Wirtschaftliche Optimierung der Steinbuttmast in geschlossenen Kreislaufanlagen: Entwicklung eines Planungs- und Entscheidungsmodells

Angesichts zunehmender Überfischung und steigender Nachfrage nach Fisch wächst das Interesse an der Fischproduktion in Aquakulturen. Neben Ansprüchen an die Qualität von Lebensmitteln werden zunehmend auch ökologische und sonstige Anforderungen an deren Erzeugung gestellt. Geschlossene Kreislaufanlagen repräsentieren einen besonderen Typ von Aquakulturanlagen, die äußerst emissionsarm arbeiten und eine nahezu vollkommen kontrollierbare Haltungsumgebung versprechen. Gleichzeitig ist deren operativer Betrieb sehr komplex und erfordert ein hohes Maß an Knowhow, Kontrolle sowie Kapital. Die vorliegende Arbeit behandelt die wirtschaftliche Optimierung von operativen Fischmastprozessen in kommerziell betriebenen Aquakulturanlagen am Beispiel einer geschlossenen Kreislaufanlage für Steinbutt. Steinbutt gilt als hochpreisiger Edelfisch, der bisher kaum züchterisch bearbeitet ist und damit eine besondere Herausforderung für das operative Prozessmanagement darstellt. Aktuell reagieren die operativen Prozesse der Steinbuttmast kaum auf wirtschaftliche, technische oder biologische Rahmenbedingungen: Infolge der Wachstumsheterogenität des Steinbutts nimmt der Anteil langsamwüchsiger Tiere stetig zu und Produktionsfaktoren (Mastplatz, Futter etc.) werden zunehmend von unprofitablen Prozessen beansprucht. Damit nehmen die durchschnittliche Wachstumsleistung des Fischbesatzes insgesamt sowie die Wirtschaftlichkeit des ganzen Betriebs ab (Kapitel 1 und 2). Zur wirtschaftlichen Optimierung ist zunächst ein lineares Modell der operativen Fischmastprozesse (Einsetzen von Setzlingen, Wachstum der Fische, Selektieren von Schlechtwüchsigen, Zuteilen von Fischkohorten auf passende Becken, Verkaufen von Schlachtfischen etc.) und der Produktionsbedingungen (biologische Wachstumsleistung, technische Anlagenkapazität, wirtschaftlichen Umweltbedingungen) entwickelt worden. Als Lösungsmethode kam gemischt-ganzzahlige lineare Programmierung zum Einsatz (Kapitel 3 und 4). Eine Reihe von Szenariorechnungen, in denen Selektionsanteil, Schlacht-, Futter- und Setzlingspreise sowie Kontraktspezifikationen variieren, stellt unter Beweis, dass die entwickelte Entscheidungshilfe plausible Planungsergebnisse erzeugt und erwartungsgemäß reagiert. Umfangreiche Szenariorechnungen und Parametrisierungsergebnisse quantifizieren die wirtschaftlichen Potentiale bzw. Risiken der Steinbuttmast und zeigen, dass die knappen Ressourcen durch Merzung schwachwüchsiger Tiere erheblich besser genutzt werden können (Kapitel 5 und 6). Damit leistet die vorliegende Arbeit einen Beitrag zur Planungs- und Entscheidungsunterstützung von operativen Fischmastprozessen und führt aus, warum Geschäfts- und Managementmodell an die Wachstumsheterogenität der gehaltenen Spezies angepasst sein sollten.With respect to rising overfishing and a growing demand for fish, the interest in aquaculture grows. In addition to food quality standards, the fish production has to meet ecological, social, and other requirements. Recirculating aquaculture systems represent a special type of aquacultural facilities, which avoids polluting emissions and provides almost perfect production control. At the same time, their operational management is complex and requires substantial amounts of know-how, control, and capital. This study concentrates on economical optimisation of operational fish fattening processes in commercial aquaculture facility using the example of turbot production in recirculating aquaculture systems. Turbot is regarded as an upscale blue white fish, which is barely bred with economic production intent yet. For this reason turbot fattening is a special challenge for operational process management. Currently the operational turbot fattening processes are marginally responsive to economic, technical, or biological conditions. Due to the fact that the growth of turbot is very heterogeneous, the proportion of slowly growing animals becomes larger and unprofitable processes occupy scarce production factors (rearing basins, feed, etc.). Devoid of operational reactions to turbot’s growth heterogeneity, the average growth performance of the whole stock and the profitability of the complete farm decrease continuously (chapter 1 and 2). Thus, first of all a linear model of operational fish fattening processes (buying fingerlings, culling slow growing fish, allocating fish cohorts to suitable basins, selling fish for slaughter) and the production conditions (biological growth performance, technical facility capacities, economic framework requirements) was built. Mixed integer linear programming was used to solve the model (chapter 3 and 4). Varying the selection quota, the price of fish, of feed as well as of fingerlings and the specification of sales contracts – several scenario based calculations show, that the developed model generates plausible results, reacts as expected, and is generally able to support operational decisions. The results of the parameterisation calculations quantify the economic potential respectively the risk of turbot fattening and demonstrate, that the scarce resources could be better used by culling slowly growing animals in early production stages (chapter 5 and 6). This study contributes to planning and decision support of operational fish fattening processes and explicates why business and management model have to be adapted to the heterogeneous growth of the kept species

Erfolgsformeln

Das Buch "Erfolgsformeln" von Matthias Ehrhardt, Michael Günther und Wil Schilders ist im September 2021 mit 212 Seiten Umfang erschienen, sowohl in gedruckter Form als auch im pdf-Format. Hier wird das Buch vorgestellt, die Kapitel können einzeln heruntergeladen und individuell gelesen werden. Die einzelnen Kapitel haben absichtlich ein sehr unterschiedliches mathematisches Niveau, um verschiedene Zielgruppen anzusprechen. Weiterhin gibt es auf der Webseite Referenzen für Leser, die sich mit einem Thema genauer auseinandersetzen wollen. Die Zielgruppe sind Abiturient*innen im deutschsprachigen Raum, aber auch jeder Mathematik-Interessent

Der Schutz der Privatsphäre bei der Anfragebearbeitung in Datenbanksystemen

In den letzten Jahren wurden viele Methoden entwickelt, um den Schutz der Privatsphäre bei der Veröffentlichung von Daten zu gewährleisten. Die meisten Verfahren anonymisieren eine gesamte Datentabelle, sodass sensible Werte einzelnen Individuen nicht mehr eindeutig zugeordnet werden können. Deren Privatsphäre gilt als ausreichend geschützt, wenn eine Menge von mindestens k sensiblen Werten existiert, aus der potentielle Angreifer den tatsächlichen Wert nicht herausfinden können. Ausgangspunkt für die vorliegende Arbeit ist eine Sequenz von Anfragen auf personenbezogene Daten, die durch ein Datenbankmanagementsystem mit der Rückgabe einer Menge von Tupeln beantwortet werden. Das Ziel besteht darin herauszufinden, ob Angreifer durch die Kenntnis aller Ergebnisse in der Lage sind, Individuen eindeutig ihre sensiblen Werte zuzuordnen, selbst wenn alle Ergebnismengen anonymisiert sind. Bisher sind Verfahren nur für aggregierte Anfragen wie Summen- oder Durchschnittsbildung bekannt. Daher werden in dieser Arbeit Ansätze entwickelt, die den Schutz auch für beliebige Anfragen gewährleisten. Es wird gezeigt, dass die Lösungsansätze auf Matchingprobleme in speziellen Graphen zurückgeführt werden können. Allerdings ist das Bestimmen größter Matchings in diesen Graphen NP-vollständig. Aus diesem Grund werden Approximationsalgorithmen vorgestellt, die in Polynomialzeit eine Teilmenge aller Matchings konstruieren, ohne die Privatsphäre zu kompromittieren.Over the last ten years many techniques for privacy-preserving data publishing have been proposed. Most of them anonymize a complete data table such that sensitive values cannot clearly be assigned to individuals. Their privacy is considered to be adequately protected, if an adversary cannot discover the actual value from a given set of at least k values. For this thesis we assume that users interact with a data base by issuing a sequence of queries against one table. The system returns a sequence of results that contains sensitive values. The goal of this thesis is to check if adversaries are able to link uniquely sensitive values to individuals despite anonymized result sets. So far, there exist algorithms to prevent deanonymization for aggregate queries. Our novel approach prevents deanonymization for arbitrary queries. We show that our approach can be transformed to matching problems in special graphs. However, finding maximum matchings in these graphs is NP-complete. Therefore, we develop several approximation algorithms, which compute specific matchings in polynomial time, that still maintaining privacy

Kombinatorische Ressourcenallokation mit ökonomischen Koordinationsmechanismen

In dieser Arbeit wird sowohl die theoretische Weiterentwicklung als auch die praktische Umsetzung von ökonomischen Koordinationsmechanismen zur Allokation von Ressourcen untersucht. Es werden neue Koordinationsverfahren für die Allokation komplementärer und substitutionaler Ressourcen entwickelt und Wege zu ihrer Realisierung in Agentensystemen aufgezeigt. Dabei werden Fragen der ökonomischen Effizienz, der Anreizkompatibilität und der Effizienz der Informationsbeschaffung untersucht. Darüberhinaus wird die Anwendbarkeit der Verfahren in einem Produktionskontext und die Konsequenz ihres Einsatzes für die Gestaltung von Organisationsstrukturen diskutier

Entscheidungsunterstützung zur Auswahl und Steuerung von Lieferanten und Lieferketten unter Berücksichtigung von Nachhaltigkeitsaspekten

Im Lieferantenmanagement gewinnen soziale und ökologische Aspekte entlang der Lieferkette zunehmend an Bedeutung. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Systems zur Entscheidungsunterstützung. Dazu wird ein zweistufiger Ansatz entwickelt, der aus einem Risiko- und einem Leistungsmodell besteht. Dieser ermöglicht sowohl eine Verbesserung der Transparenz entlang der Lieferkette als auch eine effiziente Bewertung der Nachhaltigkeitsleistung von Lieferanten

Bioenergie im Spannungsfeld

The challenge of this interdisciplinary research on sustainable bioenergy production in rural areas is how to reconcile the chances and risks of bioenergy production within the context of climate stabilization, resource conservation, biodiversity, water, air, and soil preservation, the interests of society and of farmers. To answer this we developed and improved evaluation criteria and methods for a bioenergy implementation in rural areas. We show that the problems arising from energy plant production such as monoculture, changes of landscape and land use competition, loss of biodiversity, costs, social denial etc. may be eliminated during workshops with the main stakeholders (farmers, technicians, policymakers, administration, ecologists etc.) as well as with interested people. We created some tools to facilitate decision-making and consensus building. Especially the decision behaviour of farmers for or against bioenergy is investigated. Some results from our field research: Energy plants may increase the richness in species on farmland. Contaminated areas should be utilised to grow energy plants with low extraction efficiency for pollutants. Emissions from wood and straw burning can be strongly minimised

Bioenergie im Spannungsfeld

The challenge of this interdisciplinary research on sustainable bioenergy production in rural areas is how to reconcile the chances and risks of bioenergy production within the context of climate stabilization, resource conservation, biodiversity, water, air, and soil preservation, the interests of society and of farmers. To answer this we developed and improved evaluation criteria and methods for a bioenergy implementation in rural areas. We show that the problems arising from energy plant production such as monoculture, changes of landscape and land use competition, loss of biodiversity, costs, social denial etc. may be eliminated during workshops with the main stakeholders (farmers, technicians, policymakers, administration, ecologists etc.) as well as with interested people. We created some tools to facilitate decision-making and consensus building. Especially the decision behaviour of farmers for or against bioenergy is investigated. Some results from our field research: Energy plants may increase the richness in species on farmland. Contaminated areas should be utilised to grow energy plants with low extraction efficiency for pollutants. Emissions from wood and straw burning can be strongly minimised

Chronologie der Naturwissenschaften: Der Weg der Mathematik und der Naturwissenschaften von den Anfängen in das 21. Jahrhundert

Das Werk ist eine Chronologie der mathematisch-naturwissenschaftlichen Entdeckungen und deren Protagonisten. Es enthält ca. zwölftausend Einträge über Entdeckungen und Erfindungen mit den Namen jener Personen, die in den einzelnen Disziplinen (Mathematik, Physik, Chemie, Astro-, Geo- und Biowissenschaften) Entdeckungen gemacht haben. Das Nachschlagewerk ist nach Jahren geordnet und umfasst den Zeitraum zwischen 10.000 v.Chr. bis 1990. Das Werk ergibt damit ein Bild von dem langen und komplizierten Prozess, der von den ersten Erfahrungen und Erkenntnissen über die Natur zu einzelnen wissenschaftlichen Kenntnissen über deren Teilgebiete, dann zu systematischem Wissen über diese Teilgebiete und schließlich zu den heutigen Naturwissenschaften führte. Für die Vor- und Frühgeschichte sind dabei auch Leistungen berücksichtigt, denen das Attribut der Wissenschaftlichkeit zwar nur bedingt zuerkannt werden kann, deren Aufnahme jedoch unabdingbar ist, um die historischen Entwicklungslinien im vollen Umfang nachzuzeichnen. Die Geowissenschaften sind in ihrer ganzen, auch die Länder- bzw. Völkerkunde umfassenden Breite vertreten, wobei auch die Anfänge jener Entwicklungen berücksichtigt wurden, die später zu den heute oft als Humangeographie bezeichneten sozial- und geisteswissenschaftlichen Komponenten der Geowissenschaften (Sozial-, Verkehrs-, Wirtschaftsgeographie usw.) führten. Zudem enthält das Werk Daten zu frühen Universitätsgründungen, zur Formierung verschiedener philosophischer Ideen und Systeme, zur Entstehung bedeutender Akademien, zur Gründung von Vereinigungen der einzelnen Disziplinen, zur Herausgabe von Zeitschriften und zur Konstruktion von wissenschaftlichen Geräten, die – wie Mikroskop, Fernrohr oder Teilchenbeschleuniger – die weitere Forschung maßgeblich beeinflussten. Eine besondere Rolle spielte die Umsetzung naturwissenschaftlicher Ideen in technologischen Verfahren und die sich dabei ergebenden Rückwirkungen auf den Erkenntnisfortschritt in der jeweiligen Disziplin. Die Fülle der Einträge ermöglicht es, eine Vorstellung von den bestimmenden Entwicklungslinien der einzelnen naturwissenschaftlichen Gebiete und der Mathematik in einem beliebigen Zeitraum zu gewinnen und zu erkennen, welchen Platz sie und ihre Disziplinen in der Entwicklung der menschlichen Gesellschaft eingenommen haben bzw. wie sich diese Rolle im Laufe der Jahrhunderte veränderte. Zugleich werden auch die Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Disziplinen deutlich.:Geleitwort Vorwort und Danksagung Benutzerhinweise Autoren und deren Beiträge Epochen Vorgeschichte und frühe Hochkulturen Griechisch-hellenistische Antike Mittelalter Renaissance, Humanismus, Reformation Wissenschaftliche Revolution und Rationalismus Die Zeit des Durchbruchs zur Industriewirtschaft Der Industriekapitalismus am Ende des 19. und im Übergang ins 20. Jahrhundert Die Herausbildung der modernen Naturwissenschaften Die Zeit des kalten Krieges Verzeichnisse Verzeichnis der Nobelpreisträger Literaturverzeichnis Personenverzeichnis Sachwortverzeichni