[논문 리뷰] Optimization of Distribution Network Configuration for Pediatric Vaccines using Chance Constraint Programming

Zahra Azadi, Sandra D. Ekşioğlu외 1명|arXiv (Cornell University)|2020. 06. 09.

Supply Chain and Inventory Management참고 문헌 35인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 저소득 및 중소소득 국가에서 소아 예방접종 유통을 향상시키기 위해 확률적 최적화 모델을 제안하며, 가능성이 있는 요구량을 고려한 조건 제약 프로그래밍을 사용한다. 수요의 불확실성과 공급망 설계, 병용 용량, 새로운 백신 기술을 모델링하여 분석한 결과, 지역 단위 저장소를 제거하고 내열성 백신을 도입할 경우 예방접종 커버리지와 백신 가용성을 높이며 폐기물을 줄이는 것으로 나타났다.

ABSTRACT

Millions of young people are not immunized in low- and middle-income (LMI) countries because of low vaccine availability resulting from inefficiencies in cold supply chains. We create supply chain network design and distribution models to address the unique characteristics and challenges facing vaccine supply chains in LMI countries. The models capture the uncertainties of demand for vaccinations and the resulting impacts on immunization, the unique challenges of vaccine administration (such as open vial wastage), the interactions between technological improvements of vaccines and immunizations, and the trade-offs between immunization coverage rates and available resources. The objective is to maximize both the percentage of fully immunized children and the vaccine availability in clinics. Our research examines how these two metrics are affected by three factors: number of tiers in the supply chain, vaccine vial size, and new vaccine technologies. We tested the model using Niger's Expanded Program on Immunization, which is sponsored by the World Health Organization. We make many observations and recommendations to help LMI countries increase their immunization coverage.

연구 동기 및 목표

• 저소득 및 중소소득(LMI) 국가에서 냉장 공급망의 비효율성이 백신 가용성과 예방접종 커버리지에 제한을 줄 수 있는 문제를 해결하기 위해.
• 공급망 구조, 백신 병용량, 새로운 백신 기술이 예방접종 결과에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 수요의 불확실성 하에서 완전 예방접종을 받은 어린이(FIC) 비율과 클리닉 내 백신 가용성을 동시에 최대화하기 위해.
• 데이터 기반의 확률적 최적화 프레임워크를 활용해 LMI 국가에 실질적인 정책 권고안을 제공하기 위해.

제안 방법

• 소아 백신에 대한 수요의 불확실성을 다루기 위해 조건 제약이 포함된 확률적 최적화 모델을 수립한다.
• 국가, 지역, 지구, 클리닉의 네 단계 공급망을 모델링하고, 지역 저장소를 제거한 세 단계 대안을 평가한다.
• 개방 병용 폐기(OVW)와 백신 기한 만료를 확률적 제약 조건을 사용해 모델에 통합한다.
• 1, 5, 10, 20제제 병용 용량 간의 상호작용이 OVW와 자원 활용도에 미치는 영향을 평가한다.
• 이중 챔버 백신과 내열성 백신과 같은 새로운 기술의 영향을 저장 필요량과 커버리지에 대해 분석한다.
• 니제르의 확대 예방접종 프로그램(EPI)에서 수집한 실제 자료를 활용해 모델의 校정 및 검증을 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 공급망을 네 단계에서 세 단계로 줄일 경우 백신 가용성과 예방접종 커버리지에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 다양한 병용 용량(1, 5, 10, 20제제)을 혼용할 경우 개방 병용 폐기와 전체 백신 가용성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 이중 챔버 백신은 자원이 제한된 환경에서 저장 용량과 예방접종 커버리지에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 내열성 백신이 LMI 국가에서 예방접종 커버리지 향상과 폐기물 감소에 얼마나 기여하는가?
• RQ5 새로운 백신 기술을 도입할 경우 백신 가용성, 폐기물 감소, 저장 용량 간 최적의 트레이드오프는 무엇인가?

주요 결과

• 지역 저장소를 제거한 공급망 단순화로 평균 완전 예방접종을 받은 어린이(FIC)와 공급 비율(SR)이 증가하며, 특히 냉장 저장 용량을 클리닉으로 재할당할 경우 더욱 두드러진다.
• 다양한 병용 용량 조합을 사용하면 개방 병용 폐기(OVW)가 감소하지만, 재고 및 취급의 트레이드오프로 인해 항상 FIC나 SR이 높아지는 것은 아니다.
• 이중 챔버 백신은 OVW를 제거하고 투여를 단순화하지만, 제제당 저장 용량 요구량이 증가해 전체 백신 가용성이 감소한다.
• 내열성 백신은 냉장 저장 공간을 확보함으로써 폐기물을 줄이고 예방접종 커버리지를 높이며, DTP-혈액형- Hib와 같은 고용량 백신에 전략적 투자로 적합하다.
• 냉장 저장 용량을 지역에서 클리닉 수준으로 재할당할 경우 백신 가용성과 FIC가 크게 향상되며, 이는 인프라 재할당의 중요성을 입증한다.
• 모델은 확률적 최적화와 조건 제약 조건을 통한 접근이 결정론적 또는 시뮬레이션 기반 접근보다 더 정확하고 효과적인 솔루션을 제공함을 입증한다.