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.



  • Die Ära der kostenlosen KI ist vorbei

    Die Ära der kostenlosen KI ist vorbei

    Die Wirtschaftlichkeit großer Sprachmodelle steht kurz davor, mit der Unternehmensrealität zu kollidieren, schreibt Pegasystems-CEO Alan Trefler (Bild).

    mehr lesen: Die Ära der kostenlosen KI ist vorbei

  • Geschäftsführerwechsel bei der SimPlan Integrations

    Geschäftsführerwechsel bei der SimPlan Integrations

    Im Zuge des 25-jährigen Bestehens der SimPlan Integrations hat die SimPlan Group angekündigt, dass im Jahr 2028 ein geplanter Geschäftsführerwechsel beim Tochterunternehmen stattfinden wird.

    mehr lesen: Geschäftsführerwechsel bei der SimPlan Integrations

  • Was Ausbilder im Maschinen- und Anlagenbau beschäftigt

    Was Ausbilder im Maschinen- und Anlagenbau beschäftigt

    Laut VDMA-Ausbildungsumfrage steht die duale Ausbildung im Maschinen- und Anlagenbau auf einem stabilen Fundament und punktet mit hochmotivierten und zufriedenen Ausbilderinnen und Ausbildern.

    mehr lesen: Was Ausbilder im Maschinen- und Anlagenbau beschäftigt

  • Forterro übernimmt 3E Datentechnik

    Forterro übernimmt 3E Datentechnik

    Forterro, ein europäischer Anbieter von Industriesoftware, hat die geplante Übernahme des Software-Spezialisten 3E Datentechnik bekannt gegeben, dessen Software bei der Konstruktion und Herstellung von Fenstern und Türen zum Einsatz kommt.

    mehr lesen: Forterro übernimmt 3E Datentechnik

  • AutoSim automatisiert die Erstellung digitaler Simulationsmodelle

    AutoSim automatisiert die Erstellung digitaler Simulationsmodelle

    Das Forschungsprojekt AutoSim vereinfacht die Erstellung von Simulationsmodellen für die Produktion. Es kombiniert intelligente Datenverarbeitung mit interoperablen Informationsmodellen.

    mehr lesen: AutoSim automatisiert die Erstellung digitaler Simulationsmodelle

  • SAP investiert in KI-Unternehmen n8n

    SAP investiert in KI-Unternehmen n8n

    SAP investiert in die KI-Automatisierungsplattform n8n, wodurch sich die Bewertung des in Berlin ansässigen Startups auf 5,2Mrd.US$ erhöht und somit mehr als verdoppelt.

    mehr lesen: SAP investiert in KI-Unternehmen n8n

  • BSI veröffentlicht G7-Richtlinie zu SBOM for AI

    BSI veröffentlicht G7-Richtlinie zu SBOM for AI

    Unter der Federführung des BSI und der italienischen Cybersicherheitsbehörde ACN haben die Cybersicherheitsbehörden der G7-Staaten unter Mitwirkung der EU Kommission eine Richtlinie zur Software Bill of Materials (SBOM) for AI…

    mehr lesen: BSI veröffentlicht G7-Richtlinie zu SBOM for AI

  • Was passiert mit dem Menschen, wenn die Roboter kommen?

    Was passiert mit dem Menschen, wenn die Roboter kommen?

    Künstliche Intelligenz automatisiert längst digitale Prozesse. Jetzt übernehmen Roboter auch physische Routinen. Was das für die Menschen bedeutet, beleuchtet Sören Michl, Vice President AI Adoption bei IFS.

    mehr lesen: Was passiert mit dem Menschen, wenn die Roboter kommen?

  • Ein Schritt auf dem Weg zum Quanteninternet?

    Ein Schritt auf dem Weg zum Quanteninternet?

    Seit mehr als 60 Jahren gilt das ‚Bellsche Theorem‘ als Goldstandard, um zu zeigen, dass die Quantenmechanik den Regeln der klassischen Physik widerspricht.

    mehr lesen: Ein Schritt auf dem Weg zum Quanteninternet?

  • Der VDI feiert 170-jähriges Bestehen

    Der VDI feiert 170-jähriges Bestehen

    Vor 170 Jahren, am 12. Mai 1856, wurde der VDI in Alexisbad gegründet. Aus diesem Anlass blickt der Verein zurück und gibt zugleich die Gründung eines neuen Gremiums bekannt.

    mehr lesen: Der VDI feiert 170-jähriges Bestehen

  • Cobot vs. stationär: Wie Roboter in der Fabrik eingesetzt werden

    Cobot vs. stationär: Wie Roboter in der Fabrik eingesetzt werden

    Eine aktuelle Robotik-Studie von Reichelt Elektronik, durchgeführt durch das unabhängige Institut OnePoll, untersucht, welche Arten von Robotern in deutschen Produktionsstätten eingesetzt werden und welche Arbeiten sie übernehmen.

    mehr lesen: Cobot vs. stationär: Wie Roboter in der Fabrik eingesetzt werden

  • Welches Potenzial in Werkerassistenzsystemen steckt

    Welches Potenzial in Werkerassistenzsystemen steckt

    Wie Werkerassistenzsysteme bislang verborgene Effizienzpotenziale aufdecken und warum sie sich oft schon nach wenigen Monaten amortisieren, erklärt Michael Kunze, Geschäftsführer von MKey Solution, einem Spezialisten für Messtechnik und Bildverarbeitung.

    mehr lesen: Welches Potenzial in Werkerassistenzsystemen steckt