Ein Gespräch mit Rebecca Litauer, Forschungs- und Innovationszentrum Kognitive Dienstleistungssysteme am Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO, und Mitarbeiterin im mFUND-Projekt Urbane Mobilitäts- und Logistikdienste durch flexibles und daten-basiertes Parkraummanagement (Park_up).

This bachelor thesis is about a stochastic inventory theory and how changes in different parameters affect the cost system. The inventory is based on a stochastic version of an economic quantity order (EOQ) model with planned shortages. For the deterministic EOQ-model with planned shortages there is a convenient formula for optimal order quantity $Q$ minimizing the cost per time unit. For the stochastic version an ($R$,$Q$)-policy is applied where $R$ is a reorder point such that if the inventory level is below $R$ and order is sent and the ordered products arrive after a lead time $L$. Since a formula for the stochastic inventory is not known, optimal choice of $Q$ is numerically obtained by simulations and compared with the optimal $Q$ for the deterministic EOQ with planned shortages. The demand is for simplicity described by a Poisson process. Since having a stochastic inventory model the basic mathematical EOQ formula is inadequate and is replaced with an approximate EOQ formula with planned shortages. By the simulations the accuracy of the EOQ model with planned shortages approximation is investigated and optimal values for some of the  parameters are obtained.

This study investigates Dynamic Purchasing Systems’ (DPS) supplier perspectiveand frameworks’ supplier perspective. DPSs were introduced in to the Swedish 2016procurement laws and few studies have been conducted looking into the procedurein a logistical view. Preferred customer theory was used to help understand thedifferences between the two procedures and how much they align with the previousliterature. Two methods were incorporated into the study. The first is that fiveinterviews were conducted with service suppliers. Three Technical service suppliers,one Professional Service supplier, and one legal consultant. The second is that asurvey was distributed to the suppliers of Luleå Municipality to understand thebroader population’s opinion. Some of the literature agreed with the findings fromthe interviews. Both the interviews and the survey showed that there were mixedopinions on the procedure. Further, the evaluation of the submitted tenders seemedto be a large point of which all the interviewees agreed should be based on quality,the size of the call-off was also a point that seemed to sway how well received theprocedure would be, which is similar to previous studies. Finally, the placement of aneed in the Kraljic Matrix could also impact the perspective of the procedure due tothe results that the position would have on how the technique is implemented.

In healthcare patients move in a different pattern depending on what the specific patient needs to have done. This pattern is also called a flow, where the flow which this article mentions describes how the patient flows. To offer the best healthcare service, it is important that the patient flow is effective. That the flow being effective means to work towards a logistical, quality and cost-effective flow. This also matches the patient care given in private clinics, where similar patient flows can be seen. The purpose with this study is to identify what affects the patient flow and how the patient flow can be more efficient both quality wise and cost wise.    To answer the purpose this study performed a case study on a private clinic in the Stockholm area who work with cosmetic as well as reconstructive surgery. To follow a patient flow this study performed a flow mapping of a patient flow, the study also performed interviews with an employee of the private clinic. To collect information that supports this study's conclusion several previous articles were used along with information from literature and necessary internet websites.   The study identifies capacity, information transparency and logistics as causes of inefficiency. This study comes to the conclusion that lean tools could be implemented in an organization whose operations are active in healthcare. Out of those tools presented in the analysis three different categories occur where the lean tools are placed. The different categories are planning tools, improvement tools and preventive measures. With the help of previous research where similar, if not the same tools were used, positive results could be seen with consequent results being empathized. This study comes to the conclusion that a combination of tools from the three different categories is the best alternative to ensure an improvement of the efficiency long term. Planning for the future, while improving existing waste and at the same time using tools that act as an aid towards future waste is the best way to improve efficiency on the patient flow long term.    Keywords: Lean, efficiency, improvement, healthcare, logistics, patient flow

Sveriges riksdag har beslutat att de nationella nettoutsläppen av växthusgaser år 2045 ska varanoll samt reduceras med 70 % till år 2030. Vägfordon som transporterar gods stod år 2017 förungefär 30 % av transportsektorns totala nationella utsläpp. Syftet med studien är att belysahur en omställning från fossila till fossilfria godstransporter på land kan ske i Sverige till år2045 samtidigt som näringslivets behov av godstransporter tillgodoses. Angreppssättet är attgenom backcasting formulera två framtidsscenarier - scenario A innebär stor satsning på järnväg,scenario B innebär stor satsning på elväg - för att påvisa vilka åtgärder som krävs samt när ochgenom Multi-Level Perspective (MLP) analysera hur de två transportslagen kan utvecklas tillden dominanta regimen i respektive framtidsbild. Studien visade att utsläppsreduktionen går snabbare i scenario B vilket då innebär lägreackumulerade utsläpp samt att den monetära kostnaden för scenario A är dubbelt så stor somkostnaden för scenario B. Ett antal hinder, barriärer och möjligheter identifierades och analyseradesför de båda scenarierna. De aktörer som identifierades var politiska och lagstiftandeinstanser, transportköpare, transportörer, aktörer inom forskning och teknikutveckling, intresseochpåverkansorganisationer, konstruktions- och underhållsentreprenörer samt drivmedelsproducenteroch distributörer. De två förstnämnda bedömdes ha störst inflytande. För elvägar måstenischaktörerna lyckas skapa tillräckligt med intresse för att öka momentumet och ta elvägartill regimnivån. För järnvägen måste aktörerna får upp momentumet inom regimen med interninnovation för att kunna konkurrera med vägtransporter. Sammanfattningsvis visar studien på att en implementering av elväg kan vara bättre påkort sikt och järnväg bättre på längre sikt. Klimatmålet om netto-nollutsläpp till år 2045 kannås samtidigt som näringslivets behov av godstransporter tillgodoses, men konstruktionen avinfrastruktur måste påbörjas snart för att överflyttningen och omställningen ska hinna ske. Föratt nå 2030-målet verkar en ökad inblandning av biodrivmedel i vägfordon utgöra den störstamöjligheten, dock måste de sedan fasas ut för att ersättas av järnväg och elväg. / The Swedish Parliament has decided that the national net emissions of greenhouse gases by 2045should be zero and reduced by 70 % by 2030. In 2017, road freight vehicles were responsible forabout 30 % of the transport sector’s total national emissions. The purpose of the study is tohighlight how a transition from fossil to fossil-free freight transport on land can happen in Swedenuntil 2045, whilst meeting the country’s need for freight transport. The approach is to formulate,through backcasting, two possible scenarios of the future where the targets are met - scenario Ainvolves a large investment in railways, scenario B involves a large investment in electric roadsystems (ERS) - to demonstrate what measures are required and when, and through Multi-LevelPerspective (MLP) analyse how the two modes of transport can be developed into the dominantregime in each scenario. The study showed that the reduction rate of emissions is faster in scenario B, which thenmeans lesser accumulated emissions and that the monetary cost for scenario A is twice as highas the cost for scenario B. Also, a number of obstacles, barriers and opportunities were identifiedand analysed for the two scenarios. The actors that were assessed to possess the greatest influencewere political and legislative actors, and transport buyers. Regarding ERS, niche actors mustsucceed in creating enough interest to increase momentum and take ERS to the regime level.Regarding railway, the actors must increase the momentum within the regime with internalinnovation to be able to compete with road freight transport. In conclusion, the study shows that an implementation of ERS can be favourable in the shortterm and rail freight better in the longer term. The climate target of net zero emissions by 2045can be reached whilst the country’s need for freight transport is met, but the construction ofinfrastructure must begin as soon as possible for the transfer of goods and transformation ofthe system to take place. Moreover, the study argues that in order to reach the 2030 target,an increased use of biofuels in road vehicles seems to be the most promising solution. However,biofuels must then be phased out in order to be replaced by railway and ERS.

DHL Parcel har en gammal modell för avisering till sina kunder. Syftet med uppdraget var därför att undersöka hur nya eller alternativa metoder för aviseringar kan användas i en ny modell. Den nya modellen ska vara tillförlitlig och lönsam. Undersökningar och intervjuer genomfördes för att få en helhetsbild av hur aviseringar går till i nuläget och för att undersöka möjligheter för en ny aviseringsmodell. Brev är den största kostnaden i den nuvarande modellen. Av undersökningarna och genom möten med LINK Mobility framkom att ”Facebook Messenger” är den metod som kommit längst i utvecklingen för att kunna användas som aviseringsmetod. Den nya modellen som presenterades i resultatdelen föreslår att breven som idag går ut vid dag 7 istället ska skickas dag 3. Detta genom att läsa av leveranslistan av SMS och skicka brev till de kunder som inte nåtts av en SMS‐avisering. Även Messenger föreslås integreras i den nuvarande modellen och vara ett komplement till de äldre metoderna för avisering. Den nya modellen beräknas ge kostnadsminskningar på uppemot 3 Mkr per år och en stor tillförlitlighet. I slutet av rapporten presenterades tankar kring arbetet och rekommendationer till DHL för fortsatt arbete avseende implementationsplan och andra steg som behövs för att genomföra förändringen. / DHL Parcel has an old model for notification to their customers. The purpose of the assignment was therefore to investigate how new or alternative methods can be used in a new model. The new model should be reliable and profitable. Research and interviews were conducted to get an understanding of the present situation and to find ideas for a new model. Notifications by mail is the largest cost in the current model. Research and meetings with LINK Mobility showed that “Facebook Messenger” is the most developed method to use as a new notification method. The new model presented in the results suggested that the mail being sent on day 7 should instead be sent on day 3. This by reading the list of deliveries of SMS and only send mail to customers not reached by SMS‐notification. The new model is calculated to reduce the yearly cost by 3 million SEK and high level of reliability. At the end of the report, reflections on the work are presented. Recommendations to DHL for continued work on implementation plans and other necessary steps before an implementation of the new model are presented.

Logistics is a talked about but also difficult to define concept as this concept has several different interpretations. Actually, logistics is primarily about more efficient material flows, which in turn should create more efficient work processes in production. In literature research, knowledge has been sought about efficient logistics and lean, which in turn led to investigating the various areas and factors that lead to waste. Logistics within the construction industry, and not least production, is today an area that is well debated and is one of the more important aspects to achieve more efficient production. Based on the knowledge gathered, a measurement tool has since been developed which is intended to be used within construction production to measure the actual efficiency of logistics. This means that the tool can, if desired, be used in more projects than those processed and treated in this scientific report. This scientific report will answer the following questions: 1. What shortcomings are found in logistics in the construction industry 2. Are there one or more widespread deficiencies? 3. Develop a measurement tool that should be able to measure the efficiency of logistics in projects within construction production. The result shows that with well-planned logistics, more efficient logistics can be achieved and thus profit can be achieved in the form of both time and money. This scientific report will provide an insight into the field of logistics during construction production. Furthermore, the work will highlight the shortcomings that appear in the efficiency of logistics within the investigated projects and give suggestions on how this can be remedied.

Today, one third of Sweden’s total greenhouse gas emissions come from domestic transport. To reduce these emissions, the Swedish government has set emission targets. To meet these and to avoid the global impacts of climate changes, the need for new technologies and new fuels to replace fossil fuels has become evident. One of the promising solutions to this is battery-electric vehicles.  The following study has been conducted with Scania, a Swedish truck and bus manufacturer that has chosen to invest more in electricity and today offers a heavy battery-electric truck with a range of 250 km. Today, only large companies have invested in heavy electric trucks while small hauliers, who own no more than ten trucks, are not yet sufficiently motivated to participate in the shift to electrification. Since small hauliers account a large share of freight transport, it is of interest to find out what opportunities and barriers they identify with an investment in battery electric trucks in order to include them in the transition. Furthermore, it is of interest to understand which ownership model can manage the barriers and thus facilitate the adaptation for the small hauliers. Therefore, the purpose of this study was formulated as follows:  To identify what small hauliers perceive as opportunities and barriers with the adoption to BEVs and investigate how they can adapt their ownership models to manage the barriers.  To facilitate the answering of the study’s purpose, it was broken down into research questions and associated sub-questions. Literature was used to create categories for opportunities and barriers: Environmental, Economic and Other for opportunities and Range, Total Cost of Ownership (TCO), Charging and Other for barriers. To answer the research questions, empirical data was collected through structured interviews with small hauliers. The data collected was compiled and analyzed to identify opportunities and barriers. The identified barriers were then used as input together with literature to analyze the ownership models owning, leasing and sharing against the most important barriers.  The findings related to the opportunities was that the small hauliers generally did not see many opportunities apart from reduced air pollution. Improved working environment for drivers was another opportunity mentioned. An increasing number of barriers were identified during the interviews. To summarize the barriers, many were linked to the range of a BEV. The small hauliers’ perceptions are that it is a big challenge to replace refueling with charging in their daily operations. This is based on the lack of natural charging opportunities, but also because there is not enough widespread charging infrastructure in the areas where they carry out their journeys in addition to the fact that the charging itself is too time consuming for the hauliers. Several of the barriers were also linked to the new cost structure with high investment costs and unknown residual value.  The most important barriers could be found in all categories. Of the eight most important barriers, four could be managed by ownership models. It was discussed that many barriers cannot be managed using ownership models but must be addressed in other ways. Of the three ownership models examined, leasing and sharing were able to manage the most barriers, with sharing being able to manage all of them to some extent. By joining a trucking center and sharing vehicles, small hauliers gain advantages enjoyed by larger hauliers, which simplifies their ability to participate in the transformation to electricity. The results indicate that the traditional ownership model, where small hauliers own 100% of their trucks, may not be the way forward to participate in the transition to electricity. The purpose could thus be answered by finding that sharing can manage the most important barriers perceived by small hauliers.

Public transport is important to society as it provides spatial accessibility and reduces congestion and pollution in comparison to other motorized modes. To assure a high-quality service, all parts of the system need to be well-functioning and properly planned. One important aspect for the system's bus terminals is their capacity. This needs to be high enough to avoid congestion and queues and the delays these may lead to. During planning processes, various suggested designs and solutions for a terminal need to be evaluated. Estimating capacity and how well the suggestions will function is a challenging problem, however. It requires analysis of complex interactions and behaviour of the vehicles. This sort of analyses can preferably be carried out using microsimulation. Furthermore, a discrete event simulation approach can make use of the fact that the path of a vehicle through a terminal can readily be described by a sequence of events (such as arriving, starting to drive to a stop etc.). The overall aim of this thesis is to investigate how discrete event simulation can be used to evaluate bus terminal design and traffic control policies. The main contribution is the development of a method for bus terminal simulation. As a first step, a discrete event simulation model of a combined bus and tram stop is formulated. The model is tested on a real system where the current design is compared to an alternative one. The test shows that a model developed with a discrete event approach can be used to evaluate the situation at a stop and compare design alternatives. In the next step, a general discrete event simulation model of bus terminals is formulated. A modular approach is introduced, where a terminal can be constructed from a set of module building blocks. Another important contribution of the model is its spatial resolution that allows for queues and blockages to occur throughout the terminal. By applying the simulation model in a case study, it is shown that the model can be used to evaluate and compare various scenarios related to the layout, number of passengers and the outside traffic situation. Lastly, the bus terminal simulation model is used in a second case study in order to compare model output with empirical data. This study identified a number of factors that may have had an influence on differences between observations and simulation results and that is of interest to look further into. This includes the actual adherence to terminal rules and the effects of model parameters.

In today's world, circumstances, processes, and requirements for systems in general-in this thesis a special focus is given to the context of Cyber-Physical Systems (CPS)-are becoming increasingly complex and dynamic. In order to operate properly in such dynamic environments, systems must adapt to dynamic changes, which has led to the research area of Self-Adaptive Systems (SAS). These systems can deal with changes in their environment and the system itself. In our daily lives, we come into contact with many different self-adaptive systems that are designed to support and improve our way of life. In this work we focus on the two domains Intelligent Transportation Systems (ITS) and logistics as both domains provide complex and adaptable use cases to prototypical apply the contributions of this thesis. However, the contributions are not limited to these areas and can be generalized also to other domains such as the general area of CPS and Internet of Things including smart grids or even intelligent computer networks. In ITS, real-time traffic control is an example adaptive system that monitors the environment, analyzes observations, and plans and executes adaptation actions. Another example is platooning, which is the ability of vehicles to drive with close inter-vehicle distances. This technology enables an increase in road throughput and safety, which directly addresses the increased infrastructure needs due to increased traffic on the roads. In logistics, the Vehicle Routing Problem (VRP) deals with the planning of road freight transport tours. To cope with the ever-increasing transport volume due to the rise of just-in-time production and online shopping, efficient and correct route planning for transports is important. Further, warehouses play a central role in any company's supply chain and contribute to the logistical success. The processes of storage assignment and order picking are the two main tasks in mezzanine warehouses highly affected by a dynamic environment. Usually, optimization algorithms are applied to find solutions in reasonable computation time. SASes can help address these dynamics by allowing systems to deal with changing demands and constraints. For the application of SASes in the two areas ITS and logistics, the definition of adaptation planning strategies is the key success factor. A wide range of adaptation planning strategies for different domains can be found in the literature, and the operator must select the most promising strategy for the problem at hand. However, the No-Free-Lunch theorem states that the performance of one strategy is not necessarily transferable to other problems. Accordingly, the algorithm selection problem, first defined in 1976, aims to find the best performing algorithm for the current problem. Since then, this problem has been explored more and more, and the machine learning community, for example, considers it a learning problem. The ideas surrounding the algorithm selection problem have been applied in various use cases, but little research has been done to generalize the approaches. Moreover, especially in the field of SASes, the selection of the most appropriate strategy depends on the current situation of the system. Techniques for identifying the situation of a system can be found in the literature, such as the use of rules or clustering techniques. This knowledge can then be used to improve the algorithm selection, or in the scope of this thesis, to improve the selection of adaptation planning strategies. In addition, knowledge about the current situation and the performance of strategies in similar previously observed situations provides another opportunity for improvements. This ongoing learning and reasoning about the system and its environment is found in the research area Self-Aware Computing (SeAC). In this thesis, we explore common characteristics of adaptation planning strategies in the domain of ITS and logistics presenting a self-aware optimization framework for adaptation planning strategies. We consider platooning coordination strategies from ITS and optimization techniques from logistics as adaptation planning strategies that can be exchanged during operation to better reflect the current situation. Further, we propose to integrate fairness and uncertainty handling mechanisms directly into the adaptation planning strategies. We then examine the complex structure of the logistics use cases VRP and mezzanine warehouses and identify their systems-of-systems structure. We propose a two-stage approach for vertical or nested systems and propose to consider the impact of intertwining horizontal or coexisting systems. More specifically, we summarize the six main contributions of this thesis as follows: First, we analyze specific characteristics of adaptation planning strategies with a particular focus on ITS and logistics. We use platooning and route planning in highly dynamic environments as representatives of ITS and we use the rich Vehicle Routing Problem (rVRP) and mezzanine warehouses as representatives of the logistics domain. Using these case studies, we derive the need for situation-aware optimization of adaptation planning strategies and argue that fairness is an important consideration when applying these strategies in ITS. In logistics, we discuss that these complex systems can be considered as systems-of-systems and this structure affects each subsystem. Hence, we argue that the consideration of these characteristics is a crucial factor for the success of the system. Second, we design a self-aware optimization framework for adaptation planning strategies. The optimization framework is abstracted into a third layer above the application and its adaptation planning system, which allows the concept to be applied to a diverse set of use cases. Further, the Domain Data Model (DDM) used to configure the framework enables the operator to easily apply it by defining the available adaptation planning strategies, parameters to be optimized, and performance measures. The framework consists of four components: (i) Coordination, (ii) Situation Detection, (iii) Strategy Selection, and (iv) Parameter Optimization. While the coordination component receives observations and triggers the other components, the situation detection applies rules or clustering techniques to identify the current situation. The strategy selection uses this knowledge to select the most promising strategy for the current situation, and the parameter optimization applies optimization algorithms to tune the parameters of the strategy. Moreover, we apply the concepts of the SeAC domain and integrate learning and reasoning processes to enable ongoing advancement of the framework. We evaluate our framework using the platooning use case and consider platooning coordination strategies as the adaptation planning strategies to be selected and optimized. Our evaluation shows that the framework is able to select the most appropriate adaptation strategy and learn the situational behavior of the system. Third, we argue that fairness aspects, previously identified as an important characteristic of adaptation planning strategies, are best addressed directly as part of the strategies. Hence, focusing on platooning as an example use case, we propose a set of fairness mechanisms to balance positive and negative effects of platooning among all participants in a platoon. We design six vehicle sequence rotation mechanisms that continuously change the leader position among all participants, as this is the position with the least positive effects. We analyze these strategies on roads of different sizes and with different traffic volumes, and show that these mechanisms should also be chosen wisely. Fourth, we address the uncertainty characteristic of adaptation planning strategies and propose a methodology to account for uncertainty and also address it directly as part of the adaptation planning strategies. We address the use case of fueling planning along a route associated with highly dynamic fuel prices and develop six utility functions that account for different aspects of route planning. Further, we incorporate uncertainty measures for dynamic fuel prices by adding penalties for longer travel times or greater distance to the next gas station. Through this approach, we are able to reduce the uncertainty at planning time and obtain a more robust route planning. Fifth, we analyze optimization of nested systems-of-systems for the use case rVRP. Before proposing an approach to deal with the complex structure of the problem, we analyze important constraints and objectives that need to be considered when formulating a real-world rVRP. Then, we propose a two-stage workflow to optimize both systems individually, flexibly, and interchangeably. We apply Genetic Algorithms and Ant Colony Optimization (ACO) to both nested systems and compare the performance of our workflow with state-of-the-art optimization algorithms for this use case. In our evaluation, we show that the proposed two-stage workflow is able to handle the complex structure of the problem and consider all real-world constraints and objectives. Finally, we study coexisting systems-of-systems by optimizing typical processes in mezzanine warehouses. We first define which ergonomic and economic constraints and objectives must be considered when addressing a real-world problem. Then, we analyze the interrelatedness of the storage assignment and order picking problems; we identify opportunities to design optimization approaches that optimize all objectives and aim for a good overall system performance, taking into account the interdependence of both systems. We use the NSGA-II for storage assignment and Ant Colony Optimization (ACO) for order picking and adapt them to the specific requirements of horizontal systems-of-systems. In our evaluation, we compare our approaches to state-of-the-art approaches in mezzanine warehouses and show that our proposed approaches increase the system performance. Our proposed approaches provide important contributions to both academic research and practical applications. To the best of our knowledge, we are the first to design a self-aware optimization framework for adaptation planning strategies that integrates situation-awareness, algorithm selection, parameter tuning, as well as learning and reasoning. Our evaluation of platooning coordination shows promising results for the application of the framework. Moreover, our proposed strategies to compensate for negative effects of platooning represent an important milestone, which could lead to higher acceptance of this technology in society and support its future adoption in the real world. The proposed methodology and utility functions that address uncertainty are an important step to improving the capabilities of SAS in an increasingly turbulent environment. Similarly, our contributions to systems-of-systems optimization are major contributions to the state of logistics and systems-of-systems research. Finally, we select real-world use cases for the application of our approaches and cooperate with industrial partners, which highlights the practical relevance of our contributions. The reduction of manual effort and required expert knowledge in our self-aware optimization framework is a milestone in bridging the gap between academia and practice. One of our partners integrated the two-stage approach to tackling the rVRP into its software system, improving both time to solution and solution quality. In conclusion, the contributions of this thesis have spawned several research projects such as a long-term industrial project on optimizing tours and routes in parcel delivery funded by Bayerisches Verbundforschungsprogramm (BayVFP) – Digitalisierung and further collaborations, opening up many promising avenues for future research. / In der heutigen Welt werden die Umstände, Prozesse und Anforderungen an Systeme im allgemeinen-in dieser Arbeit wird der Fokus besonders auf cyber-physische Systeme (engl. Cyber-Physical Systems (CPS)) gelegt-immer komplexer. Um in solch dynamischen Umgebungen ordnungsgemäß zu funktionieren, müssen sich diese Systeme an Veränderungen anpassen. Diese Herausforderungen führten zu der Entstehung des Forschungsbereichs selbst-adaptiver Systeme (engl. Self-Adaptive Systems (SAS)). Diese Systeme können mit Veränderungen in ihrer Umgebung, als auch in sich selbst umgehen und sich an geänderte Gegebenheiten anpassen. In unserem alltäglichen Leben kommen wir daher zunehmend mit SAS in Berührung, welche unsere Lebensqualität unterstützen und verbessern sollen. In dieser Arbeit konzentrieren wir uns auf die beiden Bereiche Intelligenter Transportsysteme (engl. Intelligent Transportation Systems (ITS)) und Logistik, da beide Bereiche komplexe und anpassbare Anwendungsfälle bieten, um die Beiträge dieser Arbeit prototypisch anzuwenden. Die vorgestellten Beiträge sind jedoch nicht auf diese Bereiche beschränkt und können auch auf andere Bereiche wie den allgemeinen Bereich von cyber-physischen Systemen und dem Internet der Dinge einschließlich intelligenter Stromnetze oder intelligenter Computernetze verallgemeinert werden. Als ein Beispiel für adaptive Systeme in der realen Welt kann die Echtzeit-Verkehrssteuerung genannt werden. Diese Systeme überwachen die Umgebung, analysieren Beobachtungen und planen Anpassungsmaßnahmen um den Verkehrsfluss zu regulieren. Ein weiteres Beispiel ist das sogenannte Platooning, welches die Fähigkeit beschreibt, in Gruppen mit geringen Abständen zwischen den beteiligten Fahrzeugen zu fahren. Das stetig wachsende Verkehrsvolumen auf den Straßen führt automatisch zu einem erhöhten Infrastrukturbedarf, den Behörden derzeit durch Neubau und Erweiterung der existierenden Infrastruktur begegnen. Platooning ist eine vielversprechende Technologie, die durch die Reduzierung der Mindestabstände von Fahrzeugen und Kommunikation zwischen diesen, automatisch zu einer Erhöhung des Verkehrsdurchsatzes sowie der Sicherheit auf der verwendeten Infrastruktur führt. Auch im Bereich der Logistik finden sich diverse Beispiele für SAS, wie zum Beispiel die Tourenplanung (engl. Vehicle Routing Problem (VRP)) welches sich mit der Planung von Touren für den Straßengütervekehr befasst. Zur Bewältigung des ständig steigenden Transportaufkommens aufgrund zunehmender Just-in-Time-Produktion und erhöhter Nachfrage durch Online-Shopping ist eine effiziente und korrekte Routenplanung für Warentransporte besonders wichtig. Üblicherweise werden Optimierungsalgorithmen angewandt, um sinnvolle Lösungen in angemessener Rechenzeit zu finden. Durch die Anwendung von Konzepten der SAS kann die Dynamik des Problems berücksichtigt werden, indem es den Umgang mit sich ändernden Anforderungen, Einschränkungen und spontan eingehenden Aufträgen ermöglicht. Darüber hinaus spielen Lagerhäuser eine zentrale Rolle in der Lieferkette von Unternehmen und tragen maßgeblich zum logistischen Erfolg bei. Fachbodenregallager (engl. mezzanine warehouses) sind laut Expertenschätzung die am häufigsten verwendeten Lager wenn Mitarbeiter die eingelagerten Güter manuell ein- und auslagern (engl. picker-to-part). Die Prozesse der Lagerzuweisung und der Kommissionierung sind die beiden Hauptaufgaben in Fachbodenregallagern, welche ebenfalls häufig mit Optimierungsalgorithmen gelöst werden. Beide Prozesse müssen in einer dynamischen Umgebung ablaufen, für die SAS einen vielversprechenden Lösungsansatz darstellt. Für die Anwendung von SAS in diesen beiden Bereichen ist die Definition von Anpassungsplanungsstrategien (engl. adaptation planning strategies) der Schlüsselfaktor für den Erfolg des Gesamtsystems. In der Literatur finden sich zahlreiche Anpassungsplanungsstrategien für verschiedene Anwendungsbereiche, was dazu führt, dass der Anwender die vielversprechendste Strategie für das jeweilige Problem auswählen muss. Das No-Free-Lunch-Theorem besagt jedoch, dass die Leistung einer Strategie nicht direkt auf andere Probleme übertragbar ist. Dementsprechend zielt das 1976 erstmals definierte Problem der Algorithmenauswahl darauf ab, den leistungsfähigsten Algorithmus für das aktuelle Problem zu finden. Seitdem wurde diese Problemstellung immer weiter erforscht, und wird beispielsweise von der Forschungsgemeinschaft, welche sich mit maschinellem Lernen beschäftigt, als Lernproblem angesehen. In der Literatur lassen sich vielfältige Ideen finden, welche auf die Algorithmentauswahl in verschiedenen Anwendungsfällen abzielen. Jedoch wurde bisher nur wenig Forschung betrieben, um diese Ansätze zu verallgemeinern und auf andere Anwendungsfälle zu übertragen. Darüber hinaus hängt besonders im Bereich der SAS die Auswahl der am besten geeigneten Strategie von der aktuellen Situation des Systems ab. In der Literatur finden sich Techniken zur Identifizierung der Situation eines Systems, z. B. durch Anwendung von Regeln oder Clustering-Techniken. Dieses Wissen kann dann verwendet werden, um die Auswahl der Algorithmen, oder im Rahmen dieser Arbeit, die Auswahl der Anpassungsplanungsstrategien zu verfeinern. Darüber hinaus bietet die Kenntnis über die aktuelle Situation und die Leistung von Anpassungsplanungsstrategien in ähnlichen, zuvor beobachteten Situationen eine weitere Möglichkeit für Verbesserungen. Dieses Lernen und Nachdenken (engl. reasoning) über das System und seine Umgebung ist Kernbestandteil des Forschungsbereichs der sich selbst bewusster Computer Systeme (engl. Self-Aware Computing (SeAC)). In dieser Arbeit untersuchen wir gemeinsame Merkmale von Anpassungsplanungsstrategien in den Anwendungsbereichen ITS sowie Logistik und stellen ein sich seiner selbst bewusstes (engl. self-aware) Rahmenkonzept zur Optimierung dieser Strategien vor. Wir betrachten Platooning-Koordinations-strategien aus dem Bereich ITS und Optimierungstechniken aus der Logistik als Anpassungsplanungsstrategien, die unter Berücksichtigung der aktuellen Situation ausgetauscht und optimiert werden können. Darüber hinaus schlagen wir vor, die Aspekte Fairness und Unsicherheit direkt in solche Strategien zu integrieren. Anschließend untersuchen wir die komplexe Struktur der logistischen Anwendungsfälle VRP und Fachbodenregallager und identifizieren ihre Struktur bestehend aus Systemen von Systemen (engl. System-of-Systems). Wir entwerfen einen zweistufigen Ansatz für vertikale oder verschachtelte Systeme und schlagen vor, die Auswirkungen der Verflechtung horizontaler oder koexistierender Systeme zu berücksichtigen. Im Einzelnen fassen wir die sechs Hauptbeiträge dieser Arbeit wie folgt zusammen: Zu Beginn analysieren wir die spezifischen Merkmale von Anpassungsplanungsstrategien mit besonderem Augenmerk auf ITS und Logistik. Wir verwenden Platooning und Routenplanung in hochdynamischen Umgebungen als Repräsentanten für ITS und rich VRP (rVRP) sowie Fachbodenregallager als Vertreter der Logistikdomäne. Anhand dieser Fallstudien leiten wir die Notwendigkeit einer situationsgerechten Optimierung von Anpassungsplanungsstrategien ab und argumentieren, dass Fairness ein wichtiger Aspekt bei der Anwendung dieser Strategien in ITS ist. Im Bereich der Logistik erörtern wir, dass diese komplexen Systeme als System von Systemen betrachtet werden können und dass diese Struktur die Leistung der einzelnen Teilsysteme beeinflusst. Daher argumentieren wir, dass die Berücksichtigung dieser Merkmale ein entscheidender Faktor für den Erfolg des Gesamtsystems ist. Zweitens entwerfen wir ein sich seiner selbst bewusstes Rahmenwerk zur Optimierung von Anpassungsplanungsstrategien. Wir abstrahieren den Rahmen für die Optimierung der Strategien auf eine dritte Ebene oberhalb des Anwendungsfalls und seinem Anpassungsplanungssystems, was die Übertragung der Konzepte auf eine Vielzahl von Anwendungsfällen ermöglicht. Darüber hinaus schlagen wir ein Domänendatenmodell (engl. Domain Data Model) für die Konfiguration des Rahmenwerks vor, so dass der Anwender durch die Definition von verfügbaren Anpassungsplanungsstrategien, der zu optimierenden Parameter und der Leistungsmaße das Rahmenwerk individuell anwenden kann. Der Rahmen besteht aus vier Komponenten: (i) Koordination, (ii) Situationserkennung, (iii) Strategieauswahl, und (iv) Parameteroptimierung. Während die Koordinationskomponente Beobachtungen empfängt und die anderen Komponenten aufruft, wendet die Situationserkennung Regeln oder Clustering-Techniken an, um die aktuelle Situation zu identifizieren. Die Strategieauswahl nutzt dieses Wissen, um die vielversprechendste Strategie für die aktuelle Situation auszuwählen, und die Parameteroptimierung wiederum wendet Optimierungsalgorithmen an, um die Parameter der Strategie einzustellen. Darüber hinaus wenden wir die Konzepte aus dem Bereich des SeAC an und integrieren Schlussfolgerungs- und Lernprozesse, um eine kontinuierliche Weiterentwicklung des Rahmenwerks zu ermöglichen. Wir evaluieren unser Rahmenwerk anhand des Anwendungsfalls Platooning und wählen dynamisch Platooning-Koordinationsstrategien aus und optimieren deren Parameterbelegung. Unsere Evaluation zeigt, dass das Rahmenwerk in der Lage ist, die am besten geeignete Anpassungsstrategie auszuwählen und das situative Verhalten des Systems zu erlernen. Drittens argumentieren wir, dass der Aspekt Fairness am besten direkt in den Strategien berücksichtigt werden sollte. Daher schlagen wir eine Reihe von Fairness-Mechanismen vor, um positive und negative Auswirkungen des Platooning zwischen allen Teilnehmern eines Platoons auszugleichen. Wir entwerfen sechs Mechanismen zur Rotation der Fahrzeugreihenfolge im Platoon, die die Führungsposition unter allen Teilnehmern kontinuierlich wechseln, da dies die Position mit den geringsten positiven Auswirkungen ist. Wir analysieren diese Strategien auf Straßen unterschiedlicher Größe sowie mit unterschiedlichem Verkehrsaufkommen und zeigen, dass auch diese Mechanismen mit Bedacht gewählt werden sollten. Viertens befassen wir uns mit Unsicherheit und schlagen eine Methodik vor, um Unsicherheit zu berücksichtigen und sie auch direkt in den Anpassungsplanungsstrategien zu behandeln. Wir befassen uns mit der optimierten Auswahl von Tankstellen entlang einer Route, die mit hochdynamischen Treibstoffpreisen einhergeht, und entwickeln sechs Nutzenfunktionen, welche verschiedene Aspekte der Routenplanung berücksichtigen. Darüber hinaus integrieren wir Unsicherheitsmaße für dynamische Kraftstoffpreise, indem wir Strafen für längere Fahrtzeiten oder eine größere Entfernung zur nächsten Tankstelle hinzufügen. Durch diesen Ansatz sind wir in der Lage, die Unsicherheit zum Planungszeitpunkt zu reduzieren und erhalten so eine robustere Routenplanung. Fünftens erforschen wir die Optimierung von verschachtelten System von Systemen für den Anwendungsfall rVRP. Bevor wir einen Ansatz zur Bewältigung der komplexen Struktur des Problems vorschlagen, analysieren wir wichtige Einschränkungen und Ziele, die bei der Erstellung eines realen rVRP berücksichtigt werden sollten. Dann schlagen wir einen zweistufigen Arbeitsablauf (engl. Workflow) vor, mit dem beide Systeme individuell, flexibel und austauschbar optimiert werden können. Wir wenden einen genetischen Algorithmus (engl. Genetic Algorithm (GA)) und einen Ameisenalgorithmus (engl. Ant Colony Optimization (ACO)) auf beide Systeme an und vergleichen die Leistung unseres Arbeitsablaufs mit weit verbreiteten Optimierungsalgorithmen für diesen Anwendungsfall. In unserer Bewertung zeigen wir, dass der vorgeschlagene zweistufige Arbeitsablauf in der Lage ist, die komplexe Struktur der Problemstellung zu bewältigen und alle realitätsnahen Einschränkungen und Ziele zu berücksichtigen. Schließlich untersuchen wir koexistierende Systeme von Systemen, indem wir typische Prozesse in Fachbodenregallager optimieren. Zunächst definieren wir, welche ergonomischen und wirtschaftlichen Randbedingungen sowie Ziele bei der Erstellung eines realen Problems berücksichtigt werden müssen. Dann analysieren wir die Wechselbeziehung zwischen Lagerzuordnungs- und Kommissionierproblemen und zeigen Möglichkeiten auf, Optimierungsansätze zu entwerfen, die alle Ziele optimieren sowie eine gute Gesamtsystemleistung anstreben, während gleichzeitig die gegenseitige Abhängigkeit beider Systeme berücksichtigt wird. Wir verwenden NSGA-II für die Lagerbelegung und ACO für die Kommissionierung und passen beide an die spezifischen Anforderungen horizontaler Systeme von Systemen an. In unserer Evaluierung vergleichen wir unsere Ansätze mit State-of-the-Art-Ansätzen in Fachbodenregallagern und zeigen, dass die von uns vorgeschlagenen Ansätze die Systemleistung erhöhen. Die von uns vorgeschlagenen Ansätze liefern sowohl für die akademische Forschung, als auch für praktische Anwendungen wichtige Beiträge. Wir sind, unseres Wissens nach, die Ersten, die ein sich seiner Selbst bewusstes Rahmenwerk zur Optimierung von Anpassungsplanungsstrategien entwerfen, das Situationsbewusstsein, Algorithmenauswahl, Parameteroptimierung sowie Lernen und Schlussfolgern integriert. Unsere Evaluierung der Platooning-Koordination zeigt vielversprechende Ergebnisse für die Anwendung des Rahmenwerks, da es in der Lage ist, die am besten geeignete Anpassungsplanungsstrategie auszuwählen und situatives Verhalten zu erlernen. Darüber hinaus stellen die von uns vorgeschlagenen Strategien zur Kompensation negativer Auswirkungen des Platooning einen wichtigen Meilenstein für die weitere Forschung im Bereich der Platooning-Koordination dar, was zu einer höheren Akzeptanz in der Gesellschaft und einer wahrscheinlicheren Übernahme der Technologie in der realen Welt führen könnte. Die vorgeschlagene Methodik und die Nutzenfunktionen, die sich mit Unsicherheit befassen, sind ein wichtiger Schritt zur Verbesserung der Fähigkeiten von SAS in einer zunehmend turbulenten Umgebung. In ähnlicher Weise sind unsere Beiträge zur Optimierung von Systemen bestehend aus weiteren Systemen wichtige Beiträge zum Stand der Logistik- und System-of-System-Forschung. Schlussendlich haben wir für die Anwendung unserer Ansätze reale Anwendungsfälle ausgewählt und mit Industriepartnern zusammengearbeitet, was die praktische Relevanz unserer Beiträge unterstreicht. Die Reduzierung des manuellen Aufwands und des erforderlichen Expertenwissens in unserem selbstlernenden Rahmenwerk ist ein Meilenstein in der Überbrückung der Kluft zwischen Wissenschaft und Praxis. Einer unserer Partner hat den zweistufigen Ansatz zur Bewältigung des rVRP bereits in sein Softwaresystem integriert, was sowohl die Zeit zur Lösungsfindung als auch die Lösungsqualität verbessert. Zusammenfassend führten die Beiträge dieser Arbeit zu weiteren Forschungsprojekten, zum Beispiel einem Industrie-Projekt zur Optimierung von Paketzustellungen gefördert vom Bayerischer Verbundforschungsprogramm (BayVFP) - Digitalisierung, sowie weiteren Kooperationen, die vielversprechende Perspektiven für die künftige Forschung eröffnen.