طراحی شبکه زنجیره تامین -بررسی مقاله چهارم

مدل بهینه سازی دو هدفه برای بازطراحی شبکه انبار

مقدمه

امروزه جهت بهبود قدرت رقابت­‌پذیری سازمان‌ها، مدیریت زنجیره‌تامین امری حیاتی محسوب شده و تمایل سازمان‌ها را به کسب‌وکار در وسعت جهانی بیش از پیش افزایش می‌دهد. بر این اساس، رویکردهای مدیریتی و متدهای بکارگیری تصمیمات کسب‌وکار به طور چشمگیری تغییر کرده است. برخلاف مسایل  طراحی شبکه زنجیره‌تامین، مساله بازطراحی بایستی موقعیت و ویژگی‌ها و محدودیت‌های فعلی شبکه زنجیره‌تامین را درنظر گرفته و با یافتن روندی تدریجی، از وضعیت فعلی به پیکربندی مطلوب دست یابند. اغلب مسائل بازطراحی شبکه انبارها با فعالیت‌هایی چون ادغام انبارهای اصلی به تعداد کمتر ولی وسیعتر، توقف تدریجی انبارهای غیرضروری یا بلااستفاده و احداث انبارهای جدید در مکان‌های بالقوه بدون کاهش سطح خدمت رسانی به مشتریان سروکار دارد. بازطراحی شبکه انبارها، امکان صرفه­‌جویی در مدیریت هزینه موجودی، حمل‌­ونقل و انبارها با حذف انبارهای زاید و ایجاد یک شبکه با تعداد انبارهایی کمتر اما وسیعتر برای استفاده بهتر از ظرفیت‌ها را به سازمان می­‌دهد.

در طراحی سنتی شبکه زنجیره‌تامین، تمام تسهیلات در دسترس درنظر گرفته می­‌شوند و عدم دسترسی و خرابی برای تسهیلات وجود ندارد، اما در دنیای واقعی، باتوجه به مفهوم "تولید بهنگام" ، امکان خرابی یا عدم دسترسی تسهیلات وجود دارد که در این صورت شبکه با کمبود موجودی مواجه می­شود. شبکه، کمبود موجودی را می‌تواند با ظرفیت سایر تسهیلات جبران کند که ممکن است بهینه نباشد. گسترش شبکه ممکن است به سطح خدمات مشتری ضربه زده و پیامدهای منفی مالی داشته باشد. ویرانی ناشی از طوفان کاترینا و زلزله و سونامی ژاپن، تاثیر برجسته قابلیت اطمینان در شبکه زنجیره‌تامین را نشان داد.

 

پیشینه پژوهش

دو عامل زیر باعث ایجاد تمایز در مفهوم طراحی سنتی و بازطراحی در شبکه‌های زنجیره‌تامین می‌شوند:

·         موقعیت مکان‌های بالقوه مناسب(مثل تعداد و سطح ظرفیت تسهیلات، هزینه­‌های انبارداری و حمل­‌ونقل)

·         تغییر تدریجی موقعیت تسهیلات در بازطراحی

باید در نظر داشت که تغییر در موقعیت شبکه (خرابی، تغییر در هزینه و غیره) به همراه بهبود سطح خدمات به مشتریان، نیازمند سرمایه­‌گذاری قابل توجه و تاثیر بلندمدت بر کارایی فعالیت‌های زنجیره‌تامین است. موضوع بازطراحی، به خوبی طراحی سنتی، در مسایل و پژوهش‌ها مورد بررسی قرار نگرفته است . بعلت مطالعات وسیع در حوزه طراحی سنتی، در این مقاله فقط مطالعات اخیر مرتبط با بازطراحی ، قابلیت اطمینان و عدم‌قطعیت در شبکه زنجیره‌تامین ذکر شده است.

بازطراحی در شبکه زنجیره‌تامین

Melachrinoudis et al.(1999)یک فرایند سلسله مراتبی، برای نشان دادن محل بهینه در شبکه زنجیره‌تامین و مکان یابی مجدد تسهیلات اعم از انبارها و کارخانه ها ارائه کرده­‌اند. Melachrinoudis et al (2000)مدلی چند هدفه برای ادغام تدریجی تسهیلات در چند دوره به همراه توقف تدریجی تسهیلات در انتهای دوره­‌ها پیشنهاد کرده‌اند. Zhang & huang(2000) مدل برنامه­‌ریزی عدد صحیح چندمنبعی، تک محصولی و چند دوره­‌ای را برای شبکه تولید جهانی در چین و همسایگانش پیشنهاد دادند که در آن هزینه در تمام دوره‌ها بایستی حداقل شود.

خرابی و عدم قطعیت در شبکه زنجیره‌تامین

Tang et al (2006)چشم‌اندازی برای شبکه زنجیره‌تامین به همراه خدمات­‌رسانی به مشتریان در زمان خرابی تسهیلات در نظر گرفته است که در آن تاثیر مهم خرابی تسهیلات بر کارایی زنجیره‌تامین با مثال‌های مختلف نشان داده شده است. Drenzer et al(1987) از پیشگامانی هستند که اولین مطالعات در حوزه مدلهای ریاضی مکان‌یابی تسهیلات همراه با عدم‌قطعیت در تامین‌کنندگان و امکان عدم فعالیت تسهیلات را ارائه کرده‌اند.Daskin et al.(2005) برای مساله مکان­یابی کلاسیک چندین روش حل را پیشنهاد کرد که در آن احتمال وقوع خرابی تسهیلات وجود دارد. مساله مجموع وزنی دو هدف را که شامل هزینه‌ها بدون خرابی و هزینه‌های مورد انتظار با درنظر گرفتن خرابی هستند، حداقل می­‌کند. Azaron et al.(2008)برنامه ریزی تصادفی چندهدفه برای شبکه زنجیره‌تامین تحت عدم قطعیت در تقاضا، تامین‌کنندگان، فرایند، حمل­‌ونقل، کمبود و هزینه­‌های توسعه ظرفیت پیشنهاد کردند که در آن تکنیک‌های حل بهینه پارتویی اعمال شد.

براساس پیشینه پژوهش ارائه شده در بالا، نقاط ضعف در حوزه بازطراحی شبکه انبارها به صورت زیر است:

·         اهمیت در نظر گرفتن مفاهیم قابلیت اطمینان و عدم قطعیت نادیده گرفته شده است.

·         محدودیت‌های مربوط به یک منطقه خاص در نظر گرفته نشده است ؛ چراکه در دنیای واقعی، هر منطقه برخی محدودیت‌های محیطی و جغرافیایی دارند که گسترش ظرفیت در آنها بر اساس موقعیتشان با محدودیت روبرو خواهند بود.

·         فقط یک نمونه از مدل زمان‌های تحویل در نظر گرفته شده است.

در این مقاله ، یک مدل یکپارچه با در نظر گرفتن مفاهیم قابلیت اطمینان، عدم قطعیت، محدودیت مناطق خاص و 2 نوع زمان تحویل توسعه داده شده است. مدل برای بازطراحی شبکه انبارها با قابلیت اطمینان و احتمال از کار افتادگی تسهیلات تهیه شده است. اهداف مساله شامل به حداقل رساندن هزینه‌های ثابت، تولید، حمل­ونقل، مکان­یابی مجدد و گسترش ظرفیت و همچنین حداکثر کردن درصد پوششی تقاضای مشتریان در زمان تحویل درنظر گرفته شده است. به علت تعارض در اهداف، مدل با ϵ-constraint حل شده است.

تعریف مساله

مساله مورد بحث شامل مجموعه­ای از کارخانجات در سطح تولید از پیش تعیین شده، مجموع انبارهای در دسترس و بالقوه با امکان خرابی، مناطق مشتری از پیش تعیین شده، مجموعه ای از سناریوها، تقاضای احتمالی و هزینه­‌های حمل­‌ونقل و انبارها و خرابی است.

در این شبکه دو نوع زمان تحویل ارائه شده است:

1.      زمان تحویل مورد انتظار te که تقاضای تمام مشتریان برآورده شود.

2.      زمان تحویل مطلوب tf که مشتریان ترجیح می‌­دهند که تقاضا خود را در این بازه زمانی دریافت کنند که احتمال وقوع تاخیر در این نمونه وجود دارد.

هدف مساله ،ادغام ظرفیت انبارهای در دسترس که دارای ظرفیت مازاد و یا در مکان غیربهینه قرار دارند و بازگشایی انبارهای جدید در مناطق مناسب با پذیرش ظرفیت انبارهای دیگر و تعیین جریان بین تسهیلات با حداقل هزینه است. در مساله، تحویل تقاضا در حداکثر مقدار خود، در زمان tf مدنظر قرار داده شده است و برای هر پیکر­بندی بازطراحی شبکه، درصد تقاضای مشتریان که در tf می­تواند تحویل داده شوند، را تعیین می­‌شود. واضح است با خدمت‌رسانی به مشتریان بیشتر در این زمان، هزینه­‌های شبکه افزایش خواهد یافت و بالعکس؛ از اینرو تعامل بین هزینه­‌ها و پوشش‌دهی مشتریان یک مساله دوهدفه را ساخته است. پس مساله مدل را بعنوان بهینه سازی دو هدفه در نظر گرفته است .

مفروضات مساله

·         تقاضا و هزینه­‌های حمل­‌ونقل و انبار قطعی نیستند.

·         کمبود در شبکه­‌ها مجاز نیست.

·         مکان‌های بالقوه در دسترس هزینه­‌های ثابت و قطعی دارند که یکی برای انبارهای در دسترس است و دیگری احداث انبارهای جدید است.

·         انبارها تحت تملک شرکت­های خصوصی هستند. هزینه‌­های ثابت شامل هزینه­‌های نظارت، فرایند اطلاعات و خدمات قانونی است.

·         زمانی که یک انبار با سایر انبارها ادغام می­‌شود، تمام ظرفیت آن جابجا می­‌شود.

مدلسازی مساله

هدف :

1.      حداقل کردن هزینه مورد انتظار در تمام سناریوها

2.      حداکثر سازی پوشش‌دهی مشتریان در زمان تحویل داده شده که توسط مدیران شبکه تعیین می­‌شود.

هزینه­‌ها در هدف اول به دو دسته تقسیم می‌شوند:

1.      هزینه‌­های قطعی شامل هزینه­‌های ثابت انبار و هزینه­‌های مکان­‌یابی مجدد و میزان ذخیره موجودی

2.      هزینه های غیرقطعی شامل هزینه‌های انبار و حمل‌ونقل

محدودیت‌ها

3.هزینه شبکه در هر سناریو را نشان می­‌دهد .

4.ظرفیت تولید در هر کارخانه را نشان می­‌دهد که میزان تولید از ظرفیت مجاز بالاتر نرود.

5.بیانگر این است که جریان ورودی هر انبار با جریان خروجی آن برابر است.

6.تمام تقاضای مشتریان بایستی برآورده شود.

7.این محدودیت نشان می­‌دهد که اگر انباری با سایر انبارها ادغام شده و یا بسته شود ، ظرفیت آن انبار دیگر دردسترس نیست و اگر انبار باز بماند می­‌توان ظرفیت سایر انبارها به آن افزوده شود.

8.در صورت احداث انبار جدید امکان ادغام آن با سایر انبارها وجود دارد و می­تواند پذیرای ظرفیت سایر انبارها باشد.

9.نشان می­‌دهد انبارهای موجود با 3 تصمیم روبرو هستند : بستن انبار –ادغام با سایر انبارها– برقرار ماندن انبار

10.تضمین می­‌کند اگر انباری در دسترس باشد، حداکثر تعداد محصولی که به سایر انبار ها می­‌فرستد برابر با ظرفیت آن بعلاوه ظرفیت‌های ادغامی از انبارهای دردسترس با این انبار است. بنابراین اگر یک انبار بالقوه در دسترس قرار بگیرد، حداکثر تعداد محصولاتی از این انبار فرستاده شود حداکثر برابر با ظرفیت در دردسترس ناشی از ادغام با انبارهای در دسترس است.

11. نشان می­‌دهد که کل ظرفیت انبارها که با انباری ادغام می­‌شود نباید از ظرفیت منطقه تجاوز نماید.

12.زمان انتقال به مشتری نمی­‌تواند و نباید از زمان تحویل مورد انتظار فراتر رود.

رویکرد حل

در مسایل بهینه­‌سازی چندهدفه تعدادی اهداف متعارض وجود دارد که باید به صورت همزمان بهینه شوند. برای این منظور حل بهینه پارتویی معرفی شده است. حل بهینه پارتویی یک نقطه شدنی در فضای حل است که فقط یک هدف نمی‌تواند بهبود یابد، در صورتی که سایر اهداف خراب شوند. براساس این تعریف یک تعامل نتیجه بخش باید بین اهداف بوجود آید. روش‌های متعددی از جمله برنامه­‌ریزی آرمانی ، ϵ-constraint  و الگوریتمهای ارزیابی ارائه شده­‌اند. در مقابل مدل‌های اصلی در ϵ-constraint  ، رویکرد حل جدیدی وجود دارد که در آن برگشت به عقب‌های روش مرسوم حذف شده است. همچنین در این روش اشکالات متداول از جمله عدم اطمینان از کارایی راه‌حل‌های به دست آمده و افزایش زمان حل در مواقعی که مدل با بیش از دو تابع درگیر است، را ازبین می‌برد. روش اپسیلون محدودیت شامل دو فاز می‌باشد:

1.      ایجاد یک جدول بازده

2.      استفاده از محدوده‌ها از جدول برای اعمال روش

روش اپلسیون محدودیت تقویت شده(تعمیم یافته) از بهینه سازی لکزیکوگرافی در ایجاد جدول استفاده می‌کند و توابع هدف را برای تضمین تولید حل‌های بهینه پارتویی بهبود می‌بخشد. در رویکرد ϵ-constraint  تعمیم یافته متغیرهای کمبود و مازاد در توابع هدف اعمال خواهد شد و مدل را برای تولید فقط حل‌های بهینه در فشار قرار می­‌دهد.

برای بهبود زمان حل، زمانی که مساله ناشدنی باشد، مساله از حلقه‌های تو در تو خارج شده که این کار سرعت چشمگیری به الگوریتم می‌­بخشد. در این حل جدول بازده ارائه شده است که شامل بهترین و بدترین مقدار برای هر تابع هدف است. براساس نکات ذکر شده برای حل مسایل چندهدفه با k هدف با رویکرد حل ϵ-constraint ، مدل مورد نظر به صورت زیر می‌تواند نوشته شود:

که F فضای شدنی مساله ، f(p) بردار تابع هدف ، sj متغیر کمبود jمین تابع هدف که به صورت محدودیت در آمده است ، rj رده jمین محدودیت که از جدول بازده به دست می‌آید و eps یک عدد کوچک بین  و  است. قدم‌های حل در ϵ-constraint به صورت زیر است :

1.      رده تمام k-1 تابع هدف که بعنوان محدودیت استفاده می­‌شوند از جدول بازده استخراج شود.

2.      رده jمین تابع هدف به mj تا فاصله یکسان تقسیم می­‌شود یعنی mj+1 نقطه ایجاد می­‌شود که برای تغییر پارامتریکی سمت راست jمین تابع هدف به کار می­‌رود و مقدار ϵ به دست می‌آید.

3.      مدل ϵ-constraint  برای هر بردار ϵ به دست آمده از قدم2 حل می­‌شود.

 مطالعه موردی

مطالعه موردی این مقاله شرکت توزیعی دارو در شهر تهران است که شامل 2 مرکز تولید، 6 انبار در دسترس، 20مشتری است که داروها در مراکز تولیدی ساخته شده و بعد از انبار به دست مشتری می­‌رسد. برای بهبود قابلیت‌اطمینان شبکه زنجیره‌تامین، شرکت باید تصمیم در خصوص احداث 2 انبار در مکان های موردنظر و بستن انبارهای موجود و یا مکان‌یابی مجددشان را اتخاذ کنند. به دلیل اهمیت زمان تحویل در دارو ، دو نوع زمان تحویل در نظر گرفته شده است:

• Te=9 که شرکت در این بازه باید تمام داروها را به مشتریان برساند و تجاوز از این زمان مجاز نیست.

• Tf=4 که ممکن است تخطی در آن رخ دهد.

در مدل سه سناریو با احتمالهای 0.3 ، 0.6 و 0.1 در نظر گرفته شده است که در آن تقاضا و هزینه‌­های حمل­‌ونقل قطعی نبوده و برخی انبارها ممکن است در دسترس نباشند. هزینه ها به صورت ریال بوده و فقط یک دوره زمانی 1 ساله درنظر گرفته شده است.

شکل شماره 1 نشان می‌­دهد که 2 هدف در تعارض باهمند و شکل شماره 2 نشان می­‌دهد که تغییر در tf تاثیر چشمگیری بر حل پارتویی دارد. تحلیل حساسیت نشان داده شده در شکل، نشان می­‌دهد که در سطح سرویس مورد نظر (مثلا 70%) افزایش 25 درصد و سپس کاهش 25 درصدی در tf باعث به ترتیب 11 درصد کاهش هزینه و 55 درصد افزایش هزینه خواهد شد.این نتایج نشان می­‌دهد که هزینه­‌های شبکه به شدت به زمان tf وابسته است.

شکل 1

2 تاثیر قابلیت اطمینان بر بازطراحی شبکه

بازطراحی سعی در حذف ظرفیت‌های زاید و بلااستفاده و ادغام ظرفیت‌ها به شیوه مناسب‌تر است. در این مدل بدون امکان دسترسی به یکی از انبارها، شبکه نمی­‌تواند تقاضای موردنظر مشتریان را در مدت زمان تحویل مورد نظر برآورده کند.

برای واضح شدن موضوع ، مدل را تک هدفه و با هدف حداقل کردن هزینه‌های شبکه و فقط زمان تحویل te در نظر بگیرید. سناریو‌های زیر تعریف شده است:

S1 قبل از بازطراحی و بدون خرابی

S2 قبل از بازطراحی و با خرابی انبار 2 و بدون برنامه ریزی قابلیت اطمینان

S3 قبل از بازطراحی و با خرابی انبار 2 و با برنامه ریزی قابلیت اطمینان

S4 بعد از بازطراحی و بدون خرابی

S5 بعد از بازطراحی و با خرابی انبار 2 و بدون برنامه ریزی قابلیت اطمینان

S6 بعد از بازطراحی و با خرابی انبار 2 و با برنامه ریزی قابلیت اطمینان

6مدل وضعیت برای انبار شماره 2 در نظر گرفته شده است  و با درنظر گرفتن وقوع خرابی در انبار 2 در قبل از بازطراحی ، 10% کمبودی در شبکه وجود خواهد داشت که با هیچ ظرفیت اضافی جبران نمی­شود. در بعد از بازطراحی با وقوع خرابی در انبار 2 ، 32% کمبود وجود دارد که فقط 2% این کمبود با ظرفیت اضافی جبران خواهد شد. همان طور که توضیح داده شد، بازطراحی شبکه انبارها ظرفیت اضافی شبکه را از بین می­برد و از این رو کمبود توسط شبکه قابل جبران نیست.

نتیجه گیری

امروزه با افزایش رقابت شرکت‌ها، و نیازشان به بازطراحی زنجیره‌تامین خود با هدف کاهش هزینه‌ها و همچنین بهبود سطح خدمات، طراحی شبکه زنجیره‌تامین همراه با قابلیت اطمینان و وجود احتمال خرابی و عدم دسترسی تسهیلات، نظر بسیاری از پژوهشگران را به خود جلب کرده است. با توجه به هدف بازطراحی شبکه در حداقل کردن هزینه­‌ها با متمرکز کردن انبارها و همچنین امکان خرابی تسهیلات، امکان تحویل سفارش قابل توجهی از مشتریان غیرممکن است. این مقاله یک مدل دو سطحی دوهدفه مبتنی بر سناریو و برنامه‌ریزی خطی مختلط تصادفی برای بازطراحی شبکه انبارهای قابل اطمینان با توجه به عدم قطعیت در آنها ارائه کرده است. مدل تمایل به استفاده از حداکثر ظرفیت در مکان‌ها را دارد و همچنین بالا بردن سطح خدمات‌رسانی به مشتریان در دو نوع زمان تحویل از اهداف مدل بوده است. مدل با دو هدف متعارض سروکار دارد که به طور همزمان سعی در بهینه‌کردن هزینه کل و نرخ پوشش‌دهی مشتریان دارد.

مدل موردنظر با روش ϵ-constraint  حل شده است و یک مطالعه موردی در مراکز پخش دارو در شهر تهران بررسی شده است و تحلیل حساسیت حل پارتویی برای زمان تحویل توضیح داده شده است.
در این مطالعه تمرکز بر موضوعات عدم قطعیت در حوزه طراحی شبکه انبارها بوده است و رویکرد مبتنی بر سناریو در آن استفاده شده است. این مطالعه با در نظر گرفتن یک دوره ارائه شده است و می­توان برای مطالعات بعدی این مدل را برای مدل‌های چنددوره­ای توسعه داد که بالطبع آن، پیچیدگی مساله افزایش می‌یابد.

برداشت کوتاه از مقاله:

• مساله موردنظر دارای مدل برنامه‌ریزی خطی مختلط تصادفی دوسطحی و دوهدفه است.  
• مدل ارائه شده برای بازطراحی شبکه انبارها ارائه شده است که در آن دو نوع زمان تحویل در نظر گرفته شده است.
• دو تابع هدف مساله شامل مینیمم کردن هزینه­‌ها و ماکزیمم کردن سطح پوشش مشتریان است.
•  برای بدست اوردن حل بهینه پارتویی از ϵ-constraint حل شده است.
•   مدل در مراکز توزیع دارو تهران به کار گرفته شده است و تحلیل حساسیت نشان دهنده تاثیر زیاد زمان تحویل بر هزینه های شبکه است.