TY  - THES
A1  - Higuchi, Shoko
T1  - Cost-Benefit Based Maintenance Optimization for Deteriorating Structures
N2  - In recent years increasingly consideration has been given to the lifetime extension of existing structures. This is based on the fact that a growing percentage of civil infrastructure as well as buildings is threatened by obsolescence and that due to simple monetary reasons this can no longer be countered by simply re-building everything anew. Hence maintenance interventions are required which allow partial or complete structural rehabilitation. However, maintenance interventions have to be economically reasonable, that is, maintenance expenditures have to be outweighed by expected future benefits. Is this not the case, then indeed the structure is obsolete - at least in its current functional, economic, technical, or social configuration - and innovative alternatives have to be evaluated. An optimization formulation for planning maintenance interventions based on cost-benefit criteria is proposed herein. The underlying formulation is as follows: (a) between maintenance interventions structural deterioration is described as a random process; (b) maintenance interventions can take place anytime throughout lifetime and comprise the rehabilitation of all deterioration states above a certain minimum level; and (c) maintenance interventions are optimized by taking into account all expected life-cycle costs (construction, failure, inspection and state-dependent repair costs) as well as state- or time-dependent benefit rates. The optimization is performed by an evolutionary algorithm. The proposed approach also allows to determine optimal lifetimes and acceptable failure rates. Numerical examples demonstrate the importance of defining benefit rates explicitly. It is shown, that the optimal solution to maintenance interventions requires to take action before reaching the acceptable failure rate or the zero expected net benefit rate level. Deferring decisions with respect to maintenance not only results, in general, in higher losses, but also results in overly hazardous structures.
N2  - Die Verlängerung der Nutzungsdauer bestehender Tragwerke hat in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Dies liegt in der Tatsache begründet, dass ein nicht unerheblicher Anteil der Infrastruktur wie auch an Gebäuden durch Überalterung bedroht ist, und dass es aus rein wirtschaftlichen Gründen nicht länger möglich ist diesen Zustand durch Neubau zu entgegnen. Es sind also Instandhaltungsstrategien notwendig, die eine teilweise oder vollständige Revitalisierung von Tragwerken erlauben. Allerdings müssen diese Instandhaltungsstrategien auch einen volkswirtschaftlichen Sinn haben, das heißt die entsprechenden Aufwendungen müssen durch einen zukünftig zu erwartenden Nutzen aufgewogen werden. Ist dies nicht der Fall, so sind die Tragwerke in der Tat veraltet - zumindest in ihrer momentanen funktionellen, wirtschaftlichen, technischen oder gesellschaftlichen Bedeutung - und Alternativvorschläge müssen untersucht werden. In dieser Arbeit wird die Planung von Instandhaltungsmaßnahmen als Optimierungsaufgabe unter Verwendung von Kosten-Nutzen-Kriterien formuliert. Die zugrunde liegende Beschreibung ist wie folgt: (a) die Abnahme der Tragfähigkeit zwischen den Instandhaltungsmaßnahmen wird als Zufallsprozess beschrieben; (b) die Instandhaltungsmaßnahmen können jederzeit während der Nutzungsdauer stattfinden und bestehen in der Reparatur von Schadenszuständen eines gewissen Niveaus; (c) die Instandhaltungsmaßnahmen werden hinsichtlich aller Lebensdauerkosten (Errichtungs-, Versagens-, Inspektions- und schadensabhängiger Reparaturkosten) sowie des zustands- und zeitabhängigen Nutzens optimiert. Die Optimierung erfolgt mit Hilfe eines evolutionären Algorithmus. Die vorgeschlagene Formulierung erlaubt darüber hinaus auch die Bestimmung von optimalen Nutzungsdauern und zulässigen Versagensraten. Die Rechenbeispiele weisen die Bedeutung einer expliziten Ausweisung des Nutzens aus. Es wird gezeigt, dass eine optimale Strategie für Instandhaltungsmaßnahmen ein aktiv werden vor Erreichen zulässiger Versagensraten oder dem Verschwinden des Nettonutzens je Zeiteinheit erfordert. Das Aufschieben von Entscheidungen bezüglich der Durchführung von Instandhaltungsmaßnahmen zieht in der Regel nicht nur höhere Folgekosten nach sich, sondern resultiert auch in Tragwerke mit unzulässig hohem Gefährdungspotential.
T2  - Kosten-Nutzen orientierte Optimierung von Instandhaltungsmaßnahmen für alternde Tragwerke
KW  - Kosten-Nutzen-Analyse
KW  - Zuverlässigkeitstheorie
KW  - Optimierung
KW  - Instandhaltung
KW  - Markov-Kette mit stetiger Zeit
KW  - Cost-Benefit Analysis
KW  - Reliability Theory
KW  - Optimization
KW  - Rehabilitation
KW  - Continuous-Time Markov Chain
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20080513-13616
ER  - 
TY  - THES
A1  - Graetz, Holger
T1  - Synergiepotenzial einer fragmentierten Wasserwirtschaft
T1  - Synergies of fragmented organizational structures in the water sector
N2  - Problemstellung, Stand der Forschung und Zielsetzung der Arbeit Seit mehreren Jahren bestimmen veränderte Zielsetzungen in Europa den politischen Handlungsrahmen in der Organisation der Wasserwirtschaft und folgen dem Trend zu stärker ökonomisch und ökologisch ausgerichtetem Handeln. So fordert die Europäische Wasserrahmenrichtlinie u.a. die Umsetzung einer flussgebietsorientierten Bewirtschaftung der Oberflächengewässer und des Grundwassers innerhalb bestimmter Fristen. Derzeitige Modernisierungskonzepte der Wasserwirtschaft fokussieren im Wesentlichen die Organisationsstrukturen kommunaler Aufgabenträger und deren Unternehmen, nicht aber eine Veränderung der umfassenden politischen und verwaltenden Organisationsstrukturen zur Steuerung der operativen Ebene. Die angestrebte Modernisierung wird daher insbesondere in kleinteiligen und komplexen, so genannten fragmentierten Organisationsstrukturen mit einer ausschließlich auf Unternehmen fokussierten Betrachtung nicht erreichbar sein. Diese kaum erforschten Strukturen bieten aufgrund der bestehenden Intransparenz und Komplexität der zahlreichen Organisationselemente vielfältige Ansatzpunkte für Optimierungsmöglichkeiten. Den entsprechenden Stand der Forschung bilden nur grundlegende Ansätze zur Betrachtung des Zusammenwirkens von Akteuren in Organisationsstrukturen sowie entsprechende Optimierungsansätze der Organisations- und Managementtheorien. Sie beziehen sich meist nur auf Unternehmen allgemein. Es fehlen derzeit umfassende und transparente Darstellungen der komplexen Organisationsstruktur der Wasserwirtschaft. Zielsetzung der vorliegenden Arbeit ist es, eine ganzheitliche Modernisierung insbesondere fragmentierter Wasserwirtschaftsstrukturen voranzutreiben. Es soll eine Steigerung der gesamten Leistungsfähigkeit sowohl der politischen, der verwaltungs- als auch der unternehmensbezogenen Organisationsstrukturen in der Wasserwirtschaft erreicht werden. Vorgehensweise und Methodik In einer Situationsanalyse wird ein umfassender politischer, verwaltungs- und unternehmensorientierter Organisationsrahmen mit den Handlungsspektren transparent gemacht. Nicht nur unternehmensorientierte, sondern ebenso politische und verwaltungsorientierte Akteure der Organisationsstrukturen werden dabei als potenziell Handelnde analysiert. Schwerpunkt ist dabei insbesondere das Zusammenwirken bestehender kleinteiliger oder so genannter fragmentierter Organisationsstrukturen. Aus weiteren mit theoretischen Abhandlungen zu Aufwand, Nutzen, Werten und Wertketten des akteursbezogenen Handlungsspektrums wird ein Werthandlungsmodell für die Wasserwirtschaft entwickelt. Internationale Organisationsmodelle der Wasserwirtschaft werden hinsichtlich gesamtheitlichen Zusammenwirkens untersucht. Dem folgt eine empirische Untersuchung der Aufgabenträger des Thüringer Strukturhilfeprogramms der Jahre 1999 bis 2006, um weitere Erkenntnisse über fragmentierte Organisationsstrukturen zu gewinnen. Aus den in Theorie und Praxis gewonnen Erkenntnissen wird ein Instrument zur Entscheidungsunterstützung in mehren Schritten entwickelt, das Entscheidungsträger auf nationaler Ebene beziehungsweise entsprechender föderaler Zuständigkeit darin unterstützt, die Leistungsfähigkeit der Organisationsstrukturen der Wasserwirtschaft im Sinne eines effizienten Erreichens gesetzter Qualitätsziele zu optimieren. Ergebnisse Die ökonomisch-technische Arbeit gibt Hilfestellung bei geeigneten Optimierungsanstrengungen in für die Wasserwirtschaft typischen fragmentierten Organisationsstrukturen. Das fünfstufige Werthandlungsmodell mit seiner transparenten Darstellung des Zusammenspiels operativer, administrativer und politischer Akteure liefert Handlungsansätze für eine verbesserte Erfüllung der veränderten Zielsetzungen in Europa. Im Gegensatz zu bisherigen ausschließlich unternehmensspezifischen Darstellungen erlaubt das Modell eine institutionen- beziehungsweise unternehmensübergreifende Untersuchung. Diese wird den Belangen wasserwirtschaftlicher Organisationsstrukturen gerecht, die sich bisher an politischen anstatt an wasserwirtschaftlichen Grenzen orientieren. Eine modellbezogene Untersuchung mehrerer Fusionsprojekte ergab im Wesentlichen, dass Versorgungsgebiete kleiner Aufgabenträger am stärksten vom Zusammenwirken mit einer größeren Einheit profitieren können. Hierbei können Probleme unzureichender personeller und struktureller Ressourcen gelöst und eine ordnungsgemäße Betriebsführung erreicht werden. Das Zusammenwirken führt neben Aufwandsoptimierungen zu essentiellen Qualitätsverbesserungen in den Betriebsabläufen, die die Betriebssicherheit erhöhen. Zudem erlaubt das Zusammenwirken in größeren Einheiten die Implementierung einer ganzheitlichen Unternehmensphilosophie und damit eine qualifizierte Steuerung von Eigen- und Fremdleistungen. Die vorgenommene Systematisierung der Synergieeffekte sowie der dazu notwendigen Maßnahmen und Voraussetzungen bietet eine grundlegende Struktur, an der sich weiterführende Untersuchungen von Projekten der Zusammenarbeit in der Wasserwirtschaft orientieren können. Aus den Untersuchungen zu internationalen Organisationsansätzen und regionalen Fusionsprojekten lässt sich folgern, dass über ein geeignetes Zusammenwirken in der Wasserwirtschaft nur fallbezogen zu entscheiden ist. Diese Erkenntnis führte zu der Entwicklung eines Instrumentes, das die Organisationsstrukturen transparent macht und die Entscheidungsfindung unterstützt. Die Anwendung des Instrumentes zur Entscheidungsunterstützung bietet die Chance, geeignete organisatorische Veränderungen hin zu einer zukunftsorientierten Wasserwirtschaft unter Berücksichtigung regionaler Aspekte durchzuführen und gleichzeitig Synergiepotenzial bei einer Zusammenlegung kleiner Unternehmen mit anderen Unternehmen realisieren zu können. Fallstudien behandeln das Instrument und unterstützen die adressierten Entscheidungsträger darin, sich ein klares Bild über das mögliche Optimierungspotenzial durch Veränderungen der umfassenden Organisationsstrukturen zu machen. Dies fördert sowohl eine optimierte Koordination der Handlungsportfolios als auch deren Umsetzung. Die Arbeit bietet einen Anhalt für eine intensivere Begleitung und Aufarbeitung von Kooperations- und Konzentrationsprozessen insbesondere an Schnittstellen zwischen Aufgabenträgern, Unternehmen und Behörden der Wasserwirtschaft. Die Zuordnung, welche Akteure von den Chancen der Wertbeitragssteigerung am stärksten profitieren, bleibt die Aufgabe der politischen Willensbildung. Abschließend ist festzustellen, dass die Wasserwirtschaft nur dann den ehrgeizigen Zielen politischer Willensbildung nahe kommt und dem Wohle der Gesellschaft dient, wenn sie in geeigneten Organisationsstrukturen stattfindet. Hierfür liefert die beschriebene Arbeit ihren Beitrag, indem sie Entscheidungsträgern auf Bundes- und Länderebene das Handwerkszeug bereitstellt, geeignete Veränderungen der Strukturen abwägen und veranlassen zu können.
N2  - During recent years, changing political objectives have determined the organizational framework of the European water sector. Economic and ecological ideas have become even more important than they were in the past. As a result, the European Water Framework Directive now requires a river basin-oriented approach to manage surface and ground water within a defined period of time. Current approaches to modernize the water sector focus on the organizational structures of municipal authorities and their companies. They do not strive to change the political and administrative organizational structures, which govern at the operating level. Therefore the desired modernization of small and complex – so called ”fragmented” – organizational structures will not come true. These fragmented structures are rarely investigated, although they offer a variety of opportunities to optimize a highly non-transparent and complex system, which has many organizational elements. The approach presented in this dissertation provides an opportunity to modernize these fragmented organizational structures in the water sector. A comprehensive political, administrative and company-oriented organizational framework will be presented. This framework will allow a transparent overview of all the important players, including their specific activity spectra. Results of an analysis of international organizational models of the water sector are presented, together with an empirical study in Thuringia, Germany. This provides the key elements of a comprehensive collaboration in these fragmented organizational structures. Finally, a decision-making support instrument for federal authorities’ decision-makers is demonstrated, enabling them to qualify changes in organizational structures. It will also provide an opportunity to fulfill the current ambitious objectives of politicians in the water sector.
KW  - Entscheidungsträger
KW  - Fragmentierung
KW  - Konsens
KW  - Organisationsstruktur
KW  - Reorganisation
KW  - Optimierung
KW  - Siedlungswasserwirtschaft
KW  - Wasserwirtschaft
KW  - Entscheidungshilfemodell
KW  - flussgebietsorientierte Bewirtschaftung
KW  - Werthandlungsbereich
KW  - Werthandlungsmodell
KW  - value activity model
KW  - decision
KW  - synergy
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:gbv:wim2-20080130-12886
UR  - http://vg07.met.vgwort.de/na/74080aa7f9100c22a7d3e454c3b400
ER  -