[论文解读] Optimization of Distribution Network Configuration for Pediatric Vaccines using Chance Constraint Programming

Zahra Azadi, Sandra D. Ekşioğlu+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 9, 2020

Supply Chain and Inventory Management参考文献 35被引用 4

一句话总结

本文提出了一种基于机会约束规划的随机优化模型，以改善低收入和中等收入国家的儿童疫苗分发。通过建模需求不确定性并评估供应链设计、西林瓶尺寸以及新型疫苗技术，研究发现，取消区域层级并采用耐热疫苗可显著提高免疫接种覆盖率和疫苗可及性，同时减少浪费。

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.

研究动机与目标

• 解决低收入和中等收入国家（LMI）中冷链供应链效率低下导致的疫苗可及性不足和免疫接种覆盖率受限的问题。
• 评估供应链结构、疫苗西林瓶尺寸以及新型疫苗技术对免疫接种结果的影响。
• 在需求不确定性的条件下，最大化完全免疫儿童比例（FIC）和诊所的疫苗可及性。
• 基于数据驱动的随机优化框架，为LMI国家提供可操作的政策建议。

提出的方法

• 构建一个采用机会约束的随机优化模型，以处理儿童疫苗需求的不确定性。
• 建立四层供应链（国家级、区域级、县级、诊所）模型，并通过取消区域储存点评估三层次替代方案。
• 利用概率约束将开瓶浪费（OVW）和疫苗过期纳入模型。
• 评估不同西林瓶尺寸（1、5、10、20剂）之间的权衡及其对OVW和资源利用的影响。
• 分析新型技术（包括双腔疫苗和耐热疫苗）对储存需求和覆盖率的影响。
• 使用尼日尔国家扩大免疫规划（EPI）的真实世界数据对模型进行校准和验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 将供应链从四层减少到三层，对疫苗可及性和免疫接种覆盖率有何影响？
• RQ2 使用多种西林瓶尺寸（1、5、10、20剂）对开瓶浪费和整体疫苗可及性有何影响？
• RQ3 双腔疫苗在资源有限的环境中对储存容量和免疫接种覆盖率有何影响？
• RQ4 耐热疫苗在多大程度上能提高LMI国家的免疫接种覆盖率并减少浪费？
• RQ5 在采用新型疫苗技术时，如何在疫苗可及性、浪费减少和储存容量之间实现最优权衡？

主要发现

• 通过取消区域储存点来优化供应链，可提高平均完全免疫儿童（FIC）比例和供应比率（SR），尤其是在将冷链储存容量重新分配至诊所时效果更显著。
• 采用多种西林瓶尺寸可减少开瓶浪费（OVW），但由于库存和操作上的权衡，不总是能提高FIC或SR。
• 双腔疫苗虽可消除OVW并简化接种操作，但单位剂量的储存需求增加，反而降低了整体疫苗可及性。
• 耐热疫苗通过释放冷链储存空间，减少浪费并提高免疫接种覆盖率，是针对如DTP-Hep-Hib等高剂量疫苗的战略性投资。
• 将冷链储存容量从区域层级重新分配至诊所层级，可显著提升疫苗可及性和FIC，凸显了基础设施再分配的重要性。
• 该模型表明，与确定性或基于仿真的方法相比，采用机会约束的随机优化能提供更准确、更有效的疫苗供应链规划解决方案。