Naast bedrijfslogistiek bestaat er ook nog zoiets als maatschappelijke logistiek. Het gaat om de planning van processen, die een geweldige maatschappelijke impact hebben als het fout loopt. Als niemand meer fatsoenlijk kan internetten, omdat we niet goed met bandbreedte omgaan, als verouderde planningsmethoden in ziekenhuizen enorme wachtlijsten veroorzaken, of als er systematisch te weinig plaatsen zijn in de spitstreinen. Dan gaat het niet om de logistiek van een alles regelende overheid, maar om de logistiek van individuele bedrijven en dienstverleners van allerlei soort en omvang als spoorwegen, energieleveranciers, huisartsenposten, ziekenhuizen, telecom- en taxibedrijven. Als het daar stokt, stokt de samenleving en dus onze economie. Dan verdwijnt onze sociale zekerheid, onze gezondheid. De kwaliteit van het leven - van iedereen - is dan in het geding. Om de samenleving draaiend te houden, moet de logistiek van BV Nederland (of Europe Inc.), de maatschappelijke logistiek, op orde zijn.


Railverkeer: slim kiezen uit veel mogelijkheden
Tijdens de ochtendspits zijn de treinen, zeker in de randstad, doorgaans overvol. Voor menige forens een bron van irritatie. De oplossing lijkt simpel: maak de treinen langer. Maar even een trein bestellen bij de dealer om de hoek is er niet bij, zoiets duurt jaren en is bovendien erg duur. Dus is het zaak dat de spoorwegen rijtuigen aan treinen toewijzen waar ze nodig zijn, en dat er een goed dienstrooster voor rijtuigen is. Een op het eerste gezicht simpele aanpak hiervoor is om alle mogelijke roosters op een rij te zetten en het beste te kiezen. Met de snelle computers van tegenwoordig is dat een verleidelijke suggestie, maar geen haalbare. De lijst zou enorm lang worden. Zelfs met de snelst denkbare computer duurt het tot het einde der tijden - letterlijk - voor de lijst af is. Dat komt vaak voor bij planningsproblemen. Er zijn dan slimme algoritmen nodig die een goede keuze uit de lijst maken zonder die lijst expliciet op te stellen. Het maken van zo’n algoritme is een wetenschappelijke uitdaging van de eerste orde en hoort tot het onderzoeksgebied van de algoritmiek - een vakgebied op het grensvlak van informatica en wiskunde.
De wiskundige pakt zo’n planningsprobleem aan door de lijst roosters voor te stellen als één geheel, bijvoorbeeld als een wolk punten in een meetkundige ruimte. Hij beschrijft die wolk dan met formules. De ruimte is een denkbeeldige, met veel dimensies, dus niet de driedimensionale ruimte zoals wij die om ons heen zien, maar toch heeft de wiskundige met zijn meetkundige intuïtie en kennis grip op het probleem. ‘Je ziet als het ware de richting in de ruimte waarin het geschikte rooster in de wolk ligt’, zei CWI-onderzoeker Alexander Schrijver, toen hij onlangs de Spinoza-premie ontving. Dankzij zo’n fundamentele, wiskundige aanpak kan er software worden ontworpen waarmee de NS en andere ondernemingen die dergelijke planningen voor materieelinzet moeten uitvoeren, zich kunnen verbeteren.

Kwaliteitsdegradatie e-commerce door succes technologie
World wide wait is de bijnaam van het world wide web en iedere websurfer kan er over meepraten: de steeds vaker voorkomende traagheid en daardoor onbetrouwbaarheid van internet. Iets wat bij veel ICT-diensten een serieus probleem is, want het is de oorzaak van kwaliteitsdegradatie. Neem bijvoorbeeld e-commerce-applicaties als het online reserveren van vliegtickets en hotelkamers, om nog maar te zwijgen van financiële dienstverlening als telebankieren. Op drukke uren is de responstijd vaak te lang. Geschat wordt dat 10-25 procent van de opbrengsten van e-commercesites verloren gaat als gevolg van slechte performance - doordat de technologie het succes niet aankan.
Het probleem waarvoor onderzoekers zich gesteld zien is drievoudig: het gebruik van ICT-diensten wordt groter, leidt tot meer verkeer en meer kans op slechte performance; er komen steeds nieuwe technologieën (bijvoorbeeld UMTS, HSDPA, wireless LANs, object middleware), hetgeen nieuwe vragen oplevert over hoe een goede performance is te realiseren; ICT-systemen worden complexer (gedistribueerder), waardoor het lastiger wordt de totale end-to-end performance, zoals de betalende klant die ervaart, te beheersen. De uitdaging voor wetenschappers zit hem erin dat het beheersen van kwaliteit in een dergelijke context steeds belangrijker wordt, maar tegelijk moeilijker te realiseren is.
Om aan de snelgroeiende vraag naar ICT-diensten te kunnen voldoen, moet de capaciteit van ICT-infrastructuren meegroeien met de vraag. De oplossing lijkt simpel: veel extra capaciteit bijplaatsen, ‘overdimensioneren’. Maar vaak kan aan de toenemende vraag alleen maar worden voldaan door efficiënt met middelen als rekenkracht, bandbreedte en geheugen om te gaan. Het is essentieel dat uitgekiende capaciteitsplanning al in de ontwerpfase van een dienst wordt meegenomen, omdat zo de enorme kosten van herontwerpen kunnen worden bespaard. Zeer belangrijk is het daarom om inzicht te krijgen in de relatie tussen de hoeveelheid beschikbare resources, het aantal gebruikers en de geleverde kwaliteit. Hiervoor ontwikkelen en bestuderen wiskundigen zogeheten performancemodellen. Het probleem is, dat weliswaar bekend is hoeveel gebruikers er globaal zijn, maar niet wanneer zij zich precies aanmelden en of dat gelijkmatig over de dag gebeurt of in pieken. Deze onzekerheid leidt bij de analyse van de performancemodellen tot wiskundige problemen in de kansrekening. Dit alles vereist zeer specifieke kennis van zowel telecommunicatiesystemen als van technieken voor de evaluatie en optimalisatie van performance.
De komende jaren zullen de voorheen gescheiden werelden van informatietechnologie (databases) en communicatietechnologie (telefoon, televisie) steeds meer geïntegreerd worden tot nieuwe technologieën. Een voorbeeld van zo’n - veeleisende - nieuwe technologie is video-on-demand. De exploitant zal van tevoren willen weten hoeveel bandbreedte hij beschikbaar moet hebben om honderden, duizenden of zelfs miljoenen klanten tegelijk te kunnen bedienen. Onderzoekers proberen een antwoord te vinden met steeds betere modellen.

Patiënt en cliënt beslissen mee over planning
Twee ogenschijnlijk verschillende werelden als de gezondheidszorg en de transportbranche hebben in feite een gemeenschappelijk probleem: wachtlijsten en files. Logistieke problemen met een grote maatschappelijke impact, die met dezelfde technieken aangepakt kunnen worden. De oplossing ligt in een uitgekiende decentrale planning.
De testen en behandelingen die in- en externe patiënten in ziekenhuizen ondergaan, worden op afspraak verricht. Door de decentrale organisatie in ziekenhuizen gaat het om allemaal verschillende afspraken. Medische specialismen zijn zo verschillend, dat zij een eigen wijze van planning behoeven. Deze onvermijdelijke autonomie belemmert een optimale planning en genereert wachtlijsten. Van patiënten werd tot voor kort verwacht dat ze voor elk onderzoek en voor iedere afspraak apart naar het ziekenhuis kwamen, met een geweldige tijdverspilling, vervoerskosten, schade voor werkgevers en ergernis tot gevolg. De mondige patiënt van nu pikt dat niet meer. Dit is een mooi voorbeeld van een planningsprobleem van meerdere partijen met verschillende doelstellingen: de specialisten die op hun eigen wijze willen werken, de verzekeraars die de kosten in de hand willen houden en de verzekerden die snel en goed geholpen willen worden. Bij handmatige (telefonische) planningen loopt een aanvankelijk gestroomlijnd schema al gauw in de war door complicaties als uitlopende behandelingen en de daarop volgende aanpassingen.
De oplossing wordt gezocht in het automatiseren van de planning waarbij als het ware onderhandeld wordt tussen de verschillende belanghebbenden, inclusief de patiënten. Daarbij wordt gebruik gemaakt van agenttechnologie, een techniek waarin elke partij in de planningssoftware vertegenwoordigd is door een eigen zelf-geïnstrueerde softwaremodule of software-agent. De software-agenten van de verschillende partijen proberen al onderhandelend met elkaar tot een oplossing te komen.
Een van de problemen is, dat de spelregels voor de agenten zeer zorgvuldig onderzocht en ontworpen moeten worden. Bovendien moeten de agenten lering kunnen trekken uit eerdere situaties. Gebeurt dit niet, dan bestaat enerzijds het risico dat de software-agenten maar door blijven steggelen zonder tot een planning te komen en anderzijds dat de planning niet aan de eisen van de verschillende partijen voldoet.
Wat in ziekenhuizen speelt, doet zich ook voor bij het wegtransport, zeker nu grote transportbedrijven het eigenlijke transport steeds meer uitbesteden. Ook in ziekenhuizen moet de planning tot stand komen in overleg met verschillende autonome partners met uiteenlopende belangen.
Steeds komt het weer neer op vragen als: wanneer mag een agent afspraken maken of veranderen? Hoe waardeer je de noodzaak om te veranderen, hoe weeg je nutsfuncties van de individuele partijen middels distributiemechanismen? Waar leg je zwaartepunten? De middelen die informatici ten dienste staan om agenten binnen de vastgestelde regels te laten werken én ze te laten leren van ervaringen zijn neurale netwerken, genetische algoritmen en zogeheten graphical models (modellen van kansen en de relatie daartussen). Het is de kunst die zo efficiënt mogelijk uit te breiden voor applicaties in de zorg.

4 onderzoeks-gebieden CWI
Het Centrum voor Wiskunde en Informatica (CWI) te Amsterdam werd op 11 februari 1946 als Mathematisch Centrum opgericht met de missie om grensverleggend, fundamenteel onderzoek te doen en om nieuwe kennis door te geven aan de maatschappij. Onderzoek voor de Deltawerken en de ontwikkeling van de eerste Nederlandse computers behoorde tot de vroegste, soms baanbrekende resultaten van CWI-onderzoekers. Een ander wapenfeit is de ontwikkeling in 1989-1990 van de computertaal Python - in gebruik bij onder andere Google, Walt Disney, NASA en bij de toponderzoekster Nancy A. Lynch (MIT, winnares Van Wijngaarden Award 2006). In 2005 kreeg CWI-onderzoeker Alexander Schrijver de Spinoza Premie (de Nederlandse Nobelprijs).
Na een zeer goed uitgevallen wetenschappelijke evaluatie van het instituut in 2005 heeft het Managementteam van het CWI besloten het onderzoek de komende jaren te concentreren op vier gebieden, die zeer complex en van groot maatschappelijk belang zijn:
service-oriented computing;
data-explosie;
maatschappelijke logistiek;
aard- en levenswetenschappen.
Deze globale thema’s worden vertaald naar concrete onderzoeksonderwerpen, zoals ontwerp, bouw, compositie en de analyse van computing services, het onderhandelen tussen services over prestaties, prijs en kwaliteit, service-enabling van bestaande software; scientific datamanagement, visual datamining, information retrieval; algoritmische speltheorie, ad-hocnetwerken; combinatorische bio-informatica, systeembiologie en klimaat- en oceanografiesimulaties.


Prof.dr.ir. A.M.H. Gerards is hoofd van de afdeling Probability, Networks and Algorithms en lid van het managementteam van het CWI; daarnaast is hij hoogleraar aan de Technische Universiteit Eindhoven. Prof.dr.R.D. van der Mei is senior onderzoeker Performance Analyse van Communicatienetwerken bij het CWI; daarnaast is hij buitengewoon hoogleraar (afdeling Wiskunde) aan de Vrije Universiteit. Prof.dr. J.A La Poutré is leider van de onderzoeksgroep Computational Intelligence and Multi-aget Games aan het CWI; daarnaast is hij hoogleraar (Capacity Group Information Systems)aan de Technische Universiteit Eindhoven.