Sustainable blood supply chain optimization: addressing demand and supply, collaborative strategies, and a closed-loop system

May 30, 2025

O sangue desempenha um papel importante na vida humana. Garantir a sua disponibilidade é imperativo para os cuidados de saúde dos doentes, tornando a prevenção da escassez de sangue uma preocupação primordial na gestão da Cadeia de Abastecimento de Sangue (CAS). Os desafios inerentes à tomada de decisões no âmbito da CAS são influenciados pelas flutuações nas doações e pela procura de sangue. Esta tese pretende ajudar na tomada de decisão desta cadeia e para tal utiliza técnicas de otimização para aprofundar alguns dos seus problemas. Esta tese tem quatro objetivos. Primeiro, analisar como a literatura aborda a CAS (nomeadamente, recolher os seus problemas e desafios) e a sustentabilidade na CAS propondo um framework conceptual que caracterize este sistema. Segundo, abordar o problema da localização-alocação da CAS, alinhando-o com a distribuição da população, incorporando a alocação de doadores e considerando o horizonte de nível de decisão estratégico-tático. O estudo utiliza a formulação de programação inteira linear mista (MILP) para otimizar a atribuição de dadores, analisar a distribuição da capacidade e explorar a rede de produção/distribuição de sangue para otimizar o fluxo. Terceiro, com base nos resultados do estudo anterior, explorar a CAS de uma forma estratégico-tática, focando nas atividades de transshipment a downstream entre os centros de sangue e os hospitais. Ambos os problemas estudados têm em conta múltiplos produtos sanguíneos. Por fim, a um nível operacional, abordar as decisões da CAS relacionadas com a frequência de sangue transportado, procura não satisfeita, armazenamento de sangue e quantidades em diferentes infraestruturas. Um algoritmo genético foi desenvolvido, sendo usado como ferramenta de resolução do problema em estudo. Em resumo, esta tese contribui com novos conhecimentos para a literatura desenvolvendo três modelos genéricos de otimização que ajudam a identificar estratégias para minimizar o desperdício no planeamento, sendo aplicados no contexto da CAS Portuguesa. Blood holds a significant role in human life. Ensuring its availability through healthcare services is imperative for patient care, making the prevention of blood shortages a primary concern in the management of the Blood Supply Chain (BSC). The BSC encompasses different processes. The challenges inherent in making decisions are influenced by fluctuations in donations and the demand for blood. Then, this thesis aims to help decision-making in this supply chain and to this end uses optimization techniques to explore some of the problems of the BSC. This thesis has four main objectives. First, to analyze how literature approaches BSC (namely, collect its problems and challenges) and sustainability in BSC by proposing a conceptual map that characterizes this system. Second, to address the BSC location-allocation problem, aligning with population distribution, incorporating donor allocation, and considering the strategic-tactical decision level horizon. The study uses mixed-integer linear programming formulation (MILP) to optimize donor allocation, analyze capacity distribution, and explore the blood production/distribution network for optimal flow, thereby improving service levels. Third, based on the results of the previous study, to explore BSC in a strategic-tactical way, with a focus on downstream transshipment activities between blood centers and hospitals. Both problems studied consider multiple blood products. Finally, and fourth, at an operational level, to address BSC decisions related to the frequency of blood transported, unsatisfied blood orders, blood storage and quantities at different locations. A genetic algorithm was developed and used as a tool to solve the problem under study. In summary, this thesis aims to contribute to the literature by developing three optimization models that help identify strategies to minimize waste in planning and by applying generic optimization tools with applicability to the Portuguese BSC.

Authors in the community:

• 

  A

  Ana Sofia Bernardo Torrado

  ist177466

  Affiliations and sources

  IST > CEGIST

  Centro de Estudos de Gestão do IST

Supervisors of this institution:

• 

  A

  Ana Paula Ferreira Dias Barbosa Póvoa

  ist13662

101825331

Doutoramento em Engenharia e Gestão

other-engineering-and-technologies - Other engineering and technologies

Keywords

• Blood Supply Chain
• Sustainability
• Strategic-tactical
• Tactical-operational
• Optimization
• Cadeia de Abastecimento de Sangue
• Sustentabilidade
• Estratégico-tático
• Tático-operacional
• Otimização

eng - English

Instituto Superior Técnico