Methoden und Techniken des Business Process Managements in der Life Science Automation
Final Report Abstract
Die Mittel und Methoden des BPM erschließen neue Automationsziele auf der Workflowebene der hierarchischen Betriebsautomation. Mit den Forschungsarbeiten konnte erstmals eine BPM-Methodenevaluation in der Zielbranche der hierarchisch strukturierten Life Science Automation durchgeführt werden. Bei dieser Zielbranche ist von einem stark wachsenden Interesse an einer möglichst flexiblen Gesamtprozessintegration und -kontrolle auszugehen, die neben Automationskomponenten den verbleibenden Anteil manueller Tätigkeiten effektiv unterstützt. Die Resultate des Projektes bestätigen einen neuen erfolgversprechenden Innovationsansatz für die Automation operativer Geschäftsprozesse nicht nur für aufwändige Prüf- und Auftragslaborapplikationen, sondern auch in der Life Science Forschung, die besondere Anforderungen bzgl. Flexibilität und Agilität stellt. Der BPM-basierte Ansatz zur Prozessautomation ist geeignet, die bisherigen Grenzen der Inselautomation mit autonomen Subsystemen durch Verkettung zu Ende-zu-Ende-Prozessen unter Einbeziehung von Human Tasks (mit und ohne IT-System-Unterstützung) zu überwinden. Dabei sind Kontrollund Datenfluss in einem Modell integriert, was die operative Effizienz erhöht und wichtige Impulse für die Entscheidungsunterstützung (Datenverfügbarkeit) sowie für Qualitätsmanagement und Qualitätssicherung (Auditierung, Nachvollziehbarkeit, Datensicherheit) liefert. Die modellbasierte Entwicklung prozessgesteuerter Anwendungen basiert auf Subprozessbibliotheken mit vollständig implementierten Teilprozessen. Die Wiederverwendbarkeit von Modulen (z.B. spezielle Integrationssubprozesse) führt zur Kostensenkung bei der Prozessentwicklung und Systemintegration. Die Prozessmodellierung mittels BPMN 2.0 erfüllt dabei Anforderungen sowohl an Flexibilität und Anpassbarkeit in den sich schnell ändernden Applikationen der Life Science Forschung sowie nach einer hohen Prozesstransparenz sowohl für robuste Workflowsteuerungen als auch für das Wissensmanagement. Gemäß dem Innovationsanspruch übernimmt BPMN 2.0 die Aufgabe einer neuen High-Level- Automatisierungssprache. Es kann nach Einschätzung der Autoren von einer guten Akzeptanz in interdisziplinär agierenden Teams für wissenschaftliche Life Science-Experimente ausgegangen werden. Mit BPMN bietet sich damit ein bislang unerreichtes Verständigungspotenzial zwischen Fachanwendern und Automationsentwicklern. Ein im Rahmen des Projektes für den Einsatz im kollaborativen Entwicklungsprozess entwickeltes Simulationstool unterstützt dies besonders und kann so den Entwicklungsprozess verkürzen. Im Ergebnis des Forschungsprojekts wird eine BPMS-LIMS-Kopplung favorisiert, um der besonderen Bedeutung der Prozessdokumentation (QM/QS, Nachvollziehbarkeit, Reproduzierbarkeit) im Anwendungsgebiet gerecht zu werden. Die Produktklasse LIMS (Laborinformationsmanagementsystem) ist in der Zielbranche als Informations- und Dokumentationssystem etabliert und wird im Ergebnis der Arbeiten als zentrales generisches Teilsystem zur Lösung von dokumentationsorientierten Qualitätsmanagementanforderungen gesehen. Die Prozessablaufstabilität und -qualität wird durch Einbeziehung aller Human-Tasks in die gesteuerte Ablaufkette erhöht. Die Steuerung, Kontrolle und dedizierte „just-in-time“-IT-Unterstützung manueller Teilprozesse machen, unabhängig von Automationsgrad vorhandener Laborsysteme, einen wesentlichen Effekt der BPM-basierten Workflowautomation aus. Mit der BPMS-Lösung können Aktivitäten einer aktuell ausgeführten Workflowinstanz z.B. durch Nachrichten initiiert werden, die den Anwender mit passenden Rollen (Gerätebedienung, Probenvorbereitung, Prozessüberwachung, Transport, Prozessdokumentation…) die gerade notwendigen Systemfunktionen, Entscheidungshilfen oder Zusatzinformationen liefern. Komplexe IT-Systeme werden einfacher und sicherer in ihrer Anwendung, weil durch die Workflowsteuerung der Aktivitäten jeweils nur relevante Teilfunktionen eingegrenzt im „Kontext“ des Prozessfortschritts aufgerufen werden. Tasklisten und automatisiert geprüfte Zeitbedingungen helfen bei der Koordination von parallelen Workflows. Für das Human- Task-Management durch BPMS bietet sich die Anwendung mobiler Computer bzw. Smart Devices an. Die Workflowautomation sichert somit durch viele Einzeleffekte eine erhebliche Entlastung des Laborpersonals bei in der Realität oft simultan abzuarbeitenden Workflowinstanzen in räumlich verteilten Umgebungen. Bestand zunächst das Ziel, bestehende heterogene Automationssysteme in einen gemeinsamen übergeordneten Workflow zu integrieren, zeigte sich schon bald das große Potenzial der Berücksichtigung der manuellen Tätigkeiten für eine erhebliche Effizienzsteigerung in der Prozessausführung sowie für Fragen des Qualitätsmanagements. Die Koordination der simultanen manuellen Aktivitäten, die Synchronisation mit automatisierten Subprozessen, die Bereitstellung der dabei benötigten Informationen sowie die Unterstützung und Automation der Dokumentationsaufgaben tragen zur Vermeidung von Fehlern bei und unterstützen wirkungsvoll die Erfüllung von Auflagen des Qualitätsmanagements (detaillierte, manipulationssichere Dokumentation aller Arbeitsschritte). Auch bei der Vorstellung des Konzeptes in der relevanten Community [eingeladener Key-Notes-Vortrag und Tagungsbeitrag auf der European Laboratory Automation - ELA 2012, Hamburg] ist dieser Aspekt auf besonderes Interesse der Fachanwender und Labor-IT-Spezialisten gestoßen, besonders auch im Zusammenhang mit den Möglichkeiten, die sich aus dem Einsatz mobiler Geräte im Labor ergeben (z. B. Analytiklabore, Laborroboterstationen, Reinraumumgebungen).
Publications
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Agile Business Process Management in Research Projects of Life Sciences. In: J. Grabis and M. Kirikova (Eds.): Perspectives in Business Informatics Research, 10th Int. Conf., BIR 2011, Riga, Latvia, October 6-8, 2011. Proceedings, LNBIP 90, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, ISBN 978-3-642-24510-7, 2011, pp. 336-344
Holzmüller-Laue, S.; Göde, B.
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A BPM-based Approach of Human Task Support within Life Science Automation. In: Human System Interaction (HIS), 2013 IEEE Proceedings, 6th Int. Conf., Sopot, Poland, 06.-08.06.2013, ISBN 978-1-4673-5636-7, pp. 167-174
Holzmüller-Laue, S.; Göde, B.; Thurow, K.
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Model-Driven Complex Workflow Automation for Laboratories. In: IEEE Proceedings, 9th Annual IEEE Conference on Automation Science and Engineering (IEEE CASE 2013), Madison Wisconsin (USA), 17.- 21.08.2013, ISSN 2161-8070, pp. 758-763
Holzmüller-Laue, S.; Göde, B.; Thurow, K.
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Visual Simulation for the BPM- based Process Automation. In: A. Kobylinski, A. Sobczak (Eds.): Perspectives in Business Informatics Research, 12th Int. Conf., BIR 2013, Warsaw, Poland, September 23-25, 2013. Proceedings, LNBIP 158, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, ISBN 978-3-642-40822-9 2013, pp. 48-62
Holzmüller-Laue, S., Schubert, P., Göde, B., Thurow, K.
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Flexible End2End Workflow Automation of Hit Discovery Research. In: JALA, 1/2014
Holzmüller-Laue, S.; Göde, B.; Thurow, K.
