Decision support systems for task scheduling: applications in manufacturing and healthcare

Esta Tesis se centra en el problema de la programación de tareas. Aunque pueden encontrarse diferentes definiciones de la programación de tareas en la literatura, aquí se define como la asignación de un número de tareas – acciones individuales que deben realizarse para completar un determinado proceso-, a un conjunto de recursos, en momentos de tiempo específicos. Pueden encontrarse ejemplos de programación de tareas en muchos contextos, como por ejemplo, el orden en el que deben fabricarse las diferentes partes de un coche, la asignación de quirófanos y cirujanos a intervenciones quirúrgicas en un hospital, o el orden en el que deben ser servidos los clientes de un restaurante. La programación de tareas supone un elemento clave en muchas compañías, en el campo de los servicios y en el de la fabricación, ya que es esencial para la coordinación del trabajo entre los diferentes actores involucrados, tales como departamentos, recursos (físicos y humanos) o entidades externas. En la mayoría de los casos, la programación de tareas conlleva trabajar con grandes cantidades de datos relacionados con el proceso y gestionar correctamente el conjunto de restricciones que controlan el proceso. Como consecuencia de esto, la programación de tareas suele hacerse con ayuda de herramientas informáticas que ofrecen algún tipo de soporte para el decisor. A este respecto, el auge de las Tecnologías de la Información (TI) en las últimas décadas ha ayudado enormemente al desarrollo de sistemas computarizados que ofrecen soporte a la toma de decisiones – Sistemas de Soporte a la Decisión (SSD) – en muchos ámbitos, incluyendo la programación de tareas. Además, ha habido un notable aumento en la capacidad computacional que ha hecho posible afrontar problemas de programación de tareas que se consideraban irresolubles hace algunos años. A pesar de estos avances, se ha detectado un gap entre teoría y práctica al llevar estas nuevas condiciones a la práctica, que puede ser demostrado por el limitado número de sistemas que se han implementado y aceptado por los usuarios satisfactoriamente. La hipótesis de trabajo de esta Tesis es que, para reducir este gap entre teoría y práctica, estos sistemas deberían considerar un conjunto de aspectos que se han estudiado en la literatura pero que no se han tenido en cuenta en el proceso de implementación, tales como el rol del decisor en el sistema, el contexto organizacional donde se toman las decisiones para la programación o la consideración de la programación como un proceso dinámico. Normalmente, cada vez que una empresa necesita implementar un SSD para la programación de tareas (SSDPT), es posible elegir entre dos opciones: adquirir una solución off-the-shelf, o diseñar y desarrollar una herramienta personalizada. Cuando se elige la primera opción, normalmente la solución no se adapta perfectamente a las actividades de la empresa, y considerando que la programación de tareas es muy dependiente del contexto, esta opción puede resultar en una situación muy documentada en la literatura en la que se consigue una implementación muy limitada en la que hay diferentes sistemas de información trabajando en paralelo para tener en cuenta las diferentes especificidades de la empresa. Por otro lado, si se opta por la segunda opción, esta suele derivar en largos tiempos de implementación con resultados pobres, ya que el equipo de desarrollo podría no tener en cuenta los errores y aciertos de otras implementaciones, tales como las funcionalidades que un sistema debería tener o los perfiles que se debería dar a los diferentes usuarios. Como resumen podríamos decir que el diseño y la implementación de SSDPT tienen un conjunto de problemas que constituyes una de las principales causas del gap existente entre la teoría de la programación de tareas y su implementación en la práctica. Para mejorar la actividad de diseño y desarrollo de SSDPT, el objetivo de esta tesis es proponer un framework común para el desarrollo de SSDPT. Para asegurar su validez y analizar su rango de aplicación, se analiza su factibilidad en dos sectores de aplicación, fabricación y salud, y se llevan a cabo dos casos de estudio en estos sectores. Para conseguir el objetivo general de la Tesis, se consideran un conjunto de objetivos específicos: 1. Proponer un framework para el diseño y desarrollo de SSDPT. • El framework tiene en cuenta todos los problemas detectados en la literatura que tienen que ver con los fallo a la hora de implementar este tipo de sistemas. Este framework se detalla mediante un conjunto de perspectivas. 2. Analizar las implementaciones existentes de SSDPT para analizar la alineación del framework propuesto con las implementaciones existentes de este tipo de sistemas en los dos campos de aplicación. • Se lleva a cabo una revisión sistemática de la literatura en SSDPT en fabricación. Las contribuciones revisadas se clasifican de acuerdo a las funcionalidades que presentan. Se analizan y discuten una serie de resultados y conclusiones de los mismos. Además se realiza una revisión de SSDPT comerciales para la programación de quirófanos. Estas contribuciones también se clasifican según sus funcionalidades y se presentan y discuten una serie de resultados y conclusiones. 3. Levar a cabo el diseño e implementación de dos SSDPT de acuerdo con el framework propuesto para demostrar su validez. • Basándonos en el framework un SSDPT para fabricación y un SSDPT para la programación de quirófanos han sido propuestos: i. El SSDPT para fabricación se implementó para una empresa de fabricación situada en Sevilla. Primero se describe el contexto en el que el sistema actúa y el problema considerado. Después se estudian los principales casos de uso del sistema y se relacionan con el framework propuesto. Más tarde, se proponen una serie de métodos de resolución eficientes para el problema analizado. Finalmente, se realiza una breve discusión sobre los principales resultados de implementación del sistema. ii. El SSDPT para programación de quirófanos se implementó en un hospital situado en Sevilla. Primero se describe el contexto en el que el sistema actúa y el problema considerado. Después se estudian los principales casos de uso del sistema y se relacionan con el framework propuesto. Más tarde, se proponen una serie de métodos de resolución eficientes para el problema analizado. Finalmente, se realiza una breve discusión sobre los principales resultados de implementación del sistema.This thesis focuses on the problem of task scheduling. Although slightly different definitions of task scheduling can be found in the literature, here it is defined as the allocation of a number of tasks - single actions that must be performed to complete a specific process-, to a set of resources, at specific moments in time. Examples of task scheduling can be found in many settings, as for example, the order in which the different parts of a car have to be manufactured in a set of machines, the allocation of operating rooms and surgeons to the surgical interventions in a hospital, or the order in which the customers of a restaurant should be served. Clearly, task scheduling is a core activity of many companies, both in manufacturing and in services, as it is essential for the coordination of the work between the different involved actors, such as departments, resources (human and physical) or external entities. In most settings, task scheduling involves treating large amounts of data related to the process and properly handling the set of constraints controlling this process. As a consequence, task scheduling is usually carried out with the help of computer tools that offer some type of support to the decision maker. In this regard, the rising of Information Technologies (ITs) in the last decades has helped enormously to develop computer systems providing support for decision making - i.e. Decision Support Systems (DSSs) - for many decisions, including task scheduling. At the same time, there has been a notable increase in computer capacity that has made possible facing task scheduling problems that were considered unsolvable some years ago. Despite these advances, an important gap between theory and practice has been found when translating these new conditions into practice, as it can be proven by the relatively short number of documented systems that have been correctly implemented and accepted by users. The working hypothesis in this Thesis is that, in order to reduce this gap between theory and practice, these tools should consider a number of aspects that have been studied in the literature but that have not been taken into account in practice during the implementation process, such as the role of the decision makers in these tools, the organisational context where scheduling decisions take place or the consideration of scheduling as a dynamic process. Typically, each time a company requires to implement of a DSS for task scheduling, in the following DSSTS, it faces two different options: either acquiring an off-the-shelf solution, or designing and developing an in-house tool. If the former option is chosen, the acquired solution may not fit perfectly into the activities of the company, and, since task scheduling is company-specific, this approach may result in a situation widely documented in the literature where there exist limited implementations that needs information systems working in parallel to deal with the specificities of the company. On the contrary, the second option usually derives in large implementation times with poor results, as the development team may not take into account errors or successes from former implementations, such as the functionalities that the system should include or the profiles required for the decision makers among others. As a summary, the design and implementation of DSSTS suffer a number of problems which constitute a root cause for the existing gap between the scheduling theory and its implementation into practice. In order to improve the activity of designing and developing DSSTS, the aim of this thesis is to propose a common framework for the development of DSSTS. In order to ensure the validity and range of application of this framework, its feasibility is analysed within two specific fields of applications, namely manufacturing and healthcare, and two implementation case studies are conducted within these fields. In order to fullfil this general objective, a number of specific objectives can be detailed: 1. To propose a framework for the design and development of DSSTS. • This framework address all the issues found in literature regarding the common failures when implementing this type of systems. A number of perspectives of the framework are given in order to properly detail it. 2. To analyse existing implementations of DSSTS in order to check the alignment of the framework proposed with the task scheduling systems implemented in the two sectors chosen for the evaluation of the framework. • A systematic literature review on manufacturing DSSTS is carried out. The reviewed contributions are classified according to their functionalities. A number of findings and conclusions about these findings are discussed. Additionally, a review on commercial operating room DSSTS is done. These contributions are also classified according to their functionality and a number of findings and conclusions about these findings are discussed. 3. To conduct the design and implementation of two DSSTS according to the proposed framework in order to demonstrate its applicability. • Based on the proposed framework, a manufacturing DSSTS and an operating room DSSTS are implemented: i. The manufacturing DSSTS is applied to a real manufacturing company in Sevilla. First, we describe the context where the DSSTS is deployed and the problem addressed, i.e. the hybrid flowshop scheduling problem with missing operations. Then, the main use cases of the DSSTS are discussed and related to the framework. Next, a set of efficient solution procedures for the problem under study are proposed. And finally, a brief discussion on the main results of the implementation of the DSSTS is carried out. ii. The operating room DSSTS is applied to a real hospital in Sevilla. First, we describe the context where the DSSTS is deployed and the problem addressed, i.e. the the operating room scheduling problem. Then, the main use cases of the DSSTS are discussed and related to the framework. Next, a set of efficient solution procedures for the problem under study are proposed. And finally, a brief discussion on the main results of the implementation of the DSSTS is carried out

Gestión del conocimiento en el ámbito sanitario: revisión de la literatura.

En el ámbito sanitario, la toma de decisiones desempeña un papel fundamental a la hora de garantizar una asistencia sanitaria de calidad. Con la aparición de nuevas técnicas, como la gestión del conocimiento (Knowledge Management), se facilita la conversión de la información relativa a pacientes (pruebas clínicas, historial, resolución de casos, etc.) en conocimiento, haciendo posible la integración de éste en un sistema de soporte a la toma de decisiones en el ámbito sanitario. En este trabajo se muestran los resultados preliminares (arquitecturas, aplicaciones y herramientas) de una revisión sistemática de la gestión del conocimiento en el ámbito sanitario

Determinación de un plan operativo semanal para la Red Andaluza de Laboratorios Clínicos

Presentamos un modelo para coordinar el funcionamiento en una Red Regional de Laboratorios Clínicos, cuya resolución permite la reasignación de recursos, la redistribución de cargas y la reorganización de los flujos de muestras clínicas en dicha. Para ello, se determina un plan de producción y transporte: primero en un nivel táctico (anual) y luego a un nivel operativo (semanal). Se plantea como un problema de flujo multicommodity que conduce a una formulación entera mixta. Se presenta experimentación aplicada a la reordenación de las derivaciones de muestras entre los 32 nodos principales de la Red Andaluza de Laboratorios Clínicos.Andalucía. Junt

Un nuevo enfoque para la determinación de horarios de unidades rodantes

El objetivo principal en este trabajo es la programación de horarios de viajes en tren de acuerdo a los deseos de movilidad de los pasajeros, en el caso de frecuencias medias. Por tanto, se analiza el diseño de horarios en recorridos de media y larga distancia. Este problema, resulta de interés para satisfacer las necesidades de los usuarios, adicionalmente es significativo porque existen actualmente pocas aproximaciones sobre este tema. Otros aspectos que resultan inseparables del problema de scheduling, como la medición de la capacidad del servicio o la propia calidad del servicio, se estudian de manera conjunta.Junta de Andalucía (España) P06-TEP-02219Junta de Andalucía (España) TEP-5022Junta de Andalucía (España) CEDEX PT-2007-003-08CCP

Modelado y análisis de un proceso quirúrgico mediante técnicas de minería de procesos

4th International Conference on Industrial Engineering and Industrial Management XIV Congreso de Ingeniería de Organización Donostia- San Sebastián , September 8th-10th 2010Para mejorar su funcionamiento, las organizaciones buscan cada vez más un enfoque de gestión de procesos, lo que como primer paso requiere un modelado preciso de estos procesos. En el ámbito de la sanidad, dicho modelado es aún más crítico dada la naturaleza de este tipo de organizaciones. La obtención de estos procesos no es en muchos casos trivial, sino que se trata de una tarea de gran complejidad. En este artículo se propone la aplicación de técnicas de minería de procesos para, a partir de los registros guardados en los sistemas de información de las organizaciones, y en particular de un hospital (los cuales son ricos en información y por lo general suelen pasar desapercibidos) obtener un modelo preciso, detallado, adecuado a la realidad y fácilmente analizable. Palabras clave: process mining, modelado de procesos, procesos sanitarios 6. Introducción Los sistemas de información orientados a procesos o ?PAIS? (Process Aware Information Systems) que van implantándose y haciéndose fundamentales en todas las organizaciones, requieren un modelado explícito de los procesos de negocio de las mismas. En el caso de los procesos sanitarios es de vital importancia un modelado preciso, ya que es el primer paso para un análisis y optimización de los procesos, que permita reducir costes y tiempos de espera de los pacientes sin dejar de garantizar una correcta atención sanitaria. No obstante, el modelado de estos procesos no es algo trivial, ya que se necesita un amplio conocimiento de los mismos para modelarlos con la suficiente exactitud. En muchas ocasiones se carece de este conocimiento, por lo que su adquisición conlleva un largo proceso, habitualmente a través de varias fases de reuniones y entrevistas con los distintos actores del proceso, que, por lo general, tiene un coste muy elevado en dinero y en tiempo. Además, puesto que este conocimiento se adquiere a través de las personas encargadas de dirigir los procesos, en la práctica, estos modelos de procesos suelen acabar representando más bien cómo debería llevarse a cabo el proceso que cómo se está llevando a cabo en realidad. El process mining describe a un conjunto de técnicas para obtener de forma automática o semiáutomática la estructura de procesos de una organización. En este artículo se analizarán algunas de las aplicaciones de las técnicas de process mining y se observará la diferencia existente entre éstas y la minería de datos o las herramientas de inteligencia de negocios, que, aunque también buscan descubrir el conocimiento, medir el comportamiento de los procesos y 246 predecirlo, no llegan a hacer el modelo explícito, lo cual no permite un estudio analítico del proceso basado en hechos sino sólo basado en las creencias de los participantes del proceso. Además de esto, se emplearán estas técnicas para llevar a cabo el descubrimiento del modelo de procesos de un proceso quirúrgico en un hospital de una forma automática o semiautomática, partiendo únicamente de las acciones registradas en los sistemas de información del hospital, consiguiendo así un modelo de proceso ajustado a la realidad y reduciendo en gran medida el esfuerzo de modelado. 7. Minería de procesos Según uno de los autores con más presencia en este campo (van der Aalst et al. (2003)), la minería de procesos (process mining) es el método de obtener la descripción de un proceso estructurado a partir de un conjunto de ejecuciones reales. El conjunto de ejecuciones reales es un informe del proceso que contiene información sobre el orden en el que se realizaron las actividades, además de información adicional sobre quién realizó la actividad, el momento en el que se realizó (?timestamp?), etc. y al que generalmente se denomina como ?event log?. Una vez que disponemos de estos event logs completos (a través de su extracción de los sistemas de información), tenemos conocimiento sobre qué ha ocurrido desde el comienzo hasta el final del proceso, lo que nos permite obtener gran cantidad de información acerca de cómo se ha realizado, los tiempos que se tardan en las ejecuciones del proceso, el número medio de actividades que un paciente lleva a cabo desde que entra, la actividad más demandada por los pacientes, etc. Puesto que los event logs pueden contener una gran variedad de información, será ésta la que determine las perspectivas del proceso a descubrir. Si proporcionan las tareas que se ejecutan en el proceso y su orden de ejecución (el timestamp informa de la hora de ejecución de cada actividad) y se enlazan con instancias del proceso (cada instancia del proceso se refiere a un paciente), entonces se puede obtener la perspectiva de control de flujo y obtener una caracterización de todos los caminos (flujos) posibles de actividades que se pueden seguir. Si el event log proporciona información sobre la/s persona/s o sistema/s que llevan a cabo las tareas, entonces será posible descubrir la perspectiva organizacional y encontrar información referente a cómo están organizados los grupos de trabajo que llevan a cabo el proceso, o el papel que tiene cada uno de los participantes en el mismo mediante la observación de la transferencia de trabajo que se produce en el log o las reglas de ordenación que siguen los participantes. A continuación se presenta un ejemplo sencillo de aplicación del process mining a un event log ficticio de un hospital con el fin de aclarar los conceptos que se tratan en este artículo. En la Tabla 1 podemos ver el event log que vamos a utilizar en este ejemplo. 247 Tabla 1. Ejemplo de ?event log? de un hospital Paciente Paciente 1 Paciente 2 Paciente 1 Paciente 1 Paciente 2 Paciente 1 Paciente 2 Paciente 2 Actividad Registro Registro Evaluación Radiología Evaluación Farmacia Cura Farmacia Encargado Recepcionista Recepcionista Médico Enfermera 1 Médico Farmacéutico Enfermera 2 Farmacéutico Timestam

Revisión del Estado del Arte en Modelado del Order Fufillment Process mediante Sistemas Multi-Agente

4th International Conference on Industrial Engineering and Industrial Management XIV Congreso de Ingeniería de Organización Donostia- San Sebastián , September 8th-10th 2010El proceso de cumplimiento de pedidos (Order Fufillment Process u OFP) es de vital importancia en cualquier empresa o cadena de suministro, ya que la satisfacción del cliente depende en gran medida de su correcto funcionamiento. Sin embargo su integración en una cadena de suministro es compleja, debido principalmente al gran número de entidades que la componen. En este artículo se hace una revisión del estado del arte en modelado del OFP mediante sistemas multi-agente, clasificando los artículos en función de los niveles de la cadena de suministro modelada, el rol que juegan los agentes y el grado de desarrollo de las aportaciones.Junta de Andalucía (P08-TEP-363