A Constraint Programming Model for Personnel Scheduling Problem: Application in A Factory Operating in Healthcare Sector

Year 2025, Volume: 17 Issue: 1, 137 - 150

Buse Bayram , Mehmet Pınarbaşı , Tamer Eren

Abstract

Disruptions in the healthcare sector are a significant concern for companies as they directly affect human health. One of the key factors to ensure smooth operations and prevent disruptions is the personnel. In order to prevent personnel from making mistakes, the imbalances and injustices in the system should be addressed. This study addresses the problem of assigning shifts as evenly as possible to personnel working in the production department of a factory operating in the healthcare sector in Ankara. Constraint programming was employed to meet the goals and fulfill the company and personnel requirements with minimal deviation. A constraint programming model was established under specific constraints for a factory operating with two shifts and 30 personnel, and it was solved using the ILOG Cplex program. The proposed constraint programming model achieved the goal values with lower than expected values. The 31-day schedule obtained resulted in a more balanced workload distribution, leading to increased personnel satisfaction. This study is the first in the literature to address the personnel scheduling problem in the healthcare sector using the constraint programming method.

Keywords

Personnel scheduling, constraint programming, shift scheduling

Personel Çizelgeleme Problemi İçin Bir Kısıt Programlama Modeli: Sağlık Sektöründe Faaliyet Gösteren Bir Fabrikada Uygulama

Abstract

Sağlık sektöründe yaşanan aksaklıklar, direkt olarak insan sağlığını etkileyeceği için firmalar tarafından önem arz eden bir konudur. Aksaklıkların yaşanmaması, işleyişin hatasız devam edebilmesi için dikkat edilmesi gereken konulardan biri personellerdir. Personelin hatalı çalışmasını önleyebilmek için sistemdeki dengesiz ve adaletsiz durumlar giderilmeye çalışılmalıdır. Bu çalışmada Ankara’da sağlık sektöründe faaliyet gösteren bir fabrikanın üretim bölümünde görev alan personelin vardiyalara olabildiğince dengeli atanması problemi ele alınmıştır. İki vardiya ve 30 personel ile çalışan fabrika için belirli kısıtlar altında kısıt programlama modeli kurulup, ILOG Cplex programı ile çözülmüştür. Elde edilen 31 günlük çizelge daha dengeli iş yükü dağılımı sağladığından personel memnuniyeti üzerinde artışa neden olmuştur. Çalışma sağlık sektöründe personel çizelgeleme probleminin kısıt programlama yöntemiyle ele alınması açısından literatürde bir ilk niteliği taşımaktadır.

Keywords

Personel çizelgeleme, kısıt programlama, vardiya çizelgeleme

References

• Aksüt G., Alakaş H. M., Eren T., & Karaçam H., “Fiziksel Ergonomik Riskli Personel Çizelgeleme Problemi İçin Model Önerisi: Kadın Çalışanlar İçin Tekstil Sektöründe Bir Uygulama”, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 38(1), 245-256, 2022.
• Alağaş H., Yüzükırmızı M., & Türker A., “Stokastik Montaj Hatlarının Kısıt Programlama ve Kapalı Kuyruk Ağları ile Dengelenmesi”, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 28(2), 2013.
• Apt K., “Principles Of Constraint Programming”, Cambridge University Press, Birleşik Krallık, 2003
• Atmaca E., Pehlivan C., Aydoğdu C. B., & Yakıcı M., “Hemşire Çizelgeleme Problemi ve Uygulaması”, Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi, 28(4), 351-358, 2012.
• Bedir N., Eren T., & Dizdar E. N., “Ergonomik Personel Çizelgeleme ve Perakende Sektöründe Bir Uygulama”, Mühendislik Bilimleri Ve Tasarım Dergisi, 5(3), 657-674, 2017.
• Bektur G., & Hasgül S., “Kıdem Seviyelerine Göre İşgücü Çizelgeleme Problemi: Hizmet Sektöründe Bir Uygulama”, Afyon Kocatepe Üniversitesi İktisadi Ve İdari Bilimler Fakültesi Dergisi, 15(2), 385-402, 2013.
• Bolayır B., “0-1 Tamsayılı Hedef Programlama Yöntemiyle Nöbet Çizelgeleme: Covid-19 Pandemi Döneminde Bir Devlet Hastanesinin Acil Servisinde Uygulama”, Ömer Halisdemir Üniversitesi İktisadi Ve İdari Bilimler Fakültesi Dergisi, 16(3), 651-673, 2023.
• Chu S. C., “Generating, Scheduling And Rostering Of Shift Crew-Duties: Applications At The Hong Kong International Airport”, European Journal Of Operational Research, 177(3), 1764- 1778, 2007.
• Ciritcioğlu C., Akgün S., Varlı E., & Eren T., “Kırıkkale Üniversitesi Güvenlik Görevlileri İçin Vardiya Çizelgeleme Problemine Bir Çözüm Önerisi”, Uluslararası Mühendislik Araştırma Ve Geliştirme Dergisi, 9 (2), 1-23, 2017.
• Cürebal A., & Eren, T., “Competency-Based Security Personnel Scheduling During The Covıd-19 Pandemic”, Journal Of The Faculty Of Engineering & Architecture Of Gazi University, 1483-1497, 2021.
• Cürebal A., Koçtepe S., & Eren T., “Tanıtım Festivalinde Personel Çizelgeleme Problemi: Bir Uygulama”, Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 6(3), 217-229, 2020.
• Demirel B., Yelek A., Alağaş H. M., & Eren T., “Ankaray Güvenlik Personelinin Vardiya Çizelgeleme Probleminin Hedef Programlama Yöntemi İle Çözümü”, Demiryolu Mühendisliği, (8), 1-17, 2018.
• Ekiyor A., & Arslantaş S., “Sağlık Sektöründe İşgören Motivasyonunun İnovasyon Performansına Etkileri”, Çankırı Karatekin Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü Dergisi, 6(2), 113-136, 2015.
• Eren T., Koçtepe S., & Cürebal A., “Hedef Programlama Yöntemi İle Akaryakıt İstasyonları Tanıtımı İçin Personel Çizelgeleme Problemi”, Politeknik Dergisi, 1-1, 2021.
• Eren T., Özder E. H., & Varlı E., “Hedef Programlama Yaklaşımı İle Temizlik Personeli Çizelgeleme Problemi İçin Bir Model Önerisi”, Karadeniz Fen Bilimleri Dergisi, 7(2), 114-127, 2017.
• Eren T., & Ünal F. M., “Hedef Programlama İle Nöbet Çizelgeleme Probleminin Çözümü”, Academic Platform-Journal Of Engineering And Science, 4(1), 2016.
• Eren T., Yelek A., Demirel B., & Alağaş H. M., “Kısmi Zamanlı Çalışan Personellerin Çizelgelenmesi: Kırıkkale Üniversitesi Merkez Kütüphanesi Örneği”, Kırıkkale Üniversitesi Sosyal Bilimler Dergisi, 8(2), 313-330, 2018.
• Fırat M., & Hurkens C. A., “An improved MIP-based Approach for a Multi-skill Workforce Scheduling Problem”, Journal of Scheduling, 15(3), 363-380, 2012.
• Güldalı A., “Seri İş-Akışlı Atölye Çizelgelemesinde Sezgisel Teknikler”, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi, 1990.
• Kaçmaz S. Ö., Alakaş H. M., & Eren T., “Ergonomıc Staff Schedulıng Problem Wıth Goal Programmıng In Glass Industry”, Journal Of Turkish Operations Management, 4(1), 369-377, 2020.
• Kassa B. A., & Tizazu A. E., “Personnel Scheduling Using An Integer Programming Model-An Application At Avanti Blue-Nile Hotels”, Springerplus, 2, 1-7, 2013.
• Keskinkılınç B., “Personel Yeterlilik Ve Memnuniyetini Dikkate Alan Çağrı Merkezi Çalışanı Çizelgeleme Problemi Çözümü”, Master's Thesis, Necmettin Erbakan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 2021.
• Koçak M., Calku F., Gündaş M., Poyraz Z., Yazıcı E., & Alakaş, H. M., “Ekip Çizelgeleme Problemi: Filyasyon Ekibi Çizelgeleme”, Journal Of Turkish Operations Management, 6(2), 1314-1326, 2022.
• Koçak M., Ekren G., Yumuşak R., Eren T., & Alakaş H. M., “Pandemi Sürecinde Hemşire Çizelgeleme Problemi İçin Hedef Programlama Modeli”, 2023.
• Koçtepe S., Alakaş H. M., Gür Ş., & Eren T., “Basketbol Karşılaşmasında Görevli Organizasyon Personellerinin 0-1 Tam Sayılı Programlama Yöntemi İle Çizelgelenmesi”, Başkent Üniversitesi Ticari Bilimler Fakültesi Dergisi, 3(2), 44-53, 2019.
• Koçtepe S., Bedir N., Eren T., & Gür Ş., “Organizasyon Görevlileri İçin Personel Çizelgeleme Probleminin 0-1 Tam Sayılı Programlama İle Çözümü”, Ekonomi İşletme ve Yönetim Dergisi, 2(1), 25-46, 2018.
• Lezaun M., Perez G., & Ve De La Maza E. S., “Crew Rostering Problem in A Public Transport Company”, Journal Of The Operational Research Society, 57, 1173-1179, 2006.
• Özcan E. C., Varlı E., & Eren T., “Hidroelektrik Santrallerde Vardiya Çizelgeleme Problemleri İçin Hedef Programlama Yaklaşımı”, Bilişim Teknolojileri Dergisi, 10(4), 363-370, 2017.
• Özcan E., Alakaş H. M., Yelek A., & Eren T., “Kısıt Programlama ve Hedef Programlama Entegrasyonu İle Vardiya Çizelgelemesi: Hidroelektrik Santral Uygulaması”, Konya Journal Of Engineering Sciences, 8(4), 916-929, 2020.
• Pınarbaşı M., “Ergonomik Personel Görev Çizelgeleme Problemi: Çok Amaçlı Bir Kısıt Programlama Modeli ve Vaka Çalışması”, International Journal of Engineering Research and Development, 14(1), 141-154, 2022.
• Pınarbaşı M., & Alakaş H. M., “Personel Görev Çizelgeleme Problemi İçin Bir Excel Çözücü Modeli: Orta Gerilim Sigorta Üretimi Uygulaması”, International Journal Of Engineering Research And Development, 12(2), 729-744, 2020.
• Supçiller A. A., & Erbilek P., “Analitik Hiyerarşi Prosesi ve Hedef Programlama İle Bir Üniversite Kütüphanesindeki Kısmi Zamanlı Personellerin Çizelgelenmesi”, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 27(1), 1-12, 2021.
• Uslu B., Bedir N., Gür Ş., & Eren T., “0-1 Hedef Programlama Yöntemi Kullanılarak Hemşire Çizelgeleme Probleminin Çözümü”, Sağlık Akademisi Kastamonu, 3(3), 148-170, 2018.
• Üstündağ Y., “Ekip Çizelgeleme Problemi”, Demiryolu Mühendisliği, (1), 72-83, 2014.
• Varlı E., Alağaş H. M., Eren T., Özder E. H., “Goal Programming Solution Of The Examiner Assignment Problem”, Bilge International Journal Of Science And Technology Research, 1(2), 105-118, 2017.
• Yazıcı E., Eren T., & Alakaş H. M., “Hukuk Sistemlerinde Personel Çizelgeleme Problemi: Kamulaştırma Davaları Örneği”, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 38(1), 299-308, 2022.
• Yelek A., Eren T., Gür Ş., & Alakaş H. M., “Metro İstasyon İşletme Şeflerinin Vardiyalarının Hedef Programlama İle Çizelgelenmesi”, Demiryolu Mühendisliği, (10), 17-30, 2019.