Moderne Gesamtkonzepte (auch)

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1 Flurförderzeuge FTS bestimmen die Kliniklogistik Moderne Gesamtkonzepte (auch) Seit Beginn des letzten Jahrzehnts haben sich Fahrerlose Transportsysteme (FTS) in größeren Krankenhäusern (ab 600 Betten) durchgesetzt und übernehmen als automatische Warentransport- Anlagen (AWT) die Kliniklogistik. Mit neuen Konzepten dringt das FTS nun auch bis in kleinere Häuser vor. In einer konkreten Planungsaufgabe wird die innovative technische Lösung auf der Basis des sog. UNITR-Systems näher vorgestellt. Andreas Drost Günter Ullrich ➊ Kliniklogistik mit FTS im Landeskrankenhaus Klagenfurt (Österreich) Fahrerlose Transportsysteme haben die Kliniklogistik erobert das gilt auf jeden Fall für große Krankenhäuser mit mehr als 600 Betten [1]. Die Logistikleiter versprechen sich vom FTS-Einsatz einige grundsätzliche Vorteile: Optimierung der Logistikabläufe zuverlässige und zeitgerechte Lieferungen im Sinne eines HACCP-Konzepts Reduzierung der Logistikkosten Integration in bestehende Gebäude ohne Unterbrechung der Versorgung. Die heutigen FTS-Anwendungen ähneln sich: Meist werden sog. Unterfahr-FTF eingesetzt, die Edelstahl-Rollcontainer aufnehmen und transportieren (Bild ➊). Die Rollcontainer sind für Speisen, Wäsche, Müll, Sterilgut, Apotheken- oder Magazinware konzipiert und können damit bis zu 450 kg beladen werden. Die großen Speisencontainer fassen bis zu 30 Tabletts. Da in den großen Krankenhäusern lange Wege zurückzulegen sind, kommen meist 10 bis 100 fahrerlose Transport fahrzeu ge (FTF) zum Einsatz gesteuert von einer FTS-Leitsteuerung, die über WLAN mit den einzelnen FTF kommuniziert. Startpunkte der Transporte sind die zentralen Versorgungsbereiche, wie Küche, Wäscherei, Müllplatz, Apotheke und Magazin. Von dort geht es zu den Stationen, die aber nicht direkt befahren werden; vor den Stationen gibt es sog. Bahnhöfe, an denen die Container von den FTF abgestellt und auch wieder abgeholt werden Hebezeuge Fördermittel, Berlin 52 (2012) 9

2 für kleinere Häuser (Bilder: MT Robot 5, DS Automotion 1) Diese großen Logistiklösungen mit großen Fahrzeugen (Gesamtgewicht bis 800 kg, Länge 2 m und Höhe 1,80 m) benötigen eigene Logistikwege, die sich zumeist in den Untergeschossen der Kliniken befinden und in Kellergängen die zentralen Versorgungsbereiche mit den zahlreichen Bettenhäusern verbinden. Für die Projekte sind erhebliche Investitionen erforderlich: Für eine Anlage mit 10 Fahrzeugen, die alle wesentlichen Logistikaufgaben in einem 600-Betten-Haus übernehmen kann, wird überschlägig mit gut 1 Mio. (ohne Stauförderer und Rollcontainer) gerechnet. FTS jetzt auch in kleineren Häusern Diese Lösungen sind nicht für kleinere Häuser geeignet, weil sie zu viele Voraussetzungen erfordern. Trotzdem gibt es eine Menge kleinerer Krankenhäuser, in denen auf jeden Fall genügend Potenzial für Logistikoptimierungen vorhanden ist. Unter einem kleinen Haus wird z. B. eine Fachklinik mit 150 Betten auf sechs Stationen mit je 25 Betten verstanden. Die o. g. Vorteile einer FTS-Lösung gelten uneingeschränkt für große und kleine Häuser. In der FTS-Branche ist erkennbar, dass die bisherigen Techniken und Anwendungen erweitert werden. Die aktuelle Epoche der FTS- Entwicklung [2] bietet und will mehr Märkte: Krankenhäuser und Altenheime, Lager und Kommissionierung, Outdoor, generell der Einsatz in öffentlichen Bereichen kleine und wendige Fahrzeuge Technik in der Objekterkennung (3D, Sensorfusion) Navigation, Sicherheit (Drive Safe) in bestimmten Anwendungsbereichen Intelligenz und Aufgaben in den Fahrzeugen (STS) Flexibilität (Einfachheit, Verständlichkeit) bei Inbetriebnahme/Änderungen Servicefreundlichkeit (RFID/Auskunfts freudigkeit von Kernkomponenten) Angebot bei der Energieversorgung (Kombinationen von Technologien) Datensicherheit und -zuverlässigkeit (z. B. bei der Datenübertragung). Von zentraler Bedeutung wird das Drive Safe sein, d. h. die Integration der Funktionalitäten Navigation und Sicherheit. Die neuen Systeme werden dem Begriff FTS nicht mehr genügen. Die Verschmelzung mit den bisher getrennten Entwicklungsbereichen der autonomen Systeme bzw. der Servicerobotik legt eine neue Namensgebung nahe: Das FTS wird zum STS Serviceund Transportsystem. Zukünftig wird es Systeme geben, die nicht mehr nur den Transport, sondern auch oder sogar vornehmlich andere (Service-) Aufgaben übernehmen mit deutlich mehr Intelligenz als das FTS von heute [3]. Planungsszenario Zurzeit befinden sich mehrere Planungsprojekte in Arbeit. Welche neuen Möglichkeiten zur Optimierung der Kliniklogistik mit intelligenten Service- und Transportsystemen bestehen, soll ein fiktives Beispiel zeigen. Im Bild ➋ ist das Layout der angenommenen Fachklinik dargestellt. Rechts befindet sich der Versorgungstrakt mit Zentralküche, Apotheke, Wäscherei, Müllplatz und Magazin. Das linke Gebäude ist das Bettenhaus mit drei Etagen und jeweils zwei Stationen. Das Haus verfügt insgesamt über 150 (6 25) Betten. Der Weg vom Versorgungstrakt zum Aufzug beträgt rd. 50 m. Das Erdgeschoss des Bettenhauses wird ohne Aufzugbenutzung nach den 50 m erreicht. Die beiden darüber liegenden Etagen 1 und 2 sind nur mit dem Aufzug erreichbar. Der Aufzug wird auch vom Pflegepersonal genutzt. Die Ganglänge in den Hebezeuge Fördermittel, Berlin 52 (2012) 9

3 FTS Flurförderzeuge Neuheiten auf der Motek, Stuttgart, Halle 3 Stationen beträgt 80 m. Auf jedem Gang befinden sich zehn Doppelzimmer und fünf Einzelzimmer. An den Gängen liegen außerdem die Serviceräume, wie Schwesternzimmer, Ärztezimmer, Behandlungszimmer, Aufenthaltsraum, Toilette, Bad, Treppenhaus, Fensterbereich, Lager usw. Im Beispiel wird davon ausgegangen, dass die beiden Stationen auf einer Etage so miteinander verbunden sind, dass das STS vom Aufzug aus durch die erste Station fährt, danach durch eine automatische Tür in die zweite Station gelangt, diese durchfährt und dann ohne eine Wegstrecke doppelt zurückgelegt zu haben wieder den Aufzug erreicht ( Rundkurs ). Folgende Logistikaufgaben fallen an: Essenversorgung morgens, mittags und abends; zusätzlich Entsorgung Entsorgung des Mülls von den Stationen und Bereitstellung leerer Behälter Ver- und Entsorgung der Wäsche Versorgung der Stationen mit Waren aus der Apotheke, dem Sterilgutlager und dem Magazin (Quelle jeweils im Versorgungstrakt) Sonder- und Eiltransporte. Küchentakt gibt die Systemleistung vor Vereinfachend wird davon ausgegangen, dass das STS zur Essenversorgung lediglich Container mit Tabletts anliefert. Der Container wird am Eingang zur Station auf einen mobilen Modulhandling-Wagen (MMW) abgestellt. Das Stationspersonal schiebt den beladenen MMW durch die Station und verteilt die Tabletts. Das STS absolviert folgende Einzelfahrten: Antransport eines gefüllten Containers von der Küche zur Station Abtransport des Containers mit schmutzigem Geschirr von der Station zur Küche. In einen Container passen 14 Tabletts. Da eine Station maximal 25 Tabletts pro Mahlzeit benötigt, sind pro Station zwei Container erforderlich. Für die gesamte Klinik sind 12 Fahrten nötig. Wenn die gesamte Essenversorgung in nur 1 h abgeschlossen sein soll, bedeutet dies einen Küchentakt von 5 min. Das STS muss somit in der Lage sein, in diesem Takt die Container von der Küche abzuholen. Hieraus ergibt sich die Anzahl der benötigten Fahrzeuge. Um die Anzahl der erforderlichen STS zu begrenzen, muss ein präziser Fahrplan entwickelt werden, der alle Transporte berücksichtigt. Dieser ausgefeilte Plan ist auch die Basis für eine gleichmäßige Auslastung der Fahrzeuge über den Tag. Maßgeblich sind die Essentransporte. Daraus ergeben sich dann die Freiräume, in denen die anderen Transporte durchgeführt werden können. Die Anlage wird von 6.00 Uhr bis Uhr genutzt. Während der Nachtzeit stehen die Fahrzeuge auf ihren Parkplätzen, wo sie automatisch andocken und die Batterie aufladen. Ergänzende Transporte Ergänzende Transporte, die den Fahrplan komplettieren, betreffen vor allem die Ver- bzw. Entsorgung von Müll, Wäsche, Apotheken-, Sterilgut und Magazinwaren: Müll: Jede Station muss täglich einmal befahren werden. Es handelt sich um einen Kombitransport ein leerer Aufsatz hin, der volle geht mit zurück. Das Ziel liegt zentral in der Station, d. h. nach 40 m. Wäsche: Jede Station muss täglich einmal befahren werden. Kombitransporte sind nicht möglich: Frische Wäsche wird angeliefert, das Personal wechselt die Wäsche, das STS holt die Schmutzwäsche später wieder ab, wodurch zwei Fahrten pro Station nötig sind. Das Ziel liegt zentral in der Station, d. h. nach 40 m. Apotheke, Sterilgut, Magazin: Jeden Vormittag geht ein Transport durch die beiden Stationen des Erd geschosses und durch die erste Station des 1. Obergeschosses. Ein weiterer Transport führt durch die zweite Station des 1. Obergeschosses und durch die beiden Stationen des 2. Obergeschosses. Nachmittags geht noch einmal ein Transport durch das ganze Haus. Zu den ergänzenden Transporten gehören auch die Sonder- und Eiltransporte, die nur bedingt planbar sind. Es ist deshalb darauf zu achten, dass die Anzahl der STS ausreicht, um genügend Zeitfenster für diese Transporte zu haben. Im Laufe eines Tages fallen rd. 30 solcher Sonder- und Eiltransporte mit unterschiedlichsten Quellen und Senken an. Einige Transporte, die üblicherweise zu den Sonderfahrten gehören, haben fast Fahrplan-Charakter: Postverteilung (zwei Fahrten durch das ganze Haus) Getränkekisten (zwei Fahrten pro Etage mit zwei Stationen) Hebezeuge Fördermittel, Berlin 52 (2012) 9

4 Flurförderzeuge ➋ Layout einer kleineren Klinik mit Stations-und Versorgungstrakt Die technische Lösung: UNITR als STS Die für die Berechnungen zugrunde liegende STS-Technologie wurde von der MT Robot AG aus Zwingen (Schweiz) entwickelt. Im Mittelpunkt der technischen Lösung steht das UNITR-System, das aus dem eigentlichen Fahrzeug (UNITR) und unterschiedlichen Auf sätzen, den sog. Modulen, besteht (Bilder ➌ bis ➎). Das Fahrzeug ist sehr wendig und wiegt nur 138 kg. Die maximale Zuladung beträgt 200 kg. Durch einen automatischen Modulwechsel in dafür vorgesehenen Stationen baut sich der UNITR selbstständig für andere Aufgabenstellungen um. Dank dieser Flexibilität lässt sich die Auslastung des Gesamtsystems erheblich steigern. Einerseits wird hierdurch eine schnelle Amortisation gewährleistet, und andererseits können scheinbare Nebentätigkeiten mit geringer Auslastung ebenfalls automatisiert werden. Durch die Kombination von neuen Technologien bezüglich Navigation, Benutzerschnittstelle und Modulwechselsystem kann der UNITR allen Anforderungen gerecht werden. So kann der Fahrkurs vom Benutzer selbst geändert und angepasst werden. Das integrierte Laser-Navigationssystem ermöglicht die Orientierung in bekannten Umgebungen mithilfe einer Teach-in-Fahrt. Die webbasierte Benutzerschnittstelle des UNITR ist intuitiv zu bedienen. Hierdurch werden u. a. die Akzeptanz bei den Mitarbeitern erhöht, Fehler im täglichen Umgang minimiert und die Ergonomie am Arbeitsplatz verbessert. Der UNITR ist viel kleiner und wendiger als die bisherigen FTS-Lösungen in Krankenhäusern. Auch bis zu 2 cm hohe Schwellen können problemlos überfahren werden. Die eigens für die Health- Hebezeuge Fördermittel, Berlin 52 (2012)

5 FTS Flurförderzeuge ➌ Basisfahrzeug: Service- und Transportsystem UNITR ➍ UNITR mit einem Wäsche-Modul ➎ Blick in das flexibel nutzbare Wäsche-Modul care-anwendungen entwickelte Sicherheitssensorik, bestehend aus taktilen Sensoren sowie Laser- und Ultraschallsensoren, ermöglicht das Vordringen in neue Bereiche. Eine 3D-Umfeldüberwachung in Fahrtrichtung sowie ein System zur Erkennung von Rampen und Kanten sorgen dafür, dass die UNITR in unterschiedlichsten Umgebungen absolut sicher und vorausschauend fahren können. Der mobile Modulhandling-Wagen ist eine Neuentwicklung von MT Robot. Mit seiner Hilfe können die angelieferten Module am Zielort automatisch übernommen (Bild ➏) und ohne großen Kraftaufwand vom Stations personal weiter bewegt werden. So kann die Schwester das Speisemodul auf einem MMW durch die Station schieben und die Tabletts austeilen. Betrachtung der Wirtschaftlichkeit Die Szenarien des STS-Einsatzes in einer Klinik werden mithilfe von statischen Simulationsverfahren berechnet. Im skizzierten Beispiel sind drei STS erforderlich. Die Kalkulation sieht für das komplette Projekt folgende Ausrüstungen vor: Hebezeuge Fördermittel, Berlin 52 (2012) 9

6 ➏ Automatische Aufnahme eines auf dem MMW mitgeführten Speise-M oduls vom UNITR 3 UNITR Leitsteuerung 3 Batterieladestationen 8 Speise-Module 15 Wäsche-Module 15 Transport-Module (für Apotheke, Sterilgut und Magazin) 10 Modulwechselstationen 19 Brandschutztüren (steuerungstechnischer Umbau). Die Investition beläuft sich auf rd Dieser scheinbar hohe Betrag relativiert sich aber, wenn berücksichtigt wird, dass darin für alle erforderlichen Container/Module bereits enthalten sind. Die logistische Alternative wäre ein Hol- und Bringdienst in zwei Schichten mit jeweils drei Personen, d. h. sechs Personen, die mit jährlichen Vollkosten von zu Buche schlagen. Die ROI (Return of Investment)- Betrachtung ergibt, dass sich die In ves tition nach 2,5 Jahren amortisiert hat. Wird die Investition auf sechs Jahre mit einem internen Zinssatz von 7,5 % abgeschrieben, so ergeben sich nach Ab lauf der Abschreibungszeit bereits Einsparungen von über Zusammenfassung und Ausblick Die AWT-Technik steht im Wandel. Das bezieht sich einerseits auf die technischen Möglichkeiten, Optimierungspotenziale in der Kliniklogistik auszuschöpfen. Mit dem UNITR-System, das kleiner, wendiger und intelligenter als die klassischen FTF ist, sind auch kleinere Krankenhäuser in der Lage, die Logistik zu automatisieren, was viel fältige Vorteile schafft. Diese Technologie ist andererseits auch für die großen Häuser nützlich, wo der UNITR bzw. generell das moderne STS ergänzend zu den bisherigen großen FTS-Lösungen eingesetzt werden kann, um die Logis tikautomatisierung zu komplettieren. Für Beispielfälle wurden rechnergestützte Planungswerkzeuge entwickelt, die für die Layout-Auswertung, die Berechnung der erforderlichen Fahrzeuganzahl sowie für die Beurteilung der Wirtschaftlichkeit entsprechend Richtlinie VDI 2710 Blatt 4 [4] einsetzbar sind. Damit stehen den Technik- bzw. Logistikleitern der Kliniken wertvolle Hilfsmittel für die Planung und den Betrieb von AWT-Anlagen zur Verfügung. Literatur [1] Ullrich, G.: Fahrerlose Transportsysteme. Eine Fibel mit Praxisanwendungen zur Technik für die Planung. Wiesbaden: Vieweg + Teubner [2] Ullrich, G.: Automatischer Warentransport im LKH Klagenfurt. Ein FTS als Optimierungswerkzeug. Hebezeuge Fördermittel, Berlin 49 (2009) 10, S [3] Ullrich, G.: Der steinige Weg zur autonomen Mobilität in und außerhalb der Industrie. Fachvortrag anlässlich des 4. Technologieforums Fahrerlose Transportsysteme (FTS) und mobile Roboter Chance, Technologie, Wirtschaftlichkeit am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) am 17. Mai 2011 in Stuttgart. [4] VDI 2710 Blatt 4 Analyse der Wirtschaftlichkeit Fahrerloser Transportsysteme (FTS). Ausg. 7/2011. Dipl.-Ing. Andreas Drost ist Geschäftsführer der MT Robot AG in Zwingen (Schweiz) Dr.-Ing. Günter Ullrich ist selbstständiger Unternehmensberater in Voerde und Leiter der Planungsgesellschaft AWT-Kompetenz ( Hebezeuge Fördermittel, Berlin 52 (2012)