Primary care physician supply and other key determinants of health care utilisation: The case of Switzerland

Background The Swiss government decided to freeze new accreditations for physicians in private practice in Switzerland based on the assumption that demand-induced health care spending may be cut by limiting care offers. This legislation initiated an ongoing controversial public debate in Switzerland. The aim of this study is therefore the determination of socio-demographic and health system-related factors of per capita consultation rates with primary care physicians in the multicultural population of Switzerland. Methods The data were derived from the complete claims data of Swiss health insurers for 2004 and included 21.4 million consultations provided by 6564 Swiss primary care physicians on a fee-for-service basis. Socio-demographic data were obtained from the Swiss Federal Statistical Office. Utilisation-based health service areas were created and were used as observational units for statistical procedures. Multivariate and hierarchical models were applied to analyze the data. Results Models within the study allowed the definition of 1018 primary care service areas with a median population of 3754 and an average per capita consultation rate of 2.95 per year. Statistical models yielded significant effects for various geographical, socio-demographic and cultural factors. The regional density of physicians in independent practice was also significantly associated with annual consultation rates and indicated an associated increase 0.10 for each additional primary care physician in a population of 10,000 inhabitants. Considerable differences across Swiss language regions were observed with reference to the supply of ambulatory health resources provided either by primary care physicians, specialists, or hospital-based ambulatory care. Conclusion The study documents a large small-area variation in utilisation and provision of health care resources in Switzerland. Effects of physician density appeared to be strongly related to Swiss language regions and may be rooted in the different cultural backgrounds of the served populations.

Analysis of spring break-up and its effects on a biomass feedstock supply chain in northern Michigan

Demand for bio-fuels is expected to increase, due to rising prices of fossil fuels and concerns over greenhouse gas emissions and energy security. The overall cost of biomass energy generation is primarily related to biomass harvesting activity, transportation, and storage. With a commercial-scale cellulosic ethanol processing facility in Kinross Township of Chippewa County, Michigan about to be built, models including a simulation model and an optimization model have been developed to provide decision support for the facility. Both models track cost, emissions and energy consumption. While the optimization model provides guidance for a long-term strategic plan, the simulation model aims to present detailed output for specified operational scenarios over an annual period. Most importantly, the simulation model considers the uncertainty of spring break-up timing, i.e., seasonal road restrictions. Spring break-up timing is important because it will impact the feasibility of harvesting activity and the time duration of transportation restrictions, which significantly changes the availability of feedstock for the processing facility. This thesis focuses on the statistical model of spring break-up used in the simulation model. Spring break-up timing depends on various factors, including temperature, road conditions and soil type, as well as individual decision making processes at the county level. The spring break-up model, based on the historical spring break-up data from 27 counties over the period of 2002-2010, starts by specifying the probability distribution of a particular county’s spring break-up start day and end day, and then relates the spring break-up timing of the other counties in the harvesting zone to the first county. In order to estimate the dependence relationship between counties, regression analyses, including standard linear regression and reduced major axis regression, are conducted. Using realizations (scenarios) of spring break-up generated by the statistical spring breakup model, the simulation model is able to probabilistically evaluate different harvesting and transportation plans to help the bio-fuel facility select the most effective strategy. For early spring break-up, which usually indicates a longer than average break-up period, more log storage is required, total cost increases, and the probability of plant closure increases. The risk of plant closure may be partially offset through increased use of rail transportation, which is not subject to spring break-up restrictions. However, rail availability and rail yard storage may then become limiting factors in the supply chain. Rail use will impact total cost, energy consumption, system-wide CO2 emissions, and the reliability of providing feedstock to the bio-fuel processing facility.

Community managed rural water supply systems in the Dominican Republic : assessment of sustainability of systems built by the National Institute of Potable Water and Peace Corps, Dominican Republic

In the Dominican Republic economic growth in the past twenty years has not yielded sufficient improvement in access to drinking water services, especially in rural areas where 1.5 million people do not have access to an improved water source (WHO, 2006). Worldwide, strategic development planning in the rural water sector has focused on participatory processes and the use of demand filters to ensure that service levels match community commitment to post-project operation and maintenance. However studies have concluded that an alarmingly high percentage of drinking water systems (20-50%) do not provide service at the design levels and/or fail altogether (up to 90%): BNWP (2009), Annis (2006), and Reents (2003). World Bank, USAID, NGOs, and private consultants have invested significant resources in an effort to determine what components make up an “enabling environment” for sustainable community management of rural water systems (RWS). Research has identified an array of critical factors, internal and external to the community, which affect long term sustainability of water services. Different frameworks have been proposed in order to better understand the linkages between individual factors and sustainability of service. This research proposes a Sustainability Analysis Tool to evaluate the sustainability of RWS, adapted from previous relevant work in the field to reflect the realities in the Dominican Republic. It can be used as a diagnostic tool for government entities and development organizations to characterize the needs of specific communities and identify weaknesses in existing training regimes or support mechanisms. The framework utilizes eight indicators in three categories (Organization/Management, Financial Administration, and Technical Service). Nineteen independent variables are measured resulting in a score of sustainability likely (SL), possible (SP), or unlikely (SU) for each of the eight indicators. Thresholds are based upon benchmarks from the DR and around the world, primary data collected during the research, and the author’s 32 months of field experience. A final sustainability score is calculated using weighting factors for each indicator, derived from Lockwood (2003). The framework was tested using a statistically representative geographically stratified random sample of 61 water systems built in the DR by initiatives of the National Institute of Potable Water (INAPA) and Peace Corps. The results concluded that 23% of sample systems are likely to be sustainable in the long term, 59% are possibly sustainable, and for 18% it is unlikely that the community will be able to overcome any significant challenge. Communities that were scored as unlikely sustainable perform poorly in participation, financial durability, and governance while the highest scores were for system function and repair service. The Sustainability Analysis Tool results are verified by INAPA and PC reports, evaluations, and database information, as well as, field observations and primary data collected during the surveys. Future research will analyze the nature and magnitude of relationships between key factors and the sustainability score defined by the tool. Factors include: gender participation, legal status of water committees, plumber/operator remuneration, demand responsiveness, post construction support methodologies, and project design criteria.

Study of water use and supply in the district of Independencia, Peru

Peru is a developing country with abundant fresh water resources, yet the lack of infrastructure leaves much of the population without access to safe water for domestic uses. The author of this report was a Peace Corps Volunteer in the sector of water & sanitation in the district of Independencia, Ica, Peru. Independencia is located in the arid coastal region of the country, receiving on average 15 mm of rain annually. The water source for this district comes from the Pisco River, originating in the Andean highlands and outflowing into the Pacific Ocean near the town of Pisco, Peru. The objectives of this report are to assess the water supply and sanitation practices, model the existing water distribution system, and make recommendations for future expansion of the distribution system in the district of Independencia, Peru. The assessment of water supply will be based on the results from community surveys done in the district of Independencia, water quality testing done by a detachment of the U.S. Navy, as well as on the results of a hydraulic model built in EPANET 2.0 to represent the distribution system. Sanitation practice assessments will be based on the surveys as well as observations from the author while living in Peru. Recommendations for system expansions will be made based on results from the EPANET model and the municipality’s technical report for the existing distribution system. Household water use and sanitation surveys were conducted with 84 families in the district revealing that upwards of 85% store their domestic water in regularly washed containers with lids. Over 80% of those surveyed are drinking water that is treated, mostly boiled. Of those surveyed, over 95% reported washing their hands and over 60% mentioned at least one critical time for hand washing when asked for specific instances. From the surveys, it was also discovered that over 80% of houses are properly disposing of excrement, in either latrines or septic tanks. There were 43 families interviewed with children five years of age or under, and just over 18% reported the child had a case of diarrhea within the last month at the time of the interview. Finally, from the surveys it was calculated that the average water use per person per day is about 22 liters. Water quality testing carried out by a detachment of the U.S. Navy revealed that the water intended for consumption in the houses surveyed was not suitable for consumption, with a median E. coli most probable number of 47/100 ml for the 61 houses sampled. The median total coliforms was 3,000 colony forming units per 100 ml. EPANET was used to simulate the water delivery system and evaluate its performance. EPANET is designed for continuous water delivery systems, assuming all pipes are always flowing full. To account for the intermittent nature of the system, multiple EPANET network models were created to simulate how water is routed to the different parts of the system throughout the day. The models were created from interviews with the water technicians and a map of the system created using handheld GPS units. The purpose is to analyze the performance of the water system that services approximately 13,276 people in the district of Independencia, Peru, as well as provide recommendations for future growth and improvement of the service level. Performance evaluation of the existing system is based on meeting 25 liters per person per day while maintaining positive pressure at all nodes in the network. The future performance is based on meeting a minimum pressure of 20 psi in the main line, as proposed by Chase (2000). The EPANET model results yield an average nodal pressure for all communities of 71 psi, with a range from 1.3 – 160 psi. Thus, if the current water delivery schedule obtained from the local municipality is followed, all communities should have sufficient pressure to deliver 25 l/p/d, with the exception of Los Rosales, which can only supply 3.25 l/p/d. However, if the line to Los Rosales were increased from one to four inches, the system could supply this community with 25 l/p/d. The district of Independencia could greatly benefit from increasing the service level to 24-hour water delivery and a minimum of 50 l/p/d, so that communities without reliable access due to insufficient pressure would become equal beneficiaries of this invaluable resource. To evaluate the feasibility of this, EPANET was used to model the system with a range of population growth rates, system lifetimes, and demands. In order to meet a minimum pressure of 20 psi in the main line, the 6-inch diameter main line must be increased and approximately two miles of trench must be excavated up to 30 feet deep. The sections of the main line that must be excavated are mile 0-1 and 1.5-2.5, and the first 3.4 miles of the main line must be increased from 6 to 16 inches, contracting to 10 inches for the remaining 5.8 miles. Doing this would allow 24-hour water delivery and provide 50 l/p/d for a range of population growth rates and system lifetimes. It is expected that improving the water delivery service would reduce the morbidity and mortality from diarrheal diseases by decreasing the recontamination of the water due to transport and household storage, as well as by maintaining continuous pressure in the system to prevent infiltration of contaminated groundwater. However, this expansion must be carefully planned so as not to affect aquatic ecosystems or other districts utilizing water from the Pisco River. It is recommended that stream gaging of the Pisco River and precipitation monitoring of the surrounding watershed is initiated in order to begin a hydrological study that would be integrated into the district’s water resource planning. It is also recommended that the district begin routine water quality testing, with the results available to the public.

Development of an optimization model for biofuel facility size and location and a simulation model for design of a biofuel supply chain

To mitigate greenhouse gas (GHG) emissions and reduce U.S. dependence on imported oil, the United States (U.S.) is pursuing several options to create biofuels from renewable woody biomass (hereafter referred to as “biomass”). Because of the distributed nature of biomass feedstock, the cost and complexity of biomass recovery operations has significant challenges that hinder increased biomass utilization for energy production. To facilitate the exploration of a wide variety of conditions that promise profitable biomass utilization and tapping unused forest residues, it is proposed to develop biofuel supply chain models based on optimization and simulation approaches. The biofuel supply chain is structured around four components: biofuel facility locations and sizes, biomass harvesting/forwarding, transportation, and storage. A Geographic Information System (GIS) based approach is proposed as a first step for selecting potential facility locations for biofuel production from forest biomass based on a set of evaluation criteria, such as accessibility to biomass, railway/road transportation network, water body and workforce. The development of optimization and simulation models is also proposed. The results of the models will be used to determine (1) the number, location, and size of the biofuel facilities, and (2) the amounts of biomass to be transported between the harvesting areas and the biofuel facilities over a 20-year timeframe. The multi-criteria objective is to minimize the weighted sum of the delivered feedstock cost, energy consumption, and GHG emissions simultaneously. Finally, a series of sensitivity analyses will be conducted to identify the sensitivity of the decisions, such as the optimal site selected for the biofuel facility, to changes in influential parameters, such as biomass availability and transportation fuel price. Intellectual Merit The proposed research will facilitate the exploration of a wide variety of conditions that promise profitable biomass utilization in the renewable biofuel industry. The GIS-based facility location analysis considers a series of factors which have not been considered simultaneously in previous research. Location analysis is critical to the financial success of producing biofuel. The modeling of woody biomass supply chains using both optimization and simulation, combing with the GIS-based approach as a precursor, have not been done to date. The optimization and simulation models can help to ensure the economic and environmental viability and sustainability of the entire biofuel supply chain at both the strategic design level and the operational planning level. Broader Impacts The proposed models for biorefineries can be applied to other types of manufacturing or processing operations using biomass. This is because the biomass feedstock supply chain is similar, if not the same, for biorefineries, biomass fired or co-fired power plants, or torrefaction/pelletization operations. Additionally, the research results of this research will continue to be disseminated internationally through publications in journals, such as Biomass and Bioenergy, and Renewable Energy, and presentations at conferences, such as the 2011 Industrial Engineering Research Conference. For example, part of the research work related to biofuel facility identification has been published: Zhang, Johnson and Sutherland [2011] (see Appendix A). There will also be opportunities for the Michigan Tech campus community to learn about the research through the Sustainable Future Institute.

DEVELOPMENT OF AN OPTIMIZATION MODEL FOR BIOFUEL FACILITY SIZE AND LOCATION AND A SIMULATION MODEL FOR DESIGN OF A BIOFUEL SUPPLY CHAIN

A range of societal issues have been caused by fossil fuel consumption in the transportation sector in the United States (U.S.), including health related air pollution, climate change, the dependence on imported oil, and other oil related national security concerns. Biofuels production from various lignocellulosic biomass types such as wood, forest residues, and agriculture residues have the potential to replace a substantial portion of the total fossil fuel consumption. This research focuses on locating biofuel facilities and designing the biofuel supply chain to minimize the overall cost. For this purpose an integrated methodology was proposed by combining the GIS technology with simulation and optimization modeling methods. The GIS based methodology was used as a precursor for selecting biofuel facility locations by employing a series of decision factors. The resulted candidate sites for biofuel production served as inputs for simulation and optimization modeling. As a precursor to simulation or optimization modeling, the GIS-based methodology was used to preselect potential biofuel facility locations for biofuel production from forest biomass. Candidate locations were selected based on a set of evaluation criteria, including: county boundaries, a railroad transportation network, a state/federal road transportation network, water body (rivers, lakes, etc.) dispersion, city and village dispersion, a population census, biomass production, and no co-location with co-fired power plants. The simulation and optimization models were built around key supply activities including biomass harvesting/forwarding, transportation and storage. The built onsite storage served for spring breakup period where road restrictions were in place and truck transportation on certain roads was limited. Both models were evaluated using multiple performance indicators, including cost (consisting of the delivered feedstock cost, and inventory holding cost), energy consumption, and GHG emissions. The impact of energy consumption and GHG emissions were expressed in monetary terms to keep consistent with cost. Compared with the optimization model, the simulation model represents a more dynamic look at a 20-year operation by considering the impacts associated with building inventory at the biorefinery to address the limited availability of biomass feedstock during the spring breakup period. The number of trucks required per day was estimated and the inventory level all year around was tracked. Through the exchange of information across different procedures (harvesting, transportation, and biomass feedstock processing procedures), a smooth flow of biomass from harvesting areas to a biofuel facility was implemented. The optimization model was developed to address issues related to locating multiple biofuel facilities simultaneously. The size of the potential biofuel facility is set up with an upper bound of 50 MGY and a lower bound of 30 MGY. The optimization model is a static, Mathematical Programming Language (MPL)-based application which allows for sensitivity analysis by changing inputs to evaluate different scenarios. It was found that annual biofuel demand and biomass availability impacts the optimal results of biofuel facility locations and sizes.

SIZE OPTIMIZATION OF A BIOMASS TO LIQUID FUEL CONVERSION FACILITY WITHIN A BIOMASS SUPPLY CHAIN

Bioenergy and biobased products offer new opportunities for strengthening rural economies, enhancing environmental health, and providing a secure energy future. Realizing these benefits will require the development of many different biobased products and biobased production systems. The biomass feedstocks that will enable such development must be sustainable, widely available across many different regions, and compatible with industry requirements. The purpose of this research is to develop an economic model that will help decision makers identify the optimal size of a forest resource based biofuel production facility. The model must be applicable to decision makers anywhere, though the modeled case analysis will focus on a specific region; the Upper Peninsula (U.P.) of Michigan. This work will illustrate that several factors influence the optimal facility size. Further, this effort will reveal that the location of the facility does affect size. The results of the research show that an optimal facility size can be determined for a given location and are based on variables including forest biomass availability, transportation cost rate, and economy of scale factors. These variables acting alone and interacting together can influence the optimal size and the decision of where to locate the biofuel production facility. Further, adjustments to model variables like biomass resource and storage costs have no effect on facility size, but do affect the unit cost of the biofuel produced.

IMPROVING FLOW DISTRIBUTION IN SMALL-SCALE WATER-SUPPLY SYSTEMS THROUGH THE USE OF FLOW-REDUCING DISCS AND METHODS FOR ANALYZING THE EFFECTIVENESS OF SOLAR POWERED PUMPING FOR A DRINKING WATER SUPPLY IN RURAL PANAMA

As continued global funding and coordination are allocated toward the improvement of access to safe sources of drinking water, alternative solutions may be necessary to expand implementation to remote communities. This report evaluates two technologies used in a small water distribution system in a mountainous region of Panama; solar powered pumping and flow-reducing discs. The two parts of the system function independently, but were both chosen for their ability to mitigate unique issues in the community. The design program NeatWork and flow-reducing discs were evaluated because they are tools taught to Peace Corps Volunteers in Panama. Even when ample water is available, mountainous terrains affect the pressure available throughout a water distribution system. Since the static head in the system only varies with the height of water in the tank, frictional losses from pipes and fittings must be exploited to balance out the inequalities caused by the uneven terrain. Reducing the maximum allowable flow to connections through the installation of flow-reducing discs can help to retain enough residual pressure in the main distribution lines to provide reliable service to all connections. NeatWork was calibrated to measured flow rates by changing the orifice coefficient (θ), resulting in a value of 0.68, which is 10-15% higher than typical values for manufactured flow-reducing discs. NeatWork was used to model various system configurations to determine if a single-sized flow-reducing disc could provide equitable flow rates throughout an entire system. There is a strong correlation between the optimum single-sized flow- reducing disc and the average elevation change throughout a water distribution system; the larger the elevation change across the system, the smaller the recommended uniform orifice size. Renewable energy can jump the infrastructure gap and provide basic services at a fraction of the cost and time required to install transmission lines. Methods for the assessment of solar powered pumping systems as a means for rural water supply are presented and assessed. It was determined that manufacturer provided product specifications can be used to appropriately design a solar pumping system, but care must be taken to ensure that sufficient water can be provided to the system despite variations in solar intensity.

Role of the extraosseus blood supply in osteoarthritic femoral heads

Blood perfusion to the femoral head might be endangered during the surgical approach or the preparation of the femoral head or both in hip resurfacing arthroplasty. The contribution of the intramedullary blood supply to the femoral head in osteoarthritis is questionable. Therefore, the contribution of the extraosseous blood supply to osteoarthritic femoral heads was measured intraoperatively to question if there is measurable blood flow between the epiphysis and metaphysis in osteoarthritic hips in case of extraosseus vessel damage. At defined points during surgery we acquired the epiphyseal and metaphyseal femoral head perfusion by high-energy laser Doppler flowmetry. Complete femoral neck osteotomy sparing the retinacular vessels to simulate intraosseous blood disruption showed unchanged epiphyseal blood flow compared to initial measurement after capsulotomy. The pulsatile signal disappeared after transection of the retinacular vessels. Based on these acute measurements, we conclude intramedullary blood vessels to the femoral head do not provide measurable blood supply to the epiphysis once the medial femoral circumflex artery or the retinacular vessels have been damaged. We recommend the use of a safe surgical approach for hip resurfacing and careful implantation of the femoral component to respect blood supply to the femoral head and neck region in hip resurfacing arthroplasty.

Kriterien zur Identifikation von RFID-Einsatzpotenzialen entlang der Supply-Chain

Radio Frequency Identification (RFID) beeinflusst unbestritten zahlreiche Anwendungsgebiete und schafft die Grundlage für die zukünftige Entwicklung logistischer Systeme. Von besonderer Bedeutung ist in diesem Zusammenhang die systematische Identifikation von Einsatzpotenzialen für diese Technologie. Bislang existiert hierfür noch keine allgemein verbreitete Methodik. Diese Problematik greift der folgende Beitrag auf und zeigt, wie aus den technischen Grundlagen und analysierten Praxisanwendungen Identifikationskriterien abgeleitet werden können. Die so erarbeiteten Kriterien werden in ihrer Anwendung anhand eines fiktiven Beispiels erläutert und damit exemplarisch eine mögliche Analysemethodik vorgestellt. 1. Einleitung Die produktionswirtschaftlichen Anforderungen an die Unternehmen sind zunehmend geprägt durch Globalisierung und damit durch eine zunehmende Komplexität sowie vertiefte Arbeitsteiligkeit. Es entsteht eine zunehmend breitere Streuung der Fertigungsstandorte und Kooperationsbeziehungen. Es gibt letztlich mehr Lager- und Umschlagprozesse in der Lieferkette. Andererseits bringt der erhöhte Qualitäts- und Kostendruck steigende Fixkosten mit sich, er zwingt zur ständigen Rationalisierung der Materialwirtschaft. Es besteht der Zwang zum Einsatz neuer technisch-elektronischer Mittel zur Kontrolle und Steuerung der logistischen Ketten. Im Lager bedeutet das eine zunehmende Nutzung der Informations- und Kommunikationstechnik zur Lager- und Fertigungssteuerung, auch in Verbindung mit Forderungen der Rückverfolgbarkeit der Produkte. An die Logistikleistungen werden damit Anforderungen wie Schnelligkeit, Qualität und Kostenminimierung gestellt. Letztlich bestehen die Warenbereitstellungs- und Verteilsysteme aus der technischen Grundstruktur, dem Lagertyp und dessen Geometrie sowie der dabei einsetzbaren Bedientechnik und deren kinematischen Daten. Der organisatorische Rahmen dieser Systeme ist gekennzeichnet durch die Nutzung diverser Ein- und Auslagerstrategien, die auch wesentlich Kosten und Leistungen (Umschlagleistung) des zu betrachtenden Lagersystems bestimmen. Aufgrund der genannten Forderungen muss es gelingen, aus dem eingesetzten technischen System durch organisatorisch effizienten Betrieb maximale Leistung bei gleichzeitig minimal eingesetzten Kosten zu erzielen. Neben den Investitionskosten sind bei der Planung von automatischen Lagersystemen die erreichbaren mittleren Spielzeiten der Bedientechnik von entscheidender Bedeutung, um die erforderliche Umschlagleistung des Lagers zu gewährleisten. Hierzu existieren eine Reihe von Berechnungsvorschriften und –normen. Diese Berechnungen berücksichtigen jedoch nicht die Auswirkungen der Lagerorganisation, wie beispielsweise fahrzeitminimale Kombinationen von Ein- und Auslageraufträgen bei Doppelspielen, Zonierungsmaßnahmen, die Auswirkungen von verschiedenen Füllgraden des Lagers oder Lagerplatzstrategien. 2. Stand der Technik 2.1. Lagertypen Abbildung 1: Systematische Einteilung der Lagertypen In Abbildung 1 sind verschiedene Lagertypen dargestellt und nach Kriterien eingeteilt. Soll eine Einschränkung hinsichtlich am Markt häufig vorkommender automatischer Palettenlager getroffen werden, so sind besonders die in der Abbildung hervorgehobenen Typen zu nennen. Eine Auswahl der einzelnen Lagertypen erfolgt dann anhand von Kosten, Umschlagleistung und bei Kompaktlagern vorrangig anhand von Flächen- und Raumnutzungsgrad. Werden die Kostenunterschiede bei Personal, Rechentechnik und Steuerungssoftware in den verschiedenen Lagertypen und -ausführungen der jeweiligen Typen vernachlässigt, unterscheiden sich die Gesamtkosten der Lager lediglich in der Bedientechnik sowie in den statisch bedingten Kosten der Regalkonstruktion. Die wichtigsten Kosteneinflüsse auf die Regale sind wiederum Bauhöhe und Bauart (Regalkonstruktion oder selbsttragendes Bauwerk). Abbildung 2 zeigt die zu erwartenden Umschlagleistungen1) der verschiedenen Lagertypen in Abhängigkeit der benötigten Stellplatzanzahl. Die darauf folgende Abbildung 3 zeigt die zu erwartenden Investitionskosten1) je Stellplatz. Die berücksichtigten Kenngrößen sind nachstehend dargestellt. Die abgebildeten Kurven machen deutlich, dass insbesondere Umschlagleistung der Lager und deren Flächen- bzw. Raumnutzungsgrad gegensätzlich verlaufen. Somit sind auch die Einsatzgebiete der Lagertypen voneinander abgrenzbar. Während Hochregallager für Anwendungsfälle mit hohem Gutumschlag in Frage kommen, werden die Kompaktlager eher in Objekten mit begrenztem Platz oder hohen Raumkosten (bspw. Kühllager) eingesetzt. Somit sind Kompaktlager auch häufig für die Umplanung bzw. der notwendigen Vergrößerung der Lagerkapazität innerhalb einer bestehenden baulichen Hülle interessant. Abbildung 2: Umschlagleistungen der verschiedenen Lagertypen Abbildung 3: Investitionskosten der einzelnen Lagertypen 2.2. Einzel-/ Doppelspiele Um anhand der Technik und der geometrischen Verhältnisse im Lager die höchstmögliche Umschlagleistung zu erzielen, ist es sinnvoll, Doppelspiele (DS) zu generieren. Somit ist nicht wie bei Einzelspielen (ES) je umgeschlagene Ladeeinheit eine Leerfahrt erforderlich, sondern nur je zweiter Ladeeinheit. Das Bediengerät fährt also vom Einlagerpunkt direkt zum Auslagerpunkt, ohne zum Übergabepunkt zurückkehren zu müssen. Diese Vorgehensweise setzt die Kenntnis der nächsten Fahraufträge und gegebenenfalls die Möglichkeit der Veränderung derer Reihenfolge voraus. Für eine Optimierung der Umschlagleistung ist die bei DS entstehende Leerfahrt (Zwischenfahrstrecke) und damit die Zwischenfahrzeit zu minimieren (vgl. 3.5). Nachfolgend beschriebene Untersuchungen beziehen sich jeweils auf Doppelspiele. Abbildung 4: Darstellung der anzufahrenden Lagerplätze in der Regalwand,links: Einzelspiel, rechts: Doppelspiel 2.3. Berechnungsvorschriften für Umschlagleistungen von Lagern Es existieren eine Reihe von Vorschriften zur Berechnung der Umschlagleistung von Lagern, exemplarisch sind drei Berechnungsvorschriften dargestellt. Die Richtlinie VDI 3561 [VDI3561] ermöglicht die Berechnung der Spielzeit auch für Doppelspiele. Dazu werden zwei Referenzpunkte festgelegt, die den Aus- bzw. Einlagerpunkt darstellen. Ein Doppelspiel besteht dann aus der Summe folgender Einzelzeiten: • der Hinfahrt vom Übergabepunkt zum Einlagerpunkt (P1), • der Leerfahrt vom Ein- zum Auslagerpunkt (P2) und der • Rückfahrt vom Auslagerpunkt zum Übergabepunkt (vgl. Abb.4 rechts). Die Summe dieser Einzelzeiten wird danach mit der Summe der Übergabezeiten addiert. Der Unterschied der Richtlinie und der Berechnungsvorschrift nach [Gud00] bestehen im wesentlichen aus der Lage der Ein- und Auslagerpunkte. Fahrzeitberechnung nach VDI 3561 P1 ; P2 Fahrzeitberechnung nach Gudehus 1) P1 ; P2 1)Annahme: Vernachlässigung von Totzeiten, Lastaufnahmefaktor = 1 Wird davon ausgegangen, dass in Abhängigkeit der Gassengeometrie immer nur eine der beiden Fahrzeitanteile (vertikal bzw. horizontal) spielzeitbestimmend ist, so ergeben sich beide Fahrstrecken zu 4/3 der jeweiligen Gesamtabmessung. Der Unterschied der beiden Berechnungsvorschriften liegt lediglich in der Aufteilung der Gesamtfahrstrecke auf die Teilfahrstrecken Hin-, Rück- bzw. Zwischenfahrt. Da jedoch die Fahrzeit zu den Anfahrpunkten in der Regel nicht von der gleichen Fahrzeitkomponente bestimmt wird, kommt es in der Praxis zu Unterschieden im Berechnungsergebnis. Die unter dem Titel „Leistungsnachweis für Regalbediengeräte, Spielzeiten“ stehende Norm FEM 9.851 [FEM9.851] beschäftigt sich ebenfalls mit der Berechnung von Spielzeiten von Regalbediengeräten (RBG). Dabei werden sechs verschiedene Anwendungsfälle generiert, die am häufigsten in der Praxis vorkommen. Diese unterscheiden sich insbesondere in der Lage der Übergabepunkte für die Ein- und Auslagerung. Dabei werden die Punkte sowohl horizontal als auch vertikal verschoben. Es werden hierbei auch Fälle betrachtet, in denen der Auslagerpunkt nicht mit dem Einlagerpunkt übereinstimmt, sich beispielsweise auch an dem gegenüberliegenden Gassenende befinden kann. Wird der einfachste Fall betrachtet, dass sich der Übergabepunkt für die Ein- und Auslagerung übereinstimmend an einer unteren Ecke der Gasse befindet, stimmen die Berechnungsformeln mit [Gud00] weitgehend überein. 2.4. Kritik und Untersuchungsansatz Die Berechnung der mittleren Spielzeit der einzelnen Lagergassen durch die beschriebenen Normen erfolgt in der Regel ohne die Berücksichtigung der Geschwindigkeitsdiagonalen, deren Steigung c durch nachstehendes Verhältnis gegeben ist. 1. Einleitung Eine umfassende Prozessanalyse ist die Grundlage einer jeden erfolgreichen RFID-Anwendung [o.Verf. 2006]. Die Merkmale, die bei einer solchen Untersuchung zu beachten sind, werden allerdings nicht öffentlich diskutiert. Wie Resch in seinem Ansatz zeigt, ist aber gerade die Analysephase von entscheidender Bedeutung für den späteren Erfolg einer RFID-Anwendung (vgl. Abb. 1). Abbildung 1: Fehlende Methodiken der Prozessanalyse [Resch2005] In dieser Phase besteht der größte Gestaltungsfreiraum für die spätere Umsetzung. Da in dieser Phase das größte Optimierungspotenzial einer RFID-Anwendung festgelegt wird, entscheidet sich bereits zu Beginn eines Projektes wie groß der maximal erreichbare Nutzen einer Lösung sein kann. Bisher existieren keine allgemein verbreiteten Methoden und Kriterien zur Identifikation dieser Einsatz-/Nutzenpotenziale. Die Prozessanalyse ist die Basis zukünftiger RFID-Anwendungen und ist daher entsprechend umfangreich durch zu führen. RFID-Einsatzpotenziale werden aktuell nur in Funktionsbereichen kommuniziert. Diese Pauschalisierung engt die Sicht auf potenzielle Anwendungen allerdings sehr stark ein. Dadurch besteht die Gefahr, dass die vorhandenen Nutzenpotenziale indirekt beteiligter Prozesse nicht beachtet werden. Es ist daher zwingend notwendig möglichst alle material- und informationsflussbezogenen Prozesse auf ein RFID-Einsatzpotenzial hin zu untersuchen. D.h. sowohl die Prozesse mit direktem Materialflussbezug (bspw. Wareneingang) als auch die Prozesse, die nur indirekt, über den Informationsfluss, mit dem Materialfluss verknüpft sind (bspw. Disposition). Der vorliegende Beitrag stellt daher einen ersten Ansatz für die Ermittlung allgemeingültiger Analysekriterien für RFID-Einsatzpotenziale. Die vorgestellte Methodik und der daraus entwickelte Kriterienkatalog sollen es ermöglichen, RFID-Anwendungen in der Analysephase auf ein möglichst vollständiges Nutzengerüst zu stellen und so den maximalen Nutzen einer Anwendung systematisch zu ermitteln. 2. Identifikationskriterien 2.1. Methodik Basierend auf der Überlegung die Kriterien sowohl theoretisch als auch auf Basis von Praxiserfahrungen zu entwickeln, dienen neben der Betrachtung technischer Grundlagen auch Analysen von realisierten Anwendungen und Pilotprojekten als Basis der Kriterienentwicklung. Abbildung 2 zeigt die grundsätzliche Methodik hinter der Entwicklung der Kriterien. Dabei zeigt sich, dass aus dem gewählten Ansatz zwangsläufig zwei differierende Typen von Kriterien entwickelt werden müssen. Technische Kriterien, aus den Grundlagen der RFID beziehen sich vor allem auf das vorherrschende Prozessumfeld. Frequenzspezifische Eigenschaften (Leistungsdaten) und allgemeine, also frequenzübergreifende Eigenschaften der RFID-Technik bilden die Ausgangsbasis für diese Kriteriengruppe. Dabei werden diese technologischen Eigenschaften in Prozessmerkmale überführt, anhand derer im konkreten Prozessumfeld eine Technologieauswahl durchgeführt werden kann. So können potenzielle RFID-Anwendungen auf eine prinzipielle Anwendbarkeit hin überprüft werden. Abbildung. 2: Vorgehen zur Entwicklung der Identifikationskriterien [Resch2005] Die zweite Gruppe der Kriterien, die organisatorischen Kriterien, werden aus Praxiserfahrungen abgeleitet. Basis dieser Analyse sind Prozesse aus realisierten Anwendungen und Pilotprojekten. Dieser praxisbasierte Teil stellt prozessbezogene Merkmale zusammen, deren Schwerpunkt auf prozessspezifischen organisatorischen Merkmalen, bspw. Durchsatz, oder auch Dokumentationsaufwand liegt. Die ausgewählten Praxisbeispiele sind nach ihren individuellen Prozessmerkmalen analysiert worden. Die Ergebnisse wurden stichpunktartig zusammengefasst, in übergeordnete Kategorien gruppiert und abschließend nach ihrem Flussbezug gegliedert. RFID-Anwendungen beeinflussen sowohl materialflussbezogene Prozesse, als auch direkt oder auch indirekt verknüpfte informationsflussbezogene Prozesse. Daher erfolgt eine Ordnung der identifizierten Kriteriengruppen nach ihrem Flussbezug, um so einem Anwender die Betrachtungsweise nachhaltig zu verdeutlichen und die Analyse zu vereinfachen. 2.2. Praxisbeispiele Die analysierten Praxisbeispiele sind zum Großteil in der Automobilindustrie realisiert (vgl. Abb. 3). Die weiteren Anwendungen sind aus der Instandhaltung sicherheitsrelevanter technischer Gebäudeausrüstung, aus einem Hochregallager eines Logistikdienstleisters sowie aus der Luftfahrtindustrie. Abbildung 3: Branchenspezifische Verteilung der Praxisbeispiele Die Auswahl der Praxisbeispiele ist bewusst auf die Automobilindustrie fokussiert. Dieser Industriezweig hat in Deutschland bereits einige Anwendungen und eine Vielzahl an Pilotprojekten initiiert. Die Bandbreite der realisierten Projekte ist sehr groß und deckt daher viele verschiedene Anwendungsfälle ab. Die Ergebnisse der Untersuchung sind aber auch auf andere Branchen übertragbar, da die untersuchten Praxisprojekte Situationen abbilden, die ebenfalls leicht zu übertragen sind. Die analysierten Anwendungen bilden ein sehr breites Feld an Einsatzszenarien ab. Anwendungen mit massenhaften Stückzahlen sind ebenso vertreten, wie Anwendungen mit hohem Spezialisierungscharakter. Die Anwendungen reichen dabei von einfachen Pilotprojekten im Ladungsträgermanagement, bis hin zu komplexen Anwendungen im Bereich der Produktionssteuerung und der unternehmensübergreifenden Koordination von Materialflüssen. Insgesamt verteilen sich die analysierten Anwendungen auf drei Schwerpunktbereiche. Abbildung 4 stellt die Anwendungsbereiche in einer Übersicht zusammen. Abbildung 4: Übersicht der Anwendungsgebiete aus den Praxisanwendungen Anwendungen aus den Bereichen der Produktionssteuerung und des Materialflusses sind dabei am häufigsten vertreten. Während die Anwendungen aus dem Bereich der Instandhaltung, bzw. dem Qualitätsmanagement, meist mit der Hauptanwendung aus dem Bereich der Produktionssteuerung verknüpft sind. So wird bspw. die Dokumentationen der einzelnen Fertigungsstationen i.d.R. sowohl zur Fertigungssteuerung als auch zur Qualitätssicherung genutzt. 2.3. Ergebnisse der Praxisanalyse Die Analyse der Praxisanwendungen brachte in einem ersten Schritt eine Fülle an spezifischen Merkmalen zusammen. Jeder analysierte Prozess wies seine eigenen Merkmale auf, die aber dem Grundsatz nach systematisiert werden konnten. Die so erarbeiteten Merkmale wurden in einem zweiten Schritt gruppiert. Insgesamt ergaben sich fünf Gruppen, die jeweils nach einer, durch die RFID-Technik durchgeführte Funktion benannt sind. Um eine Prozessanalyse mit Hilfe der Kriterien zu erleichtern, ist jede Gruppe ihrem übergeordneten Flusssystem zugeordnet worden. Nachstehende Abbildung 5 zeigt die einzelnen Gruppierungen mit ihrem jeweiligen Flussbezug. Dabei sind jeder Gruppe beispielhafte Merkmale zugeordnet. Abbildung 5: Organisatorische Kriterien zur Identifikation von RFID-Einsatzpotenzialen Die vorliegende Systematisierung von Identifikationskriterien deckt sowohl Aspekte des reinen Materialflusses, als auch die Aspekte der zugehörigen Informationsflüsse ab. Dabei verhält sich der Flussbezug in jeder Kriteriengruppe unterschiedlich. Die Kriterien der Gruppe Identifikation befassen sich ausschließlich mit dem Identifikationsvorgang. Dabei können die erarbeiteten Kriterien in zwei Arten unterschieden werden, quantitative und qualitative Kriterien. Qualitativ messbar sind Kriterien, die sich auf die Anzahl der Identifikationsvorgänge beziehen. Bspw. die Anzahl der Identifikationsvorgänge im betrachteten Prozessverlauf, bezogen auf ein Identifikationsobjekt oder die Anzahl der Identifikationsvorgänge pro Zeiteinheit an einem Identifikationspunkt innerhalb des Prozessverlaufs. Gleichzeitig umfasst diese Gruppe aber auch Kriterien, die nur qualitativ zu bewerten sind. Kriterien wie die Bedeutung einer exakten Identifikation einzelner Teile im Prozess oder auch der aktuelle Aufwand der Identifikation im Prozess lassen sich nur bedingt oder nicht quantifizieren. Diese Kriteriengruppe fokussiert mit ihren Merkmalen vor allem den Materialfluss. Die einzelnen Merkmale beziehen sich auf den tatsächlichen Identifikationsvorgang und nicht auf die zugehörigen Informationsflüsse. Unter dem Begriff Transparenz sind Kriterien gruppiert, die sich mit der Verfolgbarkeit und Übersichtlichkeit von Prozessen befassen. Dabei gilt es sowohl die Bedeutung für den aktuellen Prozess als auch für die abhängigen Prozesse zu ermitteln. Transparenz bzw. die fehlende Transparenz ist der Kern dieser Kriteriengruppe. Qualitative Kriterien sind in dieser Kategorie besonders stark vertreten, da vor allem die Bedeutung bestimmter Aspekte der Prozesstransparenz als Kriterium dient. Prozesstransparenz liegt i.d.R. nicht vor oder wird nur über komplexe Systeme erreicht. Die Bewertung dieser Kriteriengruppe ist höchst variabel, da Prozesstransparenz in ihrer Bedeutung höchst individuell ist, d.h. von Prozess zu Prozess stark variiert. Die Gruppe Konfiguration fasst Merkmale zusammen, die auf objektspezifische Anpassungsarbeiten im Prozessverlauf hinweisen. Diese Tätigkeiten sind i.d.R. mit einem quantifizierbaren Aufwand verbunden und können so leicht erfasst werden. Die RFID-Technologie eröffnet hier, ähnlich wie im Bereich der Identifikation, Chancen zur Automatisierung bestehender Prozesse. Die Kriterien konzentrieren sich in ihrer Zielrichtung daher schwerpunktmäßig auf die Untersuchung von Potenzialen hinsichtlich der Automation von Konfigurationsvorgängen. Ähnlich wie die vorstehende Gruppe der Transparenz, besitzt diese Gruppe ebenfalls einen starken Bezug zu beiden Flusssystemen. In beiden Gruppen liegt der Fokus der betrachteten Merkmale sowohl auf dem Materialfluss und den physischen Aktionen als auch auf den zugehörigen Informationsflüssen mit entsprechenden Tätigkeiten. Die vierte Gruppe Zuordnung enthält primär Merkmale, die sich auf den Informationsfluss beziehen. Im Vordergrund steht die Art und Weise in der innerhalb eines Prozesses Materialflüsse zwischen Quelle und Senke koordiniert werden. Diese Gruppe enthält ebenfalls sowohl qualitativ als auch quantitativ zu bewertenden Merkmale. RFID-Technik kann hier zu einer deutlichen Komplexitätsreduktion, einer Automation sowie der Reduktion von Stillstands- u. Wartezeiten führen. Die letzte Gruppe Datenverwendung und Dokumentation befasst sich beinahe ausschließlich mit Aspekten des Informationsflusses. Als beinahe Komplementär zur Gruppe der Identifikation stehen hier die informationsflussbezogenen Handlungen, ausgelöst durch einen zugehörigen Materialfluss in der Betrachtung. Dabei stehen vor allem Fehlerraten, manuelle Aufwende der Datenverarbeitung und die Anzahl an Medienbrüchen im Informationsfluss im Vordergrund. Auch hier existiert wiederum ein Geflecht aus qualitativen und quantitativen Kriterien, deren Bewertung individuell durchzuführen ist. 2.4. Technische Kriterien Ergänzt werden die organisatorischen Kriterien um die technischen Kriterien. Diese Kriterien leiten sich aus den technischen Grundlagen der RFID-Technik ab. Diese Grundlagen sind zum einen die Eigenschaft der kontakt- und sichtlosen Übertragung von Energie und Daten, zum anderen der physische Aufbau der Komponenten eines RFID-Systems, dem Reader und dem Transponder. Des Weiteren definieren die frequenzspezifischen Eigenschaften der verschiedenen RFID-Systeme unterschiedliche Leistungsparameter, aus denen technische Kriterien abgeleitet werden können. Daraus ergibt sich die logische Trennung in frequenzabhängige und frequenzunabhängige Kriterien. Auszüge dieser Kriterien zeigt nachstehende Abbildung 6 Abbildung 6: Technische Kriterien Die technischen Kriterien dienen eher zur Technologieauswahl, als zu einer reinen Potenzialidentifikation, da ausschließlich limitierende Aspekte der Technologie betrachtet werden. Einflüsse, bedingt durch die genutzte technische Ausrüstung (bspw. metallische Lagertechnik) oder verfahrensbedingte Einflüsse (elektromagnetische Felder, Schweißroboter, o.ä.), werden über diese Kriterien abgebildet und finden so Berücksichtigung in den zu entwickelnden RFID-Szenarien. Die Wirkung dieser Kriterien hängt stark von dem jeweiligen Stand der Technik ab. Galt bspw. der Einsatz von 13,56 MHz Transpondern direkt auf Metall vor fünf Jahren noch als nicht möglich, so ist die Technik mittlerweile so weit entwickelt, dass auch Lösungen in diesem Bereich angeboten werden. Daher muss festgehalten werden, dass die frequenzabhängigen technischen Kriterien im Zeitverlauf variabel in ihrer Wirkung sind und sich mit dem technischen Fortschritt der RFID-Hardware verändern. Atmosphärische Einflüsse auf die RFID-Hardware sind generell für alle Varianten (unabhängig von der Betriebsfrequenz) der RFID-Technik zu beachten. Der Einfluss der Umgebungsbedingungen auf die Integrität der Hardware ist immer zu berücksichtigen. Temperatur, Druck und Staubbelastung sind hier die Hauptgruppen äußerer Einflüsse auf die RFID-Hardware. Auch diese Gruppe der technischen Kriterien muss mit der sich verändernden technischen Leistungsfähigkeit in ihrer Bewertung angepasst werden. 3. Anwendung der Kriterien 3.1. Anwendungsbeispiel Die Anwendung der Kriterien wird im Folgendem anhand eines kurzen Beispiels erläutert. Nachstehende Abbildung 7 zeigt Ausschnitte aus einem fiktiven Prozess innerhalb eines Großlagers. Abbildung 7: Fiktiver Prozess Von der Entladung des LKW bis zur Einlagerung der Paletten ist der Prozess in vier grobe Phasen strukturiert. Zur Identifikation von RFID-Einsatzpotenzialen werden die einzelnen Prozesselemente nach dem in Tabelle 1dargestellten Schema untersucht. Tabelle 1: Exemplarische Anwendung der Kriterien an einem ausgewählten Beispiel Kriteriengruppe Kriterium Einheit Prozesselement Entladen des LKW Bezugsobjekt LKW Palette Identifikation Anzahl ID - Vorgänge pro Objekt 1/Stck. 2 1 Anzahl ID - Objekte im Zeitraum Stck./ZE 25/h 10/min Transparenz Bedeutung exakter Prozesszeiterfassung Qual. Hoch Hoch intransparente Prozessabschnitte ja/nein Ja Ja Konfiguration Anzahl objektspez. Konfigurationsarbeiten 1/Stck. 0 0 Manueller Anteil der Konfiguration Qual. - - Zuordnung Fehleranteil der Zuordnung Q/S Qual. Mittel Gering Komplexität der Zuordnung Q/S Qual. Hoch Hoch Datenverwendung und Dokumentation Anzahl der Änderungen objektspezifischer Daten im Prozess 1/Stck. 8 (6-7) 2 Anzahl der Medienbrüche im Prozess 1/Stck. - - Die Tabelle zeigt, wie einzelne Prozesselemente mit Hilfe der Identifikationskriterien analysiert werden können. Dabei ergeben sich aus den Ausprägungen der einzelnen Kriterien die Nutzenpotenziale auf deren Basis sich eine spätere RFID-Anwendung gestalten und bewerten lässt. Für die Analyse der einzelnen Prozesselemente ist es notwendig, die Kriterien auf ein Bezugsobjekt zu beziehen. Dieses Bezugsobjekt stellt den potenziellen Träger des Transponders dar. Dabei ist zu beachten, dass innerhalb eines Prozesses mehrere Bezugsobjekte vorhanden sein können. Die Analyse muss daher für jedes Bezugsobjekt einzeln durchgeführt werden. Die Zusammenfassung der Analyseergebnisse pro Bezugsobjekt, über die zusammengehörigen Prozesselemente zeigt die Nutzenpotenziale innerhalb der einzelnen Prozesse. 3.2. Verwendung der Ergebnisse und Bewertungsmöglichkeiten identifizierter Einsatzpotenziale Im vorstehenden Absatz wurde gezeigt, wie die erarbeiteten Kriterien zur Prozessanalyse genutzt werden können. Aus der Analyse ergeben sich Nutzenpotenziale für den RFID-Einsatz. Inwieweit diese erkannten Potenziale tatsächlich zu einer wirtschaftlichen RFID-Anwendung führen, muss in einem zweiten Schritt geprüft werden. Dabei muss festgestellt werden, dass es keine RFID-Lösung „von der Stange“ gibt [Lammers2006]. Jede Anwendung muss individuell auf Wirtschaftlichkeit geprüft werden. Dabei spielen vor allem die Kriterien eine starke Rolle, die nur qualitativ erfasst werden können, z. B. die Bedeutung einer exakten Erfassung der Prozesszeit. Quantitativ erfassbare Kriterien sind vergleichsweise einfach in der wirtschaftlichen Beurteilung, obwohl auch für diese Art Kriterium keine allgemein gültigen Richtwerte zur Beurteilung existieren. Zu groß sind hier die Unterschiede zwischen einzelnen Prozessen und den möglichen Einspareffekten, bedingt durch differierende Kostentreiber und Anforderungen an Leistungsfähigkeiten. Weiterhin müssen sowohl qualitative als auch quantitative Kriterien immer im Zusammenhang gesehen werden. Nur dann kann der potenzielle Nutzen einer RFID-Anwendung vollständig ermittelt werden. Erst aus der Kombination dieser beiden Faktorgruppen ergibt sich das maximale Nutzenpotenzial einer RFID-Anwendung. Vor diesem Hintergrund sind die einzelnen Nutzenpotenziale zu erfassen, daraus mögliche RFID-Szenarien zu entwickeln und diese Szenarien einer abschließenden, detaillierten Wirtschaftlichkeitsanalyse zu unterziehen.