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.



  • Additive Fertigung von keramischen Bauteilen

    Additive Fertigung von keramischen Bauteilen

    Die neue Richtlinie VDI 3405 Blatt 8.1 soll Grundlagen für 3D-Druckverfahren von keramischen Bauteilen vermitteln,

    mehr lesen: Additive Fertigung von keramischen Bauteilen

  • Nach Lockdown: Vorsicht beim Hochfahren von Anlagen

    Nach Lockdown: Vorsicht beim Hochfahren von Anlagen

    Weltweit wurden in Folge der Coronavirus-Pandemie Unternehmen auf der ganzen Welt vorübergehend geschlossen. Nach der Phase des Stillstands bereiten sich nun viele Firmen auf die Wiedereröffnung vor.

    mehr lesen: Nach Lockdown: Vorsicht beim Hochfahren von Anlagen

  • Wirtschaftsleistung sinkt weltweit

    Wirtschaftsleistung sinkt weltweit

    Das Coronavirus stürzt fast die ganze Welt in eine Rezession. Das geht aus der neuesten Umfrage des Ifo-Instituts hervor, an der 1.000 Experten in 110 Ländern teilgenommen haben. Demnach könnte…

    mehr lesen: Wirtschaftsleistung sinkt weltweit

  • Unternehmen oftmals unzufrieden mit der DSGVO

    Unternehmen oftmals unzufrieden mit der DSGVO

    Die Unternehmen der deutschen Informationswirtschaft sind oftmals unzufrieden mit der im Mai 2018 in Kraft getretenen EU-Datenschutz-Grundverordnung (DSGVO). Das zeigt eine Umfrage des ZEW. Demnach überwiegen in jedem zweiten Unternehmen…

    mehr lesen: Unternehmen oftmals unzufrieden mit der DSGVO

  • Crate.io und M&M Software kooperieren

    Crate.io und M&M Software kooperieren

    Crate.io und M&M wollen künftig als Technologiepartner für die IoT-Datenbank CrateDB zusammenarbeiten.

    mehr lesen: Crate.io und M&M Software kooperieren

  • Sick erreicht prognostizierte Ziele für 2019

    Sick erreicht prognostizierte Ziele für 2019

    Sick hat im Geschäftsjahr 2019 seinen Umsatz um 7% auf 1,7Mrd.€ erhöht. Der Auftragseingang lag bei 1,8Mrd.€ (2018: 1,7Mrd.€).

    mehr lesen: Sick erreicht prognostizierte Ziele für 2019

  • Eine App zur Bauteilerkennung

    Eine App zur Bauteilerkennung

    In der Bildverarbeitung kommt künstliche Intelligenz seit langem zum Einsatz. Neuronale Netze erkennen beispielsweise Objekte des alltäglichen Lebens mit einer höheren Genauigkeit wieder als der Mensch. Forscher des Fraunhofer-Instituts für…

    mehr lesen: Eine App zur Bauteilerkennung

  • VDI ZRE veröffentlicht neue Prozesskette und Ressourcencheck

    VDI ZRE veröffentlicht neue Prozesskette und Ressourcencheck

    Durch industrielle biotechnologischen Prozesse ist es möglich, Güter ressourcenschonender und nachhaltiger zu produzieren. Das VDI Zentrum Ressourceneffizienz (VDI ZRE) hat als Online-Tool einen Prozess visualisiert, mit dem sich biotechnologische Verfahren…

    mehr lesen: VDI ZRE veröffentlicht neue Prozesskette und Ressourcencheck

  • Worauf CIOs achten sollten

    Worauf CIOs achten sollten

    Nicht Wachstum, sondern die Sicherung der Unternehmenszukunft steht während der Corona-Pandemie im Fokus der Unternehmen. Das Beratungsunternehmen Gartner hat diesbezüglich acht Maßnahmen identifiziert, die CIOs ergreifen sollten.

    mehr lesen: Worauf CIOs achten sollten

  • Digitalindex rutscht auf Tiefststand

    Digitalindex rutscht auf Tiefststand

    ITK-Unternehmen bewerten Geschäftslage noch als befriedigend, blicken aber pessimistisch in die Zukunft. Der Digitalindex des Branchenverbandes Bitkom rutschte auf den niedrigsten Wert seit seiner erstmaligen Erhebung.

    mehr lesen: Digitalindex rutscht auf Tiefststand

  • Kurzarbeit: Unternehmen wollen vorbereitet sein

    Kurzarbeit: Unternehmen wollen vorbereitet sein

    Etwa 55 Prozent der deutschen Unternehmen haben Kurzarbeit angezeigt. Darunter nicht nur Firmen, die stark von der Pandemie betroffen sind. Das geht aus einer Umfrage des Instituts der deutschen Wirtschaft…

    mehr lesen: Kurzarbeit: Unternehmen wollen vorbereitet sein

  • Arbeitsmarktbarometer sinkt auf Tiefststand

    Arbeitsmarktbarometer sinkt auf Tiefststand

    Mit einem Stand von 93,5 Punkten weißt das IAB-Arbeitsmarktbarometer den niedrigsten Wert seit seiner erstmaligen Erhebung im Jahr 2008 auf.

    mehr lesen: Arbeitsmarktbarometer sinkt auf Tiefststand