Tourenplanung mit Oracle beim Abfallwirtschaftsbetrieb München

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FD Tourenplanung mit Oracle beim Abfallwirtschaftsbetrieb München
FD Tourenplanung mit Oracle beim AWM
17.6.2013 − G. Egger
1. Einleitung
Die kommunale Abfallentsorgung hat die Aufgabe, Wertstoffe und Müll regelmäßig zu entsorgen. Hierzu gehören
beispielsweise die Fraktionen Restmüll (RM = graue Tonne), Biomüll (BM = braune Tonne) und Papier, Pappe
und Kartonagen (PPK = blaue Tonne). Diese Mülltonnen werden von den Tourmannschaften nach vorgegebenen
Häufigkeiten entleert (wöchentlich, 14-täglich, teilweise mehrmals pro Woche) und für die Beseitigung (RM) zur
Müllverbrennungsanlage (MVA) bzw. zur Weiterverarbeitung (BM, PPK) zu Entsorgungsanlagen transportiert.
Die Tourenplanung des Abfallentsorgungsbetriebes hat die Aufgabe, diese Entsorgungsleistung im voraus zu planen, d.h. diese Arbeit unter Berücksichtigung der Entleerungshäufigkeiten (Turnus) und vorhandener Besonderheiten (Voll- oder Teilservice, Erschwernisse, mehrfache Leerungen pro Woche usw.) gleichmäßig, gerecht und
optimal auf die Tourmannschaften zu verteilen. Neben den Tourplänen wird damit auch die Grundlage für den Abfallkalender für die Kunden erstellt, d.h. an welchem Wochentag wird welche Fraktion entsorgt, unter Berücksichtigung der geraden oder ungeraden Kalenderwoche bei 14-täglicher Entsorgung.
Ein Hilfsmittel bei der Erstellung der Tourenplanung ist die Darstellung der Entsorgungsleistungen auf einer digitalen Karte, d.h. die Verwendung eines Geographischen Informationssystems (GIS) mit geeigneten Planungsfunktionen. Ein solches Tourenplanungssystem verarbeitet die Behälter- und Leerungsdaten, die im ERP (Enterprise Resource Planning System = SAP ISU-Waste) des Abfallentsorgungsbetriebes geführt werden und stellt
diese vor dem Hintergrund von digitalen Stadtplänen, ergänzt durch digitale, navigierbare Straßenkarten punktgenau an den Hausnummern dar. Neben den Planungsfunktionen (z.B. Verschieben von Leistungen zwischen
Tourmannschaften, Wochen oder Wochentagen) wird mit dem Tourenplanungssystem auch die umfangreiche
Tourdokumentation (Listen und graphische Tourpläne) erstellt. Man benötigt auch Funktionen für die Pflege der
geographischen Referenzdaten (Adressen, Hausnummernbereiche; Stichwort: Geo-Codierung).
Das vorliegende Dokument beschreibt das Tourenplanungssystem des Abfallwirtschaftsbetriebes München
(AWM), das auf der Basis von Oracle-Komponenten (Datenbank 11gR2, Applikationsserver WebLogic 10.3.6.0
und der Kartensoftware MapViewer 11.1.1.6) erstellt wurde. Für den Zugang zu diesem System reicht der LiMux
Basis Client der Landeshauptstadt München mit dem Firefox browser aus.
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2. Fachliche Beschreibung
Der AWM sammelt jährlich ca. 224.000 to Abfälle zur Verwertung aus Münchner Haushalten. Dazu gehören
Altholz, Altpapier (ca. 101.000 to), Bauschutt, Biomüll (ca. 41.000 to), Elektronikschrott, Gartenabfälle (ca.
14.000 to), Metalle, Sperrmüll zur energetischen Verwertung und Sonstiges (Altkleider, Schuhe, Kork, Kunststoffe, Kabel etc.) und ca. 312.000 to Abfälle zur Beseitigung, davon ca. 309.000 to Restmüll (Zahlen aus 2011).
Die Tourenplanung für den Einsammeldienst (ESD) sammelt und transportiert RM (Restmüll = graue Tonne), BM
(Biomüll = braune Tonne) und PPK (Papier, Pappe und Kartonagen = blaue Tonne) mit ca. 150 Partien. Eine
Partie besteht aus einem Müllsammelfahrzeug, dem Kraftfahrer und den Müllwerkern (in der Regel 2 oder 3).
Diese Partien besuchen innerhalb von 14 Tagen ca. 108.000 Adressen (Standplätze) und leeren ca. 420.000 Behälter (Mülltonnen von 80 bis 240 Litern und Müllgroßbehälter von 770 bis 1.100 Litern). Dieses Entsorgungssystem
wird auch 3-Tonnensystem bezeichnet. Die Tourenplanung hat die Aufgabe, diese Standplätze zu möglichst
kompakten Gebieten zusammenzufassen.
2.1.
Ansprechpartner für die Tourenplanung
Ansprechpartner für alle Fragen im Zusammenhang mit der geographischen Tourenplanung
beim AWM ist Herr Dieter Santl, Telefon 089 233-31030, [email protected].
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3. Technische Beschreibung
Die Behälter- und Leerungsdaten liegen im SAP ISU-Waste und werden über eine bi-direktionale Schnittstelle mit
der Tourenplanung ausgetauscht. Die Tourenplanung darf ihrerseits nur den Abfuhrtag, die Abfuhrwoche und
Tourmannschaft (das Revier, die Partie) ändern.
Die geographischen Referenzdaten werden aus dem GIS DatenPool (GDP) der Landeshauptstadt München bezogen und monatlich aktualisiert. Hierzu gehören die Blockkarte, die Hausnummern mit PLZ und Koordinaten,
Gebäude und die digitale Stadtkarte für die Erstellung der grafischen Tourpläne. Zusätzlich sind digitale, navigierbare Straßendaten der Firma NavTeQ eingebunden, die jährlich aktualisiert werden. Mit eigens dafür entwickelten
Funktionen werden die Hausnummernbereiche der NavTeQ-Straßenabschnitte gepflegt, damit eine 100% genaue
Geo-Codierung der Standplätze erreicht werden kann.
Die Tourenplanungssoftware wurde komplett mit Oracle PL/SQL entwickelt, als client wird der Firefox browser
verwendet (HTML und Javascript). Die Kommunikation mit der Datenbank erfolgt über das embedded PL/SQL
gateway. Die Verbindung zu den externen SAP- und GDP-Datenbanken erfolgt mittels Datenbank links.
Analog zu der SAP-üblichen Systemlandschaft (Entwicklungs-, Konsolidierungs-, Test- und Produktionssystem)
gibt es auch bei der Tourenplanung eine mehrstufige Entwicklungs-, Qualitätssicherungs-, Test- und Produktionsumgebung.
Für die Datenbank und den application server werden zwei unabhängige server (hardware!) unter Suse Linux
Enterprise Server 10 (64 bit) betrieben. Beim Anwender wird der LiMux Basis client der Landeshauptstadt
München zurzeit mit dem browser Firefox 3.6.26. eingesetzt. Die Entwicklung und der Test des Systems wurden
unter Windows 7 (64 bit) und Windows XP (32 bit) durchgeführt.
3.1.
Datenbank 11gR2
Die Datenbanken der Tourenplanung laufen unter 11gR2. Für den Betrieb der Tourenplanung ist Oracle Spatial
nicht erforderlich. Die SAP-Systeme laufen unter Oracle 10gR2 und 11gR2. Der GDP läuft zurzeit unter Oracle
10gR2, eine Umstellung auf 11gR2 ist für 2013 angekündigt.
3.2.
Application Server WebLogic 10.3.6.0
Als application server wird Oracle WebLogic 10.3.6.0 verwendet. Für den Test und die Produktion wurden jeweils
eigene domains (mapviewertest, mapviewerprod) eingerichtet. Die Entwicklung wurde ebenfalls mit WebLogic
10.3.6.0 durchgeführt, auf dem Testsystem wird noch das OC4J quick start kit von Oracle verwendet (Unterstützung läuft aus, ab dem nächsten release gibt es von Oracle ein quick start kit basierend auf dem Glassfish
server).
3.3.
MapViewer 11.1.1.6
Zurzeit läuft das System mit dem MapViewer 11.1.1.6 (Patch Set 5) mit dem One-Off Patch 15924515 (wichtig!).
Die Migration auf MapViewer 11.1.1.7 (Patch Set 6) wird nach ausführlichen Tests ca. Ende 2013 erfolgen.
3.4.
Browser (Firefox, Internet Explorer)
PC clients können unter Windows oder Unix-Derivaten laufen, beim AWM kommt der LiMux Basis client der
Landeshauptstadt München zum Einsatz. Als browser werden Firefox ab 3.6.26 oder Microsoft Internet Explorer
ab Version 6 unterstützt. Ein .pdf plugin sollte im browser verfügbar sein, da beim AWM die grafischen Tourenpläne vom Oracle Map Server als .pdf Dateien ausgegeben werden.
Es wird eine Bildschirmauflösung von 1.920 * 1.200 empfohlen. Es ist darauf zu achten, dass das Seitenverhältnis
der Bildschirmauflösung dem Seitenverhältnis der Bildschirmabmessung entspricht, damit es nicht zu verzerrten
Kartendarstellungen kommt.
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3.5.
Tourenplanung (FD System)
Die Tourenplanung wurde in PL/SQL implementiert und kommuniziert mit dem browser über HTML (Javascript
muss zugelassen sein!) über das embedded PL/SQL gateway. Externe Datenbanken (SAP und GDP) werden über
Datenbank links angebunden. In der Entwicklung stehen FD12D (development), FD12X (customizing und Test)
und FD12Q (Qualitätssicherung), beim Kunden FD12T (Testsystem) und FD12P (Produktionssystem) zur Verfügung. Für den WebLogic application server wurden Domänen für den Test- und Produktionsbetrieb eingerichtet
(mapviewertest und mapviewerprod). Sowohl für die Datenbanken als auch für den application server wird jeweils
ein eigener server (64 bit, hardware!) verwendet.
GDP LHM Test
GIS DatenPool
(GDP LHM)
SAP KS2
SAP KA1
SAP PA1
browser (client PC)
touren-db
10.30.7.130
FD12T
FD12P
touren-ap
WebLogic 10.3.6.0
10.30.7.134
mapviewertest
MapViewer
mapviewerprod
MapViewer
Konfiguration Tourenplanung
AWM
Bei der Tourenplanung für die kommunale Abfallentsorgung handelt es sich primär um Gebietsplanungen, der
tägliche Tourweg (die "Route") wird in der Regel nicht geplant bzw. vorgeschrieben! Technisch gesehen bietet das
FD-System also nebeneinander verschiedene thematische Sichten auf den Planungsbestand, z.B. die Darstellung
aller Wochenreviere eines Betriebshofes, die Abfuhrtage einer Partie oder die Verteilung auf gerade und ungerade
Kalenderwochen. Zusätzlich gibt es Anforderungen, bestimmte Attribute thematisch darzustellen, z.B. Standplätze
mit abweichendem Straßenabschnitt ("Eckgrundstücke") oder die Klassifizierung nach Behältergrößen (Tonnen
bis 240 Liter und Großbehälter ab 770 Liter Fassungsvermögen).
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3.5.1.
Schnittstellen (SAP und GDP)
Das FD12P ist mit dem SAP-Produktionssystem PA1 verbunden, das FD12T kann mit bis zu 5 SAP-Testsystemen verbunden werden. Jedes FD-System hat ein sogenanntes "built-in SAP-Schema", in dem nur die
SAP-Schnittstellentabellen simuliert werden. Damit kann die Schnittstelle unabhängig von der Verfügbarkeit
der jeweiligen SAP-Systeme simuliert und getestet werden.
Der GDP der Landeshauptstadt München ist nur als Produktionssystem verfügbar, d.h. sowohl das FD12T als
auch das FD12P sind mit dem gleichen GDP-(Produktions)System verbunden. Für Test- und Migrationsszenarien (z.B. bei der bevorstehenden Migration des GDP von Oracle 10gR2 auf 11gR2) ist es möglich, das
FD12T Testsystem mit dem GDP-Testsystem zu koppeln. Dies geschieht einfach durch Änderung des Datenbank links und ggf. Anpassung der Schnittstellen views.
Es stehen Funktionen für die Schnittstellenverwaltung und umfangreiche Auskunftsmöglichkeiten
zum Status und den Verlauf von Schnittstellenoperationen zur Verfügung.
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3.5.2.
Benutzer und Arbeitssitzungen
Der Zugang zum FD-System wird durch Anwendungsbenutzer geregelt, die sogenannte Arbeitssitzungen
konfigurieren und bearbeiten. Das System ist prinzipiell mehrbenutzerfähig, sowohl das exklusive als auch das
gemeinsame Bearbeiten von Tourgebieten ist möglich (Reviere sperren bzw. freigeben).
Das FD-System verfügt über eine kontextabhängige Hilfefunktion, kann sprachabhängig
(zurzeit Deutsch und Englisch) und mit metrischen oder imperial Einheiten (m, km ... ft, mi)
betrieben werden.
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3.5.3.
Kartenfenster, Kartenebenen und Suchfunktionen
Wichtig ist Darstellung mehrerer thematischer Karten gleichzeitig und nebeneinander, wahlweise mit synchronen Kartenausschnitten.
Links oben werden die Wochentage farblich (Montag, Dienstag, Mittwoch, Donnerstag, Freitag) und links
unten die Partiegebiete im gleichen Kartenausschnitt dargestellt. Auf der rechten Seite sind oben die ungerade und unten die gerade Woche in einem anderen Kartenausschnitt zu sehen. Zusätzlich zu den Partiefarben werden hier Symbole für die wöchentliche () und 14-tägliche (
) Entsorgung verwendet. Der tool tip
gibt in jedem Fenster eine komprimierte Darstellung der wichtigsten Planungsattribute (16-063 14tg) zusammen mit der Ortsangabe (80689 Rushaimerstr. 13) an. Der Kartenhintergrund besteht aus der Blockkarte aus
dem GDP und den Straßenabschnitten von NavTeQ. Jedes Kartenfenster verfügt über seine eigenen
Kartenwerkzeuge, pan = , vorherige Ansicht =
und Lasso = redline tool = . In der Karte rechts unten
sieht man das info tool =
in Aktion, mit dem Detailinformationen aus dem Datenmodell abgerufen werden
können.
Die web Seite hat in der Höhe eine doppelte Ausdehnung. Die obere Hälfte wird für die Kartendarstellung
genutzt, die untere Hälfte (einfach mit dem rechten scroll Balken nach unten ziehen) gibt die Sicht auf das
Kontrollzentrum der Anwendung frei.
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Die Suchfunktionen (Straße, Adresse, Standplatz und Behälter) sind mit der Kartengrafik gekoppelt, d.h.
nach erfolgreicher Suche wird der Kartenausschnitt automatisch auf das Suchergebnis positioniert. Im rechten
Bildschirmbereich werden Symbole und Legenden dargestellt.
Die Kartenfenster können ein-/abgeschaltet und wahlweise synchron gesetzt werden. Die Zuordnung von
thematischen Kartenebenen zu den Kartenfenstern wird als Matrix dargestellt, einzelne Ebenen können einoder abgeschaltet werden. Ebenso sind die Selektierbarkeit, der tool tip oder die Beschriftung ein- oder
abschaltbar. Die Darstellung von Planungsleistungen kann punktgenau an den Adressen oder aggregiert an
den Blockseiten (jeweils linke oder rechte Straßenseite) oder an den Straßenabschnitten erfolgen (vgl. Referenzobjekte).
Straßensuche (magenta) positioniert automatisch den Kartenausschnitt
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3.5.4.
Planungswerkzeuge und Summen
Als Ziel wurde die Partie 16-098 (rot umrandet) eingestellt. Die Leistungen wurden im Kartenfenster Reviere
(links unten) mit dem Lasso (redline tool) selektiert (hinterlegte Markierung in magenta). Auch in den anderen Kartenfenstern werden die ausgewählten Leistungen mit grau hinterlegter Markierung angezeigt. Das
Summenfenster (ebenfalls rot markiert in der Mitte) gibt an, wie viel Leistung zum Verschieben (rot
markierte Schaltfläche am oberen Bildschirmrand) ausgewählt wurde (RM = Restmüll, Anzahl, Arbeitswerte,
Volumen, anteilige Entsorgungsfahrten und durchschnittlicher Arbeitswert je Müllwerker pro Woche).
Nach dem Verschieben haben die Leistungen die Partie gewechselt, was an den geänderten Farben in den
Fenstern Reviere (links unten) und pw1/2 (Planwoche 1/2 = ungerade/gerade Woche) ersichtlich ist. Die aktuellen Tourauslastungen sind aus dem Summenfenster (links oben als popup Fenster rot umrandet) sofort
ablesbar).
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3.5.5.
Berichtswesen
Für die Tourdokumentation werden umfangreiche Berichte bereit gestellt.
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Diese Berichte können archiviert, ausgedruckt oder einfach mit copy & paste z.B. nach Calc (OpenOffice)
oder Excel exportiert werden. Neben der Dokumentation für die neue Tourenplanung werden auch Änderungslisten erstellt. Die Schlüsselliste ermöglicht es den Partien einfach festzustellen, an welche Partien Schlüssel
abgegeben bzw. von welcher Partie Schlüssel übernommen werden müssen.
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3.5.6.
Grafische Tourpläne
Die grafischen Tourpläne können auch Änderungen darstellen (alt, neu, hinzu und weg), hier in der Blockseitendarstellung vor dem Hintergrund der Stadtkarte aus dem GDP, ausgegeben vom Oracle Map Server
als .pdf Datei. Unten sieht man die Restmülltage mit automatisch erzeugter und positionierter Legende.
Mehrfache Leerungen pro Woche (z.B. Montag+Donnerstag oder Dienstag+Freitag) werden in rosa angezeigt.
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3.5.7.
Stammdatenpflege (Adressen, Hausnummernbereiche)
Für die Stammdatenpflege gibt es eine eigene Straßensuche für Straßen nach Geo-Codierungsklassen
(ok, fixierte, nicht geocodierte oder mehrfach geo-codierte Adressen/Hausnummern).
Die Abschnittszuordnung wird durch die Grafik einfach und schnell überprüfbar, grün ist rechts und cyan
links vom NavTeQ-Straßenabschnitt, dessen Orientierung (= Blickrichtung) durch einen Pfeil angezeigt wird.
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Die problematischen Adressen (Nitzschestr. 12, 12A und 14) liegen links vom NavTeQ-Abschnitt und sind
mehrfach geo-codiert. Die überlappenden Hausnummernbereiche Nitzschestr. 14 - 12 und 24 - 12 müssen
also korrigiert werden, um das Problem zu beheben.
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3.5.8.
Erweiterungen für die Abfallwirtschaft und Straßenreinigung
Das FD-Tourenplanungssystem ist für Planungsaufgaben der Abfallwirtschaft und Straßenreinigung gleichermaßen geeignet. Man kann für die Abfallwirtschaft neben dem 3-Tonnensystem auch andere Entsorgungssysteme modellieren. In der Straßenreinigung wird die Leistung in der Regel an Blockseiten oder Straßenabschnitten dargestellt (Blockseite für die Gehwegreinigung oder außen liegende Fahrbahnkanten) und Straßenabschnitte (= Mittelachsen) z.B. für den Kehrmaschineneinsatz.
Die thematische Darstellung der Leistungen in Kartenfenstern und Kartenebenen ist konfigurierbar. Hierfür
wird die Metadatenbeschreibung des Oracle MapViewers (Schema MDSYS) verwendet, die mit dem Oracle
MapBuilder angepasst werden kann. Das FD-System hat mehr als 20 Konfigurationstabellen für die Anpassung an fachliche und individuelle Anforderungen.
Das System ist für die Implementierung weitergehender Berechnungen vorbereitet, z.B. die Berechnung der
optimalen Abfuhrreihenfolge aller Leistungen an einem Entsorgungstag (Tourweg = Route). Diese Erweiterung erfordert die Option Oracle Spatial! Prinzipiell ist auch die Einbindung von Tourenoptimierungssoftware über web services möglich, z.B. © RouteSmart von der RouteSmart Technologies Inc. aus den USA.
Damit sind Spezialalgorithmen für die Segmentierung und Optimierung von Abfallentsorgungsgebieten und
die Berechnung der täglichen Routen (Tourwegoptimierung) für das FD-System verfügbar.
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3.6.
Geo-Daten aus dem GIS DatenPool der LH München
Die Tourenplanung verwendet geographische Referenzdaten der Landeshauptstadt München. Diese werden monatlich aktualisiert in einer Oracle Datenbank im Spatial Format zur Verfügung gestellt. Der Zugriff auf diese Datenbank erfolgt per Datenbank link. Zurzeit wird diese Datenbank unter Oracle 10gR2 geführt, eine Migration auf
Oracle 11gR2 ist für 2013 angekündigt.
Für die Tourenplanung werden nur die Tabellen BAUBLOCK, HAUSNR_PUNKT_AKT, GEBAEUDE_AKT,
GEBAEUDE_NKAT sowie die Stadtkarte in den Tabellen KART_FLAECHE, _LINIE, _SYMBOL und _TEXT
verwendet. Es werden neben der Geometrie nur einige wenige Attribute eingebunden, damit der Änderungsaufwand auf Seiten der Tourenplanung minimiert wird.
Aus der Tabelle HAUSNR_PUNKT_AKT wird das Straßen- und Adressverzeichnis der Tourenplanung erzeugt.
Die Tourenplanung stellt auch Funktionen für die Adress- und Abschnittspflege (neue Hausnummern, editieren
der Hausnummernbereiche der NavTeQ-Straßenabschnitte) bereit. Beim monatlichen update mit den Daten des
GDP bleiben diese Erweiterungen erhalten bzw. werden mit dem GDP abgeglichen (merge).
3.7.
NavTeQ Straßendaten
Die navigierbaren NavTeQ-Straßendaten werden jährlich aktualisiert. Es können nur komplette Datenbestände bezogen werden, keine Änderungen. Eigens entwickelte scripts sorgen für einen Abgleich und den automatischen
Transfer von manuellen Änderungen (Straßennamen, PLZen und Hausnummernbereiche der NavTeQ-Segmente)
auf den aktualisierten Datenbestand. Bei der manuellen Datenpflege werden aber keine Abschnitte erzeugt oder
gelöscht!
Es wird darauf hingewiesen, dass die üblichen "95% Genauigkeit", welche die Datenlieferanten versprechen, für
die Planung der Abfalltouren nicht ausreicht. Mit der regelmäßig durchgeführten Datenpflege liegt diese Genauigkeit beim AWM bei 100% korrekt geo-codierten Adressen! Dies umfasst auch die logistischen Abweichungen z.B.
bei Eckgrundstücken, wo die Entsorgung an einem abweichenden Straßenabschnitt (eben "um die Ecke") durchgeführt wird.
3.8.
Behälterdaten aus dem SAP ISU-Waste
Die Behälterdaten werden im SAP-System geführt und gepflegt. Dazu gehören neben dem Kundenbezug auch die
Leerungshäufigkeit (wöchentlich, 14-täglich, ggf. mehrmals pro Woche) und die Tourmannschaften (Partien).
Seitens SAP können Teile der Behälterdaten (sogenannte Reviere oder Partien) für Planungsarbeiten in einer bidirektionalen Schnittstelle bereit gestellt werden (vgl. ZISU-Tabellen). Die Tourenplanung liest aus diesen Tabellen, nach der Umplanung werden nur die Partiezuordnung, der Abfuhrtag und die Abfuhrwoche in diese Schnittstelle zurück geschrieben. Die SAP-Seite ist für die Verbuchung der Änderungen im SAP-System verantwortlich.
Bei länger andauernden, umfangreichen Planungsänderungen kann zwischendurch eine Aktualisierung (refresh)
der Planungsdaten aus dem SAP in der Tourenplanung erfolgen. Dabei wird der neue Planungsstand soweit wie
möglich automatisch auf den aktuellen Behälterbestand übertragen (über BehälterID oder durch Standplatzvererbung).
3.9.
Ansprechpartner für die Entwicklung
Ansprechpartner für alle Fragen im Zusammenhang mit der Entwicklung der geographischen
Tourenplanung ist Herr Georg Egger, Telefon 0172 276-2622, [email protected].
Diese Anwendung wurde 2012/2013 vollständig neu auf Oracle-Basis entwickelt. Die Installation
und Inbetriebnahme wurden zusammen mit der IT-Abteilung des AWM durchgeführt.
Besonderer Dank geht an Herrn Carsten Czarski, Senior Systemberater der Oracle Deutschland GmbH,
der bei den auftretenden Problem immer kompetent, schnell und freundlich geholfen hat.
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