Automatização e otimização do escalonamento de pessoal hospitalar

Abstract

Nesta dissertação aborda-se um problema real no âmbito do escalonamento de pessoal hospitalar. Este problema consiste na afetação semanal de colaboradores a tarefas respeitando as normas legais e da instituição existentes. O objetivo é a minimização do custo decorrente do trabalho realizado em regime extraordinário no serviço em causa, garantindo o balanceamento da distribuição dos períodos de trabalho. Apresentam-se três modelos de programação inteira, uma heurística e uma aplicação computacional que permitem a otimização dos escalonamentos obtidos e a automatização da sua geração e/ou validação. Um dos modelos de programação inteira permitiu a obtenção, em menos de um minuto, de soluções ótimas com uma poupança de 6.0% e 8.6%, quando comparadas com o custo de duas instâncias reais. A heurística permite criar escalonamentos completos ou completar escalas parciais, que se determinou ser uma funcionalidade valorizada pelo serviço. As abordagens de otimização foram concebidas para o serviço em causa mas são passíveis de, no mínimo, servirem de ponto de partida para o tratamento de problemas similares dentro na área da saúde, ou ainda constituir um recurso auxiliar para este tipo de problemas que se verifiquem noutras áreas. A aplicação desenvolvida baseou-se nas ferramentas usadas atualmente no serviço, para auxiliar no processo de construção e validação de escalas médicas. Nessa aplicação também se integrou o método heurístico desenvolvido de forma a ser possível gerar escalonamentos de forma automatizada. De uma forma geral, os métodos desenvolvidos apresentaram bons resultados na distribuição do tempo de trabalho e a nível da redução de custos, enquanto a aplicação foi capaz de melhorar e agilizar os procedimentos atuais.

This dissertation will focus on a real scheduling problem in a hospital environment. The problem consists in the weekly scheduling of workers in tasks while observing the legal and institutional norms in place. The objective of this work is to find a solution that minimizes the cost related to overtime labor in the service in question and guarantees the balancing of the distribution of total work time. Three integer programming models, a heuristic and an application that allow for the optimization of the obtained schedules and their automation and/or validation, will be presented. One of the integer programming models achieved, in less than a minute, optimal solutions with savings of 6.0% and 8.6% when compared to the cost of two real instances. The heuristic developed can either build full schedules or help in completing partial ones, which was determined to be a valuable feature for the service. These optimization approaches were developed for this specific problem, but they could serve as a starting point in the treatment of scheduling problems in other health services, or even provide a helpful resource for the study of this type of problems in different areas altogether. The application developed was based in the tools currently in use in the service to help with the construction and validation of medical schedules. The aforementioned heuristic algorithm was integrated in this application, making it capable of automatically generating schedules. Overall, the developed methods achieved good results in work time balancing and cost reduction while the application helped improve and streamline current procedures.