人員配置スケジューリング技術とその応用

人員配置スケジューリング問題とは

病院などの交代制勤務の職場では、従業員が効率的に勤務できる勤務シフトを作成する必要があります。しかし、勤務シフトの作成のためにさまざまな条件を考慮しなければならないため、非常に手間と時間がかかるという課題があります。

「仕事を誰に割り当てると効率的か」という問題は、人員配置スケジューリング問題(ナーススケジューリング問題:NSP)と呼ばれています。そしてこの問題に対してすべての条件を満たした最適解を求める数学的な解法は存在していません。ただし、実用上は最適解ではなくなるべく多くの条件を満たしたスケジュールで良いため、IS研究所ではそのようなスケジュールを効率よく作成できるアルゴリズムを追求しました。


病院のシフト勤務を効率化

病院では看護師の勤務シフトを作成するために以下のような条件を考慮しています。

  • 1日の中の条件:夜勤者は毎日3名必要、新人同士の組合せは回避
  • 1ヶ月間の条件:各看護師の1ヶ月間の夜勤回数を平均化
  • 勤務パターンの条件 :休みの翌日の深夜勤務をなるべく回避
  • 看護師の希望:有休の希望
  • etc.

IS研究所では、この問題を数理モデル化してそれぞれの条件に勤務シフトがどのくらい適合しているかを評価して、良い評価値が高速に得られるようなアルゴリズムを開発しました。

注意すべき点は、自動化により素早く解を出せたとしても作成された勤務表に多くの修正が必要になってはその作業に時間がかかり自動化の意味が薄れてしまうことです。そのため、このアルゴリズムは計算が速いだけでなく実用に耐えうる解が出せるかどうかを重視しました。

その結果、熟練した看護師長に比肩する勤務シフトが自動作成できるアルゴリズムが実現でき、セコムトラストシステムズ(株)の「e-革新すけじゅーる」に組み込まれ、多くの病院で利用されています。

さらに、このアルゴリズムは汎用性が高く、複雑多様な条件に対応可能なので病院以外の業務にも活用されています。たとえばセコムでは、全国各地の緊急対処員や管制員の勤務シフトの作成にこのアルゴリズムを活用しています。

e-革新すけじゅーる勤務表編集画面
e-革新すけじゅーる勤務表編集画面

勤務表作成自動化の効果

自動化による勤務表作成時間短縮の効果の例を挙げると、すべて手作業で作成した場合と自動作成した場合を比べて9割以上の時間を削減できたケースもあります。すると勤務表作成担当者はその分の作業時間を他の業務に充てられ、業務効率も上がります。また勤務を公平に割り振り、偏りの少ない公平感のある勤務表を作成しやすくなるという効果もあります。

手作業のときの作業時間と削減率
手作業のときの作業時間と削減率

また柔軟なシフトを作成することで人件費の削減も期待できます。コールセンターでは電話の呼量からその日に必要なスタッフの人数を時間毎に決定しています。電話呼量は時間毎に変化をしているので、シフトが2つの場合はスタッフを多めに配置せざるを得ません。すると無駄が発生しています。それに対して自動作成した場合は、シフトを細分化して必要な人数に合わせたスタッフの配置ができ、無駄を抑えられます。

シフトの細分化による作業負担の改善
シフトの細分化による作業負担の改善

このように勤務シフト作成自動化は、作業そのものを効率化するだけではない効果を生み出せます。人員配置スケジューリング問題は、ここで挙げた例以外にもコンビニエンスストアやホテルなどさまざまな分野に存在しているので、勤務シフト作成自動化のニーズは高いと思われます。