Je weiter die Zivilisation vorranschreitet, um so komplexer werden deren Errungenschaften. Die Herstellungsprozesse ziehen auch ein komplexes Management während der Produktion nach sich, da viele Menschen und Maschinen am Produktionsprozess beteiligt sind. Der Manager stellt hier einen "Single Point of Failure" dar. Das bedeutet, dass die erfolgreiche Produktion nun abhängig von der Qualität und der Fehlerfreiheit des Managers bzw. des leitetenden Personals ist. Um diesen Mangel zu beseitigen, lohnt es sich auch an dieser Stelle gewisse Prozesse zu automatisieren. Man erreicht dadurch einen höheren Grad an Fehlerfreiheit und Zuverlässigkeit. Um dies zu realisieren, werden unter anderem die Prinzipien des Workflow-Managements benutzt. Je komplexer ein Workflow wird, um so mehr Rechenleistung wird benötigt, um diesen in einem Workflow-Management-System auszuführen. Eine technische Möglichkeit dieses Problem zu lösen, stellt die Verteilung der Workflow-Management-Software dar. Verteilung bedeutet im gleichen Atemzug eine Verkomplizierung der Softwarearchitektur, wodurch sie wiederum komplizierter zu entwickeln ist. Komplexe Softwaresysteme ziehen komplexe Testprogramme und Simulationsumgebungen nach sich. Um die Entwicklung eines verteilten Workflow-Management-Systems zu unterstützen, wird in dieser Arbeit ein Simulationssystem für Workflow-Management-Systeme entworfen und implementiert. Es wird den Entwicklern eines verteilten Workflow-Management- Systems ein wertvolles Tool während der Implementierung der Software sein.

Prozesse, seien es Geschäfts- oder Produktionsprozesse, sind ständigen Änderungen unterworfen. Für Unternehmen gilt es, sich im Rahmen von Geschäftsprozessen immer wieder neuen Marktgegebenheiten, Gesetzen oder Kunden anzupassen. Auch Produktionsprozesse müssen bspw. für die Verarbeitung neuer Materialien zugeschnitten werden. Die vorliegende Arbeit beschreibt deshalb, einen umfassenden Ansatz für den Umgang mit Änderungen bzw. Rekonfigurationen von Workflows zu entwickeln. Dieser zeichnet sich durch zwei Schwerpunkte aus: (1) Vollständige Rekonfiguration aller Workflowperspektiven und (2) eine reflexive autonome Steuerung der Rekonfigurationen.

Der Chirurg in einem modernen Operationssaal kann auf die Funktionen einer Vielzahl technischer, seine Arbeit unterstützender, Geräte zugreifen. Diese Geräte und damit auch die Funktionen, die diese zur Verfügung stellen, sind nur unzureichend miteinander vernetzt. Die unzureichende Interoperabilität der Geräte bezieht sich dabei nicht nur auf den Austausch von Daten untereinander, sondern auch auf das Fehlen eines zentralen Wissens über den gesamten Ablauf des chirurgischen Prozesses. Es werden daher Systeme benötigt, die Prozessmodelle verarbeiten und damit globales Wissen über den Prozess zur Verfügung stellen können. Im Gegensatz zu den meisten Prozessen, die in der Wirtschaft durch Workflow Management-Systeme (WfMS) unterstützt werden, ist der chirurgische Prozess durch eine hohe Variabilität gekennzeichnet. Mittlerweile gibt es viele Ansätze feingranulare, hochformalisierte Modelle des chirurgischen Prozesses zu erstellen. In dieser Arbeit wird zum einen die Qualität eines, auf patienten individuellen Eingriffen basierenden, generalisierten Modells hinsichtlich der Abarbeitung durch ein WfMS untersucht, zum anderen werden die Voraussetzungen die, die vorgelagerten Systeme erfüllen müssen geprüft. Es wird eine Aussage zur Abbruchrate der Pfadverfolgung im generalisierten Modell gemacht, das durch eine unterschiedliche Anzahl von patientenindividuellen Modellen erstellt wurde. Zudem wird die Erfolgsrate zum Wiederfinden des Prozesspfades im Modell ermittelt. Ausserdem werden die Anzahl der benötigten Schritte zumWiederfinden des Prozesspfades im Modell betrachtet.:List of Figures iv List of Tables vi 1 Introduction 1 1.1 Motivation 1 1.2 Problems and objectives 3 2 State of research 6 2.1 Definitions of terms 6 2.1.1 Surgical process 6 2.1.2 Surgical Process Model 7 2.1.3 gSPM and surgical workflow 7 2.1.4 Surgical workflow management system 8 2.1.5 Summary 9 2.2 Workflow Management Systems 10 2.2.1 Agfa HealthCare - ORBIS 10 2.2.2 Siemens Clinical Solutions - Soarian 10 2.2.3 Karl Storz - ORchestrion 10 2.2.4 YAWL BPM 11 2.3 Sensor systems 12 2.3.1 Sensors according to DIN1319 13 2.3.2 Video-based sensor technology 14 2.3.3 Human-based sensor technology 15 2.3.4 Summary 15 2.4 Process model 15 2.4.1 Top-Down 15 2.4.2 Bottom-Up 17 2.4.3 Summary 18 2.5 Methods for creating the ICCAS process model 18 2.5.1 Recording of the iSPMs 18 2.5.2 Creation of the gSPMs 20 2.6 Summary 21 3 Model-based design of workflow schemas 23 3.1 Abstract 24 3.2 Introduction 25 3.3 Model driven design of surgical workflow schemata 27 3.3.1 Recording of patient individual surgical process models 27 3.3.2 Generating generalized SPM from iSPMs 27 3.3.3 Transforming gSPM into workflow schemata 28 3.4 Summary and Outlook 30 4 Model-based validation of workflow schemas 31 4.1 Abstract 32 4.2 Introduction 33 4.3 Methods 36 4.3.1 Surgical Process Modeling 36 4.3.2 Workflow Schema Generation 38 4.3.3 The SurgicalWorkflow Management and Simulation System 40 4.3.4 System Validation Study Design 42 4.4 Results 44 4.5 Discussion 47 4.6 Conclusion 50 4.7 Acknowledgments 51 5 Influence of missing sensor information 52 5.1 Abstract 53 5.2 Introduction 54 5.3 Methodology 57 5.3.1 Surgical process modeling 57 5.3.2 Test system 59 5.3.3 System evaluation study design 61 5.4 Results 63 5.5 Discussion 66 5.6 Conclusion 68 5.7 Acknowledgments 68 5.8 Conflict of interest 68 6 Summary and outlook 69 6.1 Summary 69 6.2 Outlook 70 Bibliography 74

Against the background of increasing multidisciplinarity as well as the focus on quality, transparency and economic efficiency of medical services, clinical pathways (CPs) have been established as a promising tool at the organizational level in recent years. They are primarily intended to ensure an adequate description of the care processes and to manage the balance between best treatment practice and economic viability. CPs standardize the internal care services by explicating the institution-specific knowledge with regard to recommendations for action, service portfolio, organizational structures, infrastructure, etc. of a specific service provider. The development of hospital information systems (HIS) has so far been characterized by an evolutionary development of modules in the field of laboratory, radiology, nursing and picture archiving systems as well as in the area of administrative systems. As one result of this development, the HIS usually comprises a heterogeneous network of software systems of different types and manufacturers. However, the actual control of patients by means of evidence-based processes and integration of CPs into HIS was not addressed until the recent years, when HIS manufacturers started developing modules for CP modeling and workflow support. The objective of this thesis is to provide a holistic methodical support for the description of clinical pathways and their integration into a hospital information system to finally improve the compliance of daily care to standard process definitions. Therefore, conceptual models provide an adequate mean to describe and communicate complex matters in a comprehensible form as well as to configure IT systems due to their semi-formal nature. Hence, a first research thread investigates the question, how clinical pathways can be described adequately using conceptual models. This results in an iterative design of adequate modeling languages for clinical pathways. A second research thread further investigates the question, how conceptual models of clinical pathways can be used to configure process-oriented application systems in health care. This thread therefore describes the design of a model-based method, that enables a consecutive transformation of CPs into technical (workflow) specifications, based on the principles of the Model-Driven Architecture.

I dagens konkurrensutsatta marknad är det en nödvändighet för organisationer att kontinuerligt effektivisera sina affärsprocesser med avgörande betydelse för tillväxt. Eftersom dessa processer är essentiella byggstenar för en organisations framgång har systemstöd avseende processmanagement blivit en viktig faktor i strävan efter att uppfylla organisationens mål och förbättra sin konkurrenskraft. Med detta i åtanke är det intressant att studera i vilken grad workflowsystem kan bidra till att förbättra organisationers affärsprocesser. Mot bakgrund av dessa snabbskiftande marknadsförutsättningar kommer studien behandla processrelaterade systemstöd med syftet att undersöka situationen för samtidens workflowbaserade optimeringar och utröna framtida visioner gällande automatisk processmanagement. Undersökningen har utförts genom en kvalitativ kund- och marknadsanalys avseende IT-företaget Medius AB där intervjuer, deltagande observationer och dokumentstudier legat till grund för en abduktiv analys. Företaget är en leverantör av processrelaterat IT-stöd och den övergripande affärsidén är att med hjälp av system förenkla och automatisera organisationers skilda processer. Studien visar bland annat att leverantörserbjudanden och definitioner gällande processmanagement skiljer sig åt globalt och nationellt och att det i dagens konkurrensutsatta marknad är svårt att motivera processer utöver sådana som genererar en direkt organisationsnytta. Vidare framkommer trender inom processmanagementområdet, bland annat Case Management, Business Process Management och outsourcing av organisationsprocesser. Studien visar också att den framtida workflowmarknaden förutspås innehålla produkter som stödjer hela organisationer involverandes partner, leverantörer och kunder och inte endast interna processer. / In today's competitive market it is a necessity for organizations to continuously improve their business processes which are critical to growth. Since these processes are essential for organizational success it has become important to support them via information systems in order to meet organizational goals and to improve competitiveness. Thus it is interesting to study to what extent workflow systems can help improve organizations' business processes. In light of these rapidly changing market conditions, this study will examine process-related system support with the aim to investigate the situation of today's workflow-based optimizations, and explore future visions regarding automatic process management. The study was conducted through a qualitative customer and market analysis for the IT company Medius AB, where interviews, participant observations and document studies formed the basis of an abductive analysis. The company is a supplier of process-related IT support and its overall business concept is to offer systems to simplify and automate organizations' separate processes. The result of this study shows, for example, that the definitions and offerings from the vendors differ globally and nationally, and that it is difficult in today's competitive market to justify processes other than those that generate direct organizational benefits. Furthermore, different trends in the field of business process management have been identified, a few examples being Case Management, Business Process Management and outsourcing of organizational processes. The study also shows that the future workflow market is predicted to contain products that support the entire organization and not only specific processes, including partners, suppliers and customers.

Um effektiv auf neue Marktgegebenheiten reagieren zu können, versuchen Industrieunternehmen ihre internen Geschäftsabläufe schlank und effizient zu halten. Dies stößt jedoch an Grenzen, wenn tradierte Unternehmens-IT im Zuge der digitalen Transformation mit neuen Geschäfts- und Bedienfähigkeiten ausgestattet werden soll. Die Integration von Systemen und Daten sowie die prozessuale Steuerung einer sich neu ordnenden IT-Landschaft verlangt nach neuen Konzepten, die die Besonderheit von kooperativen Wertschöpfungsprozessen berücksichtigen. Der Beitrag stellt die Anwendung der Action Design Research für die Konzeption, Entwicklung, Einführung und Auswertung einer IT-Applikation innerhalb eines Anwendungsfalls der Montageplanung der Automobilproduktion heraus. Dazu wird der Ansatz der Conversational Workflows, ein für die Zusammenarbeit in wissensintensiven, kooperativen Industrieprozessen entwickelter Applikationsaufbau, zur Lösung der Problemstellung herangezogen. Mit Hilfe eines auf den Anwendungsfall angepassten Ablaufs der Action Design Research werden in zwei partizipativen ADR-Zyklen sowohl eine MVP-Version als auch eine produktive Variante einer Web-Applikation für die Materialmodulbereitstellung entwickelt und im Praxissystem erlebbar gemacht. Im Ergebnis konnte sich das Konzept der Conversational Workflows als geeignet herausstellen und lässt zusätzlich Raum für kontinuierliche Weiterentwicklungen. Auf methodischer Seite hat sich gezeigt, dass eine Ergänzung der konzeptionellen ADR-Phasen um Design Thinking zu einer verbesserten Artefaktentwicklung beitragen kann.

Je weiter die Zivilisation vorranschreitet, um so komplexer werden deren Errungenschaften. Die Herstellungsprozesse ziehen auch ein komplexes Management während der Produktion nach sich, da viele Menschen und Maschinen am Produktionsprozess beteiligt sind. Der Manager stellt hier einen "Single Point of Failure" dar. Das bedeutet, dass die erfolgreiche Produktion nun abhängig von der Qualität und der Fehlerfreiheit des Managers bzw. des leitetenden Personals ist. Um diesen Mangel zu beseitigen, lohnt es sich auch an dieser Stelle gewisse Prozesse zu automatisieren. Man erreicht dadurch einen höheren Grad an Fehlerfreiheit und Zuverlässigkeit. Um dies zu realisieren, werden unter anderem die Prinzipien des Workflow-Managements benutzt. Je komplexer ein Workflow wird, um so mehr Rechenleistung wird benötigt, um diesen in einem Workflow-Management-System auszuführen. Eine technische Möglichkeit dieses Problem zu lösen, stellt die Verteilung der Workflow-Management-Software dar. Verteilung bedeutet im gleichen Atemzug eine Verkomplizierung der Softwarearchitektur, wodurch sie wiederum komplizierter zu entwickeln ist. Komplexe Softwaresysteme ziehen komplexe Testprogramme und Simulationsumgebungen nach sich. Um die Entwicklung eines verteilten Workflow-Management-Systems zu unterstützen, wird in dieser Arbeit ein Simulationssystem für Workflow-Management-Systeme entworfen und implementiert. Es wird den Entwicklern eines verteilten Workflow-Management- Systems ein wertvolles Tool während der Implementierung der Software sein.

Against the background of increasing multidisciplinarity as well as the focus on quality, transparency and economic efficiency of medical services, clinical pathways (CPs) have been established as a promising tool at the organizational level in recent years. They are primarily intended to ensure an adequate description of the care processes and to manage the balance between best treatment practice and economic viability. CPs standardize the internal care services by explicating the institution-specific knowledge with regard to recommendations for action, service portfolio, organizational structures, infrastructure, etc. of a specific service provider. The development of hospital information systems (HIS) has so far been characterized by an evolutionary development of modules in the field of laboratory, radiology, nursing and picture archiving systems as well as in the area of administrative systems. As one result of this development, the HIS usually comprises a heterogeneous network of software systems of different types and manufacturers. However, the actual control of patients by means of evidence-based processes and integration of CPs into HIS was not addressed until the recent years, when HIS manufacturers started developing modules for CP modeling and workflow support. The objective of this thesis is to provide a holistic methodical support for the description of clinical pathways and their integration into a hospital information system to finally improve the compliance of daily care to standard process definitions. Therefore, conceptual models provide an adequate mean to describe and communicate complex matters in a comprehensible form as well as to configure IT systems due to their semi-formal nature. Hence, a first research thread investigates the question, how clinical pathways can be described adequately using conceptual models. This results in an iterative design of adequate modeling languages for clinical pathways. A second research thread further investigates the question, how conceptual models of clinical pathways can be used to configure process-oriented application systems in health care. This thread therefore describes the design of a model-based method, that enables a consecutive transformation of CPs into technical (workflow) specifications, based on the principles of the Model-Driven Architecture.:A. Synopsis of the Doctoral Dissertation B. Agility in Medical Treatment Processes C. Domain Specific Modeling Language - CPmod D. BPMN4CP - Version 1.0 E. BPMN4CP - Version 2.0 F. BPMN4CP - Version 2.1 G. MDA in Health Care IS Development H. Transforming Clinical Pathways into Care Workflows I. CDA Templates - Utilizing the MediCUBE

Prozesse, seien es Geschäfts- oder Produktionsprozesse, sind ständigen Änderungen unterworfen. Für Unternehmen gilt es, sich im Rahmen von Geschäftsprozessen immer wieder neuen Marktgegebenheiten, Gesetzen oder Kunden anzupassen. Auch Produktionsprozesse müssen bspw. für die Verarbeitung neuer Materialien zugeschnitten werden. Die vorliegende Arbeit beschreibt deshalb, einen umfassenden Ansatz für den Umgang mit Änderungen bzw. Rekonfigurationen von Workflows zu entwickeln. Dieser zeichnet sich durch zwei Schwerpunkte aus: (1) Vollständige Rekonfiguration aller Workflowperspektiven und (2) eine reflexive autonome Steuerung der Rekonfigurationen.

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