Faire und schnelle Verteilung knapper Schutzausrüstung in Krisenzeiten

Beschränkte Ressourcen sinnvoll nutzen und damit die Versorgung sichern

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Die COVID-19-Pandemie verändert derzeit die Welt, wie wir sie kennen und stellt alle Menschen vor neue Herausforderungen. Fraunhofer stellt sich der Krise und arbeitet mit seinen Experten und Expertinnen an der Bekämpfung der Pandemie. Hierzu konzentriert sich die Forschungseinrichtung unter dem Titel »Fraunhofer vs. Corona« auf eine Forcierung von direkten Anti-Corona-Projekten beispielsweise aus dem Medizin- und Gesundheitssektor:

Die Experten und Expertinnen der Fraunhofer-Arbeitsgruppe SCS erarbeiten im Projekt FACE (Fair and Fast Allocation of scarce protection Equipment) derzeit eine Anwendung, die mittels ganzzahliger Optimierung die knappen Ressourcen kritischer Schutzausrüstung unter Nebenbedingungen optimal verteilt, denn nur so kann eine sichere medizinische Versorgung gewährleistet werden.

Der Bedarf an Schutzausrüstung übersteigt das Angebot

Über 90 Kreisverwaltungsbehörden in Bayern koordinieren derzeit die zentralisierte Beschaffung (Beschaffung und Zuteilung von Bund, Freistaat und eigene Beschaffungen) und Verteilung von kritischer Schutzausrüstung wie Desinfektionsmittel, Masken, andere Schutzkleidung, etc. an Bedarfsträger. Dazu zählen unter anderem Krankenhäuser, Pflegeheime, Altenheime, mobile Pflege, niedergelassene Ärzte und Hebammen, daher wird schnell klar, dass aktuell jedoch deutlich weniger Schutzausrüstung am Markt zur Verfügung steht als Bedarf existiert. In der Kreisverwaltungsbehörde Nürnberger Land kann zeitweise bei ca. 400 Bedarfsträgern lediglich eine Palette Schutzausrüstung pro Tag verteilt werden, sodass nur ca. 10-15% des Bedarfs gedeckt wird. Jeder Bedarfsträger wird dabei unterschiedlich und teils manuell auf Basis von verschiedenen Kriterien priorisiert um die Wirksamkeit der Ausrüstung zu erhöhen. Zu den Kriterien zählen z. B. die Systemrelevanz der Einrichtung, die Wahrscheinlichkeit des Kontaktes mit Infizierten, der Lagerbestand und die Wahrscheinlichkeit des Zulaufes notwendigen Materials. Die Lösung dieses Zuordnungsproblems ist mit hohem personellem und zeitlichem Aufwand verbunden, den die Kreisverwaltungsbehörden mit Ihren Führungsgruppen im Katastrophenschutz nur schwer bedienen können. Neben dem hohen Aufwand weist dieses System auch eine hohe Fehleranfälligkeit der Verteilung auf Basis von »Bauchentscheidungen« auf.

Schnelle und bedarfsgerechte Verteilung der Schutzausrüstung mit mathematischer Optimierung

Hier bieten Analytics und mathematische Optimierung einen Lösungsansatz: Um sowohl Transparenz als auch Effizienz zu steigern, entwickelt die Arbeitsgruppe SCS eine prototypische Software-Anwendung, mit der die knappen Ressourcen optimal verteilt werden können. Dazu werden die Bestände systematisiert und die Bedarfe ermittelt. Darauf aufbauend wird mittels ganzzahliger Optimierung und anhand der oben genannten Kriterien ein Vorschlag für die optimale Verteilung der Schutzausrüstung abgeleitet und den Planern zur Verfügung gestellt. Die Ziele sind klar: Einerseits kann durch die optimale Zuordnung der jeweiligen Schutzausrüstung entsprechend des tatsächlichen Bedarfs die Wirksamkeit der vorhandenen Ausrüstung unter beschränkten Ressourcen maximiert werden. Und anderseits wird wertvolle Zeit bis zur Versorgung der Bedarfsträger eingespart. Das kann in Krisenzeiten Leben retten.

Optimale Versorgung in dieser und der nächsten Krise

 

Das Ergebnis ist eine wiederverwendbare Methodik für die Ressourcenverteilung im Krisenfall und kann somit in der Folge ggf. auf jede Kreisverwaltungsbehörde in Bayern und darüber hinaus übertragen werden. Notwendige Voraussetzung hierfür ist die schnelle Umsetzung von validen Strukturen. Die Tourenplanung, zunächst ausschließlich für die Kreisverwaltungsbehörde Nürnberger Land optimiert, könnte im weiteren Verlauf für weitere Kreisverwaltungsbehörden ebenfalls optimiert und u. U. mit Bedarfsprognosen kombiniert werden.

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