Warum es so lange dauert, bis der Lift kommt

Wieder einmal warte ich vor dem Aufzug und frage mich, warum er nicht kommt. Klar, jemand könnte die Tür blockiert haben, aber dann müsste der Lift nebenan in die Bresche springen. So langsam aber sicher nimmt mich wunder, wie diese Liftsteuerungen überhaupt funktionieren. Steckt da vielleicht sogar so etwas wie künstliche Intelligenz drin? Oder künstliche Dummheit?

Psychologische Erklärung

Es kann natürlich sein, dass der Aufzug gar nicht so lange braucht und mir das lediglich so vorkommt. Schliesslich stehe ich nicht mit der Stoppuhr vor der Tür und führe Statistik über die Wartezeiten. Tatsächlich kennt die Psychologie verschiedene Gründe, warum sich die Wartezeit oft länger anfühlt, als sie in Wirklichkeit dauert:

• Langeweile: Es gibt nichts zu tun. Die Aufmerksamkeit ist darauf gerichtet, dass der Lift (nicht) kommt.
• Ungeduld: Besonders lange braucht der Lift scheinbar immer dann, wenn ich einen dringenden Termin oder schlicht Hunger habe.
• Falsche Bewertung der Ereignisse: Wenn der Lift lange braucht, fällt es mir eher auf, als wenn er sofort kommt. So entsteht leicht der Eindruck, es dauere generell lange.
• Kulturelle Konditionierung: In der heutigen Zeit ist alles auf Effizienz getrimmt. Uns wird weisgemacht, etwas zu verpassen, wenn nicht jede Minute im Leben ausgefüllt ist. In Deutschland und in der Schweiz ist dies noch ausgeprägter als in anderen Ländern.

Trotzdem bin ich mir sicher, dass ich mir die Wartezeiten nicht nur einbilde. Dafür muss es technische Gründe geben.

Algorithmen für eine laufend ändernde Situation

Programmierer sind bestens vertraut mit dem, was jetzt kommt: Algorithmen. Ein Algorithmus ist eine Abfolge von Handlungsanweisungen. Er sagt dem Aufzug, nach welchem System er die Aufträge abarbeiten soll. Beispielsweise könnte der Algorithmus lauten: Fahr bis ganz nach oben und bediene dabei alle Gäste, die in diese Richtung wollen. Dann fahr ganz nach unten und tu dasselbe. Oder: Fahr immer zu der Person, dessen Stockwerk am nächsten bei dir liegt. Oder: Fahr zur Person, die schon am längsten wartet.

Es ist klar, dass je nach Situation mal der eine, mal der andere Algorithmus schneller ist. Ein komplexer Algorithmus könnte sogar in nützlicher Frist (weniger als eine Sekunde) einen Transportplan berechnen, der für die jeweilige Situation am besten ist (dazu gibt es eine Präsentation des Mathematikers Jörg Rambau). Doch das Grundproblem ist, dass sich die Situation laufend ändert. Während der Lift ein Stockwerk bedient, erhält er neue Aufträge von Personen, die gerade im oder vor dem Lift irgendeinen Knopf gedrückt haben.

Das ist der wohl wichtigste Grund, wieso es hin und wieder zu ungewöhnlich langen Wartezeiten kommt. Auch der beste Algorithmus kann nicht wissen, was als nächstes passiert. Wenn du zum Beispiel vor der Tür stehst und gerade ein Lift in die richtige Richtung vorbeigefahren ist, hast du Pech gehabt. Der Lift hat seinen Fahrplan bereits gemacht und kehrt jetzt nicht um. Das würde die Personen, die bereits im Lift sind, ziemlich verwirren oder sogar verärgern.

Welche Lift-Algorithmen sind effizient?

Jeder wird also hin und wieder Opfer einer ungünstigen Konstellation. Daher fragt sich: Welcher Algorithmus arbeitet im Durchschnitt am effizientesten, also unter ganz verschiedenen Bedingungen?

Drei Mathematiker der Universität Wien haben in einer Studie genau das untersucht. Folgende Algorithmen wurden empirisch getestet:

1. Simpler Algorithmus: Der Lift fährt von ganz unten nach ganz oben und wieder zurück. Er hält an, wenn jemand aussteigen will oder eine Person vor der Tür wartet. Funktioniert also gleich wie ein ÖV-Bus.
2. Nearest Neighbor: Wenn ein Lift nichts zu tun hat, fährt er die wartende Person an, die am nächsten liegt, anstatt stur bis ganz oben oder unten zu fahren. Sind mehrere Lifte inaktiv, wird derjenige aktiviert, der der wartenden Person am nächsten ist.
3. Variante davon: Die am längsten wartende statt die nächstgelegene Person hat Priorität. Um dies als Variante von Nearest Neighbor zu sehen, muss man wohl Mathematiker sein.
4. Random Target: Ein leerer Lift sucht sich ein zufälliges Ziel aus.
5. Sektoren: Das Gebäude wird in Sektoren von mehreren Etagen unterteilt. Jeder Lift hat einen bestimmten Sektor, für den er zuständig ist. Er führt nur Aufträge von und an diesen Sektor aus, sowie Aufträge zum Stock mit dem Haupteingang, dem grössten Personenaufkommen (meist das Erdgeschoss).

Die Simulation wurde mit verschiedenen Szenarien durchgeführt: Verschiedene Gebäude (Anzahl Stockwerke, Anzahl Lifte mit unterschiedlicher Kapazität und Geschwindigkeit), und unterschiedliches Personenaufkommen. Die Mathematiker haben auch Stosszeiten berücksichtigt. Morgens im Bürogebäude wollen alle vom Haupteingang hinauf, abends alle zum Haupteingang runter.

Wenig überraschend ist der simple Algorithmus der langsamste. Mit Abstand. Hingegen erstaunt mich, dass der zufallsgesteuerte Mechanismus genau so effizient ist wie Nearest Neighbor. Und sogar besser als der Sektor-Algorithmus. Das Problem an der Sektorzuteilung ist, dass der Lift an wartenden Personen vorbeifährt, die er gerade so gut hätte mitnehmen können. Dieser Nachteil wiegt bei den Stosszeiten besonders schwer. Und die Stosszeiten sind entscheidend, denn bei geringem Personenaufkommen arbeiten alle Algorithmen mehr oder weniger zufriedenstellend.

Der Lift, der immer die am längsten wartende Person anfährt, ist der gerechteste, aber nicht der effizienteste. Möglicherweise verhindert er auch extrem lange Wartezeiten, auch wenn er insgesamt schlechter ist. Leider machen die Autoren der Studie dazu keine Angaben.

Verschiedene Steuerungstypen

Aus dem Paper geht nicht klar hervor, nach welchem Prinzip die Aufrufe der wartenden Personen erfolgen. Es gibt Systeme mit nur einer Taste («Lift komm zu mir»), solche mit zwei Tasten («Ich will hinauf/hinunter») und auch solche, wo du bereits im Gang das Stockwerk wählen kannst.

Mit zwei Tasten dürften sämtliche Algorithmen effizienter arbeiten als mit einer, denn so halten nur Lifte an, die bereits in der richtigen Fahrtrichtung unterwegs sind. Allerdings kommt es bei den Zweiknopfsteuerungen zu Effizienzverlusten von bis zu 30 Prozent, wenn jemand aus Versehen die falsche Taste drückt. Das kann bei einer Eintastenbedienung logischerweise nicht passieren.

Wenn du schon im Gang dein Stockwerk wählen kannst, weiss das System von Anfang an, welche Personen das gleiche Fahrziel haben. Diese Information wird genutzt, um die Zwischenstopps zu minimieren. Das heisst, es verkürzt sich nicht die Wartezeit, sondern die Fahrzeit. Sinnvoll ist dies vor allem in Hochhäusern. Obwohl sich die Wartezeit verlängern kann, soll unter dem Strich die Förderleistung um 15 bis 20 Prozent höher sein.

Übrigens: Falls der Aufzug sprachgesteuert ist und nie kommt, liegt das daran, dass die Personen schottisch sprechen, wie das Video zeigt.

Die ungelösten Fragen

Welche Algorithmen nun tatsächlich wo eingesetzt werden, habe ich nicht herausgefunden. Klar ist: Es gibt ganz verschiedene Liftsysteme, je nach Baujahr und Anforderungen. Mittlerweile sind auch selbstlernende Systeme im Einsatz. Diese überprüfen laufend das Personenaufkommen in den verschiedenen Stockwerken und die gewünschten Fahrziele und passen sich entsprechend an. So können kritische Stosszeiten besser bewältigt werden.

Bleibt noch die letzte ungelöste Frage der Liftsteuerung. Bewirkt der «Türe-schliessen-Knopf» wirklich etwas oder ist das ein reiner Placebo-Knopf, der nur dazu da ist, dich während des Wartens zu beschäftigen? Meine Theorie: Die Antwort wird von den Liftherstellern geheim gehalten, damit wir uns die Wartezeit verkürzen, indem wir darüber diskutieren.