Planificación de personal y capacidad para centros de vacunación bajo incertidumbre: un enfoque de optimización de redes de colas difusas

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2026-06-11

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Universidad Distrital Francisco José de Caldas

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Olarte Barrera, Juan Camilo; Torres Castro, David Felipe; Figueroa-García, Juan Carlos; Franco, Carlos (2026). Planificación de personal y capacidad para centros de vacunación bajo incertidumbre: un enfoque de optimización de redes de colas difusas. Universidad Distrital Francisco José de Caldas. https://hdl.handle.net/11349/103457

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Resumen

Large-scale vaccination campaigns require operational configurations capable of maintaining service continuity under uncertain demand, variable service times, and limited staffing availability. This study proposes a fuzzy queueing network optimization framework to support staffing and capacity planning in mass vaccination centers. Unlike deterministic or purely stochastic approaches, the proposed model represents uncertain operational parameters through triangular fuzzy numbers, allowing expert-based estimates to be incorporated when historical data are scarce or incomplete. The fuzzy formulation is transformed into a nonlinear optimization problem using an α-cut methodology. Two operational objectives are analyzed: minimizing the total number of servers and maximizing the patient scheduling rate. The framework is evaluated using a three-station Jackson-type vaccination network representing verification, vaccination, and final registration stages. The results show that the proposed approach identifies bounded staffing intervals rather than single-point solutions. In the base configuration, the required number of servers ranges from 15 to 21 under maximum uncertainty and converges to 18 as uncertainty decreases. Similarly, the feasible patient scheduling rate ranges from 0.8 to 2.5 patients per minute and converges to approximately 1.6 patients per minute. The results also reveal nonlinear relationships among demand, staffing levels, waiting times, and queue lengths, indicating that congestion risk may arise not only under extreme demand but also under intermediate uncertainty conditions. Also, we adapt our proposal to analyze mass vaccination centers considering previous studies. These findings demonstrate that fuzzy queueing optimization can provide interpretable and actionable decision-support information for resilient vaccinationcenter planning.

Descripción

Las campañas de vacunación a gran escala requieren configuraciones operativas capaces de mantener la continuidad del servicio ante una demanda incierta, tiempos de servicio variables y disponibilidad limitada de personal. Este estudio propone un marco de optimización de redes de colas difusas (fuzzy) para apoyar la planificación de personal y capacidad en centros de vacunación masiva. A diferencia de los enfoques determinísticos o puramente estocásticos, el modelo propuesto representa los parámetros operativos inciertos mediante números difusos triangulares, lo que permite incorporar estimaciones basadas en el juicio experto cuando los datos históricos son escasos o incompletos. La formulación difusa se transforma en un problema de optimización no lineal utilizando una metodología de cortes-α (α-cut). Se analizan dos objetivos operativos: minimizar el número total de servidores y maximizar la tasa de programación de pacientes. El marco se evalúa utilizando una red de vacunación tipo Jackson de tres estaciones, que representa las etapas de verificación, vacunación y registro final. Los resultados muestran que el enfoque propuesto identifica intervalos acotados de personal en lugar de soluciones de un solo punto. En la configuración base, el número requerido de servidores varía entre 15 y 21 bajo incertidumbre máxima y converge a 18 a medida que la incertidumbre disminuye. De manera similar, la tasa factible de programación de pacientes varía entre 0.8 y 2.5 pacientes por minuto y converge a aproximadamente 1.6 pacientes por minuto. Los resultados también revelan relaciones no lineales entre la demanda, los niveles de personal, los tiempos de espera y las longitudes de las colas, lo que indica que el riesgo de congestión puede surgir no solo en condiciones de demanda extrema, sino también en condiciones de incertidumbre intermedia. Asimismo, adaptamos nuestra propuesta para analizar centros de vacunación masiva considerando estudios previos. Estos hallazgos demuestran que la optimización de colas difusas puede proporcionar información de apoyo a la decisión interpretable y accionable para la planificación resiliente de centros de vacunación.

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