Wissenschaftler der Technischen Universität Berlin, der Bundesanstalt für Materialprüfung (BAM), des Fraunhofer Instituts für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik (IPK), des Zuse Instituts Berlin (ZIB) und des Wissenschaftszentrum für Sozialforschung Berlin (WZB) arbeiten gemeinsam im Sonderforschungsbereich SFB 1026 "Sustainable Manufacturing – Globale Wertschöpfung nachhaltig gestalten". Der Sprecher ist Professor Dr.-Ing. Günther Seliger von der koordinierenden Technischen Universität Berlin. Das ZIB beteiligt sich daran mit den beiden Teilprojekten "A5 – Multikriterielle Optimierung" und "A6 – Optimierung und System Dynamics" im Projektbereich "A – Strategieentwicklung".

In vielen gegenwärtigen Wirtschaftssystemen ist der Stellenwert von Nachhaltigkeitsaspekten immernoch zu gering. Um unseren Planeten for diese und für nachfolgende Generationen als Lebensraum zu erhalten, ist ein vernünftiger Umgang mit endlichen und nachwachsenden Rohstoffen wie auch der menschlichen Arbeitskraft unerlässlich. In diesem SFB arbeiten Wissenschaftler aus den Bereichen der Produktions- und der Umwelttechnik mit Wirtschaftswissenschaftlern und Mathematikern zusammen, um gemeinsam die Frage zu beantworten, auf welche Weise globales Produzieren und Wirtschaften nachhaltig ausgestaltet werden kann. Ihr Ziel ist es, neue virtuelle und reale Produktionsprozesse zu entwickeln, welche die Überlegenheit von nachhaltigen Methoden über verbrauchsorientierten aufzeigen.

Im Teilprojekt "A5 - Multikriterielle Optimierung" arbeiten wir zusammen mit den Kollegen der Partnerinstitutionen an der bestmöglichen Organisation nachhaltiger Wertschöpfungskreisläufe unter Berücksichtigung von ökonomischen, ökologischen und sozialen Zielen. Wenn die wichtigsten Wirkungszusammenhänge quantifiziert werden, lassen sich solche Probleme als mehrkriterielle Optimierungsprobleme formulieren. Idealerweise würde man gerne die sogenannte Paretomenge der effizienten Lösungen mit allen Trade-off-Beziehungen in einer verständlichen, d.h. komprimierten oder reduzierten Form, berechnen, um auf dieser Basis fundierte Entscheidungen zu treffen. Die Umsetzung dieser Idee ist die Vision dieses Projektes. Multikriterielle Probleme sind im allgemeinen sehr schwierig. Die enormen Fortschritte der letzten 20 Jahre in der Diskreten Optimierung erlauben es aber, heute erstmals auch solche Probleme anzugehen. Das Feld der nachhaltigen Wertschöpfung mit seinen modularen und skalierbaren Fragestellungen bietet ideale Möglichkeiten für einen Entwicklungspfad, der in sinnvoller Weise von kleinen, einfachen zu großen und komplexen Anwendungen fortschreitet. Das Projekt zielt auf die Entwicklung von in der Praxis nutzbaren Algorithmen zur Lösung diskreter multikriterieller Optimierungsprobleme auf der Basis von Methoden der ganzzahligen Optimierung. Zu Beginn wird ein allgemeines, breit anwendbares Verfahren entwickelt, das später von besonders performanten Spezialmethoden ergänzt wird. Die Approximation bzw. Reduktion von hochdimensionalen Paretomengen ist dabei ein Schwerpunkt. Als algorithmische Basis des Projektes soll das C++-Framework SCIP zur monokriteriellen ganzzahligen Optimierung dienen.

Im Teilprojekt "A6 - Optimierung und System Dynamics" betrachten wir den Übergang einer heute vorherrschenden, verbrauchsorientierten Wirtschaftsform zu einer nachhaltigen. Dieses führt auf mathematische Modelle, die als kontinuierliche, deterministische Dynamische Systeme bezeichnet werden. Sie sind typischerweise beschrieben durch gewöhnliche Differenzialgleichungen über der Zeit. Damit beschreiben sie Regeln, wie sich ein System von einem gegebenen Anfangszustand ausgehend innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums verhält. Im Rahmen des SFB werden mit den beteiligten Wissenschaftlern der anderen Institute Modelle entwickelt werden, welche den Übergang von einer nicht-nachhaltigen zu einer nachhaltigen Wirtschafts- und Produktionsweise in Auszügen beschreiben. Diese Modelle werden zahlreiche externe Einstellmöglichkeiten enthalten, welche Entsprechungen in der realen Welt haben (z.B. Preise, Abgaben, Steuern). Um aus der Vielzahl der möglichen Setzungen dieser Einstellgrößen die hinsichtlich zu entwickelnder Kriterien bestmöglichen zu finden, werden Methoden der gemischt-ganzzahligen linearen und nichtlinearen Optimierung eingebunden.

• Dr. Ralf Borndörfer (Teilprojektleiter A5): Email, Homepage
• Dr. Armin Fügenschuh (Teilprojektleiter A6): Email, Homepage
• Prof. Dr. Martin Skutella (Teilprojektleiter A5): Email, Homepage
  
  

• Sebastian Schenker (Projekt A5): Email
• Ingmar Vierhaus (Projekt A6): Email
  
  

• Global Manufacturing: How to Use Mathematical Optimisation Methods to Transform to Sustainable Value Creation
  Rene Scheumann, Armin Fügenschuh, Sebastian Schenker, Ingmar Vierhaus, Ralf Borndörfer, Matthias Finkbeiner
  ZIB-Report 12-28

• Prof. Dr. Ottmar Edenhofer (Teilprojekt A4), Technische Universität Berlin, Institut für Landschaftsarchitektur und Umweltplanung.
• Prof. Dr. Matthias Finkbeiner (Teilprojekt A3, MGK), Technische Universität Berlin, Institut für Technischen Umweltschutz.
• Prof. Dr.-Ing. Roland Jochem (Teilprojekt C1), Technische Universität Berlin, Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb.
• Dr.-Ing. Holger Kohl (Teilprojekt C2), Fraunhofer Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik.
• Dr.-Ing. Jens König (Teilprojekt B2), Technische Universität Berlin, Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb.
• Prof. Dr.-Ing. Jörg Krüger (Teilprojekt C4), Technische Universität Berlin, Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb.
• Prof. Dr. Dorothea Kübler (Teilprojekt C3, MGK), Technische Unversität Berlin, Fachgebiet für experimentelle Wirtschaftsforschung.
• Dr.-Ing. Dr. Klaus-Dieter Lang (Teilprojekt B4), Fraunhofer Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration.
• Dr. Jan Christoph Minx (Teilprojekt A4), Technische Universität Berlin, Institut für Landschaftsarchitektur und Umweltplanung.
• Dr.-Ing. Carsten Reise (Teilprojekt C5, PA), Technische Universität Berlin, Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb.
• Prof. Dr.-Ing. Michael Reithmeier (Teilprojekt B3), Technische Universität Berlin, Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb.
• Dr. Julia Schmid (Teilprojekt C3), Leibniz-Wissenschaftszentrum Berlin für Sozialforschung.
• Dr.-Ing. Christopher Schwenk (Teilprojekt B3), Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung. 
• Prof. Dr.-Ing. Günther Seliger (SFB Sprecher und Teilprojekte A1, B6, C5, MGK, PA, Z), Technische Universität Berlin, Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb.
• Prof. Dr.-Ing. Rainer Stark (Teilprojekt B1, INF), Technische Universität Berlin, Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb.
• Dr.-Ing. Marzia Traverso (Teilprojekt A2), Technische Universität Berlin, Institut für Technischen Umweltschutz.
• Prof. Dr. h.c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann (Teilprojekt B2, B4, B5), Technische Universität Berlin, Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb.
  
  

Sonderforschungsbereich 1026 der Deutschen Forschungsgemeinschaft DFG, Bonn.

1. Förderphase vom 1. Januar 2012 bis 31. Dezember 2015.