A Multi-Criteria Decision Making Approach in Security Personnel Shift Scheduling

Year 2023, Volume: 34 Issue: 1, 1 - 25, 27.04.2023

Gülveren Tabansız , Aran Meriç , Fatih Çavdur

https://doi.org/10.46465/endustrimuhendisligi.1203295

Cited By: 1

Abstract

Shift systems are required in scheduling security services due to the working days of 24 consecutive hours continuous nature of the corresponding services. Additionally, it is necessary to take into account some criteria to be able to perform security services by considering basic humanitarian requirements and some other problem constraints such as the ones imposed by the labor law legislation. In this study, it is aimed at creating a fair schedule so that each personnel works under equal conditions by considering the corresponding labor law legislation for a similar security personnel-scheduling problem. It is also aimed at creating the minimum cost schedule for the case where scheduling some personnel on weekends yield different costs due to some criteria such as seniority, gender and marital status. A 0-1 integer programming formulation is created to solve the problem. Corresponding costs of scheduling security personnel during weekends are determined using an AHP-WASPAS-based approach considering the aforementioned three criteria. An example real-life problem is constructed and solved to optimality for illustration. In addition to the example problem, larger-sized problem instances are also solved to optimality and the solution times of the alternative settings with different costs are compared.

Keywords

Shift Scheduling, 0-1 Integer Programming, Multi-Criteria Decision Making, AHP, WASPAS

GÜVENLİK PERSONELİ VARDİYA ÇİZELGELEMESİNDE ÇOK KRİTERLİ KARAR VERME YAKLAŞIMI

Abstract

Güvenlik hizmetlerinin doğası gereği, 7 gün-24 saat aralıksız bir şekilde devam eden çalışma düzeni nedeniyle bu hizmetlerin çizelgelenmesinde vardiya sistemine ihtiyaç duyulmaktadır. Buna ek olarak, güvenlik hizmetlerinin insani koşulları ve iş kanunu ile zorunlu kılınan kısıtlar gibi diğer bazı problem kısıtlarını da dikkate alacak şekilde yerine getirilebilmesi çeşitli kriterlerin dikkate alınmasını gerektirmektedir. Bu çalışmada, benzer bir güvenlik personeli çizelgeleme problemi için ilgili iş kanunu da dikkate alınarak personellerin birbirleri ile eşit koşullarda çalışmalarını sağlayacak adil bir çizelge oluşturulması amaçlanmıştır. Çalışma kapsamında ayrıca, kıdem, cinsiyet ve medeni durum gibi kriterlere bağlı olarak güvenlik personellerinin hafta sonu çalışma maliyetlerinin farklılık gösterdiği bir kurgu için minimum maliyetli çizelgenin oluşturulması amaçlanmıştır. Problemin çözümü için 0-1 tamsayılı programlama formülasyonu oluşturulmuştur. Önerilen formülasyona maliyet girdisi oluşturmak amacıyla, yukarıda bahsedilen üç farklı kriterin dikkate alındığı AHP-WASPAS temelli bir yaklaşım kullanılarak güvenlik personellerinin hafta sonu çizelgelenme maliyetleri belirlenmiştir. Buna ek olarak, önerilen formülasyonun çalışmasının gösterimi için gerçekçi boyutlarda örnek bir problem oluşturularak, problemin optimal çözümü elde edilmiştir. Örnek probleme ek olarak, modelin performansını gösterebilmek amacıyla, daha büyük boyutlarda oluşturulmuş olan problemler için de optimal çözümler elde edilmiş ve farklı çalışma maliyetlerine sahip alternatif kurgular için çözüm süreleri kıyaslanmıştır.

Keywords

Vardiya Çizelgeleme, 0-1 Tamsayılı Programlama, Çok Kriterli Karar Verme, AHP, WASPAS

References

• Akay M. ve Kundakçı, N. (2021). ÇKKV ve tamsayılı programlama yöntemleri ile bir üretim işletmesinde uzaktan çalışma modelinin oluşturulması. Selçuk Üniversitesi Sosyal Bilimler Meslek Yüksekokulu Dergisi, 24(2), 548-568. doi: https://doi.org/10.29249/selcuksbmyd.980867
• Bedir, N., Eren, T. ve Dizdar, E.N. (2017). Ergonomik personel çizelgeleme ve perakende sektöründe bir uygulama. Mühendislik Bilimleri ve Tasarım Dergisi, 5(3), 657-674. doi: https://doi.org/10.21923/jesd.331259
• Breuer, D. J., Lahrichi, N., Clark, D. E. ve Benneyan, J. C. (2020). Robust combined operating room planning and personnel scheduling under uncertainty. Operations research for health care, 27, 100276. doi: https://doi.org/10.1016/j.orhc.2020.100276
• Ceylan, Z., Arslan, M. ve Arslan, T. (2021). Bir hafif raylı ulaşım sisteminde makinist çizelgeleme problemi. Journal of the Institute of Science and Technology, 11(2), 1027-1039. doi: https://doi.org/10.21597/jist.741162
• Ciritcioğlu, C., Akgün, S., Varlı, E. ve Eren, T. (2017). Kırıkkale Üniversitesi güvenlik görevlileri için vardiya çizelgeleme problemine bir çözüm önerisi. Uluslararası Mühendislik Araştırma ve Geliştirme Dergisi, 9(2), 1-24. doi: https://doi.org/10.29137/umagd.351463
• Cürebal, A. ve Eren T. (2021). COVID-19 pandemi riski durumunda yetkinlik bazlı güvenlik personeli vardiya çizelgeleme probleminin çözümü. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 36(3), 1483-1498. doi: https://doi.org/10.17341/gazimmfd.769547
• Demirel, B., Yelek, A., Alağaş, H.M. ve Eren T. (2018). Ankaray güvenlik personelinin vardiya çizelgeleme probleminin hedef programlama yöntemi ile çözümü. Demiryolu Mühendisliği, (8), 1-17.
• Deveci, M., Canıtez, F. ve Gökaşar, I. (2018). WASPAS and TOPSIS based interval type-2 fuzzy MCDM method for a selection of a car sharing station. Sustainable Cities and Society, 41, 777-791. doi: https://doi.org/10.1016/j.scs.2018.05.034
• Eren T., Koçtepe, S. ve Cürebal, A. (2021). Hedef programlama yöntemi ile akaryakıt istasyonları tanıtımı için personel çizelgeleme problemi. Politeknik Dergisi, 1-1. doi: https://doi.org/10.2339/politeknik.796136
• Güler, M. G. ve Geçici, E. (2020) A decision support system for scheduling the shifts of physicians during COVID-19 pandemic. Computers & Industrial Engineering, 150, 106874. doi: https://doi.org/10.1016/j.cie.2020.106874
• Herawati, A., Yuniartha, D.R., Purnama, I.L.I. ve Dewi, LT. (2018). Shift scheduling model considering workload and worker’s preference for security department. In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 337(1), IOP Publishing. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899X/337/1/012011
• Hoffmann, K. ve Buscher, U. (2019). Valid inequalities for the arc flow formulation of the railway crew scheduling problem with attendance rates. Computers & Industrial Engineering, 127, 1143-1152. doi: https://doi.org/10.1016/j.cie.2018.05.031
• Hong, Y. C., Cohn, A., Epelman, M. A. ve Alpert, A. (2019). Creating resident shift schedules under multiple objectives by generating and evaluating the Pareto frontier. Operations Research for Health Care, 23, 100170. doi: https://doi.org/10.1016/j.orhc.2018.08.001
• Lin, D. Y. ve Tsai, M. R. (2019) Integrated crew scheduling and roster problem for trainmasters of passenger railway transportation. IEEE Access, 7, 27362-27375.
• Mohammadian, M., Babaei, M., Amin Jarrahi, M. ve Anjomrouz, E. (2019). Scheduling nurse shifts using goal programming based on nurse preferences: a case study in an emergency department. International Journal of Engineering, 32(7), 954-963. doi: https://doi.org/10.5829/ IJE.2019.32.07A.08
• Neufeld, J. S., Scheffler, M., Tamke, F., Hoffmann, K. ve Buscher, U. (2021). An efficient column generation approach for practical railway crew scheduling with attendance rates. European Journal of Operational Research, 293(3), 1113-1130. doi: https://doi.org/10.1016/j.ejor.2020.12.058
• Nie, W., Li, H., Xiao, N., Yang, H., Jiang, Z. ve Buhigiro, N. (2021). Modeling and solving the last-shift period train scheduling problem in subway networks. Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, 569, 125775. doi: https://doi.org/10.1016/j.physa.2021.125775
• Nobil, A. H., Sharifnia, S. M. E. ve Cárdenas-Barrón, L. E. (2022). Mixed integer linear programming problem for personnel multi-day shift scheduling: A case study in an Iran hospital. Alexandria Engineering Journal, 61(1), 419-426. doi: https://doi.org/10.1016/j.aej.2021.06.030
• Özcan, E., Alakaş, H.M., Yelek, A. ve Eren, T. (2020). Kısıt programlama ve hedef programlama entegrasyonu ile vardiya çizelgelemesi: hidroelektrik santral uygulaması. Konya Mühendislik Bilimleri Dergisi, 8(4), 916-929. doi: https://doi.org/10.36306/konjes.589835
• Özcan, E.C., Varlı, E. ve Eren, T. (2017). Hidroelektrik santrallerde vardiya çizelgeleme problemleri için hedef programlama yaklaşımı. Bilişim Teknolojileri Dergisi, 10(4), 363-370. doi: https://doi.org/10.17671/gazibtd.347609
• Rerkjirattikal, P., Huynh, V. N., Olapiriyakul, S. ve Supnithi, T. (2020). A goal programming approach to nurse scheduling with individual preference satisfaction. Mathematical Problems in Engineering, 2020. doi: https://doi.org/10.1155/2020/2379091
• Restrepo, M.I., Lozano, L. ve Medaglia, A.L. (2012). Constrained network-based column generation for the multi-activity shift scheduling problem. International Journal of Production Economics, 140(1), 466-472. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijpe.2012.06.030
• Saaty, T.L. (1980). The Analytic Hierarchy Process, Planning, Priority Setting, and Resource Allocation, McGraw-Hill:NewYork, USA.
• Sergi, D. ve Ucal Sari, I. (2021). Prioritization of public services for digitalization using fuzzy Z-AHP and fuzzy Z-WASPAS. Complex & Intelligent Systems, 7(2), 841-856. doi: https://doi.org/10.1007/s40747-020-00239-z
• Schoenfelder, J., Bretthauer, K. M., Wright, P. D. ve Coe, E. (2020). Nurse scheduling with quick-response methods: Improving hospital performance, nurse workload, and patient experience. European Journal of Operational Research, 283(1), 390-403. doi: https://doi.org/10.1016/j.ejor.2019.10.047
• Shuib, A. ve Kamarudin, F. I. (2019). Solving shift scheduling problem with days-off preference for power station workers using binary integer goal programming model. Annals of Operations Research, 272(1), 355-372. doi: https://doi.org/10.1007/s10479-018-2848-5
• Soukour, A.A., Devendeville, L., Lucet, C. ve Moukrim, A. (2013). A memetic algorithm for staff scheduling problem in airport security service. Expert Systems with Applications, 40(18), 7504-7512. doi: https://doi.org/10.1016/j.eswa.2013.06.073
• Subçiller, A.A. ve Erbilek, P. (2022). AHP ve hedef programlama ile bir üniversite kütüphanesindeki kısmi zamanlı personellerin çizelgelenmesi. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 27(1), 1-12. doi: https://doi.org/10.5505/pajes.2020.86383
• Triantaphyllou, E. ve Mann, S. H. (1989). An examination of the effectiveness of multi-dimensional decision-making methods: A decision-making paradox. Decision Support Systems, 5(3), 303-312. https://doi.org/10.1016/0167-9236(89)90037-7
• Varlı, E. ve Eren T. (2017). Vardiya çizelgeleme problemi ve bir örnek uygulama. Bilişim Teknolojileri Dergisi, 10(2), 185-197. doi: https://doi.org/10.17671/gazibtd.309302
• Vermuyten, H., Rosa, J. N., Marques, I., Belien, J. ve Barbosa-Póvoa, A. (2018). Integrated staff scheduling at a medical emergency service: An optimisation approach. Expert systems with applications, 112, 62-76. doi: https://doi.org/10.1016/j.eswa.2018.06.017
• Yaghini, M., Karimi, M. ve Rahbar, M. (2015). A set covering approach for multi-depot train driver scheduling. Journal of Combinatorial Optimization, 29(3), 636-654. doi: https://doi.org/10.1007/s10878-013-9612-1
• Zavadskas, E. K., Turskis, Z., Antucheviciene, J. ve Zakarevicius, A. (2012). Optimization of weighted aggregated sum product assessment. Elektronika ir elektrotechnika, 122(6), 3-6. doi: https://doi.org/10.5755/j01.eee.122.6.1810
• Xiong, L., Zhong, S., Liu, S., Zhang, X. ve Li, Y. (2020). An approach for resilient-green supplier selection based on WASPAS, BWM, and TOPSIS under intuitionistic fuzzy sets. Mathematical Problems in Engineering, 2020:1761893. doi: https://doi.org/10.1155/2020/1761893