以限制规划法求解全年无休人员排班问题之研究─以护理人员排班.ppt

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1、1,以限制規劃法求解全年無休人員排班問題之研究以護理人員排班為例,指導教授：韓復華教授研 究 生：李俊德日期：2005/6/29,2,簡報大綱,緒論文獻回顧護理人員排班問題介紹護理人員排班個案介紹與模式構建護理人員排班個案結果分析結論建議,3,緒論,研究背景與動機現實世界的組織如醫院、客服中心，航空站、金融業等，均需面臨組織內人員排班的問題。醫院組織為全年無休的組織型態且需反覆產生某段期間之護理人員值班班表。護理人員排班除法規限制外，尚有預排班表、護理人員層級等複雜之硬/軟限制。合適的護理人員班表對於醫療保健、新進人員與其他醫療服務功能有極大之影響。,4,緒論,研究目的與範圍探討全年無休之護理

2、人員排班問題，以求解限制程度高之限制滿足問題構建其排班模式，並利用限制規劃法求解，期有效率地產生滿意度高且具公平性之班表。探討的對象為署立新竹醫院內科8C病房，於已知每日人數需求、排班期間所需之班別種類與預排班別時間之條件下進行排班作業。模式之構建為單考慮8C病房之需求，若欲將模式應用於不同部門，則需對模式之限制加以調整。本研究排班班表主要為單月班表，目前尚不考慮跨月排班，且不考慮清假與補假之狀況。,5,緒論,研究方法護理人員排班為一複雜度高之組合搜尋問題，除有複雜之軟、硬限制式外，亦具有變動性高之特性。為使問題限制具有易表達性、模式具高度彈性與處理組合搜尋問題有較佳之效率，本研究將護理人員排

3、班問題定義為限制滿足問題，利用限制規劃法並以ILOG OPL Studio軟體來求解排班問題。,6,緒論,研究流程研究範圍與問題界定文獻蒐集與回顧個案對象之資料收集與排班規則整理護理人員排班模式建立實驗設計護理人員排班模式求解求解結果分析模式修正結論與建議,7,研究流程圖,8,文獻回顧,護理人員排班求解法最佳化問題限制滿足問題限制規劃法,9,最佳化問題,利用數學規劃(MP)法求解。最佳解目標為最小人力需求、最大滿足護理人員要求等。Single-objective MP依決策者不同喜好有不同目標。Multi-objective MP提供更實際且更有彈性的目標選擇。,10,最佳化問題,隨著問題複雜

4、度增加，求解效率不敷需求，因而導入啟發式解法來增加電腦對問題空間之搜尋效率。巨集啟發式禁制搜尋法(Tabu Search)基因演算法(Genetic Algorithm)模擬退火法(Simulated Annealing),11,限制滿足問題(CSP),指在給定一組決策變數xi、各變數相對應之有限值域Di、一組限制式Cj之條件下，尋找滿足各項限制式之一組或多組可行解。以(C,X,D)表示。求解目的在尋得一組或多組可行解，非最佳化問題所要求之最佳解。利用限制規劃求解限制滿足問題。,12,護理人員排班限制條件彙整表,資料來源：限制條件參考Cheang et al.3,13,限制規劃法,為一空間搜尋

5、技術，緣起於人工智慧在電腦程式語言上的發展。適合限制程度高的組合最佳化問題與限制滿足問題。為二層式架構限制式元件：包含問題之變數與限制式程式求解元件：包含限制式系統邏輯推理元件與系統化的空間搜尋元件,14,限制規劃法,限制規劃求解演算法一致性檢驗技術：節點、節線、界限一致性空間搜尋方法：換枝檢驗法(BT)、Forward Checking、Look-Ahead Checking優點：有效率之求解機制模式建立之方便性可處理多樣限制式,15,護理人員排班之問題介紹,護理人員排班概述護理人員排班問題定義國內排班限制整理,16,護理人員排班概述,護理人員排班通常以病房為基本單位，排班種類按權力的歸屬可

6、分為三種：集權式排班、分權式排班與自我排班法。目前護理人員排班多以分權式排班為主。於排班流程上，首先由護理長預訂護理人員工作班別與護理人員預排值班或休假班別，再由護理長考慮各種排班限制因素，排入各護理人員之值班班別與休假班別，隨後公佈班表，若護理人員對班表有不滿意或有欲調班者，由其私下溝通，經護理長同意後，即可更改或調班，最後公佈下月護理人員值班班表。,17,護理人員排班問題定義,定義為於排班期間內，指派工作或休假班別給予不同層級之護理人員，並滿足各值班班別之需求人數。排班因素護理人員因素班別因素排班期與預排期因素排班限制因素,18,護理人員因素,於護理人員排班問題中，護理人員為一基本要素，各

7、護理人員可值任一值班班別。護理人員相關內容：醫院之僱用方式，差別為法律給予各類休假天數有所不同。層級則依護理人員年資深淺分成五種層級N0至N4，層級高者可替代層級低者，反之不可。值班人數需求即每天各值班班別需要之護理人員人數與所需層級之人數。,19,班別因素,依時數計算，班別可分為工作班別與休假班別兩種。工作班別包括一般值班班別(白班、小夜、大夜)與工作班別為護理長在排班前即先確定之工作班別，如教育訓練、體檢等。休假班別則有依公務員請假規則與勞基法所規定之休假，如依年資深淺與僱用方式給予不同之任職休假、每星期之休假(例假日)等。,20,排班期與預排期因素,排班期通常以月來計算。護理人員排班問題

8、之班表通常指下月班表，即當月排出下月護理人員值班班表，護理人員下月之值班以此班表為依據。依照各醫院與病房之不同，預排期通常也會不同，如國定假日有些病房會要求護理人員於年初即預訂全年之國定假日休假，包班需於半年前或前一月預訂等。,21,排班限制因素,排班限制因素包括許多部份，除之前探討之護理人員需求外，另外尚有法律規定、工作考慮、休假考慮、其他與特殊考慮因素。可分為硬限制與軟限制兩類：硬限制：一定要滿足之限制條件軟限制：儘量但不一定要滿足之限制條件,22,排班限制比較表硬限制,23,排班限制比較表軟限制,24,護理人員排班個案介紹與模式構建(新竹醫院內科8C病房),護理人員排班個案介紹個案限制條

9、件整理兩階段求解模式設計第一階段：排休模式第二階段：派班模式,25,護理人員排班個案介紹,內科8C病房94年5月人力除護理長外，其他分別有7位N4、3位N3、4位N2、4位N1與2位N0共20名護理人員。基本值班班別白班(D：上午八點至下午四點)小夜班(N：下午四點至凌晨十二點)大夜班(M：凌晨十二點至上午八點)休假班別一般休假(OFF)、產前假(ET)、產假(DT)、流產假(AT)、陪產假(LT)、婚假(WT)、喪假(FT)、病假(IT)、事假(PT)其他工時班別教育訓練(ZT)、體檢(HC)、公差(TT)、公出(GT)、社區服務(CT),26,護理人員排班個案介紹,特殊假日(過年)過年休假

10、總天數分為3時段，平均分配休假。需求人數：白天5人；小夜3人；大夜3人。因過年為特殊月份，一年中只有一個月有此特殊休假，本研究並無將此特殊休假列入考慮。護理人力需求白班：6人(N3以上1人)小夜：4人(N3以上1人)大夜：3人(N3以上1人),27,個案限制整理硬限制,28,個案限制整理軟限制,*因與其他軟限制重複或衝突，故本研究模式對此軟限制不予考慮。,29,兩階段求解模式設計,護理人員排班問題除護理人員數、排班天數與班別種類所組成之龐大求解規模外，值班班別、休假班別與預排班別之高度彈性使得排班問題具有高複雜度。因此，為能有效求解可行解，故將護理人員排班問題分成兩階段求解。,模式求解架構,3

11、0,各階段模式求解綜合說明表,31,排休模式-限制滿足問題模式構建,決策變數主要參數設定：表排班期之護理人員。：表排班期之日期。限制式構建(符號說明)護理人力需求(C1)滿足每日可休假護理人員數。(C2)每日最少需五名N3以上層級之護理人員工作。,32,排休模式-限制滿足問題模式構建,護理人力需求(C3)護理長與護理人員預定工作班別。(H9)滿足護理人員預先排休之需求。休假與法規限制(H10)每週最少休假一天。(H11)每週最多休假五天。(H12)每兩週最少休假四天。,33,排休模式-限制滿足問題模式構建,休假與法規限制(H13)連續休假不得超過5天。工作考慮限制(H14)連續工作天數最多6天

12、。(H15)不得出現休假、值班、休假班別組合(010)。,34,排休模式-限制滿足問題模式構建,休假軟限制(C4)每位護理人員排班期間可休假天數。(C5)每位護理人員計劃期間例假日可休假天數。附加限制式(C6)週與週間之休假天數組合(4休假天數5)。(C7)每兩週例假日休假天數組合(3例假日休假天數4)。,35,排休模式-求解結果,護理人員之工作與休假時間示意表,*領導、包班護理人員*預定工作班別,36,派班模式-限制滿足問題模式構建,此階段模式之未包班護理人員休假與預排班別，與領導或包班護理人員整月值班班別，已預先由限制式產生器產生並放入模式。故於此階段之模式求解，主要為針對未包班護理人員派

13、班進行求解。決策變數主要參數設定：表排班期之護理人員。：表排班期之日期。：表排班期之班別種類。,37,限制式構建護理人力需求(H1)白班需求人數：6人(含白班領導)。(H4)白班每日最少需有一N3以上層級之護理人員工作考慮限制(H16)大夜隔日不接白班。(H18)小夜隔日不接白班。,派班模式-限制滿足問題模式構建,38,限制式構建工作考慮限制(H19)大夜後換白班，期間應給予1天休假。(H20)大夜後換小夜，期間應給予1天休假。工作軟限制限制(S1)未包班護理人員計劃期間白班可值班天數。,派班模式-限制滿足問題模式構建,39,指派值班班別模式-求解結果,主要分為人員值班班表與公平性指標累積表兩

14、類,護理人員之值班班表,40,指派值班班別模式-求解結果,護理人員公平性指標累積表,41,護理人員排班個案結果分析,各階段模式規模及求解時間,42,護理人員排班個案結果分析,個案之結果分析主要以公平性指標來研判本研究求解之護理人員班表是否達到預期之目標。主要有五個指標：排班期間休假數。排班期間例假日休假數。白班值班數。(三月、四月、五月)小夜值班數。(三月、四月、五月)大夜值班數。(三月、四月、五月)最後並與護理長手排班表比較本研究之結果。,43,護理人員排班個案結果分析,以排班時間而言，護理長需花費約半天手排護理人員班表，而本研究整體執行約需10分鐘，於效率上大為提升。另於護理人員班表公平性

15、指標中，其結果亦大都優於護理長手排之班表，如下表所示。,44,護理人員排班個案結果分析,於硬限制中，護理長手排班表亦會出現違反法律或工作規定之狀況，而於本研究中，因硬限制為求解限制，故求解結果並不會違反規定。,45,結論,整理國內護理人員排班相關硬、軟限制。利用限制規劃求解滿足所有硬限制與符合公平性之護理人員班表，於效率與班表結果均有不錯之成效。與護理長結果相比，於硬限制上結果優於手排班表，公平性指標亦有不錯之表現。測試三個月之班表，驗證限制規劃法於護理人員排班之可行性，並可進一步探討決策支援系統(DSS)之應用。,46,建議,本研究模式為二階段求解，於模式轉換間需於人工手動轉換，建議後續可以

16、DSS系統之概念，以程式連接二階段求解流程，或將兩階段整合為一階段求解。排班未考慮前後月連續性之問題，建議後續可發展DSS系統，將排班加入連續排班因素並建置時數計算機制，使班表更符合實際需求。,47,簡報結束,敬請指教,48,限制滿足問題符號說明,：表 x 且 y：表 x 或 y：表若 x 則 y邏輯計數器,回上頁,49,排班期間休假數,排班期間休假數結果表,平均值與標準差分別為：三月：9.53與0.51；四月：10.2與0.41；五月：10.8與0.81。,回上頁,50,排班期間例假日休假數,平均值與標準差分別為：三月：2.68與0.65；四月：3.55與0.6；五月：3.15與0.59。,

17、計劃期間例假日休假數結果表,回上頁,51,排班期間休假結果比較表,排班期間例假日休假結果比較表,回上頁,52,三月未包班護理人員值班班別數,平均值與標準差分別為：白班：13.25與0.62；小夜：5.08與0.79；大夜：3.08與1。,三月未包班護理人員各值班班別之天數表,回上頁,53,四月未包班護理人員值班班別數,平均值與標準差分別為：白班：11.23與1.36；小夜：6.08與1.19；大夜：2.39與0.65。,四月未包班護理人員各值班班別之天數表,回上頁,54,五月未包班護理人員值班班別數,平均值與標準差分別為：白班：11.3與0.8；小夜：6.54與0.66；大夜：2.54與0.52。,五月未包班護理人員各值班班別之天數表,回上頁,55,排班期間白班結果比較表,排班期間小夜結果比較表,56,排班期間大夜結果比較表,回上頁,