Nurse scheduling problem and application in a healthcare organization

Abstract

People working in health institutions work in heavy and tiring working conditions. Today, working conditions have become more difficult with the effect of the pandemic. For this reason, it is of great importance to create efficient work plans by taking into account the wishes and suggestions of the employees and by providing the legal conditions. Health services should not be delayed while working plans are being carried out. The study was applied to the nurses working in the filiation team of a health institution. It is desired to create a shift schedule on a monthly basis, taking into account legal restrictions, employee satisfaction, employee requests and suggestions. A goal programming model has been developed to create an optimal work schedule. With this mathematical model, it was determined as the aim to assign nurses in a way that their working time would be equal, balanced and fair. The mathematical model created was solved with the CPLEX solver of the GAMS 33.2.0 package program and a one-month optimum nurse shift schedule was created. And in this shift schedule, the legal conditions were created by paying attention to the wishes and suggestions of the nurses. Thus, it was ensured that the days of duty and leave were equal and fair.

Keywords

• Nurse scheduling problem
• goal programming
• optimization.

Hemşire çizelgeleme problemi ve bir sağlık kuruluşunda uygulama

Abstract

Sağlık kuruluşlarında görev yapan kişiler ağır, yorucu çalışma koşullarında çalışmaktadırlar. Günümüzde pandeminin etkisi ile çalışma şartları daha da zorlaşmıştır. Bu sebeple çalışanların istek, önerileri dikkate alınarak ve yasal koşullar sağlanarak verimli çalışma planları oluşturulması büyük önem taşımaktadır. Çalışma planları gerçekleştirilirken sağlık hizmetinin gecikmeye uğramaması gerekmektedir. Gerçekleştirilen çalışma bir sağlık kuruluşunun filyasyon ekibinde çalışan hemşirelere uygulanmıştır. Yasal kısıtlar, çalışanların memnuniyeti, çalışan istek ve önerileri göz önünde bulundurularak aylık olarak bir nöbet çizelgesi oluşturulmak istenmektedir. Optimum bir çalışma çizelgesi oluşturulması için hedef programlama modeli geliştirilmiştir. Bu oluşturulan matematiksel model ile hemşirelerin çalışma zamanları eşit, dengeli ve adil olacak şekilde atama yapılması amaç olarak belirlenmiştir. Oluşturulan matematiksel model GAMS 33.2.0 paket programının CPLEX çözücüsü ile çözülüp bir aylık optimum hemşire nöbet çizelgesi oluşturulmuştur. Bu nöbet çizelgesinde yasal koşullar, hemşirelerin istek ve önerilerine dikkat edilerek oluşturulmuştur. Böylece nöbet ve izin günlerinin eşit, adil olması sağlamıştır.

Keywords

• Hemşire çizelgeleme problemi
• hedef programlama
• optimizasyon.

References

1. Ceylan, Z., Arslan, M., Arslan T., Bir hafif raylı ulaşım sisteminde makinist çizelgeleme problemi, Iğdır Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 11, 2, 1027-1039, (2021).
2. Küçükkoç, İ., Çizelgeleme, http://ikucukkoc.baun.edu.tr/lectures/EMM4129/EMM4129-S1.pdf, (27.09.2018).
3. Kayacı, M., Yiğit, V., Üretim çizelgeleme problemlerine bulanık yaklaşım, Atatürk Üniversitesi İktisadi ve İdari Bilimler Dergisi, 26, 3-4, (2012).
4. Yiğit, G., Hedef programlama, https://www.academia.edu/8937644/Hedef_Programlama_Goal_Programming_, (2014).
5. Güngör, İ., Hemşire görevlendirme ve çizelgeleme sorununa bir model önerisi, Süleyman Demirel Üniversitesi İktisadi ve İdari Bilimler Fakültesi Dergisi, 7, 2, (2002).
6. Azaiez, M., Al Sharıf, S., A 0-1 goal programming model for nurse scheduling, Proceedings of the 2015 Industrial and Systems Engineering Research Conference, (2005).
7. Bard, J.F., Purnomo, H.W., Preference scheduling for nurses using column generation, European Journal of Operational Research, 164, 510–534, (2005).
8. Trilling, L., Guinet, A., Le Magny, D., Nurse scheduling using ınteger linear programming and constraint programming, IFAC Proceedings Volumes, (2006).

9. Wright, P., Bretthauer, K., Cˆot´e, M., Reexamining the nurse scheduling problem: staffing ratios and nursing shortages, Decision Sciences, 37, 1, 39-70, (2006).
10. Çivril, H., Hemşire çizelgeleme probleminin genetik algoritma ile çözümü, Yüksek Lisans Tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Isparta, (2009).
11. Maenhout, B., Vanhoucke, M., An evolutionary approach for the nurse rerostering problem, Computers & Operations Research, 38, 10, 1400-1411, (2011).
12. Atmaca, E., Pehlivan, C., Aydoğdu, C.B., Yakıcı, M., Hemşire çizelgeleme problemi, Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 28, 4, 351-358, (2012).
13. Bağ, N., Özdemir, M., Eren, T., 0-1 hedef programlama ve anp yöntemi ile hemşire çizelgeleme problemi çözümü, Uluslararası Mühendislik Araştırma ve Geliştirme Dergisi, 1, 2-6, (2012).
14. Burke, E.K., Li, J., Qu, R., A pareto-based search methodology for multi-objective nurse scheduling, Annals of Operations Research, (2012).
15. Büyüközkan, K., Hemşire çizelgeleme probleminin çözümünde arı kolonisi algoritması ve bir sağlık kuruluşunda uygulama, Yüksek Lisans Tezi, (2012).
16. Constantino, A., Landa-Silva, D., de Melo, EL., de Mendonça, CFX., Rizzato, DB., Romão W., A heuristic algortihm based on multi assignment procedures for nurse scheduling, Annals of Operations Research, 196, 1, 91-109, (2014).
17. Öztürkoğlu, Y., Çalışkan, F., Hemşire çizelgelemesinde esnek vardiya planlaması ve hastane uygulaması, Dokuz Eylül Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Dergisi, 16, 115-133, (2014).
18. Kim, S.J., Ko, Y.W., Uhmn, S., Kim, J., Problem, a strategy to ımprove performance of genetic algorithm for nurse scheduling, International Journal of Software Engineering and Its Applications, 8, 1, 53-62, (2014).
19. Sheng-Pen, W., Yu-Kuang, H., Zheng-Yun, Z., Nai-Chia, Q., Solving an outpatient nurse scheduling problem by binary goal programming, Journal of Industrial and Production Engineering, 31, 1, 41-50, (2014).
20. Legrain, A., Bouarab, H., Lahrichi, N., The nurse scheduling problem in real-life, Journal of Medical Systems, 39, 1, 1-11, (2015).
21. Agyeı, W., Obeng-Denteh, W., Andaam, E., Modeling Nurse Scheduling Problem Using 0-1 Goal Programming: A Case Study of Tafo Government Hospital, Kumasi-Ghana, International Journal of Scientific & Technology Research, 03, 5-10, (2015).
22. Lın, C., Kang, J., Hsu, T., A memetic algorithm with recovery scheme for nurse preference scheduling, Journal Of Industrial and Production Engineering, (2015).
23. Küçük, A., Hemşire çizelgeleme problemlerinin genetik algoritmalarla optimizasyonu ve bir uygulama, Yüksek Lisans Tezi, Dokuz Eylül Üniversitesi, Sosyal Bilimler Enstitüsü, İzmir, (2016).
24. Thongsanit, K., Kantangkul, K., Nithimethirot, T., Nurse’s Shift Balancing in Nurse Scheduling Problem, Silpakorn U Science & Tech J, 10, 43-48, (2015).
25. Karayel, S.D., Atmaca, E., Özel bir hastane için hemşire çizelgeleme problemi, Çukurova Üniversitesi İktisadi ve İdari Bilimler Fakültesi Dergisi, 21(2), 112-132, (2017).
26. Eren, T., Varlı, M., Aktürk, S., Tam gün vardiyalı ve özel izin istekli hemşire çizelgeleme probleminin hedef programlama ile çözümü, Kırıkkale Üniversitesi Sosyal Bilimler Dergisi, 7, 2, 1-16, (2017).
27. Varlı, E., Ergişi, B., Eren, T., Özel kısıtlı hemşire çizelgeleme problemi: hedef programlama yaklaşımı, Erciyes Üniversitesi İktisadi ve İdari Bilimler Fakültesi, 49, 189-206, (2017).
28. Geçici, E., Güler, M.G., Hemşire çizelgeleme problemi için bir karar destek sistemi uygulaması, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 26, 4, 749-757, (2020).
29. Bayraktar, E., Tam sayılı hedef programlama ve hemşire çizelgeleme problemi için bir uygulama, Yüksek Lisans Tezi, Pamukkale Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü, Pamukkale, (2019).
30. Küçük, A., Kocakoç D, İ., Hemşire çizelgeleme problemlerinin genetik algoritmalarla optimizasyonu ve bir uygulama, Manisa Celal Bayar Üniversitesi Sosyal Bilimler Dergisi, 19, 203-210, (2021).
31. Karpuz, E., Batun, S., Nurse scheduling and rescheduling under undercertainty, Hacettepe University Journal of Economics anf Administrative Sciences, 75-95, (2019).
32. Taş, S.M., Çevik, K.K., Nurse scheduling problem solution using genetic algorithm, 5th International Scientific Research E-Congress, (2020).
33. Ala, A., Effects of NSGA-II algorithm in compare to beee colony optimization on nurse scheduling problem, International Journal of Applied Optimization Studies, 1-33, (2019).
34. Keskin, M.E., Kılıç Delice, E., Akkaya, G., Çok bölüm için adil hemşire çizelgeleme, Atatürk Üniversitesi Sosyal Bilimler Dergisi, 1705-1720, (2020).
35. Uslu, B., Bedir, N., Gür, Ş., Eren, T., 0-1 hedef programlama yöntemi kullanılarak hemşire çizelgeleme probleminin çözümü, Kastamonu Sağlık Akademisi, 148-170, (2018).
36. Eren, T., Gür, Ş., Turna, K., Varlı, E., Personel yeterliliklerini dikkate alan hemşire çizelgeleme problemi çözümü, Ekonomi, İşletme ve Yönetim Dergisi, 156-175, (2018).
37. Ayan, Koç, B., Hemşire nöbet çizelgeleme probleminin tavlama benzetimi algoritması ile çözümü, Yüksek Lisans Tezi, Necmettin Erbakan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Konya, (2019).
38. El Adoly, A.A., Gheith, M., Fors, M.N., A new formulation and solution for the nurse scheduling problem: A case study in Egypt, Alexandria Engineering Journal, (2018).
39. Çakır, E., Hedef programlama, https://www.slideshare.net/cakirengin/hedef-programlama-presentation, (2008).
40. Türkoğlu, S.P., Karar vermede hedef programlama yöntemi ve uygulamaları, Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi İktisadi ve İdari Bilimler Fakültesi Dergisi, 1, 2, 29-46, (2017).