طراحی یک زنجیره تامین خون چند سطحی دو مرحله ای استوار در فجایع

موضوع: طراحی یک زنجیره تامین خون چند سطحی دو مرحله ای استوار در فجایع

چکیده

این مقاله یک مدل بهینه سازی استوار برای طراحی شبکه زنجیره تامین چند هدفه خون در یک فاجعه در سه سطح یعنی عرضه، پردازش و توزیع ارائه می دهد. این شبکه متشکل از اهداکنندگان خون است که در مراکز اهدای موقت و دائمی خون اهدا می کنند. خون جمع آوری شده و برای پردازش به مراکز خون ارسال می شود. خون سالم بسته به تقاضا و ظرفیت آنها به مراکز مراقبت ارسال می شود. هدف از مدل پیشنهادی تعیین تعداد و محل امکانات و بهترین استراتژی برای تخصیص آنها تحت سه سناریوی مختلف است، در حالی که اهداف به حداقل رساندن هزینه ها و کمبود خون است. مدل پیشنهادی با رویکرد بهینه سازی استوار تدوین شده است. کاربرد مدل با استفاده از داده های واقعی، که از شهرستان قائم شهر، ایران جمع آوری شده است، مورد بررسی قرار می گیرد. برای حل مشکل از روش برنامه نویسی هدف استفاده شد. نتایج نشان می دهد که با صرف بودجه قابل قبولی، می توانیم برای چنین شرایط فاجعه آمادگی داشته باشیم.

کلیدواژه ها: زنجیره تامین خون، فاجعه، مکانیابی، مدل ریاضی دو هدفه، برنامه ریزی آرمانی.

 مقدمه

به طور کلی، فاجعه به رویدادی اطلاق می شود که به طور طبیعی یا به دست بشر، ناگهان یا به طور فزاینده ای ظاهر می شود، بنابراین، برای از بین بردن آن، نیاز به اقدامات اساسی است. بلایای طبیعی مانند سیل، زلزله و طوفان هر ساله بخشهای زیادی از جهان را درگیر می کند. وقوع این رویداد، منجر به ویرانی، رنج مالی و جانی می شود. پس از این رویدادها، آن را به عنوان یک مقیاس بزرگ از تقاضای کمک و نجات نشان می دهد. در سالهای اخیر، چنین بلایایی در ایران و بسیاری از کشورهای دیگر جهان رخ داده است. طبق آمارهای جهانی، ایران دارای رتبه هفتم در بین ده کشور دارای حادثه است که به عنوان کشوری خطرناک شناخته می شود. بر اساس گزارشات منتشر شده، در دو دهه اخیر، حدود 10 درصد از مردم ایران کشته و زخمی شده اند که این مقدار قابل توجهی است. یکی از مخرب ترین رویدادها زلزله است. زمین لرزه سال 2003 بم در استان کرمان در جنوب شرقی ایران در 26 دسامبر رخ داد. شدت این شوک 6.6 ریشتر بود. این زلزله بم بسیار مخرب بود و تعداد کشته ها حداقل 26،271 نفر و زخمی شدن بیش از 30،000 نفر بود. در زلزله بم، از بین 108 هزار واحد خون، تنها 21 هزار (حدود 23 درصد) به مناطق پراکنده عرضه شد. خون یک محصول خاص با ویژگی های خاص است. عرضه خون اهدایی نامنظم است و تقاضای محصولات آن نیز چنین است به طوری که در شرایط فاجعه انطباق کارآمد عرضه و تقاضا به راحتی امکان پذیر نیست. همچنین، خون یک کالای رو به زوال است که خود پیچیدگی مشکل را افزایش می دهد. کمبود خون هزینه جبران ناپذیری برای جامعه دارد، زیرا منجر به افزایش میزان مرگ و میر می شود.

اگرچه، هدر رفتن خون نیز غیرقابل برگشت است، زیرا اهدای خون فقط توسط افراد امکان پذیر است و همچنین باید بین اهداء متوالی برای هر فرد فاصله زمانی وجود داشته باشد. بنابراین، نگهداری مقدار کافی خون و مدیریت آن برای برآوردن خواسته ها، یک امر مهم و حیاتی است. به دلیل محدودیت تاریخ انقضاء خون و فرآورده های آن و نیاز به نگهداری در محدوده دمایی خاص، محدودیت هایی برای نگهداری و حمل آن وجود دارد. خون باید در مکانی خنک مانند یخچال نگهداری شود. بنابراین، برای حمل و نقل آنها به یخچال و فریزر نیاز داریم. همچنین، باید در نظر داشت که انتقال خون یک موضوع نگران کننده در شرایط فاجعه شدید است، زیرا جاده ها تخریب و بسته می شوند. بنابراین، شرایط سخت تر می شود.

در چنین شرایطی، مدیریت بلایای رخ داده ضروری است. مدیریت بلایا مجموعه ای از عملیات و فرایندهای خاص است که طرحی برای پیشگیری و کاهش اثرات فاجعه قبل، حین و بعد از وقوع فاجعه است.

تدارکات نقش اساسی در زنجیره تأمین و مدیریت بلایا دارد، جایی که در صورت سهل انگاری در اجرای این نقش، کل فرایند مدیریت بلایا با این اختلال روبرو می شود. لجستیک امدادی مربوط به چنین فرایندها و سیستم هایی است که منجر به هماهنگی افراد، منابع، مهارت ها و دانش لازم برای کمک به افراد آسیب دیده در بلایا می شود. علاوه بر برنامه ریزی برای عرضه و توزیع کافی کالاهای امدادی می شود مانند غذا، لباس و غیره؛ یکی از مهمترین و حیاتی ترین موضوعات ، کمک به افراد آسیب دیده ای است که به خون نیاز دارند.

این یکی دیگر از عوامل مهم برای طراحی این نوع شبکه است. مدیریت زنجیره تامین خون یکی از موضوعات اصلی مورد توجه برای محققان است. اگرچه پیشرفت های چشمگیری در جایگزینی خون و فرآورده های آن وجود دارد، اما هنوز نیاز به اهدای خون و استفاده از فرآورده های آن وجود دارد.

بنابراین، امروزه مدیریت زنجیره تامین خون در هنگام وقوع بلایای طبیعی یکی از چالش های اصلی هر سیستم بهداشتی پس از خطرات ناشی از بلایای طبیعی یا انسانی است. محصولات خونی شامل خون کامل، گلبول های قرمز، پلاکت های خون، پلاسمای خون و خون منجمد می شود. مفیدترین محصول خون کامل است. بنابراین، به منظور کاهش پیچیدگی شبکه، ما فقط خونی کامل را در شرایط فاجعه در نظر گرفتیم.

برای برنامه ریزی مدیریت سیستم خون، ابتدا باید تأثیر بلایا بر عناصر اصلی و سپس برنامه ریزی برای اقدامات پیشرفته را شناسایی کنیم. با توجه به نکات ذکر شده، لازم است قبل از وقوع فاجعه، یک زنجیره تامین خون کافی و مناسب طراحی شود. زنجیره تأمین خون شامل تأسیسات خون (موقت و دائمی) و مراکز خونی است که هدف آن تعیین تعداد و محل تاسیسات خون، مناطق خدماتی تاسیسات خون، سطح موجودی خون در هر مرکز و سطح موجودی در پایان هر دوره است. به طراحی شبکه یکپارچه برای تأمین و توزیع خون برای شرایط پس از یک فاجعه مشکلاتی است که علی رغم اهمیت بالای آن، توسط تعداد کمی از محققان مورد بررسی و مطالعه قرار گرفت. واضح است که استفاده از روشهای ارائه شده کارآمد می تواند منجر به کاهش قابل توجهی در میزان صدمات و مرگ و میر شود. به نظر می رسد برای کاهش میزان قربانیان و مجروحین و همچنین خسارات مالی نیاز به مدیریت قوی است. بنابراین، دولتها باید برای برآوردن کارآمد تقاضا در بلایا، تلاش کنند. یکی از اساسی ترین اقداماتی که می تواند میزان خسارات را به میزان قابل توجهی کاهش دهد، مکان یابی تاسیسات خون است که می تواند به عملیات امدادرسانی کمک کند.

هدف این مقاله طراحی یک شبکه زنجیره تامین خون یکپارچه برای دستیابی به بهترین عملکرد در سیستم سلامت است. محققین یک مدل ریاضی دو هدفه را برای به حداقل رساندن هزینه های شبکه مکان یابی امکانات، حمل و نقل، آزمایش و پردازش و نگهداری خون ارائه می دهند و علاوه بر این، با به حداقل رساندن نسبت کمبود در برابر تقاضا، حداکثر سطح برآوردن تقاضا را بدست می آوریم.

مشارکت های تحقیق

·         سه سطح عرضه، پردازش و توزیع

·         دوره های چندگانه پس از یک فاجعه

·         سه سناریوی متفاوت با شدت متفاوت و میزان تقاضای متفاوت

·         دو عملکرد هدف، به حداقل رساندن هزینه های کل و حداکثر رساندن تقاضا برآورده شده

شرح مسئله

در این مقاله، مشکل تامین و توزیع خون به صورت کافی و به موقع است، به طوری که هزینه ها کاهش می یابد و در کنار آن، تا کمترین حد ممکن به کمبود واحدهای خونی می رسد. شکل 1 نمای کلی مسئله  را نشان می دهد. به طور کلی، شبکه در این مقاله از امکانات مختلفی تشکیل شده است. در مراکز خون می توان خون اهدا کرد. امکانات خون دو نوع است:

الف) تأسیسات موقت خون: با ظرفیت اندک و قابلیت مکان یابی در مکان های مختلف، مانند اتوبوس های اهدای خون.

ب) امکانات خون دائمی: با ظرفیت بیشتر و محل ثابت مانند بیمارستانها و درمانگاهها.

معمولاً برخی از امکانات دائمی در هر منطقه وجود دارد و در صورت نیاز می توان برای ایجاد امکانات جدید تعیین کرد. واحدهای خونی اهدایی در مراکز موقت و دائمی جمع آوری و به مراکز خون منتقل می شود. مراکز خون وظیفه مربوط به آزمایش و پردازش واحدهای خونی را بر عهده دارند. علاوه بر این، معمولاً برخی از مراکز خون در هر منطقه ای وجود دارد و در صورت نیاز، می توان برخی از مراکز جدید را ایجاد کرد. واحدهای خونی سالم و فرآوری شده به نیازهای بازار (نقاط تقاضا) در مراکز مراقبت ارسال می شود و شامل امکانات دائمی و موقت و بیمارستانهای بیرونی (موقت) می شود. بیمارستانهای روباز در مکانهایی که در معرض فاجعه هستند افتتاح می شود.

پس از وقوع فاجعه، مقیاس وسیعی از خواسته های افراد مجروح ظاهر می شود. برای مطالعه دقیق تر، این زمان را به دوره های کوتاه تری تقسیم کرده و هر دوره را با تقاضای خاص آن، تا حدی مورد بحث قرار می دهیم. اولین دوره زمانی شامل 24 ساعت اول است، دوره دوم 24-72 ساعت بعدی است، دوره سوم 72 ساعت بعدی و آخرین دوره هفته کامل بعد است. واضح است که تقاضا در دوره دوم و سوم بیشتر از دو دوره دیگر است. همچنین، مسئله با در نظر گرفتن سه سناریوی مختلف با شدت متفاوت مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. بنابراین، هزینه افتتاح امکانات موقت در سناریوهای مختلف در حال تغییر است. در شرایط بحرانی شدیدتر، به دلیل تخریب های بعد از فاجعه، هزینه هایی مانند حفاری، حمل و نقل و سایر دلایل به هزینه های آموزشی اضافه می شود. در چنین شرایطی، کلیه امکانات با پذیرش بیشتر بیماران از حداکثر ظرفیت استفاده خواهند کرد. باز هم به همین دلیل، ظرفیت امکانات تحت سناریوهای مختلف تغییر می کند. همچنین، با استفاده از حداکثر ظرفیت امکانات، میزان خون جمع آوری شده از تاسیسات خون و میزان انتقال خون از مراکز خون به مراکز مراقبت تحت سناریوهای مختلف تغییر خواهد کرد. به دلیل در نظر گرفتن هر دو مرحله، عرضه و توزیع، تعداد امکانات زیاد است و این پیچیدگی مسئله را افزایش می دهد.

هدف این مسئله تعیین کمیت و مکان تأسیسات موقت و دائمی است که ایجاد خواهد شد. همچنین تعیین استراتژی تامین و توزیع خون به منظور به حداقل رساندن هزینه های شبکه و کمبود خون در نظر گرفته شده است.

مدلسازی

تاسیس و راه اندازی امکانات کافی و نگهداری مقدار کافی خون تا زمانی که با کمبود خون یا کمبود مرکز مراقبت مواجه نشوید ایده آل است. اما بودجه، ظرفیت و سایر محدودیت ها همیشه وجود دارد. بنابراین، باید برنامه ریزی به کونه ای باشد که علاوه بر داشتن منبع مناسب، هزینه ها به حداقل ممکن برسد. مدل پیشنهادی با هدف تعیین تصمیم زنجیره تامین خون در هر سناریو در حالی که هزینه کل شبکه را به حداقل می رساند و همچنین کمبود خون را به شرح زیر بیان می کند.

توابع هدف

اولین تابع هدف به حداقل رساندن هزینه ها است که شامل افتتاح امکانات موقت، ایجاد امکانات دائمی، افتتاح بیمارستانهای روباز، ایجاد مراکز خونی، جمع آوری واحدهای خون از تأسیسات (موقت و دائمی) تا مراکز خون، آزمایش و پردازش خون در مراکز خون و نگهداری خون است. و هزینه های توزیع واحدهای خونی از مراکز خون به مراکز (بیمارستانهای بیرونی و دائمی) را نیز شامل می شود.

تابع هدف دوم، به حداقل رساندن کمبود خون در دوره های مختلف است. بنابراین، به حداقل رساندن نسبت حداکثر کمبود در برابر تقاضا در دوره های زمانی مختلف در نظر گرفته می شود.

محدودیت ها

با توجه به ظرفیت محدود مراکز خون برای آزمایش و پردازش، امکانات موقت و دائمی برای اهدای خون، درمان و نگهداری خون و همچنین ظرفیت وسیله نقلیه برای جمع آوری و توزیع خون با محدودیت هایی روبرو خواهد شد. همچنین، با در نظر گرفتن فاصله بین امکانات، تخصیص تسهیلات خون به مراکز خون در رده عرضه و مراکز خون به مراکز مراقبت در رده توزیع محدودیت هایی وجود دارد. محدودیت ها به شرح زیر است.

محدودیت (1) ظرفیت تأسیسات موقت را بیان می کند. محدودیت (2) تضمین می کند که اهداکنندگان می توانند فقط در تأسیسات تاسیس شده اهدا کنند. محدودیت (3) ظرفیت تاسیسات مراقبتی را بیان می کند.  محدودیت (4) تضمین می کند که اهداکنندگان می توانند فقط در تأسیسات تأسیس شده اهدا کنند. محدودیتهای (5) و (6) تضمین می کند که مقدار خون جمع آوری شده از تاسیسات با خون منتقل شده به مراکز خونی برابر است. محدودیت (7) ظرفیت مراکز خونی را بیان می کند.  محدودیت های (8) و (9) اطمینان می دهد که خون جمع آوری شده به ترتیب از امکانات موقت و دائمی فقط می تواند به مرکز خون تأسیس شده l اختصاص یابد. محدودیت (10) اطمینان می دهد که خون تنها در صورت باز شدن مرکز موقت i به مراکز خون ارسال می شود. محدودیت (11) اطمینان می دهد که خون تنها در صورت ایجاد مرکز دائمی j به مراکز خون ارسال می شود. 

محدودیت (12) سطح موجودی را در پایان هر دوره معادل مقدار خون فرآوری شده و موجودی دوره قبل منهای خون منتقل شده به مراکز مراقبت تعیین می کند. محدودیت (13) بیانگر ظرفیت مراکز درمانی است. محدودیت (14) تعیین می کند که تقاضا توسط مراکز خون پاسخ داده می شود یا با کمبود مواجه می شود. محدودیت (15) نشان می دهد که خون تنها در صورت ایجاد مرکز خون l از مرکز خون l به مراکز مراقبت منتقل می شود. محدودیتهای (16) و (17) تضمین می کند که خون را می توان از مراکز خون به بیمارستانهای بیرونی a و امکانات دائمی j انتقال داد، به شرطی که امکانات a و j به ترتیب باز و ایجاد شوند. محدودیت (18) بیان می کند که میزان تقاضای پاسخ داده شده باید بیشتر از درصد خاصی از کل تقاضا باشد. محدودیت های (19) و (20) دامنه متغیرهای تصمیم را تعریف می کند.

بهینه سازی استوار

اکثر مسائل بهینه سازی و برنامه نویسی ریاضی با عدم قطعیت داده ها در دنیای واقعی روبرو هستند.

الف) برخی از داده ها در حین حل مسئله وجود ندارد.

ب) برخی از داده ها دقیق اندازه گیری نمی شوند.

ج) گاهی اوقات متغیرهای تصمیم همانطور که محاسبه شده است اجرا نمی شوند.

روشهای متعددی برای بهینه سازی در شرایط عدم قطعیت وجود دارد که می توان به آنها اشاره کرد مانند به حداقل رساندن ارزش مورد انتظار، به حداقل رساندن انحرافات از هدف و به حداقل رساندن حداکثر هزینه. بهینه سازی قوی یکی از روشهای اخیر در برنامه نویسی ریاضی است که مورد توجه اکثر محققان است. بهینه سازی استوار پاسخی به عدم قطعیت داده های ورودی است و باعث می شود تصمیم گیرندگان با سطح گریز از ریسک همزمان تصمیم بگیرند. این رویکرد در نهایت منجر به تولید یک سری راه حل می شود که به طور قابل ملاحظه ای نسبت به عدم قطعیت داده ها حساسیت کمتری دارد. مدلهای بهینه سازی استوار فرض می کند که داده های نامشخص متعلق به یک مجموعه نامعین محدب است. در مرحله اول این روش، یک مجموعه داده خاص در فضای داده نامشخص تعریف می شود و در مرحله دوم، بهترین راه حل در مجموعه انتخاب شده که برای داده های نامشخص امکان پذیر است محاسبه می شود. یکی از دلایل اصلی مطالعه بهینه سازی استوار مجموعه داده ها است که اغلب نمای مناسبی از پارامترهای عدم قطعیت است که در این شرایط غیر ممکن بودن به هیچ وجه قابل قبول نیست. همچنین در این وضعیت، پارامترهای نامعلوم احتمالی نیستند یا اطلاعاتی در مورد توزیع احتمال آنها وجود ندارد.

بهینه سازی استوار سناریومحور

اصطلاح "بهینه سازی استوار" در اواسط دهه 1990 عمومیت یافت. مولوی و همکاران توصیف داده ها را بر اساس سناریو ارائه کرد و با در نظر گرفتن سطح ریسک خاص که توسط تصمیم گیرندگان برای تغییر راه حل بهینه برای هر سناریو تصمیم گیری می شود، ارزش مجازات در نظر گرفته شد. دو روش برای استواری در رویکرد مولوی وجود دارد:

الف) استواری راه حل، راه حلی است که برای همه سناریوها نزدیک به مطلوب است.

ب) استواری مدل، راه حلی است که در همه سناریوها تقریباً امکان پذیر است.

مدل زیر یک چارچوب کلی از روش بهینه سازی استوار است که به صورت زیر است:

همچنین بهینه سازی استوار مطابق روش مولوی و همکاران به صورت زیر فرموله می شود:

پس از چند مرحله عملیات ریاضی و خطی سازی مدل استوار نهایی به صورت زیر خواهد بود: 

استفاده از رویکرد استوار در مدل مسئله

در مدل ارائه شده مسئله، برخی پارامترهای عدم قطعیت  مانند تقاضای مناطق حادثه دیده، کمبود و موجودی واحدهای خونی در هر دوره، هزینه افتتاح و ایجاد تأسیسات، به دلیل شرایط اضطراری فاجعه وجود دارد. همانطور که در قسمت قبل توضیح داده شد، بهینه سازی استوار یکی از مفیدترین و محبوب ترین روش ها در چنین شرایطی است و ساختار آن نشان داده شده است. با استفاده از این رویکرد، تابع هدف به عنوان ساختار زیر خواهد بود و همچنین یک محدودیت جدید برای تبادل هر تابع هدف اضافه می شود. توابع هدف پیشنهادی به شرح زیر است:

نتیجه

این مقاله به بررسی شبکه زنجیره تامین خون در هنگام فاجعه پرداخته است. هدف تأمین، پردازش و توزیع خون به روش کافی و به موقع است. مسئله تعیین کمیت و مکان تأسیسات موقت و دائمی و بهترین راهکارها برای تأمین و توزیع خون تحت سناریوهای مختلف در یک مسئله چند دوره ای پس از فاجعه است. یک مدل ریاضی دو هدفه با توابع هدف شامل حداقل هزینه ها و به حداقل رساندن کمبودها ارائه شد. از روش برنامه نویسی هدف و داده های واقعی برای حل مشکل استفاده شد. نتایج محاسباتی نشان می دهد که حداکثر هزینه برای افتتاح تاسیسات موقت و تأسیسات دائمی در مکانهای مشخص تحت سناریوهای مختلف است، این میزان تقاضا در زمان فاجعه به موقع ظاهر می شود تا آنجا که ممکن است برآورده می شود.

مقالات موجود در این موضوع بیشتر در یک سطح، عرضه یا توزیع مورد بررسی قرار می گیرند. در این مقاله، سه مرحله تامین، پردازش و توزیع، چهار دوره زمانی پس از فاجعه، سه سناریو با شدت متفاوت و سایر عوامل موثر برای ارائه یک مدل مناسب در نظر گرفته شد.