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Co-creative nurse scheduling system to improve membership using reinforcement learning

Research Project

Project/Area Number 19K04906
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 25010:Social systems engineering-related
Research InstitutionNiigata College of Nursing

Principal Investigator

Nagayoshi Masato  新潟県立看護大学, 看護学部, 准教授 (70426542)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Keywords強化学習 / ナース・スケジューリングシステム / 動的スケジューリング / 看護の質 / メンバーシップ / 共創 / ライフステージ / インタラクション / マルチエージェント / ナーススケジューリング
Outline of Research at the Start

本研究では、看護の質の向上を目的として、勤務表作成ルールの明確化・共有を通じた師長・スタッフナース間のメンバーシップ向上に寄与する強化学習と看護師長とのインタラクションに基づく共創的ナース・スケジューリングシステムを開発する。これを実現するために、①強化学習を用いたナース・スケジューリングシステムの開発、②強化学習と看護師長とのインタラクションによる勤務表作成ルールの明確化、③急な勤務変更への対応、の三段階で研究をすすめ、実用性のあるシステムを開発する。

Outline of Final Research Achievements

This study aims to develop a nurse scheduling system that contributes to improving membership through work schedule creation. First, I have proposed a work modification method using reinforcement learning in a constructive nurse scheduling system. Next, I have extended the system to dynamic nurse scheduling, which enables modification of the work schedule due to the occurrence of absences and other factors. Furthermore, I have confirmed that it is possible to create appropriate work schedules even when there are nurses with different evaluations of work patterns. Consequently, I have shown an example of a nurse scheduling system that can interact with reinforcement learning and the head nurse to improve membership.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究成果の学術的意義は、強化学習と看護師長のインタラクションが可能なナース・スケジューリングを開発した点である。
本研究成果の社会的意義は、ナース・スケジューリングに限らず、工場やコンビニエンスストアなどでのスタッフ・スケジューリングや製品生産スケジューリングにも適用可能であり、広範なスケジューリング分野に貢献できる点である。さらに、ナースの個性やライフステージに応じた勤務形態の価値を考慮することができるため、今後の人材採用計画の基礎資料となる可能性がある。このように、医療施設だけでなく、多様な企業や社会全体に対しても大きな波及効果が期待される。

Report

(6 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (23 results)

All 2024 2023 2022 2021 2020 2019 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 5 results) Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] A Dynamic Nurse Scheduling Approach Using Reinforcement Learning to Address Sudden Absences of an Unknown Nurse2022

    • Author(s)
      Masato Nagayoshi and Hisashi Tamaki
    • Journal Title

      Journal of Advances in Artificial Life Robotics

      Volume: 3 Issue: 3 Pages: 174-178

    • DOI

      10.57417/jaalr.3.3_174

    • ISSN
      2435-8061
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] An Approach of Exchanging Work Shifts Using Reinforcement Learning on a Constructive Nurse Scheduling System2022

    • Author(s)
      Masato Nagayoshi, Hisashi Tamak
    • Journal Title

      Journal of Robotics, Networking and Artificial Life

      Volume: 9 Issue: 2 Pages: 154-158

    • DOI

      10.57417/jrnal.9.2_154

    • ISSN
      2352-6386, 2405-9021
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A Survey On The Present Status about Required Time and Recognition of Supports for Managers to Prepare A Work Timetable in The Medical Treatment and Supervision Act Ward2021

    • Author(s)
      安達 寛人、中村 幸恵、永吉 雅人、岡村 典子
    • Journal Title

      Journal of Japan Academy of Psychiatric and Mental Health Nursing

      Volume: 30 Issue: 1 Pages: 59-65

    • DOI

      10.20719/japmhn.30.20-011

    • NAID

      130008058999

    • ISSN
      0918-0621, 2432-101X
    • Year and Date
      2021-06-30
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A Multi-agent Reinforcement Learning Method for Role Differentiation Using State Space Filters with Fluctuation Parameters2021

    • Author(s)
      Nagayoshi Masato、Elderton Simon J. H.、Tamaki Hisashi
    • Journal Title

      Journal of Robotics, Networking and Artificial Life

      Volume: 8(1) Issue: 1 Pages: 6-9

    • DOI

      10.2991/jrnal.k.210521.002

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A Promoting Method of Role Differentiation using a Learning Rate that has a Periodically Negative Value in Multi-agent Reinforcement Learning2020

    • Author(s)
      Nagayoshi Masato, Simon J. H. Elderton and Hisashi Tamaki
    • Journal Title

      Journal of Robotics, Networking and Artificial Life

      Volume: 6(4) Issue: 4 Pages: 221-224

    • DOI

      10.2991/jrnal.k.200222.003

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Constructive Nurse Scheduling Using Reinforcement Learning Considering Variations in Nurse Work Patterns2024

    • Author(s)
      Masato Nagayoshi and Hisashi Tamaki
    • Organizer
      The 2024 International Conference on Artificial Life and Robotics
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 勤務パターンの評価の異なる看護師を考慮した強化学習を用いた構築型ナーススケジューリング.2023

    • Author(s)
      永吉雅人,玉置久
    • Organizer
      2023年電気学会電子・情報・システム部門大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] A dynamic nurse scheduling using reinforcement learning: Dealing with various sudden absences of a nurse2023

    • Author(s)
      Masato Nagayoshi and Hisashi Tamaki
    • Organizer
      The 2023 International Conference on Artificial Life and Robotics
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 強化学習を用いた動的ナース・スケジューリング:さまざまな急な欠勤への対応2022

    • Author(s)
      永吉雅人,玉置久
    • Organizer
      電気学会 システム・制御合同研究会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 急な欠勤への対応を考慮した強化学習による動的ナース・スケジューリング2022

    • Author(s)
      永吉雅人,玉置久
    • Organizer
      計測自動制御学会 システム・情報部門 学術講演会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] 強化学習を用いた急な欠勤発生に伴う動的ナース・スケジューリングの試み2022

    • Author(s)
      永吉雅人,玉置久
    • Organizer
      2022年電気学会電子・情報・システム部門大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] A basic study of how to exchange work shifts using reinforcement learning on a constructive nurse scheduling system2022

    • Author(s)
      Masato Nagayoshi and Hisashi Tamaki
    • Organizer
      International Conference on Artificial Life and Robotics 2022 (ICAROB’22)
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 構築型ナーススケジューリングシステムにおける強化学習を用いた勤務修正法:報酬設定に関する基礎的検討2021

    • Author(s)
      永吉雅人, 玉置久
    • Organizer
      電気学会システム・制御合同研究会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 構築型ナーススケジューリングシステムにおける強化学習を用いた勤務修正法2021

    • Author(s)
      永吉雅人, 玉置久
    • Organizer
      計測自動制御学会 システム・情報部門 学術講演会(SSI2021)
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 強化学習を用いた構築型ナーススケジューリングシステムの試み2021

    • Author(s)
      永吉雅人, 玉置久
    • Organizer
      2021年電気学会電子・情報・システム部門大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] A Method of Role Differentiation Using a State Space Filter with a Waveform Changing Parameter in Multi-agent Reinforcement Learning2021

    • Author(s)
      Masato Nagayoshi, Simon Elderton, Hisashi Tamaki
    • Organizer
      International Conference on Artificial Life and Robotics 2021
    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] マルチエージェント強化学習における揺らぎパラメータつき状態フィルタを利用した役割分化2020

    • Author(s)
      永吉雅人, エルダトン・サイモン,玉置久
    • Organizer
      電気学会システム・制御合同研究会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] A Promoting Method of Role Differentiation Using a Learning Rate that Has a Periodically Negative Value in Multi-agent Reinforcement Learning2020

    • Author(s)
      Masato Nagayoshi, Simon Elderton, and Hisashi Tamaki
    • Organizer
      International Conference on Artificial Life and Robotics 2020
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 医療観察法病棟における勤務計画表作成に関する実態調査2019

    • Author(s)
      安達寛人,中村幸恵,永吉雅人,岡村典子
    • Organizer
      日本精神看護保健学会 第29回学術集会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 強化学習における「認知の歪み」を利用した役割分化の促進:周期的に負の値をとる学習率に関する基礎的検討2019

    • Author(s)
      永吉雅人,エルダトン・サイモン,玉置久
    • Organizer
      2019年電気学会電子・情報・システム部門大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] マルチエージェント強化学習における周期的に負の値をとる学習率に関する基礎的検討2019

    • Author(s)
      永吉雅人,エルダトン・サイモン,玉置久
    • Organizer
      計測自動制御学会 システム・情報部門 学術講演会(SSI2019)
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] マルチエージェント強化学習における周期的に1以上の値をとる割引率に関する基礎的検討2019

    • Author(s)
      永吉雅人,エルダトン・サイモン,玉置久
    • Organizer
      電気学会 システム・制御合同研究会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Remarks] Masato Nagayoshi

    • URL

      https://members.niigata-cn.ac.jp/nagayosi/work-list-top.html

    • Related Report
      2023 Annual Research Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2025-01-30  

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