Komplizierte Entscheidungen

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einfach automatisiert

Als Experte für mathematische Modelle und Algorithmen finde ich intelligente Entscheidungen per Knopfdruck. Ich helfe freiberuflich bei Optimierungs-und Softwareentwicklungsprojekten.
Einige verwendete Technologien:
C++
Gitlab
Gurobi
GAMS

Analytics Report

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01.02.2022
01.02.2022

Meine Services
für Ihren Erfolg

Ich bin überzeugt: Menschen sollten sich auf das konzentrieren können, was nur sie schaffen können. Um solch einen Fokus zu ermöglichen, lasse ich Computer Entscheidungen treffen, bei denen es um Zahlen und abstrakte Konzepte geht, die praktisch unzählige Alternativen haben, und darum einen systematischen Ansatz erfordern. So werden Computer zu Ihrer geduldigsten und ausdauerndsten Unterstützung bei der Auswahl sinnvoller Handlungen. Dies sind meine konkreten Angebote für Sie:

Modellierung

Ich erstelle ein mathematisches Modell Ihres Optimierungsproblems um eine komplizierte Entscheidungsaufgabe aus der echten Welt für den Computer verständlich zu beschreiben. Ein solches Modell besteht aus Entscheidungsvariablen, Nebenbedingungen und einer Zielfunktion.
Ob Ma­xi­mie­rung von Ef­fi­zienz oder Ge­winn, ob Mi­ni­mie­rung von Ener­gie­be­darf oder Kos­ten - ich er­stel­le ein ma­the­ma­ti­sches Mo­dell um Ih­re kom­pli­zier­te Ent­schei­dungs­auf­ga­be aus der ech­ten Welt für den Com­pu­ter ver­ständ­lich zu be­schrei­ben. Ein sol­ches Mo­dell be­steht aus Ent­schei­dungs­va­ri­a­blen, Ne­ben­be­din­gun­gen und ei­ner Ziel­funk­ti­on.

Algorithmen und Solver

Auf der Suche nach der effizientesten Modellformulierung entwickele ich verschiedene vielversprechende Formulierungen. Ich greife tief in die mathematische Trickkiste um den Rechenaufwand der Optimierung zu minimieren und den praktischen Nutzen der daraus resultierenden Lösung zu maximieren.
Auf der Su­che nach der ef­fi­zi­en­tes­ten Mo­dell­for­mu­lie­rung ent­wi­cke­le ich ver­schie­de­ne viel­ver­spre­chen­de For­mu­lie­run­gen. Ich grei­fe tief in die ma­the­ma­ti­sche Trick­kis­te um den Re­chen­auf­wand der Op­ti­mie­rung zu mi­ni­mie­ren und den prak­ti­schen Nut­zen der dar­aus re­sul­tie­ren­den Lö­sung zu ma­xi­mie­ren.

Integration

Diese Phase dreht sich ganz um Ihre Arbeitsprozesse, bzw. die Ihrer Kunden. Ich bringe die Lösung des Problems dorthin wo sie gebraucht wird: Visuell aufbereitete Ergebnisse, Empfehlungen und Alternativen landen auf den Bildschirmen Ihrer Mitarbeiter und Kunden, die harten Zahlen in ERP-Systemen, Excel-Reports und Datenbanken.
Die­se Pha­se dreht sich ganz um Ih­re Ar­beits­pro­zes­se, bzw. die Ih­rer Kun­den. Ich brin­ge die Lö­sung des Pro­blems dort­hin wo sie ge­braucht wird: Vi­su­ell auf­be­rei­te­te Er­geb­nis­se, Emp­feh­lun­gen und Al­ter­na­ti­ven lan­den auf den Bild­schir­men Ih­rer Mit­ar­bei­ter und Kun­den, die har­ten Zah­len in ERP-​Sys­te­men, Ex­cel-​Re­ports und Da­ten­ban­ken.

Softwareentwicklung
und Beratung

Maßgeschneiderte Software und Tools zur Vereinfachung Ihrer Entscheidungs- und Planungsprozesse, sowie anschauliche Erklärungen bekommen Sie in jedem Projekt ebenso wie eine gewissenhafte Dokumentation unserer Ergebnisse.
Maß­ge­schnei­der­te Soft­ware und Tools zur Ver­ein­fa­chung Ih­rer Ent­schei­dungs- und Pla­nungs­pro­zes­se, so­wie an­schau­li­che Er­klä­run­gen be­kom­men Sie in je­dem Pro­jekt eben­so wie ei­ne ge­wis­sen­haf­te Do­ku­men­ta­ti­on un­se­rer Er­geb­nis­se.

Modellierung

Ob Ma­xi­mie­rung von Ef­fi­zienz oder Ge­winn, ob Mi­ni­mie­rung von Ener­gie­be­darf oder Kos­ten - ich er­stel­le ein ma­the­ma­ti­sches Mo­dell um Ih­re kom­pli­zier­te Ent­schei­dungs­auf­ga­be aus der ech­ten Welt für den Com­pu­ter ver­ständ­lich zu be­schrei­ben. Ein sol­ches Mo­dell be­steht aus Ent­schei­dungs­va­ri­a­blen, Ne­ben­be­din­gun­gen und ei­ner Ziel­funk­ti­on. Die Ent­schei­dungs­va­ri­a­blen be­schrei­ben die Art je­der ein­zel­nen Teil­ent­schei­dung; bei­spiels­wei­se ja/nein, die An­zahl gan­zer Ein­hei­ten (wie ge­nutz­te LKW), und die Men­ge von ei­nem kon­ti­nu­ier­li­chen Gut (wie elek­tri­scher Ener­gie).
Ich erstelle ein mathematisches Modell Ihres Optimierungsproblems um eine komplizierte Entscheidungsaufgabe aus der echten Welt für den Computer verständlich zu beschreiben. Ein solches Modell besteht aus Entscheidungsvariablen, Nebenbedingungen und einer Zielfunktion. Die Entscheidungsvariablen beschreiben die Art jeder einzelnen Teilentscheidung; beispielsweise ja/nein, die Anzahl ganzer Einheiten (wie genutzte LKW), und die Menge von einem kontinuierlichen Gut (wie elektrischer Energie).
Ne­ben­be­din­gun­gen sind (bspw. ther­mo­dy­na­mi­sche) Ver­knüp­fun­gen der Ent­schei­dungs­va­ri­a­blen­ (wie Mas­sen­bi­lan­zen­, Re­ak­ti­ons­ki­ne­tik), so­wie si­tu­a­tions­spe­zi­fi­sche lo­gi­sche, recht­li­che und stra­te­gi­sche Ein­schrän­kun­gen der Ge­samt­ent­schei­dung. Zum Bei­spiel kann ein gut aus­ge­bil­de­ter Mit­ar­bei­ter drei ver­schie­de­ne Ma­schi­nen­ be­die­nen, nie aber mehr als ei­ne gleich­zei­tig. Hier be­schrei­ben wir ge­mein­sam Ih­re Qua­li­täts- und Si­cher­heits­an­for­de­run­gen, sam­meln Da­ten und Pro­zess­ab­läu­fe, so­wie Be­son­der­hei­ten lan­ge ge­nutz­ter und im Lau­fe der Zeit ste­tig er­wei­ter­ter An­la­gen. Die Ziel­funk­ti­on ist ei­ne For­mel, die die Qua­li­tät ei­ner Ent­schei­dung be­wer­tet, zum Bei­spiel be­wer­ten Pro­duk­ti­ons­kos­ten­ von Pro­zes­sen mit zeit­lich va­ri­a­blen­ Kos­ten­ ei­nen Pro­duk­ti­ons­plan.
Nebenbedingungen sind (bspw. thermodynamische) Verknüpfungen der Entscheidungsvariablen (wie Massenbilanzen, Reaktionskinetik), sowie situationsspezifische logische, rechtliche und strategische Einschränkungen der Gesamtentscheidung. Zum Beispiel kann ein gut ausgebildeter Mitarbeiter drei verschiedene Maschinen bedienen, nie aber mehr als eine gleichzeitig. Hier beschreiben wir gemeinsam Ihre Qualitäts- und Sicherheitsanforderungen, sammeln Daten und Prozessabläufe, sowie Besonderheiten lange genutzter und im Laufe der Zeit stetig erweiterter Anlagen. Die Zielfunktion ist eine Formel, die die Qualität einer Entscheidung bewertet, zum Beispiel bewerten Produktionskosten von Prozessen mit zeitlich variablen Kosten einen Produktionsplan.

Algorithmen und Solver

Auf der Suche nach der effizientesten Modellformulierung entwickele ich verschiedene vielversprechende Formulierungen. Ich greife tief in die mathematische Trickkiste um den Rechenaufwand der Optimierung zu minimieren und den praktischen Nutzen der daraus resultierenden Lösung zu maximieren. Ein und dasselbe Problem kann mit verschiedenen Ansätzen beschrieben werden. Diese Ansätze können zu kontinuierlichen oder mixed-integer Modellen führen, oder zu stark bzw. weniger stark strukturierten Modellen, und sie unterscheiden sich in der Anzahl der Variablen und Nebenbedingungen.
Auf der Su­che nach der ef­fi­zi­en­tes­ten Mo­dell­for­mu­lie­rung ent­wi­cke­le ich ver­schie­de­ne viel­ver­spre­chen­de For­mu­lie­run­gen. Ich grei­fe tief in die ma­the­ma­ti­sche Trick­kis­te um den Re­chen­auf­wand der Op­ti­mie­rung zu mi­ni­mie­ren und den prak­ti­schen Nut­zen der dar­aus re­sul­tie­ren­den Lö­sung zu ma­xi­mie­ren. Ein und das­sel­be Pro­blem kann mit ver­schie­de­nen An­sät­zen be­schrie­ben wer­den. Die­se An­sät­ze kön­nen zu kon­ti­nu­ier­li­chen oder mixed-​in­te­ger Mo­del­len füh­ren, oder zu stark bzw. we­ni­ger stark struk­tu­rier­ten Mo­del­len, und sie un­ter­schei­den sich in der An­zahl der Va­ri­a­blen und Ne­ben­be­din­gun­gen.
Ob aus­schließ­lich li­ne­a­re Ter­me, oder auch qua­dra­ti­sche, und stär­ker nicht­li­ne­a­re Ter­me ver­wen­det wer­den, ist ei­ne wei­te­re wich­ti­ge Ei­gen­schaft, die ent­schei­det, wel­che Al­go­rith­men zur Pro­blem­lö­sung ge­eig­net sind. Ne­ben nied­ri­gem Re­chen­auf­wand sind nu­me­ri­sche Sta­bi­li­tät, In­ter­pre­tier­bar­keit der Lö­sung, Er­wei­ter­bar­keit und Mo­du­la­ri­tät so­wie gu­te Les­bar­keit Merk­ma­le ef­fi­zi­en­ter Mo­del­le.
Ob ausschließlich lineare Terme, oder auch quadratische, und stärker nichtlineare Terme verwendet werden, ist eine weitere wichtige Eigenschaft, die entscheidet, welche Algorithmen zur Problemlösung geeignet sind. Neben niedrigem Rechenaufwand sind numerische Stabilität, Interpretierbarkeit der Lösung, Erweiterbarkeit und Modularität sowie gute Lesbarkeit Merkmale effizienter Modelle.

Integration

Diese Phase dreht sich ganz um Ihre Arbeitsprozesse, bzw. die Ihrer Kunden. Ich bringe die Lösung des Problems dorthin wo sie gebraucht wird: Visuell aufbereitete Ergebnisse, Empfehlungen und Alternativen landen auf den Bildschirmen Ihrer Mitarbeiter und Kunden, die harten Zahlen in ERP-Systemen, Excel-Reports und Datenbanken.
Die­se Pha­se dreht sich ganz um Ih­re Ar­beits­pro­zes­se, bzw. die Ih­rer Kun­den. Ich brin­ge die Lö­sung des Pro­blems dort­hin wo sie ge­braucht wird: Vi­su­ell auf­be­rei­te­te Er­geb­nis­se, Emp­feh­lun­gen und Al­ter­na­ti­ven lan­den auf den Bild­schir­men Ih­rer Mit­ar­bei­ter und Kun­den, die har­ten Zah­len in ERP-​Sys­te­men, Ex­cel-​Re­ports und Da­ten­ban­ken.
Im Di­a­log mit den zu­stän­di­gen Be­nut­zern er­mitt­le ich, wie wich­ti­ge Da­ten er­fasst wer­den kön­nen, zum Bei­spiel ak­tu­el­le La­ger­be­stän­de oder die Auf­trags­si­tua­ti­on. Je­de Pro­blem­in­stanz, die ge­löst wird, ist so­mit auf dem ak­tu­ells­ten Stand. Maß­ge­schnei­der­te In­ter­pre­ta­ti­ons­hil­fen für die Lö­sung sor­gen da­für, dass je­der Nut­zer mit Freu­de die Er­geb­nis­se er­war­tet. Im Ide­al­fall er­laubt ei­ne er­folg­rei­che In­te­gra­ti­ons­pha­se das Pro­blem je­weils per Knopf­druck zu spe­zi­fi­zie­ren, zu lö­sen und zu in­ter­pre­tie­ren.
Im Dialog mit den zuständigen Benutzern ermittle ich, wie wichtige Daten erfasst werden können, zum Beispiel aktuelle Lagerbestände oder die Auftragssituation. Jede Probleminstanz, die gelöst wird, ist somit auf dem aktuellsten Stand. Maßgeschneiderte Interpretationshilfen für die Lösung sorgen dafür, dass jeder Nutzer mit Freude die Ergebnisse erwartet. Im Idealfall erlaubt eine erfolgreiche Integrationsphase das Problem jeweils per Knopfdruck zu spezifizieren, zu lösen und zu interpretieren.

Softwareentwicklung
und Beratung

Maßgeschneiderte Software und Tools zur Vereinfachung Ihrer Entscheidungs- und Planungsprozesse, sowie anschauliche Erklärungen bekommen Sie in jedem Projekt ebenso wie eine gewissenhafte Dokumentation unserer Ergebnisse. Die modernen Sprachstandards von C++, sowie die STL verwende ich seit mehreren Jahren. Ich habe noch in älteren Standards das Programmieren gelernt und bin versiert im Umgang mit Legacy-Software.
Maß­ge­schnei­der­te Soft­ware und Tools zur Ver­ein­fa­chung Ih­rer Ent­schei­dungs- und Pla­nungs­pro­zes­se, so­wie an­schau­li­che Er­klä­run­gen be­kom­men Sie in je­dem Pro­jekt eben­so wie ei­ne ge­wis­sen­haf­te Do­ku­men­ta­ti­on un­se­rer Er­geb­nis­se. Die moder­nen Sprach­stan­dards von C++, so­wie die STL ver­wen­de ich seit meh­re­ren Jah­ren. Ich ha­be noch in äl­te­ren Stan­dards das Pro­gram­mie­ren ge­lernt und bin ver­siert im Um­gang mit Le­ga­cy-​Soft­ware.
Dar­über hin­aus ent­wick­le ich Lö­sun­gen in GAMS, MAT­LAB und Mo­de­li­ca, so­wie nütz­liche Skrip­te. In je­dem Soft­ware­ent­wick­lungs­pro­jekt bin ich als Teil Ih­res Teams mit­ver­ant­wort­lich für ef­fi­zi­en­te Kom­mu­ni­ka­ti­on und die Pro­duk­ti­vi­tät des Ge­samt­pro­jekts. Dies be­her­zi­ge ich im Rah­men einer a­gi­len Ar­beits­wei­se. In welt­weit ver­teil­ten Teams ar­bei­te ich schon vie­le Jah­re sehr er­folg­reich.
Darüber hinaus entwickle ich Lösungen in GAMS, MATLAB und Modelica, sowie nützliche Skripte. In jedem Softwareentwicklungsprojekt bin ich als Teil Ihres Teams mitverantwortlich für effiziente Kommunikation und die Produktivität des Gesamtprojekts. Dies beherzige ich im Rahmen einer agilen Arbeitsweise. In weltweit verteilten Teams arbeite ich schon viele Jahre sehr erfolgreich.
Mögliche Anwendungsgebiete:
1. Kostenminimierung
2. Produktionsplanung
3. Transport
4. Energieeffizienz
5. Energie- und Logistiknetzwerke
6. Standortplanung

Wie ein Projekt abläuft

Mit agiler Arbeitsweise stelle ich effiziente Kommunikation sicher und beziehe entscheidende Mitarbeiter vor Ort ein. Sollte im Projekt etwas Neues entdeckt werden, kann ich mit Fokus auf das Projektziel schnell reagieren.

01

Erstkontakt

5 Minuten
Ihre Projektidee oder Ihr Anliegen können Sie auf dieser Website im Kontaktformular kurz beschreiben. Sie helfen mir damit, unser kostenloses Erstgespräch vorzubereiten.

02

Erstgespräch

1 Stunde
Mittels Video-Konferenz lade ich zu einem unverbindlichen, aber vertraulichen Gespräch ein. Hier sondieren wir, ob für uns ein gemeinsames Projekt sinnvoll ist. Im besten Fall erstellen wir schon ein erstes, grobes Konzept, wie Ihre Anforderungen bis zum Projektabschluss umgesetzt werden können. Auf dieser Basis können Sie mein Angebot in Ruhe überprüfen.

03

Projektstart

1-3 Wochen
Wir vereinbaren gemeinsam den ersten Meilenstein, dieser ignoriert noch viele Details. Auf dem Weg zum ersten Meilenstein lernen wir einander kennen, und synchronisieren unsere Kommunikation und Arbeitsmethoden. Der Projektstart schließt mit einer ersten Feedbackrunde ab, bei der wir Projektinhalte und -methoden bewerten, und unseren Projektentwurf anpassen.

04

Projektverlauf

2 Wochen - mehrere Monate
In möglichst kleinen Iterationen implementieren wir mit jedem Meilenstein mehr und mehr Details und testen das Ergebnis laufend. Bei Projekten die "von Null beginnen", ist die Modellierungsphase das Herzstück des Projekts. Auch wenn der Fokus in anderen Bereichen liegt, werden häufig noch einzelne Modellierungsdetails angepasst.

05

Projektabschluss

1 Tag
Wir erreichen das Ziel, indem wir grünes Licht von Ihren Kunden und Mitarbeitern einholen. Dieser Fokus auf die Nutzer stellt sicher, dass die Projektergebnisse wertschöpfend in bestehende Prozesse integriert sind. Außerdem übergebe ich die Projektdokumentation, die eine effektive Einführung für neue Nutzer sein wird, und spätere Ergänzungen erleichtert.

Über Tim

Hallo, ich bin Tim Varelmann. Damit Menschen Kapazität haben, ihre ureigenen Talente in die Welt zu bringen, mache ich Computer für die Automatisierung komplizierter, abstrakter und repetitiver Aufgaben nutzbar. Dann sind die Details in guten Händen und der Mensch kann seinen Blick für das große Ganze im Alltag bewahren.

Meine Reise hat mich an vier Top-Universitäten (RWTH Aachen, University of Queensland, MIT, UT Austin) auf drei Kontinenten geführt und mich zu einem Experten in mathematischer Optimierung gemacht. In Anwendungen aus Stromnetzen und Verfahrenstechnik habe ich mich als Problemlöser bewährt und bin neugierig darauf, weitere Felder kennenzulernen. Neben mathematischer Optimierung schlägt mein Herz für Fußball, Brettspiele und alle Sorten Wassersport - außer Schwimmen.

Referenzen

Zufriedene Partner im O-Ton.

Professionell und extrem kompetent

Während der hervorragenden Zusammenarbeit mit Tim habe ich ihn als eine sehr angenehme, höchst produktive und extrem kompetente Person kennengelernt. Tim war bei uns in einem Entwicklungsprojekt im fortgeschrittenen Stadium eingebunden und hat mit seiner Expertise für numerische Optimierung unmittelbar den Entwicklungsprozess vorangetrieben. Mit seinem Know-how hat er entscheidende Performance-Probleme behoben und uns somit die Skalierung unserer Modelle ermöglicht.

Stefan Kuhn

Entwicklungsingenieur bei thyssenkrupp Industrial Solutions AG

Ich freue mich auf Ihre Anfrage

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