Workload balancing in trasporation crew scheduling

Abstract

Bu çalışmada ulaşım sistemlerinin ekip planlama problemlerindeki iş yükü dengeleme konusu ele alınmıştır. Bu sistemlerde ekip üyelerini görevsiz konumlandırma (gerekli olmadığı bir yerden gerekli olduğu bir yere her hangi bir göreve atanmadan gönderilmesi) da olasıdır. Bu seçenek, ekip üyeleri arasında iş yükünü dengeli bir şekilde dağıtma amacıyla gereksiz yere kullanılabilir. Dengeli iş yükü dağıtımı problemini ele alan mevcut çalışmalar görevsiz konumlandırma olasığı olmayan sistemlere odaklanmıştır. Sonlu bir planlama ufkunda ekip üyelerinin görev dizilerine ataması yapılırken, personel arasında iş yükü tahsisi kabul edilebilir seviyede adil ve mümkün olduğunca hemen hemen eşit bir şekilde belirlenir. Bu konu, hastaneler ve havayolları gibi görev planlama ve görev atama süreçleriyle uğraşan işletmeler için de önemli bir planlama meselesidir. Taktik planlama düzeyinde, ekip çizelgeleri çeşitli kurallar ve kısıtlar açısından uygun bir şekilde yapılabilir; ancak, bu çizelgeler çalışanlar arasında iş yükünün dengesiz dağılımına neden olabilir. Buna ek olarak, dengesiz bir ekip programı kaçınılmaz fazla mesai maliyetlerine yol açabilir ve çalışm saatlerine bağlı tazminatların dağılımı açısından adaletsiz olabilir. Ele aldığımız iş yükü dengeleme problemi için kesin çözüm yöntemleri olarak bir ağ akış problemi gösterimi ve bir de ikili arama yöntemi geliştirildi. Sezgisel yöntemler olarak ise konvansiyonel operatörler kullanılarak, görev çizelgelerinin olurluluklarını koruyarak görevleri yeniden tahsis eden yerel komşuluk arama algoritmaları geliştirildi. Hesaplamalı deney sonuçları ekip planlama literatürünün iyi bilinen problem örnekleri ve Türk Devlet Demiryolları?nın en büyük ekip bölgelerinden alınan veri setleri için sunulmuştur.

We focus on workload balancing in crew scheduling problems of transportation systems where deadheading (repositioning with no duty) of crew is also possible. The deadheading option could be just used unnecessarily for the sake of balancing the workload among team members. Existing works have only focused on systems where deadheading is not considered. The assignment of crew members to a sequence of duties in a finite planning horizon is determined in such a way that the allocation of the workload among the crew members is acceptably fair and almost equal when possible. This issue is a common planning phenomenon for also other type of duty scheduling and rostering processes where teams of crew members are in consideration such as hospitals and airlines. At the tactical level, the crew schedules are feasible with respect to various restrictions and regulations; yet, they may result in an imbalanced share of workloads among the crew. In addition, unbalanced crew schedules may also cause unavoidable over-time costs and result in unevenness with respect to time-based compensations. A solution approach based on a network flow formulation of the problem is developed. In addition, we develop a binary search method as an exact algorithm and a pool of conventional heuristic methods that modify the schedules by reallocating the duties without disrupting the feasibilities. We present the results of our computational experiments with well-known problem instances from the crew scheduling literature and data sets that are representative of largest crew region in Turkish State Railways.