werden Und muss dafür den Preis C zahlen Logistik und Workflow - 5

6 Modellierung Aufträge Preismodelle : Kilometerabhängige Preise Transportzeitabhängige Preise Komfortabhängige Preise Angebot / Nachfrage Preise ( Börsenmodell ) evt. mit Konventionalstrafen alles natürlich auch in beliebiger Kombination Logistik und Workflow - 6

7 Modellierung Aufträge Wer legt die Preise fest? Shuttle ( autonom ) Shuttles ( in Absprache untereinander ) Zentrale Instanz ( Shuttlebetreiber ) Wann wird der Preis festgelegt? Im Vorfeld in Form einer festen Preisliste Zur Laufzeit Wie wird der Preis kalkuliert? Was kostet der Weg? Wie viel kann dafür verlangt werden? Wenn wir niedriger gingen, würden wir dann durch die höhere Anzahl an Aufträge mehr Gewinn machen? Analog für Preiserhöhungen Logistik und Workflow - 7

8 Lokale Logistikprobleme Evtl. unvorhersehbare Kapazitätsänderungen von Kanten ( Gleisschäden ) kann eine Alternativroute gefunden werden so das der Auftrag immer noch termingerecht ausgeführt werden kann Knotenkapazitäten/Kantenkapazitäten ( irgendwann ist eine Bahnhof/Schiene voll ) können von anderen Shuttles in Anspruch genommen werden. Dies kann wiederum zur Nichterfüllung eines Auftrages führen. Wie kann eine möglichst optimale Shuttleauslastung ( Load-Faktor ) erreicht werden? Eine hohe Auslastung hat den Vorteil, das bei ( fast ) gleichen Kosten die Einahmen wesentlich höher sind. Logistik und Workflow - 8

9 Lokale Logistikprobleme Peeksituationen ( mehr Angebot als Nachfrage ) Welche Aufträge nimmt ein Shuttle an? Die erstbesten oder wartet es auf bessere ( da Peek ist sollte es genug geben ). Eventuelle Kapazitätsüberlastungen müssen in Betracht gezogen werden ( sprich wenn es einen Peak an Transportangeboten von A nach B gibt so besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit das sich das Shuttle verspätet, ein eigentlich lukrativer Auftrag kann hierdurch schnell unlukrativ werden ) Logistik und Workflow - 9

10 Lokale Problemstellungen Kann ein Shuttle prognostizieren was für Aufträge wann wo auftauchen und sie antizipieren? Wenn es zb Peeks vorraussagen könnte, so wäre es kurz vorher am Ort des Peeks in Stellung zu gehen um einen guten Auftrag zu erwischen. Eine Statistik über die in der Vergangenheit angefallenen Aufträge wäre hierzu recht nützlich oder auch eine Möglichkeit Informationen über externe Ereignisse ( zb ein Fussballspiel ) in die Shuttle einzuspeisen. Anmerkung : Da wir in unserem Fall die Wirklichkeit simulieren, wäre es also nützlich wenn sich die Wirklichkeit ein wenig berechenbar verhalten würde, sprich, keine komplett zufällige Auftragsgenerierung Logistik und Workflow - 10

11 Globale Logistikprobleme Wieviel Shuttle sind für den gesamten Markt ideal? Ist ihre Anzahl zu niedrig bleiben Aufträge unerfüllt, ist sie zu hoch ist der Gewinn für alle geringer. Wenn lukrative Aufträge lokalisiert werden können, wie kann verhindert werden das sich alle Shuttles auf einen Peakort stürzen? Was zur Folge hätte das es an diesem Ort zu Stauungen kommt, während Aufträge im Umland evt liegenbleiben das sie durch zu hohe Entfernung nicht mehr lohnend werden. Was passiert wenn eine dem Shuttle übergeordnete Instanz ( zb der Besitzer einer Shuttleflotte ) eingeführt wird? In wie weit muss das Shuttleverhalten angepasst werden um zb dafür zu sorgen das einzelne Shuttle zum Wohl der ganzen Flotte Verluste hinnehmen. Was ist mit rechtlichen Einschränkungen zur Verhinderung vom Aufbau von Monopolen? Logistik und Workflow - 11

12 Was ist also zu tun? Um gute Lösungen für die angesprochenen Problemstellungen zu finden, ist es sicherlich vonnöten das wir viele verschiedene Shuttleverhaltensweisen entwerfen und simulieren werden. Wir benötigen daher eine gute Methode um Shuttleverhalten zu modellieren. Logistik und Workflow - 12

13 Graphische Modellierung des Shuttleverhaltens Graphische Modellierungsverfahren bieten signifikante Vorteile Übersichtlichkeit Leichte Verständlichkeit Höhere Wartbarkeit Aus diesen Gründen scheint mir die Verwendung eines solche Verfahrens für unsere Zwecke sinnvoll Logistik und Workflow - 13

14 Wahl der Darstellungsweise Es existieren drei bedeutsame graphische Darstellungsmethoden für Prozesse, als da wären : Petri-Netze ( Stellen, Transitionen etc. ) UML ( Aktivitätendiagramm ) EPKs ( Ereignisgesteuerte Prozessketten ) Logistik und Workflow - 14

15 Petri Netze Sehr abstrakte Darstellungsweise mit Stellen, Transistionen und Marken. Der Markenmechanismus erlaubt Quantifikationen und mathematische Analysen. Logistik und Workflow - 15

16 EPKs Bestehen aus Ereignissen, Funktionen und Konnektoren Aus den Petri-Netzen entwickelte konkretere Darstellungsweise Ersetzt die implizite Darstellungsweise von Zusammenhängen der Petri-Netze durch eine konkretere ( Konnektoren ) Logistik und Workflow - 16

17 UML ( Aktivitätsdiagramme ) Bestehen aus Aktivitäten und Entscheidungen. Nebenläufigkeit wird durch Splits / Joins of Control eingebracht Logistik und Workflow - 17

18 UML vs. Petri-Netze Der Markenmechanismus eignet sich vor allem für die Darstellung komplexer zum Teil nebenläufiger quantifizierter Flussprozesses. Entscheidungen hingegen können nur eher kompliziert über Schalterstellen integriert werden. Für die Auftragsbearbeitung jedoch sind solche Flüsse eher unnötig, während Entscheidungen doch desöfteren vorkommen. Logistik und Workflow - 18

19 UML vs. EPKs Obwohl EPKs im Gegensatz zu Petri - Netzen bereits eine grosse Vereinfachung der Darstellung sind, sind sie immer noch recht unübersichtlich. So wird zb eine Entscheidung, welche in Aktivitätsdiagrammen durch ein Symbol ( Raute ) dargestellt wird in EPKs durch 4 Symbole ( 1 Funktion, 1 XOR-Konnektor, 2 Ereignisse ) dargestellt. Aufgrund der höheren Übersichtlichkeit, welche ja der Grund war weshalb eine graphische Modellierungsmethode gewählt wurde, habe ich mich daher für Aktivitätsfiagramme entschieden. Logistik und Workflow - 19

20 Verhaltens änderungen Wir haben also eine Möglichkeit das Shuttleverhalten vor der Codierung sauber zu modellieren. Was jedoch wenn wir verschiedenes Verhalten ausprobieren wollen? Jedesmal neu codieren? Logistik und Workflow - 20

21 Trennung Berechnung / Verhalten Dadurch ist es möglich Änderungen im Kontrollfluss vorzunehmen ohne den Code selbst zu ändern Durch die Möglichkeit eigene Funktionen hinzuzufügen bleibt gleichzeitig die Flexibilität normaler Codierung gewahrt Logistik und Workflow - 21

22 Hierzu nötig : Ein entsprechender Editor Ein Format um Aktivitätsdiagramme zwischen Editor und Shuttlesteuerung auszutauschen Ein Interpreter / Compiler in der Shuttlesteuerung um dieses Format umzusetzen Logistik und Workflow - 22

23 Erste Ideen zur Umsetzung Punkte: Signatur der DecisionMethod ( Object vs. Spezifiziert ) Übergabe der gewünschten Aktion von Control ans Shuttle ( Objekt, String oder direkter Aufruf ) Form der Übergabe von verändertem Verhalten vom Editor ans Shuttle ( Folge zu interpretierender Anweisungen vs. Direkt gespeichertes Objekt ) Logistik und Workflow - 23