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Dienstplanerstellung in Krankenhäusern mittels genetischer Algorithmen

Dienstplanerstellung in Krankenhäusern mittels genetischer Algorithmen
Über dieses Buch
  • Art: Diplomarbeit
  • Autor: Uwe Aickelin
  • Abgabedatum: Dezember 1996
  • Umfang: 106 Seiten
  • Dateigröße: 4,1 MB
  • Institution / Hochschule: Universität Mannheim Deutschland
  • ISBN (eBook): 978-3-8324-1310-1
  • ISBN (Paperback) :
    978-3-8324-1310-1 P
  • ISBN (CD) :978-3-8324-1310-1 CD
  • Sprache: Deutsch
  • Prämierung:
  • Arbeit zitieren: Aickelin, Uwe Dezember 1996: Dienstplanerstellung in Krankenhäusern mittels genetischer Algorithmen, Hamburg: Diplomica Verlag
  • Schlagworte: Krankenhäuser, Dienstplanerstellung

Diplomarbeit von Uwe Aickelin

Problemstellung:

Der Gesundheitssektor ist in den neunziger Jahren durch die von der Politik festgesetzten Sparmaßnahmen in einer schwierigen Lage. Dies gilt sowohl für den Sektor als Ganzes, als auch für die Krankenhäuser, die durch den zusätzlichen Mangel an Fachpersonal besonderen Herausforderungen gegenüberstehen. Die zentrale Komponente der Gesundheitsversorgung in Krankenhäusern ist das Personal. Die Personalkosten machen gleichzeitig mehr als die Hälfte der Krankenhausbudgets aus. Um die Situation der Krankenhäuser zu verbessern, ist daher der Personalbereich von besonderem Interesse.

Bei einer Fluktuation von bis zu 2OO % pro Jahr in manchen Krankenhäusern ist der als Pflegenotstand bezeichnete Mangel an qualifizierten Krankenschwestern auf viele Gründe zurückzuführen. Neben der Überforderung durch zu wenig Personal und der relativ schlechten Bezahlung, sind die unpopulären Schichtpläne, die oft die persönlichen Interessen der Krankenschwestern nicht berücksichtigen, ein wichtiger Grund für die Unattraktivität des Berufes.

Verbesserungen der heute angewandten kurzfristigen Personaleinsatzplanung, könnten sich somit in zweierlei Hinsicht sehr positiv auf die Situation der Krankenhäuser auswirken. Einerseits würden die Personalressourcen besser ausgenutzt und die angespannten Finanzen damit entlastet und andererseits wäre es durch die Einbindung von Wünschen des Personals möglich, die Attraktivität des Berufes einer Krankenschwester zu erhöhen und damit den Pflegenotstand zu mildern.

Eine solche kurzfristige Personaleinsatzplanung in Krankenhäusern muß aufgrund der Spezialisierung der Krankenschwestern auf Stationsbasis erfolgen. Die genaue Zielsetzung einer solchen Planung variiert von Station zu Station. Das grundlegende Ziel ist es, einen Einsatzplan zu finden, der zu jeder Tageszeit die Anwesenheit einer ausreichenden Anzahl entsprechend qualifizierter Krankenschwestern sicherstellt. Zusätzlich sollten die individuellen Wünsche der Krankenschwestern möglichst gut berücksichtigt werden.

Verschiedene Qualifikationsstufen, Teilzeitarbeitsverträge und ein schwankender Bedarf während des Tagesablaufs bedeuten, daß diese Aufgabe analytisch keinesfalls einfach zu lösen ist. Erschwert wird das Problem in der Praxis noch durch Urlaubstage, Krankheit und den Wunsch, unbeliebte Arbeitszeiten, wie nachts oder am Wochenende, möglichst gerecht unter der gesamten Belegschaft zu verteilen.

Inhaltsverzeichnis:

1. Einführung in die Problematik des Nurse Scheduling 1
1.1 Allgemeine Einführung 1
1.2 Fallbeispiel 2
1.2.1 Die Aufgabe 2
1.2.2 Das mathematische Modell 2
1.2.3 Das Datenmaterial 5
1.2.4 Lösungsansätze 7
1.3 Weitere Vorgehensweise 8
2. Einführung in genetische Algorithmen 9
2.1 Definitionen 9
2.2 Allgemeine Einführung 10
2.3 Aufbau eines genetischen Algorithmus 12
2.3.1 Überblick 12
2.3.2 Das Kodierungsproblem 12
2.3.3 Initialisierung 14
2.3.4 Selektion 16
2.3.5 Crossover 19
2.3.6 Mutation und Reproduktion 21
2.3.7 Substitution und Abbruchkriterien 22
2.4 Schemata-Theorem und Building-Block-Hypothese 23
3. Das Programm 25
3.1 Einführung 25
3.2 Beschreibung der Programmbestandteile 27
3.2.1 Initialisierung 27
3.2.2 Selektion 27
3.2.3 Crossover 29
3.2.4 Mutation und Reproduktion 30
3.2.5 Substitution und Abbruchkriterien 31
4. Erste Analysen 32
4.1 Ergebnisse von CPLEX 32
4.2 Grundsätzliche Vorgehensweise der Analysen 32
4.3 Variation der Parameter 33
4.3.1 Bevölkerungsgröße 33
4.3.2 Laufzeit des Algorithmus 34
4.3.3 Mutationsrate 36
4.3.4 Reproduktionsrate 38
4.3.5 Gewicht der Bedarfsdeckung 39
4.4 Variation der genetischen Operatoren 41
4.4.1 Art der Substitution der alten Generation 41
4.4.2 Anzahl der Eltern 42
4.4.3 Art des Crossovers 43
4.5 Zusammenfassung der bisherigen Ergebnisse 45
4.6 Variationen der Eingabedaten 46
4 7 Weitere Vorgehensweise 49
5. Verbesserungen des Grundprogrammes 50
5.1 Grundsätzliche Vorgehensweise der Verbesserungen 50
5.2 Verbesserung der Güte der Individuen 51
5.2.1 Variation der Substitutions-Strategien 51
5.2.2 Intelligente Mutation 57
5.2.3 Re-Initialisierung 59
5.2.4 Lokale Optimierung 60
5.2.5 Zwei oszillierende Zielfunktionen 63
6. Zusammenfassung und Ausblick 82
Literaturverzeichnis 84
Anhang A Datenfiles 86
Anhang A.1 Nachfrage nach Krankenschwestern 86
Anhang A.2 Qualifikationen der Krankenschwestern 87
Anhang A.3 Wünsche der Krankenschwestern 88
Anhang A.4 Liste der Schichtmuster 89
Anhang A.S Strafkosten pro Schichtmuster 91
Anhang B Turbo Pascal Listing 92
Anhang C CPLEX Eingabefile 94

Arbeit zitieren:
Aickelin, Uwe Dezember 1996: Dienstplanerstellung in Krankenhäusern mittels genetischer Algorithmen, Hamburg: Diplomica Verlag

Schlagworte:
Krankenhäuser, Dienstplanerstellung

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