Tourenplanung bei ambulanten Pflegediensten

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1 Das Vehicle Routing Problem am Beispiel der Spitex Basel Bachelor Thesis zur Erlangung des akademischen Grades: Bachelor of Science in Business Administration FH mit der Vertiefung Unternehmensführung & KMU an der Kalaidos Fachhochschule Schweiz Betreuender Referent: Co-Referent: Dipl. Ing. Mag. Wolfgang Ziehaus Prof. Dr. Ugo Merkli Vorgelegt von: Klasse: BBA_5/08_UFÜ Fachrichtung: Unternehmensführung & KMU Basel, den 01. September 2012

2 Management Summary Ambulante Pflegedienste betreuen Kunden in deren Zuhause. Das Pflegepersonal besucht während eines Tages verschiedene Kunden und legt dabei täglich mehrere Stunden an Wegzeit zurück, welche den Kunden nicht in Rechnung gestellt werden können. Für die Pflegeorganisation Spitex Basel beträgt die gesamte Wegzeit circa Stunden pro Jahr und stellt einen erheblichen Kostenblock für die Institution dar. Eine Verminderung der Wegstrecke könnte über eine Tourenplanung, einer Art Einsatzplanung, bei welcher Kundeneinsätze zu einer Tour zusammengestellt werden, erzielt werden. Bei der Tourenplanung werden die Kundenstandorte berücksichtigt und die Einsätze in einer Reihenfolge geplant, welche die Wegstrecken minimiert und gleichzeitig die Kundenanforderungen hinsichtlich Einsatzzeit und Pflegeanforderung erfüllt werden können. Die Zielsetzung der vorliegen Arbeit ist es, sowohl theoretische Erkenntnisse für die Tourenplanung bei ambulanten Pflegediensten zu gewinnen, als auch praktischen Nutzen zu stiften, indem Wegstrecken- Einsparungen aufgezeigt und den Pflegediensten Handlungsempfehlungen zur Gestaltung der Tourenplanung gegeben werden. Die Tourenplanung liegt im Spannungsfeld von Kunden, Mitarbeitenden und Unternehmen. Die Kunden wünschen pünktliche Einsätze und möglichst gleichbleibende Einsatzzeiten. Das Unternehmen ist an einer effizienten Planung interessiert, sodass Ressourcen ausgelastet sind und unproduktive Zeit minimiert wird. Für die Mitarbeitenden ist eine ausgeglichene Arbeitsbelastung wichtig. Diese verschiedenen Ansprüche und Anforderungen werden in der vorliegenden Arbeit in ein Modell überführt. Das Tourenplanungsmodell kann dann mittels Algorithmen unter Berücksichtigung der Daten und Parameter gelöst werden. Die hierbei verwendeten Verfahren sind die Heuristiken 2Opt Simulierte Abkühlung und Genetischer Algorithmus. Heuristiken sind Lösungsverfahren, welche möglichst viele Lösungen eines Problems evaluieren, und oft eine stochastische Komponente aufweisen. Dabei besteht aber die Unsicherheit, dass die optimale Lösung nicht gefunden wird. Bei komplizierten Problemen sind heuristische Verfahren anderen überlegen, da der Lösungsraum effizienter durchsucht wird. Die genutzte Implementierung ist die Software-Bibliothek JOpt der Firma DNA Evolutions. Um die Resultate zu validieren, werden aus den bestehenden Einsatzplänen von drei Spitex Zentren an drei Tagen Tourenpläne erstellt. Damit ist ein Vergleich der Tourenpläne zwischen den Zentren, innerhalb des Untersuchungszeitraums und gegenüber der bestehenden Einsatzplanung möglich. Teilweise werden durch die Optimierung signifikante Einsparungen erzielt. Der Optimierer findet Lösungen, mit denen die Wegstrecken um bis zu 22 Prozent minimiert und die Wartezeiten um ungefähr sieben Stunden pro Tag und Zentrum verringert werden können. Durch die effiziente Planung könnte das an diesen Tagen benötigte Pflegepersonal um ein bis zwei Stellen pro Tag und Zentrum reduziert werden. Da solche Einsparungen aber nicht durchgehend realisiert werden, können die Ergebnisse nicht generalisiert werden. Den ambulanten Pflegediensten wird empfohlen, ähnlich gelagerte VII

3 Forschungsprojekte zu unterstützen, damit für die Optimierung der Tourenplanung weitere Erkenntnisse über das Potential und die Determinanten einer erfolgreiche Optimierung gewonnen werden können. VIII

4 Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis... V Tabellenverzeichnis... V Management Summary... VII 1 Einleitung Problemstellung Zielsetzung der Arbeit Abgrenzung Aufbau der Untersuchung Theoretischer Bezugsrahmen Einsatzplanung Definition Einsatzplanung Die Anspruchsgruppen der Einsatzplanung Abhängigkeiten der Anspruchsgruppen Tourenplanung Operations Research Modelle Vehicle Routing Problem Vehicle Routing Problem with Time Windows Mathematische Modellierung Komplexität Vehicle Routing Problem with Time Windows Lösungsverfahren Exakte Verfahren Heuristik Software Geo-Codierung Distanzermittlung Touren Optimierung Konzeptioneller Bezugsrahmen Der Fallstudienansatz als Forschungsinstrument Mehrfachfallstudie Spitex Basel Hintergrund Allgemeines Zentren Pflegestufen Planung Prämissen Untersuchte Zentren Untersuchte Organisationseinheiten...32 II

5 4.2.3 Untersuchte Einsätze Grundlagen der Kalkulation Gebietseinteilung und Wegstrecken Übersicht Zentrum Kleinhüningen Zentrum Hirzbrunnen Zentrum Wettstein / Matthäus Einsätze Zentrum Kleinhüningen Zentrum Hirzbrunnen Zentrum Wettstein / Matthäus Mitarbeitende Zentrum Kleinhüningen Zentrum Hirzbrunnen Zentrum Wettstein / Matthäus Planung Zentrum Kleinhüningen Zentrum Hirzbrunnen Zentrum Wettstein / Matthäus Wegstrecken Distanz Zentrum Kleinhüningen Zentrum Hirzbrunnen Zentrum Wettstein / Matthäus Spezielle Anforderungen Zentrum Kleinhüningen Zentrum Hirzbrunnen Zentrum Wettstein / Matthäus Tourenplanungsmodell bei ambulanten Pflegediensten Mengen Konstanten Variablen Nebenbedingungen Kostenfunktionen Zielfunktion Resultate der Optimierung Parametrierung der Optimierung Zentrum Kleinhüningen Zentrum Hirzbrunnen Zentrum Wettstein / Matthäus Diskussion III

6 7.1 Diskussion der Ergebnisse Zentrum Kleinhüningen Zentrum Hirzbrunnen Zentrum Wettstein / Matthäus Ganzheitliche Betrachtung Diskussion der Methode Interpretation der Ergebnisse Interpretation der Ergebnisse im Kontext der Literatur Abgrenzungen Handlungsempfehlungen Weiterführende Forschung Konklusion Literaturverzeichnis... IX Eidesstattliche Erklärung... XVI Anhang... XVII 1. Google Geocoding Software-Code... XVII 2. Mappoint Interface Software-Code... XIX 3. Software-Code JOpt Anbindung... XX IV