Schichtplan-Solver: Or-Tools-Constraint-Solver in der Praxis

Einordnung

Abschnitt 01

Warum ein Solver, nicht ein LLM

Schichtplanung ist ein klassisches Constraint-Satisfaction-Problem mit nachweisbar optimaler Lösung, nicht ein Generierungs-Problem. Ein LLM würde plausible Pläne produzieren, die aber Tarif-Constraints verletzen oder Soft-Constraints zufällig priorisieren. Or-Tools garantiert: wenn der Solver "feasible" sagt, sind ALLE Hard-Constraints erfüllt. Wenn er "optimal" sagt, ist zusätzlich die Soft-Constraint-Zielfunktion maximal. LLM gibt keine solche Garantie.

Abschnitt 02

Constraint-Klassen in der Praxis

Hard-Constraints (verletzt = Plan ungültig): Tarif-Vorgaben (max 10h pro Schicht, min 11h Pause, max 48h pro Woche), Skill-Match (Notarzt-qualifiziert für Nachtschicht), Verfügbarkeit (Mitarbeiter im Urlaub kann nicht eingeteilt werden), Mindest-Besetzung pro Schicht. Soft-Constraints (Verletzung = Score-Strafpunkte): Wunsch-frei-Tage, präferierte Schichtarten, max 5 Tage am Stück, gleichmäßige Wochenend-Verteilung. Bei einem 28-MA-Pflegeheim haben wir 18 Hard- und 14 Soft-Constraints aktiv. Die Soft-Zielfunktion gewichtet Wünsche höher als Gleichmäßigkeit (Faktor 3:1).

Abschnitt 03

Or-Tools CP-SAT im Setup

Schichtplan-KI verwendet Or-Tools 9.x CP-SAT mit Boolean-Variablen für jeden möglichen Mitarbeiter-Schicht-Tag-Slot. Bei 28 MA × 28 Tage × 3 Schichten/Tag = 2.352 Variablen. Constraints werden als lineare Ungleichungen ausgedrückt. Der Solver läuft mit Time-Limit 60 Sekunden auf einem 4-Core-Hetzner-Container, findet in 97% der Fälle optimal innerhalb von 8-22 Sekunden. Bei größeren Setups (80+ MA) verwenden wir Decomposition: zuerst Skill-Zuordnung pro Schichtart, dann Detail-Plan pro Mitarbeiter.

Abschnitt 04

Tarif-Profile: was out-of-the-box funktioniert

Schichtplan-KI liefert vorbereitete Profile für: TVöD-Pflege (Pflegeheim, Klinik), TVöD-VKA (Kommune), Gastgewerbe-Tarif (Hotel, Restaurant), Handwerks-Standard (5-Tage-Woche, Sa-Pflicht), Logistik-Schicht (3-Schicht-Modell). Pro Profil sind 12-20 Hard-Constraints kodiert. Bei TVöD-Pflege beispielsweise: max 7 Nachtschichten in 14 Tagen, mindestens 1 freier Sonntag in 4 Wochen, kein Frühdienst direkt nach Spätdienst. Wer ein eigenes Tarif-Profil hat, kann es im YAML-Format einreichen, DripBack codiert es als Constraint-Set (1-3 Beratungstage).

Abschnitt 05

Beispiel-Szenario: Pflegeheim 28 MA, 28 Tage Vorlauf

Beispiel-Szenario · kein realer Kunde · erfundener Vorgang zur Veranschaulichung. Alle Zahlen in diesem Abschnitt sind Rechenbeispiele, keine Kundendaten.

Angenommen ist ein Pflegeheim (Beispiel) mit 28 Pflegekräften und einem 28-Tage-Plan. Vor Schichtplan-KI: 14 Stunden manuelle Erstellung durch Heimleitung, Wunsch-Erfüllung 62%, durchschnittlich 4-6 Mitarbeiter-Beschwerden pro Plan. Nach Schichtplan-KI: 12 Minuten Erstellung (Mensch prüft, optimiert), Wunsch-Erfüllung 89%, durchschnittlich 0-1 Beschwerde. Der Solver hat von 28 × 28 × 3 = 2.352 Slots in 18 Sekunden eine optimale Belegung gefunden. Die monatliche Zeit-Ersparnis: 13.5 Stunden, was bei einem Heimleitungs-Lohn von 38 €/h etwa 513 € entspricht. Schichtplan-KI kostet ab 599 €/Monat. Über die eingesparte Planungszeit allein trägt sich das in dieser Hausgröße nicht — der Ausschlag liegt hier bei der Wunsch-Erfüllung (62 auf 89 Prozent) und den ausbleibenden Beschwerden, also bei Fluktuation und Krankenstand.

Abschnitt 06

Was der Solver nicht löst

Drei Klassen von Problemen, die Schichtplan-KI nicht löst: (1) Stark variierende Schicht-Bedarfe (z.B. Eventhotel mit Konferenz-Spitzen) — hier hilft nur eine vorgelagerte Bedarfs-Prognose, die wir separat anbieten. (2) Mitarbeiter mit konflikt-trächtigen Beziehungen ("X und Y dürfen nicht gleichzeitig arbeiten") — als Hard-Constraint kodierbar, aber der Solver kann ungewollte Konflikte nicht erkennen. (3) Plötzliche Krankmeldungen — der Solver kann re-planen, aber das ist eine separate Operation, nicht Echtzeit. Für Echtzeit-Re-Planning bieten wir die Schichtplan-KI in einer Live-Variante als Erweiterung.

Abschnitt 07

Eingabe-Format: Excel oder CSV

Schichtplan-KI akzeptiert zwei Eingabe-Formate. (1) Excel-Vorlage: ein Tabellenblatt pro Mitarbeiter mit Verfügbarkeit, Wünschen, Skills. Ideal für Customers ohne IT-System. (2) CSV mit definierten Spalten: id, name, role, skills (semicolon-separated), available_dates, preferred_shifts, max_hours. Anbindung an Personio, HeavenHR, BambooHR via REST-API möglich. Die häufigste Setup-Hürde: Wünsche werden in vielen Betrieben nur mündlich kommuniziert, müssen erstmals digital erfasst werden. Hier liefert Schichtplan-KI ein einfaches Wunsch-Formular für jeden Mitarbeiter (Web-UI, 60 Sekunden pro Wunsch).

Abschnitt 08

Output: Visualisierung + Export

Der Solver liefert intern eine JSON-Belegungs-Tabelle. Schichtplan-KI visualisiert das als (a) Kalender-Ansicht pro Mitarbeiter und (b) Schicht-Ansicht pro Tag mit Besetzungs-Übersicht. Export-Formate: Excel, PDF (mit Branding), iCal pro Mitarbeiter (automatisch in Outlook/Apple Calendar importierbar). Die iCal-Funktion war ein User-Request aus dem dritten Setup und ist mittlerweile das meist-genutzte Feature.

Abschnitt 09

Was es 2025 lernen musste

Drei Erkenntnisse, Erfahrungswerte aus eigenen Test-Setups: (a) Der Solver muss ein "weiches Failure" haben — wenn keine feasible Lösung existiert, soll er den am wenigsten verletzten Plan zeigen, nicht abbrechen. Implementiert via Constraint-Relaxation in Stufen. (b) Wunsch-Liste muss versioniert werden — wenn ein Mitarbeiter spät einen Wunsch nachreicht, sollte der alte Plan erkennbar als "vor Wunsch-Änderung" markiert sein. (c) Heimleitung will manuelle Override-Möglichkeit. Trotz mathematischer Optimalität gibt es Tage, an denen die Heimleitung "weiß, dass X heute besser wäre" — Override + automatische Re-Constraint-Berechnung ist Pflicht-Feature.

Abschnitt 10

ROI und Setup-Kosten

Schichtplan-KI kostet ab 599 €/Monat für KMU unter 60 MA und 1.199 € für 60-150 MA, ab 150 MA individuell. Setup 2.500-7.500 € einmalig. Gerechnet nur über Planungszeit liegt der Break-even bei rund 24 Heimleitungs-Stunden pro Monat (38 €/h). Eine typische 30-MA-Konstellation spart 12-15 Stunden, also 456-570 € — das deckt den Monatspreis nicht, Schichtplan-KI rechnet sich in dieser Größe über Wunsch-Erfüllung, Beschwerden und Fluktuation. Bei einer Klinik mit 120 MA kommen 25-30 Stunden Plan-Erstellung pro Monat zusammen, also 950-1.140 €: dort trägt bereits die reine Zeitersparnis den Preis. Wir rechnen das im Discovery-Call an Ihren Zahlen durch, statt eine pauschale Amortisation zu versprechen.