Methoden der Kapazitätssteuerung

Zur Generierung zusätzlicher Nachfrage bedienen sich Anbieter zahlreicher Branchen einer Preisdifferenzierung, die z.B. bei Fluggesellschaften durch die unterschiedlichen Ticketpreise für gleiche Flugstrecken deutlich wird. Als Folge einer solchen Preisdifferenzierung ergibt sich das Problem, dass im Rahmen einer Kapazitätssteuerung festgelegt werden muss, wie viele Einheiten der Produkte (etwa Sitzplätze in den verschiedenen Tarifen auf einem bestimmten Flug) zu verkaufen sind. Diese Aufgabe wird dadurch erschwert, dass die Nachfrage unsicher ist und in der Praxis sehr viele Anfragen gleichzeitig eintreffen können, über deren Annahme online zu entscheiden ist. Es ergeben sich somit dynamische, stochastische Optimierungsprobleme.

Schwerpunkt unserer Forschung auf diesem Gebiet sind innovative, unvollständig spezifizierte Produkte, die dem Anbieter auch nach dem Verkauf noch eine gewisse Flexibilität ermöglichen.

 

Kapazitätssteuerung mit Kundenwahlverhalten und Upsells

Ein seit längerem betrachteter Ansatz im Revenue Management ist die Einbindung von Kundenwahlverhalten. Um die Zahlungsbereitschaften der Kunden weitestgehend in Geld umzuwandeln, können den Kunden sogenannte Upsells angeboten werden. Unter Upsell versteht man hierbei ein bepreistes Upgrade. Diese werden in der Praxis seit einigen Jahren vermehrt eingesetzt: So versenden etwa die Deutsche Bahn oder Fluggesellschaften einige Wochen nach einer Buchung häufig eine Email, in der den Kunden gegen Aufpreis der Wechsel zu einer besseren Sitzplatzkategorie angeboten wird. Derartige Angebote erfordern heute keinen hohen Aufwand und können in Zeiten des digitalen Wandels automatisiert werden. Der Verkauf von Upsells kann etwa bei Linienfluggesellschaften, Autovermietungen und Hotels zu einem zusätzlichen Erlös führen, wenn sie kurz vor Erbringung der Serviceleistung noch freie Kapazität in hochwertigen Klassen aufweisen.

Die Forschung des Lehrstuhls umfasst die Entwicklung verschiedener neuer Optimierungsmodelle, welche als Grundlage zur Kapazitätssteuerung mit Kundewahlverhalten und Upsells dienen. Basierend darauf werden verschiedene Verfahren entwickelt, welche die Steuerung mit Upsells durch erweiterte deterministische Ersatzmodelle möglich machen.

 

Kapazitätssteuerung mit geplanten Upgrades

In vielen Branchen, in denen die klassischen Instrumente des Revenue Managements — wie zum Beispiel Kapazitäts- und Überbuchungssteuerung — eingesetzt werden, kommt so genannten Produktupgrades eine maßgebliche Bedeutung zu. Unter einem Upgrade versteht man dabei das Vorgehen, dem Kunden zum Zeitpunkt der Leistungserbringung ein anderes, höherwertiges Produkt als das eigentlich erworbene ohne Aufpreis zur Verfügung zu stellen. Für das anbietende Unternehmen ist dieses Vorgehen sinnvoll, wenn teure Produkte vergleichsweise geringe Nachfrage erfahren und die entsprechende, ansonsten ohnehin freibleibende Kapazität somit für stärker nachgefragte, günstigere Produkte genutzt werden kann. Bekannte Beispiele für Branchen, in denen von Upgrades regelmäßig Gebrauch gemacht wird, sind Linienfluggesellschaften (Upgrades z.B. von Economy auf Business Class) oder Automobilvermietungen (Upgrades z.B. von Compact auf Full Size).

Während in den in der Praxis eingesetzten Planungssystemen Upgrade- und Kapazitätssteuerung in der Regel sukzessive erfolgen, werden im Rahmen der Forschung des Lehrstuhls neue methodische Ansätze entwickelt, die eine simultane Kapazitäts- und Upgradesteuerung ermöglichen. Dabei werden insbesondere Techniken aus der approximativen, dynamischen Optimierung eingesetzt. In einem zweiten Schritt wird die Güte der entwickelten Verfahren in Rahmen einer umfassenden, auf Praxisdaten basierenden Simulationsstudie evaluiert und vergleichend ihre Stärken und Schwächen, insbesondere auch im Hinblick auf die praktische Umsetzbarkeit, herausgearbeitet. Dazu wird auf eine eigens am Lehrstuhl in .NET neu entwickelte, umfassende Simulationsumgebung zurückgegriffen.

Literatur

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  • Gönsch, J.: How much to tell your customer? - A survey of three perspectives on selling strategies with incompletely specified products. In: European Journal of Operational Research, Jg. 280 (2020) Nr. 3, S. 793-817. PDF BIB Download Details

    Today’s technology facilitates selling strategies that were unthinkable only a few years ago. One increasingly popular strategy uses incompletely specified products (ICSPs). The seller retains the right to specify some details of the product or service after the sale. The selling strategies’ main advantages are an additional dimension for market segmentation and operational flexibility due to supply-side substitution possibilities. Since the strategy became popular with Priceline and Hotwire in the travel industry about two decades ago, it has increasingly been adopted by other industries with stochastic demand and limited capacity as well. At the same time, it is actively researched from the perspectives of strategic operations management, empirics, and revenue management.

    This paper first describes the application of ICSPs in practice. Then, we introduce the different research communities that are active in this field and relate the terminology they use. The main part is an exhaustive review of the literature on selling ICSPs from the different perspectives. Here, we complement a tabular overview with an introduction into the community and a detailed description of each paper. Finally, possible directions for future research are outlined.

    We see that strategic operations management has described advantages of ICSPs over other strategies in a variety of settings, but also identified countervailing effects. Today, empirical research is confined to hotels and airlines and largely disconnected from the other perspectives. Operational papers are ample, but mostly concerned with the availability of ICSPs. Research on operational (dynamic) pricing is surprisingly scarce.

  • Gönsch, J.; Steinhardt, C.: On the Incorporation of Upgrades into Airline Network Revenue Management. In: Review of Managerial Science, Jg. 9 (2015) Nr. 4, S. 635-660. PDF Volltext BIB Download Details

    Recently, the standard dynamic programming model of network revenue management has been extended for integrated upgrade decision-making. However, opposed to the original model, heuristically breaking the extended model down into a series of single-leg problems by dynamic programming decomposition in order to allow for real-world application is not possible. This is because the model’s state space does not incorporate resources but commitments reflecting already sold products and capacity consumption is only resolved at the end of the booking horizon, thereby considering upgrade options. In this paper, we consider arbitrary airline networks with upgrades being performed separately on each flight leg. We show that in this case, there are two reformulations of the extended model. First, we prove that an ad hoc formulation, in which upgrades are technically performed immediately after a sale, is completely equivalent. Second, we present another reformulation whose idea is adapted from linear programing-based production planning with alternative machine types. We prove that the resulting dynamic program is also equivalent. The advantage of both reformulations is that their state space is based on either real or virtual resources instead of commitments. Thus, dynamic programming decomposition techniques can again be applied. Despite the formal equivalence of both reformulations, applying decomposition techniques leads to different approximations and thus to potentially different results when applied in practice. Therefore, we finally numerically examine the approaches regarding revenue performance and discuss airline revenue management settings in which they differ.

  • Gönsch, J.; Koch, S.; Steinhardt, C.: An EMSR-based Approach for Revenue Management with Integrated Upgrade Decisions. In: Computers & Operations Research, Jg. 40 (2013) Nr. 10, S. 2532-2542. PDF BIB Download Details

    We consider the revenue management problem of capacity control with integrated upgrade decision-making. The dynamic programming formulation of this problem is hard to solve to optimality, even in the single-leg case, because multiple hierarchical resource types must be considered simultaneously. Therefore, in this paper, we propose a new heuristic approach that generalizes the idea behind the well-known single-leg EMSR-a procedure to multiple resource types. Similar to EMSR-a, our approach is based on the computation of protection levels, but additionally allows for the integrated consideration of upgrades. In addition, we derive control policies for typical demand arrival patterns. As an extension, we propose a generalization of our approach that allows for arbitrarily ordered prices with respect to the upgrade hierarchy. Furthermore, we perform a number of computational experiments to investigate the performance of the new approach compared to other capacity control methods that incorporate upgrades. We consider typical airlines′ single-leg scenarios with 10 (re)optimizations throughout the booking horizon. The results show that our approach can significantly outperform existing methods in terms of the total achieved revenue, including dynamic programming decomposition approaches that are proposed in literature, as well as successive planning approaches that are widely used in commercial revenue management systems.

  • Steinhardt, C.; Gönsch, J.: Integrated Revenue Management Approaches for Capacity Control with Planned Upgrades. In: European Journal of Operational Research, Jg. 223 (2012) Nr. 2, S. 380-391. PDF Volltext BIB Download Details

    In many service industries, firms offer a portfolio of similar products based on different types of resources. Mismatches between demand and capacity can therefore often be managed by using product upgrades. Clearly, it is desirable to consider this possibility in the revenue management systems that are used to decide on the acceptance of requests. To incorporate upgrades, we build upon different dynamic programming formulations from the literature and gain several new structural insights that facilitate the control process under certain conditions. We then propose two dynamic programming decomposition approaches that extend the traditional decomposition for capacity control by simultaneously considering upgrades as well as capacity control decisions. While the first approach is specifically suited for the multi-day capacity control problem faced, for example, by hotels and car rental companies, the second one is more general and can be applied in arbitrary network revenue management settings that allow upgrading. Both approaches are formally derived and analytically related to each other. It is shown that they give tighter upper bounds on the optimal solution of the original dynamic program than the well-known deterministic linear program. Using data from a major car rental company, we perform computational experiments that show that the proposed approaches are tractable for real-world problem sizes and outperform those disaggregated, successive planning approaches that are used in revenue management practice today.

 

Kapazitätssteuerung mit flexiblen Produkten

Ein vergleichsweise neuer Aspekt des Revenue Managements ist die wissenschaftliche Auseinandersetzung mit flexiblen Produkten, die sich dadurch auszeichnen, dass dem Anbieter – gegen entsprechenden Preisabschlag – noch kurz vor der eigentlichen Leistungserbringung ein zuvor festgelegter Gestaltungsspielraum eingeräumt wird. Es handelt sich somit um ein Bündel aus mehreren, typischerweise substituierbaren Alternativen, wobei der Verkäufer dem Käufer zu einem zuvor vereinbarten Zeitpunkt nach dem Kauf (aber vor der eigentlichen Leistungserstellung) eine der Alternativen zuteilt. Im Bereich des Linienflugverkehrs kann man sich beispielsweise einen Flug von Frankfurt nach London vorstellen, wobei nur der Tag, nicht aber die genaue Abflugzeit zum Kaufzeitpunkt definiert wurde. Erst wenige Tage vor Abflug wird dem Passagier die genaue Uhrzeit mitgeteilt.

Flexible Produkte erweitern die Möglichkeiten der Kapazitätssteuerung, denn sie heben den engen Zusammenhang zwischen Verkauf und exakter Festlegung der benötigten Ressourcen auf. Der Anbieter behält bis zum vereinbarten Zuweisungszeitpunkt eine gewisse Flexibilität hinsichtlich der Ressourcenbelegung und kann auf einen unerwarteten Verlauf der Nachfrage somit besser reagieren. Denn am Zuweisungszeitpunkt ist die Unsicherheit hinsichtlich der im verbleibenden Verkaufszeitraum noch eintreffenden Nachfrage in der Regel geringer als zum Zeitpunkt des Verkaufes.

Im Rahmen der Forschung des Lehrstuhls werden verschiedene neue Optimierungsmodelle entwickelt, welche als Grundlage zur Kapazitätssteuerung mit flexiblen Produkten dienen. Darauf aufbauend werden verschiedene Mechanismen entwickelt, welche die Steuerung mit flexiblen Produkten unter Verwendung erweiterter deterministischer Ersatzmodelle ermöglichen, und simulativ gegenübergestellt. Ferner wird in umfassenden Simulationsstudien untersucht, inwieweit flexible Produkte helfen können, Prognosefehler hinsichtlich der eintreffenden Nachfrage nachträglich zu kompensieren.

Literatur

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  • Gönsch, J.: How much to tell your customer? - A survey of three perspectives on selling strategies with incompletely specified products. In: European Journal of Operational Research, Jg. 280 (2020) Nr. 3, S. 793-817. PDF BIB Download Details

    Today’s technology facilitates selling strategies that were unthinkable only a few years ago. One increasingly popular strategy uses incompletely specified products (ICSPs). The seller retains the right to specify some details of the product or service after the sale. The selling strategies’ main advantages are an additional dimension for market segmentation and operational flexibility due to supply-side substitution possibilities. Since the strategy became popular with Priceline and Hotwire in the travel industry about two decades ago, it has increasingly been adopted by other industries with stochastic demand and limited capacity as well. At the same time, it is actively researched from the perspectives of strategic operations management, empirics, and revenue management.

    This paper first describes the application of ICSPs in practice. Then, we introduce the different research communities that are active in this field and relate the terminology they use. The main part is an exhaustive review of the literature on selling ICSPs from the different perspectives. Here, we complement a tabular overview with an introduction into the community and a detailed description of each paper. Finally, possible directions for future research are outlined.

    We see that strategic operations management has described advantages of ICSPs over other strategies in a variety of settings, but also identified countervailing effects. Today, empirical research is confined to hotels and airlines and largely disconnected from the other perspectives. Operational papers are ample, but mostly concerned with the availability of ICSPs. Research on operational (dynamic) pricing is surprisingly scarce.

  • Gönsch, J.: Revenue Management mit flexiblen Produkten. In: Corsten, H.; Gössinger, R.; Spengler, T. (Hrsg.): Handbuch Produktions- und Logistikmanagement in Wertschöpfungsnetzwerken. De Gruyter, Berlin 2018, S. 246-272. doi:10.1515/9783110473803-014 Volltext BIB Download Details
  • Koch, S. ; Gönsch J.; Steinhardt, C.: Dynamic Programming Decomposition for Choice-Based Revenue Management with Flexible Products. In: Transportation Science, Jg. 51 (2017) Nr. 4, S. 1046-1062. PDF Volltext BIB Download Details
  • Gönsch, J.; Koch, S.; Steinhardt, C.: Revenue Management with Flexible Products: The Value of Flexibility and its Incorporation into DLP-based Approaches. In: International Journal of Production Economics (2014) Nr. 153, S. 280-294. PDF Volltext BIB Download Details

    A major benefit of flexible products is that they allow for supply-side substitution even after they have been sold. This helps improve capacity utilization and increase the overall revenue in a stochastic environment. As several authors have shown, flexible products can be incorporated into the well-known deterministic linear program (DLP) of revenue management׳s capacity control. In this paper, we show that flexible products have an additional “value of flexibility” due to their supply-side substitution possibilities, which can be captured monetarily. However, the DLP-based approaches proposed so far fail to capture this value and, thus, steadily undervalue flexible products, resulting in lower overall revenues. To take the full potential of flexible products into account, we propose a new approach that systematically increases the revenues of flexible products when solving the DLP and performing capacity control. A mathematical function of variables available during the booking horizon represents this artificial markup and adapts dynamically to the current situation. We determine the function׳s parameters using a standard simulation-based optimization method. Numerical experiments show that the benefits of the new approach are biggest when low value demand arrives early. Revenues are improved by up to 5% in many settings.

  • Petrick, A.; Steinhardt, C.; Gönsch, J.; Klein, R.: Using Flexible Products to Cope with Demand Uncertainty in Revenue Management. In: OR Spectrum, Jg. 34 (2012) Nr. 1, S. 215-242. PDF Volltext BIB Download Details

    While flexible products have been popular for many years in practice, they have only recently gained attention in the academic literature on revenue management. When selling a flexible product, a firm retains the right to specify some of its details later. The relevant point in time is after the sale, but often before the provision of the product or service, depending on the customers’ need to know the exact specification in advance. The resulting flexibility can help to increase revenues if capacity is fixed and the demand to come difficult to forecast. We present several revenue management models and control mechanisms incorporating this kind of flexible products. An extensive numerical study shows how the different approaches can mitigate the negative impact of demand forecast errors.

  • Petrick, A.; Gönsch, J.; Steinhardt, C.; Klein, R.: Dynamic Control Mechanisms for Revenue Management with Flexible Products. In: Computers & Operations Research, Jg. 37 (2010) Nr. 11, S. 2027-2039. PDF Volltext BIB Download Details

    Revenue management with flexible products has experienced a growing interest in the academic literature within the last few years. Flexible products allow supply-side substitution between resources and can therefore help to maximize overall revenue as well as capacity utilization in markets with highly uncertain demand. This paper addresses the question of how the mathematical models which have been developed for capacity control with flexible products should be used over time to exploit the substitution opportunities, while keeping practical applicability in mind. Several dynamic control mechanisms are proposed, each of which makes use of the flexibility to a different extent. A comprehensive computational study shows the potential of the different approaches by revealing their strengths and weaknesses.

  • Petrick, A.; Gönsch, J.; Steinhardt, C.: Revenue Management mit flexiblen Produkten — Erfolgversprechende Steuerungsmöglichkeit oder einfach nur ein Marketing-Gag?. In: WiSt – Wirtschaftswissenschaftliches Studium (2008) Nr. 37, S. 14-20. BIB Download Details