不确定性环境中居家医疗与护理的管理与调度方法研究

Home health care and home care are emerging service industries in recent years, which are widely used for taking care of the elders and the disable at home. This project aims at developing new planning and scheduling methods for the home health care and home care management.There are insufficient resources and investments for the raising and attending tremendous ageing population in China. Developing the home health care and home care industries can effectively solve such problems and improve the living quality of the elder and the disable. This project divides the management of such industries into three levels, i.e., the long term resource management, the daily operational planning, and dynamic scheduling. At the first level, we consider the important uncertain elements, e.g., stochastic service day, stochastic requirement frequency, and build stochastic programming models for the problem. Meanwhile, we will develop algorithms for decomposing the whole problem into small sub-problems and get the solution of the original problem by integrating the solutions of sub-problems. Based on the solution of the first level, we will study the daily operational planning, in which the stochastic service time, and classical and special constraints such as consistent service constraint are considered. We will adopt chance constrained programming and approximate methods, e.g., sample average approximation, to build the mathematic models, and design exact and heuristic approaches for solving this problem. Then, we study the scheduling problem to satisfy the dynamic demands when executing the daily plan, where both single event optimization and batching optimization strategies will be used and effective scheduling algorithms will be designed. Finally, computational experiments are conducted on real data and cases from the hospitals or companies.

居家医疗和居家护理是近年发展并兴起的新型服务模式，在诸如居家养老、残疾人照料等领域有着广泛的运用。本项目依据时间跨度将居家医疗和护理的管理调度划分为三个层次。首先，在较长时间内针对周期性客户需求，考虑需求频率和需求日期的不确定性，综合运用随机规划、问题分解和协调的求解方法，研究资源配置管理问题。在此基础上，研究居家医疗和护理的日服务计划，考虑服务时间等不确定性因素，以及服务次序等行业特殊约束，综合运用机会约束规划、抽样平均近似等方法建立问题数学模型，并设计有效的精确和启发式求解算法。在计划执行的调度层面，考虑实时动态到达的任务，并依据此类任务紧急程度采用局部优化、重优化等方法，实现计划执行中实时调度。本项目将结合居家养老社区和相关企业进行仿真和案例研究。项目的研究成果对于发展居家医疗和居家护理产业，以及缓解我国人口快速老龄化所带来的养老、医疗等资源不足的压力有重要意义。

伴随着我国人口快速老年化，我国老年人口已经超过2亿。居家医疗和居家护理是面向老年人等人群的一种医疗和健康服务模式，在居家养老等领域有着广泛的运用。居家医疗和护理的主要运作模式是老年人居住在自己熟悉的家庭环境，由企业或者其他机构派出具有资质的服务人员，在规定的时间提供医疗和护理的上门服务。此种服务模式免除了老年人等人群的外出就医，在家中即得到高质量服务。..本项目依据时间跨度将居家医疗和护理的管理调度划分为三个层次。首先，在较长时间内针对周期性客户需求，考虑需求频率和需求日期的不确定性，研究了居家医疗和护理运作管理中的资源配置管理问题，依据问题特点建立了问题的集覆盖模型，针对问题非常复杂而且规模大的特点，设计了以禁忌搜索和整数规划为基础的混合算法，算法既有求解速度快又具备精度高的特点，数值试验证明了所提出的模型和算法的有效性。..在此基础上，本项目研究居家医疗和护理的日服务计划。首先主要考虑服务时间等不确定性因素，对每天服务人员的服务路线和服务次序求解。同时考虑多类型家庭护理人员调度问题，即存在多服务能力的服务人员情况下，如何对每个服务人员加以工作调度。最后从人性化考虑，既考虑人员的工作效率，也考虑其休息、午餐等需求，求解如何进行工作计划调度。对上述问题项目分别设计了有效的精确分支定界算法，对资源（例如服务人员）的服务路线、服务次序加以计划。..最后在执行调度层面，考虑实时动态到达的任务，研究实时资源调度。项目将干扰管理的思想引入到实时调度问题中，提出干扰管理条件下如何搭建资源调度的数学模型并设计了快速求解的禁忌搜索算法。..本项目结合相关企业的数据，以及目前国际上相关研究的通用标准数据，进行了大量数值试验，就所提出的模型和算法与国际上领先的算法对比。结果表明，项目的研究成果对于发展居家医疗和居家护理产业，对于促进产业的运作管理、资源管理和调度，具有很好的理论价值和实际意义。