Betriebswirtschaftliche Anwendungen des Soft Computing: Neuronale Netze, Fuzzy-Systeme und Evolutionäre Algorithmen PDF
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Biethohn et 01. (Hrsg.) Betriebswirtschaftliche Anwendungen des Soft Computing Die Bucher der Reihe behandeln Themen, die sich dem weitge streckten Ziel des Verstondniues und der technischen Reolisie rung intel/igenten Verhahens in einer Umwelt zuordnen lauen. Sie sollen damit Wiuen aus der k(jns~ichen Intelligenz und der Kognitionswissenschaft (beide zusammen ouch Intellektik genannt) sowie aus interdisziplinor mit diesen verbundenen Disziplinen vermitteln. Computational Intelligence umfaBt die Grundlagen ebenso wie die Anwendungen. Dos rechnende Gehim von Patricio S. Churchland und Terrence J. Sejnowski Neuronale Netze unci Fuzzy-Systeme von Derlef Nauck, Frank Klowonn und Rudolf Kruse Fuzzy<lusteranalyse von Frank Hoppner, Frank Klowonn und Rudolf Kruse EinfUhrung in EvoIutionCire AIgorithmen von Volker Nissen Neuronale Netze Grundlagen und Anwendungen von Andreas Scherer Sehen unci die Verarbeitung visueIIer Informationen Eine Einfiihrung von Hanspeter A. Mallot Betriebswirtschaftliche Anwendungen des Soft Computing von Biathahn at 01. (Hrsg.) TItel aus dem waiteren Umfeld, erschienen in dar Reihe Kunsrlicha Intelligenz des Verlagas Vieweg: Automatische Spracherlcennung von Ernst Gunter Schukat-Talamozzini DeduktM Datenbanken von Armin B. Cremers, Ulrika Griafhahn und Ralf Hinze Wissensrepri:isen unci Infenm: von Wolfgang Bibel, Steffen HOildobler und Torsten Schaub Jorg Biethahn, Albrecht Honerloh, Jochen Kuhl, Marie-Claire leisewitz, Volker Nissen, Martin Tietze (Hrsg.) Betriebswirtschaftliche Anwendungen des Soft Computing Neuronale Netze, Fuzzy Systeme und Evolutionare Algorithmen III "vleweg Dieses Buchprojekt wurde realisiert mit freundlicher Unterstiitzung von ~ Dow Deutschland Inc. ~ Aile Rechte vorbehalten © Friedr. Vieweg & Sohn Vedagsgesellschaft mbH, BraunschweigIWiesbaden, 1998 Der Verlag Vieweg ist ein Untemehmen der Bertelsmann Fachinformation GmbH. Das Werk einschlieBlich aller seiner Teile ist urheberrecht lich geschiitzt. Jede Verwertung auBerhalb der engen Gren zen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Vedags unzuliissig und strafbar. Das gilt insbesondere fUr Vervielfiiltigungen, Ubersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. http://www.vieweg.de Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daB solche Namen im Sinne der Warenzeichen-und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wiiren und daher von jedermann benutzt werden diirften. Hochste inhaltliche und technische Qualitiit unserer Produkte ist unser Ziel. Bei der Produktion und Verbreitung unserer Werke wollen wir die Umwelt schonen: Dieses Werk ist auf siiurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier gedruckt. Die EinschweiBfolie besteht aus Polyiithylen und damit aus organischen Grundstoffen, die weder bei der Herstellung noch bei Verbrennung Schadstoffe freisetzen. Gesamtherstellung: Lengericher Handelsdruckerei, Lengerich ISBN-13: 978-3-528-05596-7 e-ISBN-13: 978-3-322-86843-5 DOl: 10.1007/978-3-322-86843-5 Vorwort Der Begriff des Soft Computing geht auf Lotfi A. Zadeh, den Be grunder der Fuzzy Set-Theorie, zuruck und entstammt dem Titel einer gleichnamigen Initiative an der University of California in Berkeley. Der Grundgedanke des Soft Computing besteht darin, Verfahren zu entwickeln, die tolerant sind gegenuber Phanomenen wie Unsicherheit, Unscharfe, unvollstandiger Information und ex tremer Komplexitat. Diese Charakteristika sind kennzeichnend fur viele Alltagssituationen und Probleme der Praxis. Mit traditionel len exakten Methoden (Hard Computing) lassen sich solche Auf gaben nur schlecht computerunterstiitzt bearbeiten. Es entstehen oft unnotig komplexe, wenig fehlertolerante und teure Problem losungen. Der erfolgreiche Ansatz des Soft Computing besteht hingegen in einer (allerdings sehr groben) rechnergestiitzten Nachahmung naturlicher Vorbilder, wie der biologischen Evolution bzw. der menschlichen Informationsverarbeitung. Dadurch erschlieBt sich Innovationspotential, das zu Effizienzsteigerungen und Kosten senkungen nicht nur in der betriebswirtschaftlichen Praxis fiihren kann. Zu den Kerngebieten von Soft Computing gehoren Kiinstliche Neuronale Netze, Evolutionare Algorithmen und Fuzzy Systeme, auf die wir uns im vorliegenden Buch konzentrieren: • Kiinstliche Neuronale Netze sind Systeme, die aus einer groBen Zahl untereinander verbundener einfacher Informa tionsverarbeitungseinheiten bestehen. Ihre Arbeitsweise ist den Neuronen des Gehirns grob nachempfunden. • Evolutionare Algorithmen ahmen auf einer abstrakten Ebene die wesentlichen Mechanismen der natiirlichen Evolution des Lebens nacho • Fuzzy Systeme dienen unter anderem dazu, menschliche Denk weisen und Erfahrungswissen adaquat mathematisch darzu stellen und rechnergestiitzt zu verarbeiten. Andere Teilgebiete des Soft Computing sind fur die Betriebswirt schaftslehre bislang von geringerer Bedeutung und werden hier vernachlassigt. v Vorwort Heute werden die Methoden des Soft Computing vorwiegend im technisch-naturwissenschaftlichen Bereich eingesetzt. Dagegen ist das Potential im betriebswirtschaftlichen Anwendungsfeld oft noch nicht hinreichend bekannt. An dieser Stelle mochten wir mit dem vorliegenden Buch ansetzen. Es bietet im Grundlagenteil eine gut verstiindliche und kompakte EinfUhrung in die Thematik. Ihr folgen 16 betriebswirtschaftliche Anwendungsbeitriige, die wir nach dem zugrundeliegenden Aufgabentyp in Prognose, Optimie rung, Klassifikation und sonstige Anwendungen gegliedert ha ben. Sie demonstrieren die vielfiiltigen praktischen Einsatzmog lichkeiten des Soft Computing. Einige Beitriige beschreiben dabei Anwendungen im wichtigen Grenzbereich von Wirtschaft und Technik. Von besonderem Interesse sind auch Kombinationen verschiedener Techniken des Soft Computing, z.B. bei den Neuro Fuzzy Systemen. Solche hybriden Systeme bieten die Chance, Stiirken der einzelnen Methoden des Soft Computing in einem gemeinsamen System zu verbinden. Daraus konnen besonders leistungsfiihige Problemlosungen entstehen. Hier bieten sich noch viele Forschungsaufgaben. Das vorliegende Buch geht auf eine Initiative des von Dr. J. Kuhl und Dr. V. Nissen geleiteten Arbeitskreises "Soft Computing in der Betriebswirtschaft"l zuruck. Dieser Arbeitskreis ist einer von meh reren innerhalb der AFN (Arbeitsgemeinschaft Fuzzy Logik und Soft Computing Norddeutschland).2 Die AFN hat sich zum Ziel gesetzt, auf den Gebieten des Soft Computing die seitens der For schung entwickelten Methoden und Verfahren fur praktische Problemstellungen zur Diskussion zu stellen, urn so die Hemm schwelle des betrieblichen Einsatzes zu uberwinden. Gleichzeitig geht es auch darum, gemeinsam Wettbewerbsvorteile zu erkennen und zu nutzen, die sich in diesem weit en Feld ergeben. DafS inzwi schen die Akzeptanz fUr Soft Computing auch in der Praxis wiichst, belegen nicht zuletzt die anwendungsbezogenen und vielfiiltigen Beitriige des vorliegenden Bandes. Fur die freundliche Unterstiitzung bei der Realisierung dieses Projektes bedanken wir uns sehr herzlich bei Dow Deutschland http://www.wil.wiso.uni-goettingen.de/pa / afn/ afn_deu.hhn. 2 http://fuzzy.cs.uni-magdeburg.de/ afn. VI Vorwort Inc. Bei der Gestaltung des Manuskripts haben uns Herr Thomas Arens, Frau Dijana Cvjetkovic, Herr Tino FafSheber, Herr Keywan Nadjmabadi, Herr Stefan Puschmann sowie Herr Uwe Steinhardt sehr wirkungsvoll unterstiitzt. Ihnen allen gilt ebenfalls unser Dank. Den Leserinnen und Lesem wunschen wir bei der Lektiire dieses Buches viele interessante Anregungen! G6ttingen, im Dezember 1997 Die Herausgeber VII Inhaltsiibersicht Vorwort ................................................................................................... v Teill Grundlagen Einfiihrung in Ktinstliche Neuronale Netze ........................................ 3 Andreas Zell Fuzzy-Systeme und Neuro-Fuzzy-Systeme ...................................... 35 DetlefNauck und Rudolf Kruse Einige Grundlagen Evolutionarer Algorithmen ............................... 55 Volker Nissen Teil2 Prognose Langfristige Absatzprognose mit Neuronalen Netzen in der Automobilindustrie ................................................................... 81 Hajo Hippner Neuronale Netze zur konstruktionsbegleitenden Kalkulation ............................................. 97 Jurgen Bode Abverkaufsprognose im Supermarkt mit Neuronalen Netzen ...................................................................... 115 Frank M. Thiesing und Oliver Vornberger Die Beurteilung von Marktrisiken mit Ktinstlichen Neuronalen Netzen ................................................ 127 Hermann Locarek-Junge und Ralf Prinzler IX Inhaltsiibersicht Entscheidungsuntersrutzung durch moderne Prognoseverfahren ............................................................. 145 Karsten Miiller und Mario Wendisch Tagliche Prognose des Deutschen Aktienindex DAX mit Neuro-Fuzzy-Methoden .............................................................. 161 Stefan Siekmann, Ralph Neuneier, Hans Georg Zimmermann und Rudolf Kruse Teil3 Optimiemng Produktionssteuerung fiir die Zementherstellung auf der Grundlage Neuronaler Netze .............................................. 181 Hans Carsten und Constantin May Ein Ablaufplanungssystem auf Basis Neuronaler Netze .............. 199 Holger Miirtens und Jiirgen Sauer Fuzzy-Entscheidungsuntersrutzung fiir kurzfristige Umplanungen im Schienenverkehr ...................... 217 Alexander Fay und Eckehard Schnieder Zwei Evolutionsstrategien fiir das Standardproblem der Tourenplanung mit Zeitfensterrestriktionen. ........................... 233 Jorg Hamberger Strukturierung von AulSendienstgebieten mit Genetischen Algorithmen ........................................................... 251 Matthias Meyer x Inhaltsubersicht Strategische Standortplanung mit einem interaktiven Genetischen Algorithmus ............................................ 267 Michael Baumgartner, Jurgen Branke, Volker Klohr und Hartmut Schmeck Tei14 Klassifikation Anwendungspotentiale mikrogeographischer Fuzzy-Marktsegmentierungssysteme fur Finanzdienstleistungsunternehmen ................................................. 285 Christoph Sandbrink Vorbeugende Instandhaltungsplanung mit Fuzzy-Methoden .......................................................................... 301 Andreas Schubert und Jens Strackeljan Fuzzy-ARTMAP-basierte Beurteilung von Qualitatsregelkarten ................................................................... 319 Susanne Patig Teil5 Sonstige Anwendung Unscharfe Modellierung im computerbasierten Fuzzy-Unternehmensplanspiel FUPS .............................................. 341 Martin Tietze und Volker Nissen Index .............................................................................................................................. 355 XI
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