Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM

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Steuerung und Optimierung der Abläufe notwendig

In der personalisierten Medizin wird jeder Patient mit einer individuellen Therapie behandelt. Die Produktion der Medikamente muss trotz der Herstellung vieler verschiedener Variationen schnell und günstig funktionieren, denn kein Patient möchte lange auf seinen Wirkstoff warten.

Produktionsplanung in der personalisierten Medizin

Maßgeschneiderte Behandlungskonzepte und personalisierte Therapien sind ein zukunftsweisender Ansatz zur Behandlung von Krankheiten. Wesentliche Voraussetzungen für deren ökonomischen Erfolg sind neben der besseren Wirksamkeit, sichere, kostengünstige und vor allem schnelle Produktionsprozesse industriellen Maßstabs. Schließlich möchte kein Patient lange auf seinen persönlichen Wirkstoff warten. Dazu müssen die Prozesse optimal geplant und gesteuert werden.

Herausforderungen der Bio-Verfahren

Bio-Verfahren haben Eigenschaften, die eine optimale Auslegung und effiziente Steuerung industrialisierter Prozesse komplizierter gestalten:

Hohe Qualitätsstandards erfordern häufig die erneute Ausführung einzelner Prozessabschnitte für einen Patienten.
Unterschiedliche Prozesszeiten verschiedener Vorgangsabschnitte erschweren die Entwicklung eines periodischen Produktionsablaufs.
Stark schwankende Prozesszeiten bedingen Plananpassungen und verhindern einen geordneten und vorhersagbaren Ablauf.

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Pipettieren einer DNA-Lösung

Maßnahmen zur Prozessoptimierung

Eine Maßnahme zur optimalen Auslegung industrieller Prozesse ist Kapazitäten von Teilprozessen mit hohen Fehlerraten sorgfältig zu analysieren: Mit welchem zeitlichen Abstand sollen Patienten idealerweise ankommen, so dass es keine langen Wartezeiten gibt?

Auf Basis dessen stimmen wir die Teilprozesse aufeinander ab und entscheiden, wo wieviel Mehrkapazität vorgehalten wird, um Auslastungsspitzen abzumildern. Außerdem können Investitionen in zusätzliche Geräte abgesichert werden.

Um häufige Anpassungen zu vermeiden, planen wir Puffer zwischen den Prozessschritten ein. So haben Verzögerungen nur lokale Auswirkungen und es entsteht ein periodischer Fahrplan für die Produktion der Medikamente: Für jeden Prozessabschnitt legen wir fest, wann er für wie viele Patienten gestartet wird. Wer und wie viele es tatsächlich sind, hängt von den Wiederholungen ab.

Wir analysieren die individuellen Herausforderungen von Bio-Prozessen und entwickeln Konzepte zur Steuerung und Optimierung der Abläufe. Zur Bewertung der Konzepte erstellen wir digitale Zwillinge der Prozesse und simulieren das Zusammenspiel der verschiedenen Aspekte.