Mathematical models and a late acceptance fix-and-optimize approach for a nurse rostering problem

Abstract

The Nurse Rostering Problem (NRP) is a classic optimization problem that has been ex tensively studied due to its practical and theoretical importance. It consists of assigning a given set of nurses to work shifts distributed into a planning horizon of multiple weeks. In addition to building a feasible schedule, a solution for the NRP needs to consider several requirements, such as skill-tailored assignments, labor laws, institutional norms and em ployee preferences. The high number of requirements associated with the combinatorial nature of the problem results in a process that could take several days to solve manually, even to produce a low-quality schedule. This work studies the static problem defined in the Second International Nurse Rostering Competition (INRC-II). Several techniques have been developed in the scientific literature to tackle the INRC-II problem, however, some issues are not explored yet. In this research, we investigate the limitations of MIP approaches, including how different requirements impact the resolution of the problem and how this approach could perform when inserted in a matheuristic procedure.

O Problema de Escalonamento de Enfermeiros (PEE) é um problema clássico de otimi zação que tem sido extensivamente estudado devido à sua importância prática e teórica. O PEE consiste em alocar um determinado conjunto de enfermeiros em turnos de tra balho distribuídos em um horizonte de planejamento de várias semanas. Uma escala de trabalho viável para o PEE precisa considerar diversos requisitos como leis trabalhistas, normas institucionais e preferências dos funcionários. O alto número de requisitos as sociados à natureza combinatória do problema resulta em um processo que pode levar vários dias para ser resolvido manualmente, e ainda produzir uma escala de baixa qua lidade. Este trabalho estuda o problema estático definido na Second International Nurse Rostering Competition (INRC-II). Diversas técnicas têm sido desenvolvidas na literatura científica com objetivo de resolver o problema da INRC-II, entretanto, algumas questões ainda não foram exploradas. Nesta pesquisa, investigamos as limitações das abordagens MIP, incluindo como diferentes requisitos impactam na resolução do problema e como essa abordagem poderia funcionar quando inserida em um procedimento matemático.