Vom Konzept zur Idee, von der Idee zum wissenschaftlichen Ansatz

Teil 1 von 3: Beitrag von Dr. Frank Benda über das Verfassen wissenschaftlicher Arbeiten und wie in diesen ein maximaler nachhaltiger Praxistransfer gelingen kann.

Wann auch immer man wissenschaftlich tätig ist, wird man mit der wohl entscheidenden Frage konfrontiert:  An welcher Problemstellung soll eigentlich geforscht werden? Welche Thematik bietet genügend Potenzial, sich dieser wissenschaftlich zu widmen? Wo ist die wissenschaftliche Lücke?

Wenn dann ein Industriepartner eine beispielhafte Produktionsanlage für typische Fertigungsprozesse zur Herstellung von Möbeln oder Fenstern aus LEGO nachbaut und nach wissenschaftlichen Ansätzen zur Lösung der Planungsprobleme sucht, ergibt sich die Antwort auf die Fragen quasi von alleine. Solche konkreten Problemstellungen bieten immer eine perfekte Ausgansposition für die Erarbeitung wissenschaftlicher Konzepte zur Lösung eben dieser Probleme. Sowohl für das Unternehmen als auch für die forschende Institution ergibt sich hieraus eine Win-Win-Situation. Denn einerseits erhält der Praxispartner Zugriff auf spannende und sinnvolle, leicht adaptierbare, maßgeschneiderte wissenschaftliche Lösungskonzepte und eine Imagesteigerung durch Kooperation mit einem renommierten wissenschaftlichen Institut, und dieses erhält wiederum Zugriff auf wichtige Realdaten und Anwendungsfälle anhand derer die Konzepte getestet und anschließend hochklassig publiziert werden können. 

Und dennoch prallen in Kooperationen wie diesen durchaus Welten aufeinander. Zum einen gibt es da eben den Praxispartner aus der freien Wirtschaft: Völlig konträre Zielsetzungen und -erreichungen, projektbasierte Arbeitsweise, straffe Deadlines – um nur gewisse Aspekte anzuführen. Zum anderen wäre da die universitäre Forschung: Durchaus auch projektbasiert, publikationsgetrieben, freie Entfaltung an Kreativität zur Konzipierung der Lösungsmethoden, teilweise stark abweichende, nicht vereinheitlichte Arbeitsweisen, konträrer Zeithorizont und stark befristete Arbeitsverträge (etwa 4 Jahre für Praedocs und 6 Jahre für Postdocs).

Dies hört sich zunächst absolut unvereinbar an. Und dennoch gelingt gerade in diesem Spannungsfeld die perfekte Nutzung von Synergieeffekten, wenn sich beide Partner auf verschiedenen Ebenen annähern. So obliegt es etwa, vereinfacht formuliert, dem Praxispartner den nötigen Freiraum und zeitlichen Horizont zur kreativen Konzeptionierung zur Verfügung zu stellen und andererseits der Wissenschaft sich einen gewissen Grad an projektbasierter Arbeit anzueignen. Stellvertretend steht dieses Beispiel für eine Reihe von entscheidenden Erfolgsfaktoren, die bedingen, ob eine solche Kooperation letztendlich von Erfolg gekrönt sein mag oder nicht.

Das Geschäftsmodell eines Unternehmens unterscheidet sich dabei eklatant vom „Geschäftsmodell“ einer Universität. Näher betrachtet ergibt sich im universitären Umfeld ein Spannungsfeld aus den unterschiedlichen Interessen verschiedener Stakeholder. So verfolgen Professoren etwa andere Ziele als Praedocs und Postdocs – und diese wiederum andere als beispielsweise Studierende. Forschungsgelder durch Projektarbeit zu lukrieren und möglichst hoch gerankte Publikationen zu verfassen, sind in den meisten Fällen primäre Ziele von Professoren. In diesem Rahmen bewegen sich zudem die Universitätsassistenten. Diese sind entweder als Projektmitarbeiter oder in Form eines Praedoc- oder Postdocvertrages befristet angestellt. Sie haben normalerweise die Verfassung einer Dissertation oder die Habilitation im Sinn und müssen hierfür ebenfalls möglichst qualitativ hochwertige Publikationen in renommierten Journals platzieren. Die dazu benötigten wissenschaftlichen Ausarbeitungen greifen Problemstellungen dabei in sehr detaillierten, anspruchsvollen Lösungskonzepten auf. Meist ist die Lösungstiefe deutlich tief gehender als sie für Probleme der Praxis benötigt würde.

Exakt hier ergibt sich ein exemplarischer Zielkonflikt zwischen komplexer Themenbehandlung zur Einreichung in ein gutes Journal und der „Über-Komplexität“ für das Unternehmen. Die Frage beispielsweise im Umfeld der Ablaufplanung aus Sicht des Unternehmens ist: Wie lange darf der Prozess der Planung dauern? Muss diese innerhalb eines Bruchteils einer Sekunde aufgestellt sein oder darf diese auch mehrere Stunden dauern? Eine nur scheinbar triviale Frage, ist mit dieser doch exakt der Zielkonflikt beschrieben. Reicht dem Unternehmen also für die Planung eine simple, schnell zu implementierende Prioritätsregel, mit welcher die Planungsschritte schnell berechnet werden können und annehmbar gute Ergebnisse erzielt werden können? Oder soll es doch die komplexere Prioritätsregel sein, die zwar mehr Zeit zur Erstellung des Ablaufplanung benötigt, dafür aber (eventuell) bessere Ergebnisse liefert? Konzepterstellung versus Planungsdauer versus Ergebnisqualität versus Komplexität – wenn man es mal vereinfacht zuspitzen möchte.

Exemplarisch sei dies am eingangs beschriebenen Szenario einer nachgebauten Pilotfabrik demonstriert. Hier handelt es sich um ein Cyber-physisches System (CPS), welches direkt spielerisch selbst erprobt werden kann. Es gilt verschiedene Produkte mit einem Transportkran sinnvoll so auf die vorhandenen Maschinen aufzuteilen, dass einerseits keine Staus entstehen und andererseits alle Produkte auf den drei Produktionsebenen möglichst schnell fertig bearbeitet werden. Maschinen haben dabei drei dem Bearbeitungsslot vorgelagerte Pufferslots, in welchen jeweils exakt ein Produkt zur gleichen Zeit gelagert werden kann. Ist ein Produkt auf der jeweiligen Maschine fertig produziert, wartet dieses im Transportslot darauf, vom Kran auf die nächste Ebene transportiert zu werden, sofern dort Maschinen mit freien Pufferslots verfügbar sind. Parallele Maschinen auf derselben Produktionsebene können hierbei denselben Produktionsschritt ausführen. Es gilt also auszuwählen, welches Produkt auf welche Maschine zu welchem Zeitpunkt gelegt wird.

Jede Sekunde zählt – schließlich möchte man mit der eigenen Leistung als menschlicher Ablaufplaner ja gut im Vergleich mit der automatisierten Planung des Industriepartners dastehen. Man benötigt also durchaus eine Idee, wie man wann welches Produkt auf welche Maschine setzt. Und genau hier beginnt der Planungsprozess: Verwende ich eine simple Prioritätsregel, mich etwa für dasjenige Produkt zu entscheiden, welches die kürzeste Deadline besitzt? Oder setze ich mehrere Elemente in einer neuen, umfassenderen Prioritätsregel zusammen und berücksichtige z.B. auch die Position des Kranes und die Auslastungen der Maschinen? Oder gehe ich noch eine Komplexitätsstufe weiter und entwickle einen Algorithmus, der eine noch deutlich feinere Reihung der möglichen Schritte vornehmen kann? Sowohl die benötigte Dauer der Konzeptionierung der drei beschriebenen Problemlösungen als auch die finale Anwendung im Produktionsprozess können teils erheblich voneinander abweichen: Konzepterstellung versus Planungsdauer versus Ergebnisqualität versus Komplexität – Sie erinnern sich.

Aus Sicht des Praedocs oder Postdocs stellt sich immer grundsätzlich die Frage, ob mit der vorliegenden Problemstellung eine Forschungsfrage in derlei Intensität behandelt werden kann und soll, dass deren Lösung in die eigene Publikationsstrategie passt. Kurz: Ist das Problem „komplex“ genug? Die oben erwähnten einfachen Prioritätsregeln werden im Normalfall angewendet nicht zu einer prominenten Publikation gereichen. Aber dazu mehr im zweiten Teil.

Stellt sich also grundsätzlich die Frage, ob jede Problemstellung eines Unternehmens auf der Ebene der Dissertation behandelt werden muss oder ob dies auch im Rahmen einer Bachelor- oder Masterarbeit geschehen kann. Genau an dieser Stelle kommt der dritte Stakeholder ins Spiel: Der Studierende. Auch im Rahmen von Bachelor- oder Masterarbeiten können sinnvolle Praxisprobleme und Case Studies umfassend bearbeitet werden, um die zuvor erwähnte Win-Win-Situation zu erreichen. Reale Problemstellungen in Unternehmen gibt es dabei meistens zu genüge – man muss nur mit ein wenig Aufmerksamkeit und dem Auge für anspruchsvolle Problemstellungen durch das eigene Unternehmen wandeln.


Autor: Dr. Frank Benda

Folgen Sie Dr. Frank Benda auf LinkedIn

Journal: OR Spectrum

International Journal Ranking: A (zweithöchste Kategorie nach VHB-Ranking, dementsprechend sehr hohe Reputation)

Titel: “A machine learning approach for flow shop scheduling problems with alternative resources, sequence-dependent setup times, and blocking

Paper Open Access: https://link.springer.com/article/10.1007/s00291-019-00567-8 (Kostenlos zugänglich)


Zurück zum MASTERMINDS Blog


Für Interviewanfragen und weiterführende Informationen steht Ihnen Herr Fink gerne zur Verfügung. Wir würden uns freuen, wenn Sie diesen oder andere Artikel des MASTERMINDS Blogs journalistisch aufgreifen.