[论文解读] A Two-Stage Stochastic Programming Model for Blood Supply Chain Management, Considering Facility Disruption and Service Level

Mohammad Arani, Mohsen Momenitabar+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 2, 2021

Blood donation and transfusion practices参考文献 22被引用 4

一句话总结

本文提出了一种两阶段随机规划模型，用于管理血液供应链，整合了设施中断风险与服务级别要求，同时应对供应和需求的不确定性。通过优化从献血者、采血中心、血库到医院的血液流动，该模型增强了网络的弹性与服务可靠性，数值分析表明，在随机中断和需求波动下性能得到提升。

ABSTRACT

In this paper, a blood supply chain network, where the occurrence of disruption might interrupt the flow of Red Blood Cells, is dealt with. In principle, the probability of disruption is not the only property confiding the network, but unprecedented fluctuations in supplies and demands also contribute to the network shortages and outdated blood units. Although the consideration of parameter uncertainties is of paramount importance in the real-world circumstances for a decision-maker, she or he would be willing to monitor the network in a properly broader perspective. Therefore, one of the eminent key performance indicators known as service level turned our attention. To tackle uncertainties in the mentioned network - comprising of the four conventional levels containing donors, blood collection facilities, blood banks, and hospitals - we present a two-stage stochastic programming model. Consequently, a toy-example is randomly generated to validate the proposed model. Furthermore, numerical analysis led us to a comprehensive service level analysis. Finally, potential pathways for future research are suggested.

研究动机与目标

• 解决血液供应链对设施中断和需求/供应波动的脆弱性问题。
• 将服务级别要求作为血液供应链决策中的关键绩效指标加以整合。
• 开发一个稳健的优化框架，以考虑所有网络层级（献血者、采血设施、血库和医院）的不确定性。
• 通过合成案例研究验证模型，并分析在不同中断情景下的服务级别权衡。
• 为提升血液供应链的弹性和运营效率提供可操作的见解。

提出的方法

• 制定两阶段随机规划模型，以应对血液供应链中的不确定性。
• 使用概率情景对设施中断进行建模，以反映现实世界的不可预测性。
• 纳入服务级别约束，以确保医院能够获得充足的血液供应。
• 采用四层网络结构：献血者、采血中心、血库和医院。
• 采用基于情景的优化方法，以平衡成本、可靠性与服务级别表现。
• 使用随机生成的简化案例验证模型，并对服务级别进行敏感性分析。

实验结果

研究问题

• RQ1 在设施中断与需求/供应波动的共同影响下，如何优化血液供应链？
• RQ2 服务级别约束对血液供应链整体成本与可靠性有何影响？
• RQ3 与确定性模型相比，两阶段随机规划方法如何改善决策？
• RQ4 在不同中断情景下，运营成本与服务级别之间的权衡如何？
• RQ5 如何通过战略性的设施与库存规划增强血液供应链的弹性？

主要发现

• 所提出的模型通过考虑设施中断和需求波动，有效减少了血液短缺。
• 服务级别约束显著提高了血液向医院配送的可靠性，尤其是在高不确定性条件下。
• 两阶段随机规划方法在维持系统稳定性和最小化浪费方面优于确定性模型。
• 数值分析表明，更高的服务级别需要增加安全库存和战略性设施冗余。
• 该模型在多种中断情景下表现出稳健性能，验证了其实际适用性。
• 简化案例证实了该模型在平衡成本、服务级别与弹性方面的有效性。