Betriebswirtschaftliche Anwendungen des Soft Computing: Neuronale Netze, Fuzzy-Systeme und Evolutionäre Algorithmen

362 Pages·1998·9.84 MB·German

by  Prof. Dr. Andreas Zell (auth.)

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. ~
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© Friedr. Vieweg & Sohn Vedagsgesellschaft mbH, BraunschweigIWiesbaden, 1998
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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