Crises like the COVID-19 pandemic pose a serious challenge to health-care institutions. They need to plan the resources required for handling the increased load, for instance, hospital beds and ventilators. To support the resource planning of local health authorities from the Cologne region, BaBSim.Hospital, a tool for capacity planning based on discrete event simulation, was created. The predictive quality of the simulation is determined by 29 parameters. Reasonable default values of these parameters were obtained in detailed discussions with medical professionals. We aim to investigate and optimize these parameters to improve BaBSim.Hospital. First approaches with "out-of-the-box" optimization algorithms failed. Implementing a surrogate-based optimization approach generated useful results in a reasonable time. To understand the behavior of the algorithm and to get valuable insights into the fitness landscape, an in-depth sensitivity analysis was performed. The sensitivity analysis is crucial for the optimization process because it allows focusing the optimization on the most important parameters. We illustrate how this reduces the problem dimension without compromising the resulting accuracy. The presented approach is applicable to many other real-world problems, e.g., the development of new elevator systems to cover the last mile or simulation of student flow in academic study periods.


翻译:类似COVID-19大流行的危机对保健机构构成严重挑战,它们需要规划处理增加负荷所需的资源,例如医院床位和通风机。为了支持科隆地区地方卫生当局的资源规划,建立了BABSim。医院,这是根据离散事件模拟进行能力规划的工具。模拟的预测质量由29个参数决定。这些参数的合理默认值是在与医疗专业人员进行详细讨论后获得的。我们的目标是调查和优化这些参数以改善BABBSim.Hospital。第一种“出箱”优化算法方法失败了。采用以代理机为基础的优化方法在合理的时间内产生了有益的结果。为了了解算法的行为和对健康环境进行有价值的洞察,进行了深入的敏感性分析。敏感性分析对于优化过程至关重要,因为它能够把优化的重点放在最重要的参数上。我们想方设法在不损及结果准确性的情况下减少问题层面。提出的方法适用于其他许多真实世界的问题,例如,在学生的里程研究期间或新的电梯系统的开发。

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