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Optimierung & Entscheidungsplanung

Die 41 Anwendungsfälle im Katalog zeigen

Einführung & Abgrenzung

Anwendungsfälle, in denen ein mathematischer Optimierer (LP/MIP/CP-SAT, Metaheuristiken, RL-Policies) unter Nebenbedingungen die beste zulässige Entscheidung berechnet; ML (Prognosen, gelernte Kosten) liefert Eingaben, und ein LLM umhüllt den Optimierer höchstens (Modellierungs-Copilot, Erklärungen). Muster: OPT.LOGISTICS (Routing, Bestand, Packen, Netzwerk), OPT.SCHEDULE (Produktion, Personal, Fahrpläne, Disposition), OPT.RESOURCE (Energie, Preise, Portfolio, Zuteilung), OPT.PROCESS (Anlagen-/Prozessparameter, Regelung).

Abgrenzungen: reine Prognose gehört zu PRED (OPT nutzt deren Ergebnis); Anomalie-Alarme zu ANOM; reine LLM-Agenten zu AGENT. Überschneidungen: OPT-001/019/028 (Routing vs. Technikereinsatz vs. Ridepooling: Tourenplanung mit fester Flotte vs. qualifikations-/terminbasiert vs. Echtzeit auf Abruf), OPT-011/021/032/022/039 (Batterie, E-Flotten-Depot, Haushalt, Netzbetreiber, Handel: gleicher Dispositionskern, andere Anlageneigner und Marktrolle), OPT-009/038/024 (Parameteroptimierung offline vs. geschlossene Regelung vs. wasserspezifisch), OPT-003/035 (Schichtplanung vs. Contact-Center-Routing; beide betreffen Beschäftigte, KI-Verordnung (AI Act) „hängt davon ab“ über Anhang III Beschäftigung, wenn Mitarbeiterzuteilung/-überwachung automatisiert wird). Das sicherheitskritische OPT-029 ist hochriskant (Notfalldisposition, Anhang III 5(d)).

Begründung zur KI-Verordnung (AI Act), allgemein: minimal, wenn Entscheidungen Anlagen/Waren betreffen; „hängt davon ab“, wenn Aufgaben/Schichten Beschäftigten zugeteilt werden oder das System eine Sicherheitskomponente kritischer Infrastruktur ist (Energie, Wasser, Verkehr, Anhang III 2); hoch, wo Notdienste triagiert werden.

Anwendungsfälle

ID Title Pattern Maturity Path HW tier AI Act risk
OPT-001 Tourenplanung & Tourenoptimierung OPT.LOGISTICS mainstream A HW1 minimal
OPT-002 Produktionsfeinplanung & Advanced Planning (APS) OPT.SCHEDULE mainstream A HW1 minimal
OPT-003 Personaleinsatzplanung & Schichtplanung OPT.SCHEDULE mainstream A HW1 depends
OPT-004 Dynamische Preisgestaltung & Revenue Management OPT.RESOURCE mainstream A HW1 minimal
OPT-005 Bestandsoptimierung & automatische Nachbestellung OPT.LOGISTICS mainstream A HW1 minimal
OPT-006 Lagerplatzvergabe & Kommissionieroptimierung OPT.LOGISTICS mainstream A HW1 minimal
OPT-007 Gebäudeenergiemanagement & HLK-Optimierung OPT.RESOURCE early-adopter A HW1 minimal
OPT-008 Supply-Chain-Netzwerkdesign & S&OP-Planung OPT.LOGISTICS mainstream A HW1 minimal
OPT-009 Optimierung von Fertigungsprozessparametern OPT.PROCESS early-adopter A HW1 depends
OPT-010 Portfoliooptimierung & algorithmischer Handel OPT.RESOURCE mainstream A HW1 minimal
OPT-011 Einsatzoptimierung von Batteriespeichern & Netzflexibilität OPT.RESOURCE early-adopter A HW1 depends
OPT-012 Lade-, Container- & Zuschnittoptimierung (Packen/Nesting) OPT.LOGISTICS mainstream A HW1 minimal
OPT-013 Stundenplanung (Schulen, Hochschulen, öffentlicher Verkehr) OPT.SCHEDULE mainstream A HW1 minimal
OPT-014 Präzisionslandwirtschaft: Bewässerungs- & Düngeoptimierung OPT.PROCESS mainstream A HW1 minimal
OPT-015 Cloud-Kosten- & Rechenressourcenoptimierung (FinOps) OPT.RESOURCE mainstream A HW1 minimal
OPT-016 Verkaufsförderungsoptimierung & Aktionsplanung (Konsumgüter / Handel) OPT.RESOURCE mainstream A HW1 minimal
OPT-017 Sortimentsplanung & Verkaufsflächenoptimierung OPT.RESOURCE mainstream A HW1 minimal
OPT-018 Optimierungsmodellierung in natürlicher Sprache & Entscheidungs-Copilot OPT.PROCESS early-adopter B HW1 minimal
OPT-019 Außendienstplanung & Technikereinsatzoptimierung OPT.SCHEDULE mainstream A HW1 depends
OPT-020 Störungsmanagement & Betriebswiederherstellung (Luftfahrt, Bahn, öffentlicher Verkehr) OPT.SCHEDULE early-adopter A HW1 depends
OPT-021 Intelligente Ladeoptimierung für E-Fahrzeugflotten & Depots OPT.RESOURCE early-adopter A HW1 minimal
OPT-022 Engpassmanagement im Verteilnetz & Redispatch-Optimierung (VNB/ÜNB) OPT.RESOURCE early-adopter A HW1 depends
OPT-023 Einsatzoptimierung von Fernwärme & KWK OPT.RESOURCE early-adopter A HW1 depends
OPT-024 Optimierung von Wasser- & Abwasserbehandlung (Belüftung, Dosierung, Pumpenfahrplan) OPT.PROCESS early-adopter A HW1 depends
OPT-025 Adaptive Verkehrssignalsteuerung OPT.SCHEDULE early-adopter A HW1 depends
OPT-026 Reise- & Flugbahnoptimierung (Wetterrouting, Treibstoff, Emissionen, Kondensstreifen) OPT.LOGISTICS mainstream A HW1 minimal
OPT-027 Terminoptimierung von Bau- & Investitionsprojekten und Verzugsrisikoprognose OPT.SCHEDULE early-adopter A HW1 minimal
OPT-028 Ridepooling auf Abruf & Disposition bedarfsgesteuerten Verkehrs OPT.LOGISTICS early-adopter A HW1 minimal
OPT-029 Einsatzmittelplanung im Rettungsdienst (Rettungswagen-Disposition, Verlegung & Standortplanung) OPT.RESOURCE early-adopter B HW1 high
OPT-030 Optimierung von Mobilfunknetzen (RAN) & Energiesparen OPT.RESOURCE early-adopter A HW1 depends
OPT-031 Rezeptur-, Mischungs- & Formulierungsoptimierung (Futter, Lebensmittel, Beton, Kraftstoffe) OPT.PROCESS mainstream A HW1 minimal
OPT-032 Heimenergiemanagement für Prosumer (PV, Batterie, Wärmepumpe, E-Auto-Laden bei dynamischen Tarifen) OPT.RESOURCE early-adopter A HW1 minimal
OPT-033 Digitale Frachtvermittlung & Automatisierung der Spotpreis-Vermittlung OPT.LOGISTICS early-adopter A HW2 minimal
OPT-034 Vertriebsgebietsgestaltung, Kundenzuordnung & Quotenfestlegung OPT.RESOURCE mainstream A HW1 depends
OPT-035 Prädiktives Routing von Kunden zu Agenten im Contact Center OPT.RESOURCE early-adopter A HW1 depends
OPT-036 Planung und Entwurfsautomatisierung für Glasfaser- (FTTH) & Versorgungsnetz-Ausbau OPT.RESOURCE early-adopter A HW2 minimal
OPT-037 Optimierung von Containerterminals & Hafenbetrieb (Liegeplatz, Containerbrücke, Yard-Stapelung, Lkw-Zeitfenster) OPT.LOGISTICS early-adopter A HW1 depends
OPT-038 KI-gestützte geschlossene Prozessregelung & Echtzeitoptimierung für kontinuierliche Anlagen OPT.PROCESS early-adopter A HW1 depends
OPT-039 Direktvermarktung erneuerbarer Portfolios & algorithmischer Stromhandel OPT.RESOURCE mainstream A HW1 depends

Gemeinsamer Technologie-Stack

Gemeinsamer Kern (alle Stufen): Solver-Schicht (OR-Tools CP-SAT/Routing, HiGHS, optional Gurobi/CPLEX/Timefold), Modellierung mit Pyomo/PuLP oder linopy, Postgres/TimescaleDB für Daten und Ergebnisse, Python-Orchestrierung (Dagster/Airflow/Prefect), LightGBM/Prophet/statsforecast für die prädiktiven Eingaben, MLflow als Modell-Registry, eine What-if-Oberfläche (Streamlit/Superset), menschlicher Freigabeschritt mit Audit-Log. Daten in der EU gehostet (oder On-Premises); keine personenbezogenen Daten verlassen die EU.

HW1 (nur CPU, 8-32 Kerne, 32-128 GB RAM, eine VM oder kleiner k8s-Knoten; nahezu alle OPT-Fälle): der obige Kern plus Valhalla/OSRM für Straßenmatrizen, Ray/Optuna für parallele Suche, Stable-Baselines3 auf CPU für kleine RL-Policies, SimPy/Mesa für Simulation, MQTT/Kafka + Redis für echtzeitnahe Telemetrie (Energie, Verkehr, RAN). Gemeinsam genutzt von OPT-001/005/006/012/019/028 (Routing + Geodaten), OPT-007/011/021/022/023/032/039 (Energie: Prognosen + MILP-Einsatzplanung + MQTT/OpenADR/IEC-61850-Gateways), OPT-009/024/038 (OPC-UA-Historian + Soft-Sensor + MPC/RL).

HW2 (einzelne GPU 24-48 GB, z. B. L40S/A6000): zusätzlich ein selbst betriebenes Open-Weight-LLM (Mistral/Llama/Qwen 7-32B über vLLM) für den Copilot zur Modellierung in natürlicher Sprache (OPT-018), Dokumenten-/Spracheingang (OPT-033) sowie Segmentierungs-/Vision-Pipelines (OPT-036); GPU-RL-Training für große Simulatoren.

HW3 (Multi-GPU-Knoten): nur für das Feintuning großer Foundation-Modelle oder massives RL-Training; derzeit von keinem OPT-Fall benötigt.

Familienübergreifende Wiederverwendung: Prognoseeingaben aus PRED (gleiche TimescaleDB + MLflow), Anomalie-Schranken aus ANOM, Dokumentenextraktion aus DOC, Agenten-Frameworks aus AGENT (der Copilot in OPT-018 erzeugt Solver-Code, führt ihn in einer Sandbox aus, und der Solver bleibt die entscheidende Instanz).