KI-gestütztes Forecasting für stabilere Lieferketten

Das Machine Learning 
Framework XGBoost.
Das Machine Learning Framework XGBoost. – Bild: MIS Analytics GmbH

Die Bedarfsprognose ist ein zentraler Hebel, um Marktanforderungen zu erfüllen und wirtschaftlich mit den eigenen Ressourcen umzugehen. Eine verlässliche Lieferung kompensiert nicht zuletzt Kostenunterschiede. Vom Wissen über zukünftige Bedarfe profitiert die Planung in der gesamten Supply Chain. Die Produktionsplanung kann periodenweise ‚eingefroren‘ werden, Schnellschüsse werden vermieden und Rüstwechsel werden optimiert. Die Produktion kann nivelliert werden, saisonale Bedarfe werden gezielt vorproduziert. Zeitkonten, Urlaub und Bedarf an Saisonarbeit sind planbar und können den Erfordernissen entsprechend angepasst werden. Und schließlich führt die längerfristige Disposition mit entsprechenden Rahmenaufträgen auch bei knapper Verfügbarkeit zu einer sicheren Teileversorgung. Nun war es in der Vergangenheit oft so, dass die Vorhersage schlicht aus dem Verlauf einer einzelnen Linie, den Bedarfen der Vergangenheit, herausinterpretiert wurde. Heute führt die Vielzahl der Einflussgrößen dazu, dass Methoden der mathematischen Algorithmik nicht mehr ausreichend gute Ergebnisse erzielen. Und auch erfahrene Mirarbeitende können heutzutage nur bedingt nach vorne schauen.

KI ersetzt konventionelle Algorithmik

Viele Firmen wünschen stattdessen eine gleichbleibend gute und verlässliche Prognose, die Planende unterstützt und dabei weitere geschäftsprägende Einflussfaktoren berücksichtigt. Künstliche Intelligenz (KI) und Machine Learning (ML) bieten in dieser Hinsicht vielversprechende Optionen. Diese Verfahren setzen auf Lernfähigkeit und vermögen es, Erfahrungen zu konservieren und das Wissen aus vergangenen Fällen auf aktuelle Aufgaben anzuwenden. Die KI-Derivate und -Methoden sind vielfältig und hier gleichwohl kaum umfassend zu reflektieren. Daher möchte sich der Autor auf die dynamische Prognose mit den Gradient-Boosting-Verfahren und insbesondere das XGBoost-Verfahren konzentrieren. Der XGBoost-Ansatz (Bild 1) setzt auf Entscheidungsbäume, die schrittweise den verbleibenden Fehler beim Lernen durch eine weitere Vorhersage lindern. Boosting Verfahren schärfen sich im Lernprozess anhand der Trainingsdaten, bevor die Prognose durchgeführt wird. Diese Methoden arbeiten mit mehreren Variablen und Zeitreihen, die in die Modell-Erstellung einfließen, und können deren Wertbeitrag zum Ergebnis transparent darlegen. Dieses Verfahren besitzt zudem einige weitere herausragende Eigenschaften wie etwa sehr hohe Ergebnisgüte und gute Performance. Zudem ist XGBoost ist den meisten Data-Science-Umgebungen, wie Python oder R, enthalten, was die kostengünstige Verwendung erlaubt.

Marktdaten steigern die Ergebnisgüte signifikant

In mehreren Praxisprojekten konnten die Ergebnisse der XGBoost-Anwendung in der Supply Chain Planung überzeugen. Ein entscheidender Effekt war es, eine Vielzahl von Variablen gleichzeitig berücksichtigen zu können und nicht nur eine Linie der Vergangenheit zu sehen. So kombiniert das Verfahren historische Bedarfsdaten mit internen und externen Indikatoren. Damit werden Bedarfe in unterschiedlichen Zielmärkten auch unterschiedlich prognostiziert. Sollten etwa eine rückläufige Regional- bzw. Branchenkonjunktur sowie hohe Lagerbestände die Bedarfsprognosen dämpfen, so wird die Menge angepasst, auch wenn der Verlauf der Vorperioden eine Steigerung suggeriert. Mittlerweile ist der Zugriff auf weltweite Markt- und Konjunkturindikatoren sichergestellt, verschiedene Institutionen wie Eurostat, aber auch internationale Dienstleister können genutzt werden. Mehrere Projekte haben gezeigt, dass der XGBoost-Algorithmus auch schwierige Zusammenhänge bewältigt, nicht zuletzt durch weitere Adaptionen, etwa zur Saisonalität und bei unsicheren Randbedingungen. Die Erkenntnisse lassen sich in einem Best Practice-Ansatz zusammenfassen (Bild 2). In der Praxis ließ sich die Genauigkeit im Vergleich zur manuellen Vorhersage um etwa 20 Prozent steigern. Prognosefehler konnten sogar um 50 Prozent gesenkt werden, Abweichungen wurden im Mittel auf 8 Prozent reduziert.

Praktische Einsatzpotentiale in der Supply Chain

Damit in der Fabrik die oft angestrebte Ruhe einkehren kann, ist eine gute Prognose, etwa in Kombination mit Demand Planning, ein wichtiger Stellhebel. Mit Wissen über die zukünftige Nachfrage können die Bedarfsmengen mit dem Lagerbestand und der geplanten Produktion besser synchronisiert werden. Der Einsatz des XGBoost-Verfahrens setzt dort an, wo eine frühzeitige Information Gold wert ist. Je stabiler die Absatzprognose, desto geringer sind die Ausschläge, die auf das operative Geschäft einwirken (Bull-Whip-Effekt). Liegen Marktbedarfe über der verfügbaren Kapazität, lässt sich die Produktion nivellieren, gegebenenfalls kann vorproduziert werden, Lieferfähigkeit und Wirtschaftlichkeit können im Einklang bleiben. Logistische Bedarfe, die sich situativ stark unterscheiden, werden besser planbar und können mit ausreichendem Horizont angekündigt werden. Einkaufsbedarfe sind mittel- bis langfristig zu allokieren, Rahmenverträge genießen auch in Zeiten knapper Ressourcen Vorrang.

Strategische Verwendung

Auch bei langfristigen Markt- und Bedarfsprognosen kann XGBoost sein Potential entfalten:

  • Globale mittel- bis langfristige Absatz- und Bedarfsprognosen im internationalen B2B und B2C-Umfeld
  • Strategische Auslegung des weltweiten Produktionsnetzwerkes mit Sicht auf Produktprogramm und Standorte
  • Globale Planung und Nivellierung logistischer Ressourcen und Kapazitäten – Dimensionierung und Positionierung verteilter HUB’s
  • Proaktive Marktbeschickung bei Artikeln mit hoher saisonaler Kundennachfrage

Insgesamt hat sich gezeigt, dass KI und Machine Learning mittlerweile anwendungsreif sind. Bei Forecast und Prognose eröffnen sich faszinierende Möglichkeiten. Stehen Indikatoren und Vergangenheitsdaten sowie analytischen Daten bereit, und kommen eventuell sogar noch Daten von Forschungsinstituten hinzu, lassen sich die derzeit bestmöglichen Ergebnisse erzielen. Mit einer infolge stabileren Wertschöpfungskette.



  • BSI warnt vor Schwachstelle in Java-Bibliothek Log4j

    BSI warnt vor Schwachstelle in Java-Bibliothek Log4j

    Das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik hat seine bestehende Cyber-Sicherheitswarnung für die Schwachstelle in der Java-Bibliothek Log4j auf Rot hochgestuft.

    mehr lesen: BSI warnt vor Schwachstelle in Java-Bibliothek Log4j

  • Open-Source-Einsatz oftmals ohne Strategie

    Open-Source-Einsatz oftmals ohne Strategie

    Zwei von drei Unternehmen stehen Open Source aufgeschlossen gegenüber, so eine Bitkom-Studie. 25 Prozent der Befragten verfolgen beim Einsatz von Open-Source-Software eine Strategie.

    mehr lesen: Open-Source-Einsatz oftmals ohne Strategie

  • Siemens Mobility kooperiert mit RazorSecure

    Siemens Mobility kooperiert mit RazorSecure

    Siemens Mobility und RazorSecure haben eine Kooperationsvereinbarung unterzeichnet, um Betreibern von Schienenfahrzeugen weltweit verbesserte Lösungen für die Cybersicherheit im Bahnverkehr anbieten zu können.

    mehr lesen: Siemens Mobility kooperiert mit RazorSecure

  • Neues Mitglied in der Geschäftsführung

    Neues Mitglied in der Geschäftsführung

    Mit der Berufung von Sarah Bäumchen in die Geschäftsleitung baut der ZVEI seine Führungsspitze aus. Bäumchen soll darüber hinaus das Berliner Büro des Verbands leiten.

    mehr lesen: Neues Mitglied in der Geschäftsführung

  • 5 wichtige Faktoren

    5 wichtige Faktoren

    Die fortschreitende Digitalisierung macht Cyber-Angriffe für Unternehmen zunehmend geschäftskritisch. Sicherheitslücken nutzen Cyber-Kriminelle gezielt für ihre mehrstufigen Attacken.

    mehr lesen: 5 wichtige Faktoren

  • Rockwell Automation gibt neue Initiative bekannt

    Rockwell Automation gibt neue Initiative bekannt

    Rockwell Automation hat neue Investitionen bekannt gegeben, mit denen die Cybersecurity-Angebote für Informationstechnologie (IT) und Betriebstechnologie (OT) erweitert werden.

    mehr lesen: Rockwell Automation gibt neue Initiative bekannt

  • CyberArk stellt Blueprint für die Umsetzung vor

    CyberArk stellt Blueprint für die Umsetzung vor

    Der Netzwerkperimeter hat für die Sicherheit in einer Zeit der verstärkten Nutzung von Cloud-Services und Automatisierungslösungen sowie der Remote-Arbeit an Bedeutung verloren.

    mehr lesen: CyberArk stellt Blueprint für die Umsetzung vor

  • Ixon verlegt  Firmensitz

    Ixon verlegt Firmensitz

    Mit der Verlegung des Firmensitzes ins niederländische Boxmeer will sich der IIoT-Spezialist Ixon für weiteres Mitarbeiterwachstum rüsten. Zugleich erhofft sich das Unternehmen durch die Nähe zur deutschen Grenze größeres Potenzial…

    mehr lesen: Ixon verlegt Firmensitz

  • Lösungen für Einsatz künstlicher Intelligenz in der Produktion

    Lösungen für Einsatz künstlicher Intelligenz in der Produktion

    Im Projekt ‚Datenfabrik.NRW‘ erarbeiten vier Fraunhofer-Institute (Entwurfstechnik Mechatronik IEM, Materialfluss und Logistik IML, Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB und Intelligente Analyse- und Informationssysteme IAIS) Anwendungen für den Einsatz von künstlicher…

    mehr lesen: Lösungen für Einsatz künstlicher Intelligenz in der Produktion

  • Was Unternehmen beim KI-Einsatz heute anders machen würden

    Was Unternehmen beim KI-Einsatz heute anders machen würden

    Nahezu die Hälfte der für eine Reichelt Elektronik-Studie befragten Unternehmen würde Implementierung von künstlicher Intelligenz nach heutigem Stand anders angehen. Beispielsweise würden sie Mitarbeiter stärker einbeziehen.

    mehr lesen: Was Unternehmen beim KI-Einsatz heute anders machen würden

  • Softwarebasis für flexiblere Automobilfertigung

    Softwarebasis für flexiblere Automobilfertigung

    Um Produktionssysteme in der Automobilindustrie schneller, flexibler und effizienter zu gestalten soll im Forschungsprojekt ’Software-Defined Manufacturing für die Fahrzeug- und Zulieferindustrie (SDM4FZI)‘ eine neue technologische Grundlage entwickelt werden.

    mehr lesen: Softwarebasis für flexiblere Automobilfertigung

  • Wieder mehr Kurzarbeit im November

    Wieder mehr Kurzarbeit im November

    Erstmals seit Februar ist die Zahl der Kurzarbeitenden in Deutschland wieder gestiegen. Wie das Ifo Institut mitteilt, waren im November 10.000 Beschäftigte mehr in Kurzarbeit als noch im Oktober.

    mehr lesen: Wieder mehr Kurzarbeit im November