Aktuelle Fragestellungen des Risiko- und Krisenmanagements

(1)

KIT – Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft

Institute for Industrial Production (IIP) Chair of Business Administration,

Production and Operations Management Prof. Dr. Frank Schultmann

Hertzstr. 16, D-76187 Karlsruhe www.iip.kit.edu

Seminarangebot im Sommersemester 2022 der Forschungsgruppe Risikomanagement

am Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion (IIP):

Aktuelle Fragestellungen des

Risiko- und Krisenmanagements

Inhalte des Seminars

Katastrophen wie die Covid-19 Pandemie oder das Hochwasser im Ahrtal zeigen, dass weitreichende An-passungen benötigt werden, um zukünftigen Schäden vorzubeugen. In diesem Kontext beschreibt Katastrophenresilienz „die Fähigkeit von Einzelpersonen, Gemeinschaften und Staaten und ihren Institutionen, Schocks zu absorbieren und sich davon zu erholen, während sie ihre Strukturen und Lebensgrundlagen angesichts langfristiger Veränderungen positiv anpassen“ (übersetzt aus: OECD, 2022). Somit umfasst die Steigerung der Katastrophenresilienz Verbesserungen in allen Bereichen des Katastrophenschutzkreislaufs:

Risikoabschätzung und Entscheidungsfindung unter Unsicherheit

Vorbereitende Maßnahmen zur Vermeidung von Katastrophenfällen Schnelle Reaktion im Ereignisfall, um die Auswirkungen abzumildern

Analyse des Ereignisses und Anpassung inklusive Planung für zukünftige Verbesserungen

Dieses Seminar beschäftigt sich mit verschiedenen Aspekten und Fragestellungen aus dem Kreislauf des Risiko- und Katastrophenmanagements und beleuchtet unterschiedliche Blickwinkel zur Steigerung der Katastrophenresilienz. Die einzelnen Themen sind direkt in aktuelle, laufende Forschungsprojekte integriert (https://www.iip.kit.edu/3087.php) und werden von zugehörigen wissenschaftlichen Mitarbeiter/innen betreut.

Eine detaillierte Beschreibung der einzelnen Themen folgt auf den nächsten Seiten.

Die Arbeiten können in deutscher oder englischer Sprache verfasst werden.

Bewerbung und Bewertung

Die Bewerbung erfolgt unter YouSubscribe im Portal der KIT-Fakultät für Wirtschaftswissenschaften (https://portal.wiwi.kit.edu/). Die Endnote des deutschsprachigen Seminars ergibt sich aus der schriftlichen Arbeit und einer Präsentation vor dem Kurs.

Termine

Kick-Off Treffen: 28.04.2022; 14:00

Vorläufiger Präsentationstag: 28.06.2022 Abgabe der Ausarbeitung: 03.07.2022

Weitere Informationen zu unseren Forschungsthemen und zu den Mitarbeitern der Forschungsgruppe finden Sie im Internet unter https://www.iip.kit.edu/178.php.

Kontakt bei Fragen zum Seminar: M.Sc. Rebecca Wehrle, rebecca.wehrle@kit.edu

(2)

Seminarthemen

(1) Wie kann Künstliche Intelligenz unterstützen, um die Transportlogistik robuster zu machen?

Das Beispiel der „Ever Given“-Havarie im Suezkanal zeigt deutlich, wie schnell es zu Unterbrechungen auf den bestehenden Transportwegen kommen kann, sodass die Logistik kurzfristig neu geplant werden muss.

Im Rahmen dieses Seminares soll untersucht werden, wie KI-basierte Ansätze die Transportplanung unterstützen können, um eine robuste und resiliente Transportlogistik zu ermöglichen. Dazu sollen die bereits existierenden Literature-Reviews zu diesem Thema analysiert werden und Schlussfolgerungen über die Entwicklung von KI-basierten Ansätzen abgeleitet sowie offener Forschungsbedarf aufgezeigt werden.

Die Arbeit umfasst folgende Aufgaben:

 Es soll ein systematischer Überblick über die bereits existierenden Literaturrecherchen bzgl. des Einsatzes von KI zur Resilienzsteigerung von Transportplanung gegeben werden.

 Daraus soll abgeleitet werden, welche KI-Methoden in welchen Feldern zur Anwendung kommen und wo noch Handlungsbedarf besteht.

Betreuerin:

Dr.-Ing. Miriam Klein

Literatur zum Einstieg:

 Amita Singh, Magnus Wiktorsson, and Jannicke Baalsrud Hauge. "Trends In Machine Learning To Solve Problems In Logistics." Procedia CIRP 103 (2021): 67-72.

 George Baryannis, Sahar Validi, Samir Dani, and Grigoris Antoniou

“Supply chain risk management and artificial intelligence: state of the art and future

research directions.” International Journal of Production Research (2019): 57(7):2179-2202.

(2) Welche Anreize können staatliche Akteure setzen, um private Firmen zur Kooperation im Krisenmanagement zu überzeugen?

In Deutschland ist im Krisenfall die öffentliche Hand dafür verantwortlich, die notleidende Bevölkerung zu versorgen. Leider fehlt es öffentlichen Katastrophenschutzbehörden oftmals an Ressourcen und Know- How, womit private Firmen aushelfen könnten. Betriebswirtschaftlich betrachtet sind Firmen jedoch grundsätzlich daran interessiert, Ihren Gewinn langfristig zu steigern. Daraus ergibt sich die Frage, wie die Zielkonflikte überwunden werden können und insbesondere welche Anreize öffentliche Behörden setzen können, damit private Firmen mit Ihnen kooperieren?

Die Arbeit umfasst die folgenden Aufgaben:

 Literaturrecherche zu öffentlich-privaten Partnerschaften, insbesondere in Bezug auf das Krisenmanagement

 Gegenüberstellung der Ziele öffentlicher Behörden und privater Firmen

 Beschreibung der Möglichkeiten öffentlicher Behörden, private Firmen zur Kooperation im Krisenmanagement zu überzeugen

 Ergebnisse kritisch diskutieren

Betreuer:

M.Sc. Markus Lüttenberg

 Diehlmann, Florian; Lüttenberg, Markus; Verdonck, Lotte; Wiens, Marcus; Zienau, Alexander;

Schultmann, Frank (2021): Public-private collaborations in emergency logistics: A framework based on logistical and game-theoretical concepts. In: Safety Science 141, S. 105301. DOI:

10.1016/j.ssci.2021.105301.

(3)

(3) Simulation von Serious Gaming

Serious Gaming wird im Risikomanagement und Katastrophenschutz eingesetzt, um Szenarien möglichst realistisch darstellen zu können und so Strukturen und Zusammenhänge besser zu verstehen oder theoretische Routinen in der Praxis zu trainieren. Im Rahmen eines aktuellen Forschungsprojekts wurde ein solches Spiel zur Analyse von Infrastrukturentwicklung und -management entwickelt. Das kollaborative Brettspiel bildet reale Prozesse nach, wobei insbesondere die Interaktion der Spieler zum Verständnis des Systems beiträgt, einschließlich der Rolle der Spieler und der Auswirkungen der Entscheidungen der Spieler. Ein programmiertes Abbild des Brettspiels ermöglicht die automatische Simulation von Spielabläufen sowie dem Vergleich möglicher, optimaler und realer Strategien. Vorarbeiten beinhalten die Implementierung des Spiels in Python-Code, der bereits auf maschinellem Lernen basiert, aber noch erweitert werden muss, um das Potenzial des maschinellen Lernens auszuschöpfen.

Die resultierende Arbeit sollte die folgenden Punkte beinhalten:

 Kurze Literaturübersicht über Algorithmen des maschinellen Lernens

 Erweiterung des implementierten Spiels auf intelligente Spieler

 Simulation verschiedener Spielabläufe und Auswertung der Ergebnisse

 Vergleich mit möglichen Strategien aus der realen Welt.

Für die Arbeit werden Programmierkenntnisse in Python vorausgesetzt.

Betreuerin:

M.Sc. Rebecca Wehrle

 Interne Spielanleitung, das Spiel basiert auf dem kommerziellen Spiel “PANDEMIC”

 Bisherige Arbeiten: Kommentierter Python-Code und frühere Seminararbeit

 Zagal, J. P.; Rick, J., Hsi, I. (2006). Collaborative games: Lessons learned from board games.

Simulation & Gaming, 37, 24–40.

(4) Verteilungs- und Akzeptanzkonflikte im Kontext des Krisenmanagements:

Mechanismus Design als Lösung?

Verteilungs- und Akzeptanzkonflikte im Kontext des Krisenmanagements haben große Auswirkungen auf die betroffenen Volkswirtschaften und erschweren die Versorgung von Menschen, die unter den Krisen leiden. Dies sieht man beispielsweise bei der ungleichen Verteilung des Impfstoffs gegen Covid-19. In Zeiten der Globalisierung haben solche Entscheidungen zudem weitreichende Folgen, sodass z.B.

finanzielle Instabilität einer begrenzten Anzahl von Akteuren zu Güterengpässen bei vielen anderen Akteuren führen kann. Die Mechanismus Design Theorie kann helfen, die Ursachen solcher Verteilungs- und Akzeptanzkonflikte aus einer neuen Perspektive zu betrachten und Lösungen für solche Probleme zu finden.

Die Arbeit soll sich insbesondere mit den folgenden Aufgaben befassen:

 Literaturrecherche zu Bedeutung & Zweck von Mechanismus Design

 Wie können Methoden des Mechanismus Designs genutzt werden, um Verteilungs- und Akzeptanzkonflikte durch Schaffen von Prozeduren zur Güterallokationen zu überwinden?

 Aufzeigen der Möglichkeiten und Grenzen des Mechanismus Designs

 Ergebnisse kritisch diskutieren

Betreuer:

M.Sc. Markus Lüttenberg

 Rodríguez‐Pereira, Jessica; Balcik, Burcu; Rancourt, Marie‐Ève; Laporte, Gilbert (2021): A

Cost‐Sharing Mechanism for Multi‐Country Partnerships in Disaster Preparedness. In: Prod Oper Manag. DOI: 10.1111/poms.13403.

.

Seminarthemen

(4)

(5) Lehren aus der Pandemie:

Die Relevanz resilienter Supply Chains im privaten Sektor

Die Corona-Pandemie hat teilweise zu massiven Disruptionen der Lieferketten geführt. Unternehmen in vielen Branchen stellten fest, dass ihre Strategien für das Risikomanagement in der Lieferkette durch die Schwankungen von Angebot und Nachfrage an ihre Grenzen stießen, was zu weit verbreiteten Produktionsausfällen und verzögertem Nachschub führte. Daher stellt sich insbesondere angesichts der andauernden Pandemie die Frage: Wie können Unternehmen ihre Wertschöpfungskette resilienter gestalten und sie sich gegen Ausfälle wappnen?

Die Arbeit umfasst die folgenden Aufgaben:

 Literaturrecherche zu Störungen von Lieferketten während Pandemien.

 Bearbeitung und kritische Diskussion folgender Fragestellungen:

 Welchen möglichen Risiken und Disruptionen stehen Lieferketten in Pandemien gegenüber?

 Welche besonderen Faktoren spielen dabei eine zentrale Rolle und bestimmen maßgeblich die Stabilität von Lieferketten?

 Welche Maßnahmen können die Resilienz von Supply Chains erhöhen und wie können sich Unternehmen für Krisenzeiten besser wappnen?

Betreuerin:

M.Sc. Katharina Eberhardt

 Dasaklis, Thomas K.; Pappis, Costas P.; Rachaniotis, Nikolaos P. (2012): Epidemics control and logistics operations: A review. In: International Journal of Production Economics 139 (2), S. 393–

410. DOI: 10.1016/j.ijpe.2012.05.023.

 Queiroz, Maciel M.; Ivanov, Dmitry; Dolgui, Alexandre; Fosso Wamba, Samuel (2020): Impacts of epidemic outbreaks on supply chains: mapping a research agenda amid the COVID-19 pandemic through a structured literature review. In: Annals of operations research, S. 1–38. DOI:

10.1007/s10479-020-03685-7.

Seminarthemen

(6) Welche KI-basierten Modelle werden aktuell in der Transportplanung eingesetzt?

Naturkatastrophen wie Stürme oder Hochwasser können Transportwege großflächig beschädigen, sodass die Logistik kurzfristig neu geplant werden muss. Im Rahmen dieses Seminares soll aufgezeigt werden, welche KI-basierten Modelle bereits in der Transportplanung mit welcher Zielsetzung eingesetzt werden.

Dazu soll ein strukturierter Überblick der existierenden Literatur zu diesem Thema gegeben werden, wobei insbesondere die eingesetzten Softwaretools und die jeweils zugrundeliegende Datenbasis herausgearbeitet werden soll.

Insbesondere sollen folgende Fragen beantwortet werden:

 Welche Arten von Problemen im Bereich der Transportplanung werden bereits mittels Machine Learning Ansätzen adressiert?

 Welche Softwaretools werden zur Umsetzung der Modelle verwendet?

 Welche Daten werden für Trainingssimulationen erhoben und wie wird der Trainingsfortschritt ausgewertet?

Betreuerin:

Dr.-Ing. Miriam Klein

 García, J., Florez, J. E., Torralba, Á., Borrajo, D., López, C. L., García-Olaya, Á., & Sáenz, J.

(2013). Combining linear programming and automated planning to solve intermodal transportation problems. European Journal of Operational Research, 227(1), 216-226.

 Göçmen, E., & Erol, R. (2019). Transportation problems for intermodal networks: Mathematical models, exact and heuristic algorithms, and machine learning. Expert Systems with Applications, 135, 374-387.

(5)

(7) Staatliche Notfallvorsorge: Welche Rolle spielt die staatliche Bevorratung von Gütern im Katastrophenfall?

Der deutsche Staat hat die Aufgabe der Daseinsvorsorge und damit u.a. die Pflicht, lebensnotwendige Güter in Katastrophensituationen bereitzustellen. Die steigende Kundennachfrage nach einigen Gütern (Masken, Schutzkleidung, Lebensmittel etc.) während der Covid-19 Pandemie und die daraus resultierenden Engpässe machen deutlich, dass die Notfallvorsorge entscheidend ist, um auf solche Extremsituationen schnell reagieren zu können. Daher soll im Rahmen dieses Seminars vor dem Hintergrund der bisherigen Erfahrungen in der Notfallvorsorge und unter Berücksichtigung der Schlussfolgerungen aus der Covid-19-Krise in einem Ländervergleich erörtert werden, welche Best- Practice-Beispiele zu einer Stärkung der staatlichen Katastrophenvorsorge beitragen können.

Mittels Literaturrecherche zu Katastrophenvorsorge und der Vorratshaltung von strategischen Gütern, sollen die folgenden Fragestellungen kritisch diskutiert werden:

 Wie kann die staatliche Bevorratung von Gütern zur Stärkung der Versorgungssicherheit im Krisenfall beitragen?

 Welche Best-Practice-Beispiele gibt es in anderen Ländern und was sind die Vor- und Nachteile der jeweiligen Vorgehensweisen?

 Welche Herausforderungen und neue Erkenntnisse können aus der Covid-19-Krise abgeleitet werden?

Betreuerin:

M.Sc. Katharina Eberhardt

 Gerhold, Lars; Cortez Garcia, Karolin; Guerrero Lara, Anna (2019): Lebensmittelversorgung in Krisen und Katastrophen. Versorgung der Bevölkerung mit Lebensmitteln in OECD-Ländern im Falle von Großschadensereignissen (Forschung im Bevölkerungsschutz, Band 22).

 Balcik, Burcu; Bozkir, Cem Deniz Caglar; Kundakcioglu, O. Erhun (2016): A literature review on inventory management in humanitarian supply chains. In: Surveys in Operations Research and Management Science 21 (2), S. 101–116. DOI: 10.1016/j.sorms.2016.10.002.

Seminarthemen

(8) Auswirkungen von COVID-19 auf die Binnenschifffahrt

COVID-19 verursacht Unterbrechungen in globalen Lieferketten, wovon auch der Verkehr auf den heimischen Wasserstraßen nicht verschont bleibt. Die Binnenschifffahrt transportiert auf den deutschen Flüssen und Kanälen rund 230 Millionen Tonnen Güter pro Jahr. Die Seminararbeit soll zeigen, wie sich die Pandemie sowohl auf die transportierten Güter als auch auf die Verfügbarkeit der Endprodukte auswirkt.

Ein Schwer-punkt soll dabei auf die Warengruppen pharmazeutischer (Vor-)Produkte gelegt werden, da diese besonders abhängig von der Schifffahrt sind.

Die Arbeit soll sich insbesondere mit den folgenden Aufgaben befassen:

 Erstellen einer Übersicht über statistische Dokumente, Berichte und wissenschaftliche Artikel, die sich mit der Quantifizierung von Störungen des Wasserstraßentransports befassen.

 Statistische Darstellung der auf deutschen Binnenwasserstraßen transportierten Güter sowie der jeweiligen Endprodukte auf monatlicher Basis für das Jahr 2021.

 Schematische Beschreibung einer Ursache-Wirkungs-Kette, die erklärt, wie/über welche Kanäle die Pandemie wasserstraßenbezogene Lieferketten beeinflusst hat.

 Analyse der Betroffenheit von pharmazeutischen (Vor-)Produkten.

Betreuerin:

M.Sc. Rebecca Wehrle

 Vorangegangene Seminararbeit zu Daten aus den Jahren 2017-2020

 Bundesamt für Güterverkehr (2020): Marktbeobachtung Güterverkehr – Auswirkungen der Coronakri-se auf den deutschen Güterverkehrsmarkt; Wochenberichte.

 https://www.verkehrsrundschau.de/nachrichten/corona-krise-binnenschiffer-spueren-flaute- 2595905.html

.