Modellierung und Prozessoptimierung der Organisationsstruktur in der orthopädischen Poliklinik

Gegenstand dieser Arbeit ist die Identifizierung und quantitative Analyse organisatorischer Schwachstellen in den klinischen Abläufen der orthopädischen Poliklinik der Klinik für Orthopädie und Rheumatologie in Marburg. Ziel dieser Analysen ist, mit Hilfe der gewonnen Daten fundierte Optimierungsvorschläge zu entwickeln, diese mit den Mitarbeitern zu diskutieren und schließlich umzusetzen. Da die langen Wartezeiten der Patienten das Hauptproblem in der orthopädischen Poliklinik darstellen, fokussiert diese Arbeit auf die Wartezeit als entscheidenden Parameter der Analysen und operationalisiert den Erfolg möglicher Reorganisationsmaßnahmen durch die Gesamtaufenthaltsdauer der Patienten. Initial werden die Prozesse durch Beobachtung und Diskussion mit allen Beteiligten untersucht und ein Prozessmodell erstellt. Als Dokumentationswerkzeug dient die am Institut für medizinische Informatik entwickelte Marburger Prozess-Dokumentation (MaPDok). Durch mehrwöchige Zeiterfassungen in der Poliklinik während der Sprechstunden werden anschließend die Arbeitsabläufe zeitlich genau charakterisiert. Neben direkten Zeiterfassungen werden auch vorhanden Informationsquellen, wie z.B. Eingangsbücher, analysiert, um eine detaillierte Datenbasis zu erhalten. Unter Verwendung dieser Daten wird ein warteschlangentheoretischer Ansatz verfolgt. Die Entwicklung eines Warteschlangenmodells erweist sich für die Abbildung des Ist-Zustandes aufgrund spezifischer Eigenschaften der zeitlichen Verteilung der Patientenankünfte als nicht praktikabel, bringt aber im Rahmen der Entwicklung eines neuen Terminvergabemodus wichtige Erkenntnisse. Mithilfe der gewonnenen Daten und der erworbenen Kenntnisse der entscheidenden Prozesse wird anschließend ein dynamisches Modell mit Hilfe der Dicrete-event-Simulation erstellt. Dieses Modell erweist sich für die Standardsprechstunde als valide, sodass verschiedene Sollszenarien mit unterschiedlichen personellen Ressourcen und Einbestellintervallen untersucht werden können. In der Zusammenschau der Ergebnisse werden vier organisatorische Schwächen von hoher zeitlicher Bedeutung identifiziert. Es handelt sich um das Einbestellsystem, die Koordination mit der Abteilung für Strahlendiagnostik, die zahlreichen Nebenaufgaben der Ärzte sowie die mangelnde Verfügbarkeit von Patienteninformationen. Für diese vier Probleme wurden Lösungskonzepte erarbeitet. Zahlreiche Optimierungsvorschläge konnten nach Zustimmung der Beteiligten erfolgreich implementiert werden. Interventionen, die sich aus diesem Projekt ergeben haben, sind dabei u.a. die Einführung eines neuen, EDV-gestützten, die Abteilung für Strahlendiagnostik einbeziehenden Einbestellsystems, die Einrichtung eines festen ärztlichen Poliklinkteams sowie die elektronische Arztbriefschreibung auch im ambulanten Bereich. Seit zwei Jahren bewähren sich diese Reorgansiationsmaßnahmen im klinischen Alltag

Modelling and evaluation of load and performance control mechanisms of B-ISDN/ATM switching systems

Behandelt wird die Problematik der Last- und Leistungsregelung im Kontext der ATM-basierten Breitband-Vermittlungstechnik.Objective of this thesis are load control and performance control concepts for broadband switching systems. Focus is the services integrating network technology B-ISDN using ATM as transfer mode. The studied mechanisms and concepts are principally of generic nature. Specifically they are designed within the envisaged context of B-ISDN, due to its extensive vision with respect to service integration, Quality of Service (QoS) support and ATM bearer capabilities. Area of application is implicitly the network control plane, but interactions between user and control plane have to be considered, too. The prime scope are switching nodes between access and core network domain, i.e., B-ISDN switches which have to provide user-to-network and network-to-network signalling protocol functions. Thus, beside service distinction call type differentiation is also covered due to the considered network positioning

Eliminierung negativer Effekte autokorrelierter Prozesse an Zusammenführungen

Im Kern der vorliegenden Arbeit wird eine neue Vorfahrtstrategie zur Steuerung von Materialflüssen an Zusammenführungen vorgestellt. Das Hauptanwendungsgebiet stellen innerbetriebliche Transportsysteme dar, wobei die Erkenntnisse auf beliebige Transport- bzw. Bediensysteme übertragbar sind. Die Arbeit grenzt sich mit der Annahme autokorrelierter Ankunftsprozesse von bisheriger Forschung und Entwicklung ab. Bis dato werden stets unkorrelierte Ströme angenommen bzw. findet keine spezielle Beachtung autokorrelierter Ströme bei der Vorfahrtsteuerung statt. Untersuchungen zeigen aber, dass zum einen mit hoher Konfidenz mit autokorrelierten Materialflüssen zu rechnen ist und in diesem Fall zum anderen von einem erheblichen Einfluss auf die Systemleistung ausgegangen werden muss. Zusammengefasst konnten im Rahmen der vorliegenden Arbeit 68 Realdatensätze verschiedener Unternehmen untersucht werden, mit dem Ergebnis, dass ca. 95% der Materialflüsse Autokorrelation aufweisen. Ferner wird hergeleitet, dass Autokorrelation intrinsisch in Materialflusssystemen entsteht. Die Folgen autokorrelierter Prozesse bestehen dabei in längeren Durchlaufzeiten, einem volatileren Systemverhalten und höheren Wahrscheinlichkeiten von Systemblockaden. Um die genannten Effekte an Zusammenführungen zu eliminieren, stellt die Arbeit eine neue Vorfahrtstrategie HAFI – Highest Autocorrelated First vor. Diese priorisiert die Ankunftsprozesse anhand deren Autokorrelation. Konkret wird die Vorfahrt zunächst so lange nach dem Prinzip First Come First Served gewährt, bis richtungsweise eine spezifische Warteschlangenlänge überschritten wird. Der jeweilige Wert ergibt sich aus der Höhe der Autokorrelation der Ankunftsprozesse. Vorfahrt bekommt der Strom mit der höchsten Überschreitung seines Grenzwertes. Die Arbeit stellt ferner eine Heuristik DyDeT zur automatischen Bestimmung und dynamischen Anpassung der Grenzwerte vor. Mit einer Simulationsstudie wird gezeigt, dass HAFI mit Anwendung von DyDeT die Vorzüge der etablierten Vorfahrtstrategien First Come First Served und Longest Queue First vereint. Dabei wird auch deutlich, dass die zwei letztgenannten Strategien den besonderen Herausforderungen autokorrelierter Ankunftsprozesse nicht gerecht werden. Bei einer Anwendung von HAFI zur Vorfahrtsteuerung können Durchlaufzeiten und Warteschlangenlängen auf dem Niveau von First Come First Served erreicht werden, wobei dieses ca. 10% unter dem von Longest Queue First liegt. Gleichzeitig ermöglicht HAFI, im Gegensatz zu First Come First Served, eine ähnlich gute Lastbalancierung wie Longest Queue First. Die Ergebnisse stellen sich robust gegenüber Änderungen der Auslastung sowie der Höhe der Autokorrelation dar. Gleichzeitig sind die Erkenntnisse unabhängig der Analyse einer isolierten Zusammenführung und der Anordnung mehrerer Zusammenführungen in einem Netzwerk.:1 Einleitung 1 1.1 Motivation 1 1.2 Zielsetzung, wissenschaftlicher Beitrag 4 1.3 Konzeption 5 2 Grundlagen 7 2.1 Automatisierung, Steuern, Regeln 7 2.2 System, Modell 10 2.3 Stochastik, Statistik 14 2.3.1 Wahrscheinlichkeitsverteilungen 14 2.3.2 Zufallszahlengeneratoren 21 2.3.3 Autokorrelation als Ähnlichkeits- bzw. Abhängigkeitsmaß 24 2.4 Simulation 29 2.5 Warteschlangentheorie und -modelle 32 2.6 Materialflusssystem 35 2.7 Materialflusssteuerung 37 2.7.1 Steuerungssysteme 37 2.7.2 Steuerungsstrategien 40 2.8 Materialflusssystem charakterisierende Kennzahlen 46 3 Stand der Forschung und Technik 51 3.1 Erzeugung autokorrelierter Zufallszahlen 51 3.1.1 Autoregressive Prozesse nach der Box-Jenkins-Methode 52 3.1.2 Distorsions-Methoden 54 3.1.3 Copulae 56 3.1.4 Markovian Arrival Processes 58 3.1.5 Autoregressive Prozesse mit beliebiger Randverteilung 61 3.1.6 Weitere Verfahren 64 3.1.7 Bewertung der Verfahren und Werkzeuge zur Generierung 65 3.2 Wirken von Autokorrelation in Bediensystemen 68 3.3 Fallstudien über Autokorrelation in logistischen Systemen 75 3.4 Ursachen von Autokorrelation in logistischen Systemen 89 3.5 Steuerung von Ankunftsprozessen an Zusammenführungen 96 3.6 Steuerung autokorrelierter Ankunftsprozesse 100 4 Steuerung autokorrelierter Ankunftsprozesse an Zusammenführungen 105 4.1 Modellannahmen, Methodenauswahl, Vorbetrachtungen 106 4.2 First Come First Served und Longest Queue First 114 4.3 Highest Autocorrelated First 117 4.3.1 Grundprinzip 117 4.3.2 Bestimmung der Grenzwerte 127 4.3.3 Dynamische Bestimmung der Grenzwerte mittels „DyDeT“ 133 4.4 Highest Autocorrelated First in Netzwerken 150 4.5 Abschließende Bewertung und Diskussion 161 5 Zusammenfassung und Ausblick 167 Primärliteratur 172 Normen und Standards 194 Abbildungsverzeichnis 197 Tabellenverzeichnis 199 Pseudocodeverzeichnis 201 Abkürzungsverzeichnis 203 Symbolverzeichnis 205 Erklärung an Eides statt 209The work at hand presents a novel strategy to control arrival processes at merges. The main fields of application are intralogistics transport systems. Nevertheless, the findings can be adapted to any queuing system. In contrast to further research and development the thesis assumes autocorrelated arrival processes. Up until now, arrivals are usually assumed to be uncorrelated and there are no special treatments for autocorrelated arrivals in the context of merge controlling. However, surveys show with high reliability the existence of autocorrelated arrivals, resulting in some major impacts on the systems\' performance. In detail, 68 real-world datasets of different companies have been tested in the scope of this work, and in 95% of the cases arrival processes significantly show autocorrelations. Furthermore, the research shows that autocorrelation comes from the system itself. As a direct consequence it was observed that there were longer cycle times, more volatile system behavior, and a higher likelihood of deadlocks. In order to eliminate these effects at merges, this thesis introduces a new priority rule called HAFI-Highest Autocorrelated First. It assesses the arrivals\' priority in accordance to their autocorrelation. More concretely, priority initially is given in accordance to the First Come First Served scheme as long as specific direction-wise queue lengths are not exceeded. The particular thresholds are determined by the arrival processes\' autocorrelation, wherein the process with the highest volume gets priority. Furthermore, the thesis introduces a heuristic to automatically and dynamically determine the specific thresholds of HAFI-so called DyDeT. With a simulation study it can be shown that HAFI in connection with DyDeT, combines the advantages of the well-established priority rules First Come First Served and Longest Queue First. It also becomes obvious that the latter ones are not able to deal with the challenges of autocorrelated arrival processes. By applying HAFI cycling times and mean queue lengths on the level of First Come First Served can be achieved. These are about 10% lower than for Longest Queue First. Concomitantly and in contrast to First Come First Served, HAFI also shows well balanced queues like Longest Queue First. The results are robust against different levels of throughput and autocorrelation, respectively. Furthermore, the findings are independent from analyzing a single instance of a merge or several merges in a network.:1 Einleitung 1 1.1 Motivation 1 1.2 Zielsetzung, wissenschaftlicher Beitrag 4 1.3 Konzeption 5 2 Grundlagen 7 2.1 Automatisierung, Steuern, Regeln 7 2.2 System, Modell 10 2.3 Stochastik, Statistik 14 2.3.1 Wahrscheinlichkeitsverteilungen 14 2.3.2 Zufallszahlengeneratoren 21 2.3.3 Autokorrelation als Ähnlichkeits- bzw. Abhängigkeitsmaß 24 2.4 Simulation 29 2.5 Warteschlangentheorie und -modelle 32 2.6 Materialflusssystem 35 2.7 Materialflusssteuerung 37 2.7.1 Steuerungssysteme 37 2.7.2 Steuerungsstrategien 40 2.8 Materialflusssystem charakterisierende Kennzahlen 46 3 Stand der Forschung und Technik 51 3.1 Erzeugung autokorrelierter Zufallszahlen 51 3.1.1 Autoregressive Prozesse nach der Box-Jenkins-Methode 52 3.1.2 Distorsions-Methoden 54 3.1.3 Copulae 56 3.1.4 Markovian Arrival Processes 58 3.1.5 Autoregressive Prozesse mit beliebiger Randverteilung 61 3.1.6 Weitere Verfahren 64 3.1.7 Bewertung der Verfahren und Werkzeuge zur Generierung 65 3.2 Wirken von Autokorrelation in Bediensystemen 68 3.3 Fallstudien über Autokorrelation in logistischen Systemen 75 3.4 Ursachen von Autokorrelation in logistischen Systemen 89 3.5 Steuerung von Ankunftsprozessen an Zusammenführungen 96 3.6 Steuerung autokorrelierter Ankunftsprozesse 100 4 Steuerung autokorrelierter Ankunftsprozesse an Zusammenführungen 105 4.1 Modellannahmen, Methodenauswahl, Vorbetrachtungen 106 4.2 First Come First Served und Longest Queue First 114 4.3 Highest Autocorrelated First 117 4.3.1 Grundprinzip 117 4.3.2 Bestimmung der Grenzwerte 127 4.3.3 Dynamische Bestimmung der Grenzwerte mittels „DyDeT“ 133 4.4 Highest Autocorrelated First in Netzwerken 150 4.5 Abschließende Bewertung und Diskussion 161 5 Zusammenfassung und Ausblick 167 Primärliteratur 172 Normen und Standards 194 Abbildungsverzeichnis 197 Tabellenverzeichnis 199 Pseudocodeverzeichnis 201 Abkürzungsverzeichnis 203 Symbolverzeichnis 205 Erklärung an Eides statt 20

Entwurfsbegleitende Leistungsanalyse für SDL-basiertes Design multimedialer Internet-Transportsysteme

Neben der funktionalen Korrektheit von komplexen Kommunikationssystemen spielt eine ausreichende Performance dieser Systeme eine immer wichtigere Rolle. Dabei ist es notwendig, Performance-Aspekte bereits in frühen Entwurfsphasen und nicht erst nach der Implementierung der Systeme zu berücksichtigen. Die vorliegende Arbeit präsentiert eine Methodik zur entwurfsbegleitenden, modellgestützten Leistungsanalyse von Kommunikationsprotokollen, die mit Hilfe der Sprache SDL formal spezifiziert wurden. Die vorgestellte Methodik verwendet dazu Beschreibungsmechanismen, Verfahren und Werkzeuge, die bereits im Entwurfsprozeß dieser Systeme verwendet werden. Für die wichtigsten Implementierungsansätze von Kommunikationsprotokollen werden Performance-Bausteine vorgestellt und deren Verwendung erläutert. Die Tragfähigkeit der entwickelten Methodik wird durch eine große Fallstudie im Kontext von Reservierungsprotokollen zur Unterstützung von Multimedia-Anwendungen im Internet demonstriert. Dabei werden nicht nur die informellen Angaben der vorhandenen RFCs in formale SDL-Beschreibungen umgesetzt, sondern auch als existent vorausgesetzte Ressource-Management-Funktionen entwickelt und analysiert. Die vorliegende Arbeit schließt so die bisher bestehende Lücke im SDL-basierten Entwurfsprozeß verteilter reaktiver Systeme und ermöglicht die modellgestützte Betrachtung von Performance-Aspekten in den frühen Phasen des Entwurfsprozesses

Strategische Ressourcendimensionierung von Netzleitstellen in Verteilungsnetzen

Die Anreizregulierung übt durch die Entkopplung der Erlöse von den Kosten in vielfacher Hinsicht einen Rationalisierungsdruck auf die deutschen Netzbetreiber aus und verlangt von den Unternehmen Optimierungen bei allen Kostenbestandteilen. Diese Gesamtkostenoptimierung kann nur durch eine gemeinsame Betrachtung der Kapital- und der Prozesskostenoptimierung gelingen. Im Rahmen einer gemeinsamen Forschungskooperation mit einem großen deutschen Verteilungsnetzbetreiber ist dazu erstmals ein gesamthaftes und vollständiges Optimierungsmodell für die Netzleitstellen und den operativen Netzbetrieb von Verteilungsnetzen entwickelt worden, das in dieser Arbeit im Detail vorgestellt wird. Die Verknüpfung der beiden Teilaspekte Netzführung und operativer Netzbetrieb ermöglicht die detaillierte Nachbildung der gegenseitigen prozessualen Abhängigkeiten im operativen Störungs- und Freischaltungsmanagement. Erstmals lässt sich eine Kombination aus der Festlegung einer Netzleitstellenorganisation und einer korrespondierenden operativen Netzbetriebsorganisation übergreifend unter Berücksichtigung der Rahmenbedingungen aus Geografie, Netz- und Betriebsmittelstruktur optimieren. Neben der Modellbeschreibung wird anhand einer exemplarischen Untersuchung auch die Leistungsfähigkeit des Modells demonstriert und grundsätzliche Organisationskriterien für die Dimensionierung von Netzleitstellenorganisationen aus den Simulationsergebnissen abgeleitet

Warteschlangensysteme mit Feedback

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