Prioritized routing and scheduling for home healthcare services: Static and dynamic optimization

Evde bakım hizmetleri için önceliklendirilmiş rotalama ve çizelgeleme: Statik ve dinamik eniyileme

PDF İndir

Tez No: 593627
Yazar: AHMET ÇINAR
Danışmanlar: PROF. DR. FATMA SİBEL SALMAN
Tez Türü: Doktora
Konular: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği, Industrial and Industrial Engineering
Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
Yıl: 2019
Dil: İngilizce
Üniversite: Koç Üniversitesi
Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
Ana Bilim Dalı: Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Bilim Dalı: Endüstri Mühendisliği ve İşletme Yönetimi Bilim Dalı
Sayfa Sayısı: 132

Özet

Evde sağlık bakımı sektörü belirli sağlık sorunları olan insanlara sıhhi hizmetler sağlayan bir çalışma alanıdır. Genellikle, bu tür sağlık hizmetlerine ihtiyaç duyan hastalar ihtiyar veya engelli bireylerden oluşur. Dünya genelinde evde sağlık bakımı hizmetleri veren, özel olarak bu işe tahsis edilmiş hemşire ekiplerinden oluşan çeşitli sağlık kuruluşları vardır. Her hemşire çeşitli becerilere sahiptir ve kendisine atanan belirli sayıda hasta ile ilgilenmek zorundadır. Evde sağlık bakımı hizmetleri; her hemşire için bir planlama periyodu dahilinde hangi gün hangi hastalara gidileceğini ve bu hastaların hangi sıra ile ziyaret edileceğini belirleyen müşterek bir optimizasyon probleminin çözülmesini gerektirmektedir. Evde sağlık bakımı hizmetleri alanında çalıştığımız tezin ilk bölümünde, ilgilenmek durumunda olduğu hastaları evde ziyaret eden veya telefon ile arayan bir hemşire için deterministik ve statik bir problem incelenmektedir. Hasta sayısının fazla olması ve hasta durumlarının değişiklik göstermesinden dolayı, her hemşire önündeki iş günleri içinde hangi hastaları ziyaret edeceğini dikkatle belirlemek zorundadır. Bu çalışma çerçevesinde her hastanın son ziyaret edilme tarihi, sağlık durumu gibi kriterleri göz önünde bulunduran bir önceliklendirme metriği tanımlanmaktadır. Böylelikle herhangi bir hasta ziyaret edilmedikçe bu öncelik metriği onun için artmaktadır. Bu problem için geliştirilen sistemin ürettiği çözüm aynı anda hangi hastaların ziyaret için seçileceğine ve seçilen hastaların hangi sıra ile ziyaret edileceğine karar vermektedir. Bu hedefe varmak için karar verilen amaç fonksiyonu ilk olarak toplam öncelik metriğini maksimize ederken ziyaret için gerekli olan seyahat süresini minimize etmektedir. Bu çerçevede geliştirilen kesin çözüm yaklaşımının çözüm süresi açısından sınırları (computational limits) gözlemlendikten sonra, gerçek boyutlu veri ölçekleri için optimal çözüme yakın sonuçlar üreten adaptif bir algoritma (ALNS) ile bir matheuristic geliştirilmiştir. Geliştirilen iki algoritmanın ürettiği sonuçların kalitesi bir Lagrangean modeli ile üretilen üst limitler kullanılarak hesaplanmıştır. Gerçek verilerle yapılan testler iki algoritmanın da yüksek kaliteli çözümler ürettiğini göstermektedir. Bununla birlikte büyük boyutlu problem örneklemlerinde matheuristic yaklaşımın daha iyi sonuçlar verdiği gözlenmektedir. Diğer taraftan ALNS çok kısa süreler içinde iyi sonuçlar verirken, problem örnekleminin boyutu büyüdükçe matheuristic için gereken çalışma süreleri eksponansiyel olarak artmaktadır. Çalışma çerçevesinde öncelik metriği ile seyahat süresi arasındaki ilişki niceliksel bir bağlamda incelenmiş ve bu incelemeler çerçevesinde elde edilen sonuçlar da paylaşılmıştır. Tezin ikinci bölümünde evde sağlık bakımı probleminin gerçek zamanlı dinamik versiyonu çalışılmıştır. Bu bağlamda planlama periyodu boyunca gerçekleştirilecek hasta ziyaretlerini daha verimli ve efektif yönetmek için bir optimizasyon yapısı geliştirilmiştir. Planlama sürecinin başında geliştirilen ALNS algoritması ile planlama periyodu boyunca hangi hastaların hangi gün ve ne sıra ile ziyaret edileceği belirlenmektedir. Daha sonra her gün çeşitli sağlık sorunlarından dolayı bazı hastalar acil ziyaret edilme olasılığı oluşmaktadır. Acil vakalar gün içerisinde belirli bir saate kadar için kabul edilmektedir. Daha önceden belirlenmiş acil hasta kabul edilme son vakti geldiği zaman acil hastalar ve gün içerisinde henüz ziyaret edilmemiş hastalar için optimize bir plan üretecek bir tamsayılı matematiksel model ile o günün planı yeni baştan yapılmaktadır. Bu süreç sonunda elde edilen çözümler acil hastaların bekleme süreleri, ziyareti ertelenen hasta sayısı, acil hasta sayısı gibi nicelikler göz önüne alınarak değerlendirilmektedir. Geliştirilen optimizasyon yapısı gerçek veriler kullanılarak simülasyon çalışmaları ile test edilmiştir.

Özet (Çeviri)

Home healthcare services provide medical assistance to people at their residences. There are many companies worldwide that provide this type of service with a dedicated crew of health professionals. In the problem that motivated our research, nurses check upon the conditions of patients using nutritional products. Each nurse has a set of skills and a set of patients assigned to her. Home healthcare services require solving an optimization problem to decide the set of patients to serve each day of a planning horizon and the sequence in which patients are going to be visited during their requested time windows. In the first part of the thesis, we study a deterministic and static problem. Due to a large number of patients and their varying conditions, a nurse must select carefully which patients to visit at home for the upcoming days. We propose assigning priorities to patients according to factors such as the last visit time and the severity of their condition so that the priorities of unvisited patients increase exponentially by day. The objective is to maximize the total priority of the visited patients primarily and to minimize the total traveling time secondarily. After having observed the computational limits of an exact formulation, we develop an Adaptive Large Neighborhood Search (ALNS) algorithm and a matheuristic to generate near-optimal solutions for realistic-sized instances. We measure the quality of both algorithms by computing the optimality gaps using upper bounds generated by Lagrangean relaxation. Tests on real-life data show that both algorithms yield high quality solutions, but the matheuristic outperforms ALNS in large instances. On the other hand, the ALNS algorithm provides very short running times, while the running times of the matheuristic increase exponentially with problem size. We provide insights by quantifying the trade-offs two objectives on the real data set complemented with various realistic parameters. In the second part of the thesis, we study an extension of the home healthcare scheduling and routing problem where urgent patient visit requests emerge during a day, while an optimized plan is implemented. We define a dynamic optimization framework to increase the effectiveness and efficiency of the visits during the entire planning horizon. At the beginning of the planning horizon, our ALNS algorithm runs to determine which patients to visit on each day of a multi-period planning horizon and in which order to visit them to maximize the total priority of visited patients and to minimize the total routing time. Then, on each day some emergent patients with urgent conditions arrive dynamically. The emergencies are accumulated until predetermined re-optimization times. When a re-optimization time comes, the current plan is re-optimized with the accumulated new arrivals in addition to the remaining existing ones by a multi-period static mixed-integer programming (MIP) model. Solutions generated with respect to different processing rules for handling the new arrivals are evaluated with respect to several performance measures, including the waiting time of urgent patients and the number of patients whose visit times are delayed. Extensive computational tests are performed on real data sets via simulation studies.

Benzer Tezler

Tez No
755120
Dynamic routing and scheduling for home healthcare services with cooperating multiple service providers
Yardımlaşan çoklu servis sağlayıcılarıyla evde sağlık hizmetleri için dinamik rotalama ve çizelgeleme
MERT PARÇAOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Endüstri ve Endüstri Mühendisliği Koç Üniversitesi
Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA SİBEL SALMAN ULUTAŞ
Tez No
309868
Logistics of clinical testing
Klinik testlerin lojistiği
EDA YÜCEL
Doktora
İngilizce
2011
Endüstri ve Endüstri Mühendisliği Koç Üniversitesi
Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SİBEL SALMAN
Tez No
402741
Green cooperative spectrum sensing and scheduling in heterogeneous cognitive radio networks
Başlık çevirisi yok
ABDULKADİR ÇELİK
Doktora
İngilizce
2016
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol Iowa State University
PROF. AHMED E. KAMAL
Tez No
519120
A syncronized routing problem for restoring inter-dependent infrastructure networks
Başlık çevirisi yok
BÜŞRA SEVİNDİK
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Endüstri ve Endüstri Mühendisliği Özyeğin Üniversitesi
Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ DİLEK GÜNNEÇ
DOÇ. BURCU BALÇIK
Tez No
887277
Development/ testing of software for a cubesat for high resolution earth observation in a low earth orbit
Alçak dünya yörüngesinde yüksek çözünürlüklü dünya gözlemine yönelik bir cubesat yazılımının geliştirilmesi/test edilmesi
MEHREEN AZAM
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Havacılık ve Uzay Mühendisliği İstanbul Teknik Üniversitesi
Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİM RÜSTEM ASLAN

Geri Dön