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.

Prozessoptimierung des SLM-Prozesses mit hoch-reflektiven und thermisch sehr gut leitenden Materialien durch systematische Parameterfindung und begleitende Simulationen am Beispiel von Silber

Additive Manufacturing durch Aufschmelzen von Metallpulvern hat sich auf breiter Front als Herstellverfahren, auch für Endprodukte, etabliert. Besonders für die Variante des Selective Laser Melting (SLM) sind Anwendungen in der Zahntechnik bereits weit verbreitet und der Einsatz in sensitiven Branchen wie der Luftfahrt ist in greifbare Nähe gerückt. Deshalb werden auch vermehrt Anstrengungen unternommen, um bisher nicht verarbeitete Materialien zu qualifizieren. Dies sind vorzugsweise Nicht-Eisen- und Edelmetalle, die sowohl eine sehr hohe Reflektivität als auch eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen – beides Eigenschaften, die die Beherrschung des Laser-Schmelzprozesses erschweren und nur kleine Prozessfenster zulassen. Die Arbeitsgruppe SLM des Lehr- und Forschungsgebietes Hochleistungsverfahren der Fertigungstechnik hat sich unter der Randbedingung einer kleinen und mit geringer Laserleistung ausgestatteten SLM Maschine der Aufgabe gewidmet und am Beispiel von Silber die Parameterfelder für Einzelspuren und wenig komplexe Geometrien systematisch untersucht. Die Arbeiten wurden von FEM Simulationen begleitet und durch metallographische Untersuchungen verifiziert. Die Ergebnisse bilden die Grundlage zur schnellen Parameterfindung bei komplexen Geometrien und bei Veränderungen der Zusammensetzung, wie sie bei zukünftigen Legierungen zu erwarten sind. Die Ergebnisse werden exemplarisch auf unterschiedliche Geometrien angewandt und entsprechende Bauteile gezeigt.

Development of a bead-based multiplex assay for the simultaneous detection of porcine inflammation markers using xMAP technology

Commercially available assays for the simultaneous detection of multiple inflammatory and cardiac markers in porcine blood samples are currently lacking. Therefore, this study was aimed at developing a bead-based, multiplexed flow cytometric assay to simultaneously detect porcine cytokines [interleukin (IL)-1β, IL-6, IL-10, and tumor necrosis factor alpha], chemokines (IL-8 and monocyte chemotactic protein 1), growth factors [basic fibroblast growth factor (bFGF), vascular endothelial growth factor, and platelet-derived growth factor-bb], and injury markers (cardiac troponin-I) as well as complement activation markers (C5a and sC5b-9). The method was based on the Luminex xMAP technology, resulting in the assembly of a 6- and 11-plex from the respective individual singleplex situation. The assay was evaluated for dynamic range, sensitivity, cross-reactivity, intra-assay and interassay variance, spike recovery, and correlation between multiplex and commercially available enzyme-linked immunosorbent assay as well as the respective singleplex. The limit of detection ranged from 2.5 to 30,000 pg/ml for all analytes (6- and 11-plex assays), except for soluble C5b-9 with a detection range of 2-10,000 ng/ml (11-plex). Typically, very low cross-reactivity (<3% and <1.4% by 11- and 6-plex, respectively) between analytes was found. Intra-assay variances ranged from 4.9 to 7.4% (6-plex) and 5.3 to 12.9% (11-plex). Interassay variances for cytokines were between 8.1 and 28.8% (6-plex) and 10.1 and 26.4% (11-plex). Correlation coefficients with singleplex assays for 6-plex as well as for 11-plex were high, ranging from 0.988 to 0.997 and 0.913 to 0.999, respectively. In this study, a bead-based porcine 11-plex and 6-plex assay with a good assay sensitivity, broad dynamic range, and low intra-assay variance and cross-reactivity was established. These assays therefore represent a new, useful tool for the analysis of samples generated from experiments with pigs.

Knowledge and Perception of the Role of Targeted Ultrasound in Detecting Down Syndrome Among a High Risk Population

The purpose of this study was to determine the perception and knowledge of targeted ultrasound in women who screen positive for Down syndrome in the first or second trimester, and to assess the perceived detection rate of Down syndrome by targeted ultrasound in this population. While several studies have reported patient perceptions’ of routine ultrasound, no study has specifically examined knowledge regarding the targeted ultrasound and its role in detecting Down syndrome. A targeted ultrasound is a special ultrasound during the second trimester offered to women who may be at a higher-than-average risk of having a baby with some type of birth defect or complication. The purpose of the ultrasound is to evaluate the overall growth and development of the baby as well as screen for birth defects and genetic conditions. Women under the age of 35 referred for an abnormal first or second trimester maternal serum screen to several Houston area clinics were asked to complete a questionnaire to obtain demographic and ultrasound knowledge information as well as assess perceived detection rate of Down syndrome by ultrasound. Seventy-seven women completed the questionnaire and participated in the study. Our findings revealed that women have limited background knowledge about the targeted ultrasound and its role in detecting Down syndrome. These findings are consistent with other studies that have reported a lack of understanding about the purpose of ultrasound examinations. One factor that seems to increase background knowledge about the targeted ultrasound is individuals having a higher level of education. However, most participants regardless of race, education, income, and exposure to targeted ultrasound information did not know the capabilities of a targeted ultrasound. This study confirmed women lack background knowledge about the targeted ultrasound and do not know enough about the technology to form a perception regarding its ability to detect Down syndrome. Additional studies to identify appropriate education techniques are necessary to determine how to best inform our patient population about targeted ultrasound.

EMPLOYMENT AND EXPOSURES IN THE PETROLEUM REFINING AND PETROCHEMICAL INDUSTRIES AND THE RISK OF LUNG CANCER (EPIDEMIOLOGY, ASSESSMENT)

This dissertation addresses the risk of lung cancer associated with occupational exposures in the petroleum refining and petrochemical industries. Earlier epidemiologic studies of this association did not adjust for cigarette smoking or have specific exposure classifications. The Texas EXposure Assessment System (TEXAS) was developed with data from a population-based, case-comparison study conducted in five southeast Texas counties between 1976 and 1980. The Texas Exposure Assessment System uses job and process categories developed by the American Petroleum Institute, as well as time-oriented variables to identify high risk groups.^ An industry-wide, increased risk for lung cancer was associated with jobs having low-level hydrocarbon exposure that also include other occupational inhalation exposures (OR = 2.0--adjusted for smoking and latency effects). The prohibition of cigarette smoking for jobs with high-level hydrocarbon exposure might explain part of the increased risk for jobs with low-level hydrocarbon exposures. Asbestos exposure comprises a large part of the risk associated with jobs having other inhalation exposures besides hydrocarbons. Workers in petroleum refineries were not shown to have an increased, occupational risk for lung cancer. The increased risk for lung cancer among petrochemical workers (OR = 3.1--smoking and latency adjusted) is associated with all jobs that involve other inhalation exposure characteristics (not only low-level hydrocarbon exposures). Findings for contract workers and workers exposed to specific chemicals were inconclusive although some hypotheses for future research were identified.^ The study results demonstrate that the predominant risk for lung cancer is due to cigarette smoking (OR = 9.8). Cigarette smoking accounts for 86.5% of the incident lung cancer cases within the study area. Workers in the petroleum industry smoke significantly less than persons employed in other industries (p << 0.001). Only 2.2% of the incident lung cancer cases may be attributed to petroleum industry jobs; lifestyle factors (e.g., nutrition) may be associated with the balance of the cases. The results from this study also suggest possible high risk time periods (OR = 3.9--smoking and occupation adjusted). Artifacts in time-oriented findings may result because of the latency interval for lung cancer, secular peaks in age-, sex-specific incidence rates, or periods of hazardous exposures in the petroleum industry. ^

Design and Test of a 0.5 THz Dipole Antenna With Integrated Schottky Diode Detector on a High Dielectric Constant Ceramic Electromagnetic Bandgap Substrate

This paper presents the first analysis of the input impedance and radiation properties of a dipole antenna, placed on top of Fan 's three-dimensional electromagnetic bandgap (EBG) structure, (Applied Physics Letters, 1994) constructed using a high dielectric constant ceramic. The best position of the dipole on the EBG surface is determined following impedance and radiation pattern analyses. Based on this optimum configuration an integrated Schottky heterodyne detector was designed, manufactured and tested from 0.48 to 0.52 THz. The main antenna features were not degraded by the high dielectric constant substrate due to the use of the EBG approach. Measured radiation patterns are in good agreement with the predicted ones.

Speech Understanding with a New Implant Technology: A Comparative Study with a New Nonskin Penetrating Baha System

Objective. To compare hearing and speech understanding between a new, nonskin penetrating Baha system (Baha Attract) to the current Baha system using a skin-penetrating abutment. Methods. Hearing and speech understanding were measured in 16 experienced Baha users. The transmission path via the abutment was compared to a simulated Baha Attract transmission path by attaching the implantable magnet to the abutment and then by adding a sample of artificial skin and the external parts of the Baha Attract system. Four different measurements were performed: bone conduction thresholds directly through the sound processor (BC Direct), aided sound field thresholds, aided speech understanding in quiet, and aided speech understanding in noise. Results. The simulated Baha Attract transmission path introduced an attenuation starting from approximately 5 dB at 1000 Hz, increasing to 20–25 dB above 6000 Hz. However, aided sound field threshold shows smaller differences and aided speech understanding in quiet and in noise does not differ significantly between the two transmission paths. Conclusion. The Baha Attract system transmission path introduces predominately high frequency attenuation. This attenuation can be partially compensated by adequate fitting of the speech processor. No significant decrease in speech understanding in either quiet or in noise was found.

Methodology for GPS Synchronization Evaluation with High Accuracy

Clock synchronization in the order of nanoseconds is one of the critical factors for time-based localization. Currently used time synchronization methods are developed for the more relaxed needs of network operation. Their usability for positioning should be carefully evaluated. In this paper, we are particularly interested in GPS-based time synchronization. To judge its usability for localization we need a method that can evaluate the achieved time synchronization with nanosecond accuracy. Our method to evaluate the synchronization accuracy is inspired by signal processing algorithms and relies on fine grain time information. The method is able to calculate the clock offset and skew between devices with nanosecond accuracy in real time. It was implemented using software defined radio technology. We demonstrate that GPS-based synchronization suffers from remaining clock offset in the range of a few hundred of nanoseconds but the clock skew is negligible. Finally, we determine a corresponding lower bound on the expected positioning error.

Inter-observer agreement for diagnostic classification of esophageal motility disorders defined in high-resolution manometry

High-resolution esophageal manometry (HRM) is a recent development used in the evaluation of esophageal function. Our aim was to assess the inter-observer agreement for diagnosis of esophageal motility disorders using this technology. Practitioners registered on the HRM Working Group website were invited to review and classify (i) 147 individual water swallows and (ii) 40 diagnostic studies comprising 10 swallows using a drop-down menu that followed the Chicago Classification system. Data were presented using a standardized format with pressure contours without a summary of HRM metrics. The sequence of swallows was fixed for each user but randomized between users to avoid sequence bias. Participants were blinded to other entries. (i) Individual swallows were assessed by 18 practitioners (13 institutions). Consensus agreement (≤2/18 dissenters) was present for most cases of normal peristalsis and achalasia but not for cases of peristaltic dysmotility. (ii) Diagnostic studies were assessed by 36 practitioners (28 institutions). Overall inter-observer agreement was 'moderate' (kappa 0.51) being 'substantial' (kappa > 0.7) for achalasia type I/II and no lower than 'fair-moderate' (kappa >0.34) for any diagnosis. Overall agreement was somewhat higher among those that had performed >400 studies (n = 9; kappa 0.55) and 'substantial' among experts involved in development of the Chicago Classification system (n = 4; kappa 0.66). This prospective, randomized, and blinded study reports an acceptable level of inter-observer agreement for HRM diagnoses across the full spectrum of esophageal motility disorders for a large group of clinicians working in a range of medical institutions. Suboptimal agreement for diagnosis of peristaltic motility disorders highlights contribution of objective HRM metrics.

Hormonal and Clinical Predictors for Post-egg Retrieval Pain in Women Undergoing Assisted Reproductive Technology Procedures

OBJECTIVES The intensity of post-egg retrieval pain is underestimated, with few studies examining post-procedural pain and predictors to identify women at risk for severe pain. We evaluated the influence of pre-procedural hormonal levels, ovarian factors, as well as mechanical temporal summation (mTS) as predictors for post-egg retrieval pain in women undergoing in vitro fertilization (IVF). METHODS Eighteen women scheduled for ultrasound-guided egg retrieval under standardized anesthesia and post-procedural analgesia were enrolled. Pre-procedural mTS, questionnaires, clinical data related to anesthesia and the procedure itself, post-procedural pain scores and pain medication for breakthrough pain were recorded. Statistical analysis included Pearson product moment correlations, Mann-Whitney U tests and multiple linear regressions. RESULTS Average peak post-egg retrieval pain during the first 24 hours was 5.0±1.6 on an NRS scale (0=no pain, 10=worst pain imaginable). Peak post-egg retrieval pain was correlated with basal antimullerian hormone (AMH) (r=0.549, P=0.018), pre-procedural peak estradiol (r=0.582, P=0.011), total number of follicles (r=0.517, P=0.028) and number of retrieved eggs (r=0.510, P=0.031). Ovarian hyperstimulation syndrome (OHSS) (n=4) was associated with higher basal AMH (P=0.004), higher peak pain scores (P=0.049), but not with peak estradiol (P=0.13). The mTS did not correlate with peak post-procedural pain (r=0.266, P=0.286), or peak estradiol level (r=0.090, P=0.899). DISCUSSION Peak post-egg retrieval pain intensity was higher than anticipated. Our results suggest that post-egg retrieval pain can be predicted by baseline AMH, high peak estradiol, and OHSS. Further studies to evaluate intra- and post-procedural pain in this population are needed, as well as clinical trials to assess post-procedural analgesia in women presenting with high hormonal levels.

Regulation of human (adrenal) androgen biosynthesis-New insights from novel throughput technology studies

Androgens are precursors for sex steroids and are predominantly produced in the human gonads and the adrenal cortex. They are important for intrauterine and postnatal sexual development and human reproduction. Although human androgen biosynthesis has been extensively studied in the past, exact mechanisms underlying the regulation of androgen production in health and disease remain vague. Here, the knowledge on human androgen biosynthesis and regulation is reviewed with a special focus on human adrenal androgen production and the hyperandrogenic disorder of polycystic ovary syndrome (PCOS). Since human androgen regulation is highly specific without a good animal model, most studies are performed on patients harboring inborn errors of androgen biosynthesis, on human biomaterials and human (tumor) cell models. In the past, most studies used a candidate gene approach while newer studies use high throughput technologies to identify novel regulators of androgen biosynthesis. Using genome wide association studies on cohorts of patients, novel PCOS candidate genes have been recently described. Variant 2 of the DENND1A gene was found overexpressed in PCOS theca cells and confirmed to enhance androgen production. Transcriptome profiling of dissected adrenal zones established a role for BMP4 in androgen synthesis. Similarly, transcriptome analysis of human adrenal NCI-H295 cells identified novel regulators of androgen production. Kinase p38α (MAPK14) was found to phosphorylate CYP17 for enhanced 17,20 lyase activity and RARB and ANGPTL1 were detected in novel networks regulating androgens. The discovery of novel players for androgen biosynthesis is of clinical significance as it provides targets for diagnostic and therapeutic use.

Dose-painting intensity-modulated proton therapy for intermediate- and high-risk meningioma.

BACKGROUND Newly diagnosed WHO grade II-III or any WHO grade recurrent meningioma exhibit an aggressive behavior and thus are considered as high- or intermediate risk tumors. Given the unsatisfactory rates of disease control and survival after primary or adjuvant radiation therapy, optimization of treatment strategies is needed. We investigated the potential of dose-painting intensity-modulated proton beam-therapy (IMPT) for intermediate- and high-risk meningioma. MATERIAL AND METHODS Imaging data from five patients undergoing proton beam-therapy were used. The dose-painting target was defined using [68]Ga-[1,4,7,10-tetraazacyclododecane tetraacetic acid]- d-Phe(1),Tyr(3)-octreotate ([68]Ga-DOTATATE)-positron emission tomography (PET) in target delineation. IMPT and photon intensity-modulated radiation therapy (IMRT) treatment plans were generated for each patient using an in-house developed treatment planning system (TPS) supporting spot-scanning technology and a commercial TPS, respectively. Doses of 66 Gy (2.2 Gy/fraction) and 54 Gy (1.8 Gy/fraction) were prescribed to the PET-based planning target volume (PTVPET) and the union of PET- and anatomical imaging-based PTV, respectively, in 30 fractions, using simultaneous integrated boost. RESULTS Dose coverage of the PTVsPET was equally good or slightly better in IMPT plans: dose inhomogeneity was 10 ± 3% in the IMPT plans vs. 13 ± 1% in the IMRT plans (p = 0.33). The brain Dmean and brainstem D50 were small in the IMPT plans: 26.5 ± 1.5 Gy(RBE) and 0.002 ± 0.0 Gy(RBE), respectively, vs. 29.5 ± 1.5 Gy (p = 0.001) and 7.5 ± 11.1 Gy (p = 0.02) for the IMRT plans, respectively. The doses delivered to the optic structures were also decreased with IMPT. CONCLUSIONS Dose-painting IMPT is technically feasible using currently available planning tools and resulted in dose conformity of the dose-painted target comparable to IMRT with a significant reduction of radiation dose delivered to the brain, brainstem and optic apparatus. Dose escalation with IMPT may improve tumor control and decrease radiation-induced toxicity.

Using technology to enhance decision making

We focus here on decision making in the everyday clinical situation and do not address decision making in politics and administration, although obviously it affects clinical practice and vice versa. For example, decisions against providing sufficient face-to-face psychotherapy is one factor that may increase the demand for Internet therapy, and vice versa—that is, the use of technology for therapy, as in Internet therapy, might influence to what extent face-to-face therapy needs to be provided. It is obvious that the aggregation of information for political and administrative decisions can take advantage of technology. If technology is used professionally, this should contribute to better informed decisions and less dependency on information provided by lobbyists who might not work in the interest of high-quality service for those who need it. An optimistic view is thus that technology works in favor of patients on this level as well. In the interest of keeping the focus of this chapter manageable, we also do not address treatments fully delivered over the Internet or computers, as for the example described in Comer and Barlow (2014), although such treatments, as they unfold, of course also include decision making.