طراحی شبکه زنجیره تامین خون قابل اطمینان با اختلال در تسهیلات: یک کاربرد در دنیای واقعی

عنوان: طراحی شبکه زنجیره تامین خون قابل اطمینان با اختلال در تسهیلات: یک کاربرد در دنیای واقعی

چکیده:

تامین خون بیمارستان ها در هنگام فجایع یک مساله مهم در مدیریت زنجیره تامین است. در این مقاله، یک مدل مکان‌یابی-تخصیص استوار پویا برای طراحی یک شبکه زنجیره تامین خون تحت خطرات اختلال و عدم قطعیت در شرایط فاجعه ارائه شده است. یک رویکرد استوار مبتنی بر سناریو برای مقابله با عدم قطعیت ذاتی مسئله، مانند تنوع زیاد دوره ای در تقاضا و اختلال در تسهیلات، در مدل لحاظ شده است. فرض شده است که تأثیر اختلال در تسهیلات به میزان سرمایه گذاری اولیه برای افتتاح آنها بستگی دارد که تحت تأثیر بودجه تخصیص یافته است. استفاده از مدل توسط یک مثال موردی در دنیای واقعی اجرا می شود که به تقاضا و احتمال اختلال به عنوان پارامترهای نامشخص پرداخته است. برای مسائل در مقیاس بزرگ، دو الگوریتم فرا ابتکاری شامل الگوریتم رقابتی امپریالیستی خود سازگار و بهینه سازی علف های هرز تهاجمی، برای حل مدل ارائه شده است.

کلمات کلیدی: لجستیک، شبکه زنجیره تامین خون، تجزیه و تحلیل مکانیابی- تخصیص، اختلال و فاجعه، بهینه سازی استوار، تجزیه و تحلیل عملکرد

  مقدمه

مدیریت زنجیره تامین (SCM) اغلب به عنوان روشی برای برنامه ریزی، اجرا و کنترل عملیات زنجیره تامین بر اساس شیوه های کارآمد توصیف می شود. طراحی شبکه زنجیره تامین (SCND) نقش مهمی در عملکرد زنجیره تامین (SC) ایفا کرده است و بسیاری از چشم اندازهای SC مانند اطلاعات، محل امکانات و تخصیص مواد را در نظر می گیرد. SCND به عنوان یک مسئله مهم در تصمیمات استراتژیک و عملیاتی در محدوده SCM در نظر گرفته می شود.

مدیریت عرضه خون و محصولات آن از مسائل حیاتی برای بشریت است. خون یک کالای معمولی نیست زیرا تقاضای آن نسبتاً تصادفی است و هماهنگی م موثر بین عرضه و تقاضا هنوز در تحقیقات مختلف حل نشده است. خون انسان منبع نادر و حیاتی است که فقط توسط انسان تولید می شود و از آنجا که در حال حاضر هیچ محصول دیگری وجود ندارد که بتواند خون تولید کند و همچنین عدم اطمینان عرضه و تقاضا ، حفظ سطح عرضه مناسب برای برآوردن خواسته ها بسیار مهم است.

در یک زنجیره تأمین، فاجعه در شرایطی رخ می دهد که به عنوان غیرفعال سازی فعالیت های یک یا چند قسمت زنجیره تامین تعریف می شود، که منجر به اختلال اساسی در جریان معمول قسمت های مختلف زنجیره تامین می شود. برخی از فرآیندهای تصمیم گیری برای جلوگیری از بلایا و تصمیمات بازتابی در غلبه بر بلایا، مدیریت بلایا نامیده می شود. امروزه زنجیره های تأمین مستعد اختلالات مختلف هستند. یکی از راه حل ها پیش بینی اختلال است و راه حل دیگر این است که بدانیم کدام سیاست ها در چنین شرایط مختل مناسب تر خواهند بود. دو نوع ریسک را می توان از نظر زنجیره تأمین تعریف کرد: خطرات عملیاتی و شکست. خطر عملیاتی ناشی از اختلالات ذاتی زنجیره است (به عنوان مثال: تقاضای نامشخص، ظرفیت نامشخص و هزینه های نامشخص زنجیره) در حالی که خطر خرابی با حوادث طبیعی یا غیر طبیعی (مانند زلزله، سیل، حملات تروریستی و آتش سوزی) ایجاد می شود. در بیشتر موارد، خطر اختلال و خرابی در عملکرد زنجیره تامین بسیار بیشتر از ریسک عملیاتی است.

برنامه ریزی بهینه سازی استوار یک رویکرد ریسک گریز را برای مواجهه با عدم قطعیت در مسائل بهینه سازی ارائه می دهد. همانطوز که بن تال و نمیروسکی (1998) پیامدهای عدم در نظر گرفتن عدم قطعیت را نشان دادند، نادیده گرفتن عدم قطعیت داده ها حتی می تواند منجر به یک پاسخ نشدنی برای مسئله در زمان اجرا در واقعیت شود.

این موارد اهمیت و ضرورت طراحی خلاقانه و برنامه ریزی زنجیره های تامین خون را نشان می دهد، که در برابر چنین اختلالاتی در طول و پس از یک شرایط فاجعه استوار است. بنابراین، هدف این مقاله طراحی شبکه ای است که با در نظر گرفتن خطر اختلال و عدم قطعیت تقاضا در شرایط فاجعه در یک مطالعه موردی در دنیای واقعی، یک مدل استوار جدید در زنجیره تامین خون ارائه می دهد.

شکاف تحقیقاتی

اثرات یک فاجعه بر تسهیلات (به عنوان مثال، اختلال و محدودیت بودجه) یکی از مهمترین موضوعات در اکثر کشورها است که از لحاظ مدیریتی مورد توجه قرار نگرفته است. علاوه بر این، دانستن تعداد امکانات مورد نیاز در چنین سیستم های اضطراری یکی از موضوعات قابل چالش در میان مدیران است که باید به آن توجه بیشتری شود. علاوه بر این، بهتر است مدل را در شرایط واقعی پیاده کنیم تا کاربردی تر باشد و حتی در مطالعه موردی جدید ایجاد شده و مسائل آنها حل شود، مطالعه مفیدتری خواهد بود. علاوه بر این، زنجیره تامین خون یک زنجیره یکپارچه است که در آن همه بخشها بر یکدیگر تأثیر می گذارند، بنابراین در نظر گرفتن یک شهر یا یک منطقه به اندازه کل شهرها مفید نخواهد بود. علاوه بر این، در بیشتر موارد واقعی که یک تاسیسات مختل می شود، کل ظرفیت را از دست نمی دهد، بلکه تا حدی تحت تأثیر اختلال قرار می گیرد.

برای غلبه بر این نواقص و پر کردن این شکافها، یک مدل استوار برای زنجیره تامین خون تحت عدم قطعیت تقاضا و احتمال اختلال برای بررسی بهترین راه حلها در زنجیره تامین در مقیاس بزرگ و واقعی طراحی شده است. علاوه بر این ، محدودیت بودجه به عنوان یک مسئله حیاتی در تصمیم گیری در نظر گرفته می شود. علاوه بر این، دو الگوریتم فراابتکاری پیاده سازی شده و با یکدیگر مقایسه می شوند.

مشارکت های تحقیقاتی

v      در نظر گرفتن هر دو نوع خطرات که تا کنون در ادبیات زنجیره تامین خون پس از حادثه در نظر گرفته نشده است.

v      در نظر گرفتن دو نوع تسهیلات قابل اطمینان و غیرقابل اطمینان و تأثیر اختلال بر آنها.

v      ارائه یک مدل جدید و کاربردی در زنجیره تامین خون تحت عدم قطعیت.

v      حل مدل در یک مطالعه موردی در جهان واقعی، که از خون کافی در موارد اضطراری رنج می برد.

v      فرض مدل چند دوره ای در شرایط پس از فاجعه. اکثر مطالعات در این زمینه مدلها را یک دوره ای می دانند، در حالی که پس از یک فاجعه، به دلیل ماهیت عدم قطعیت، تقاضا باید در دوره های مختلف در نظر گرفته شود.

v      در نظر گرفتن بودجه موجود برای مدل. به گفته کارشناسان، یکی از مهمترین موضوعات مراکز خون، در نظر گرفتن بودجه توسط دولت و استفاده بهینه از آن در مراکز و تاسیسات است.

v      بررسی عدم قطعیت در برخی پارامترهای مسئله، مانند تقاضا و احتمال اختلال در تأسیسات موقت به دلیل یک حادثه فاجعه بار.

v      در نظر گرفتن مفهوم استواری برای مقابله با عدم قطعیت.

v      استفاده از الگوریتم رقابتی امپریالیستی خود سازگار (SAICA) برای حل مدل و مقایسه آن با الگوریتم تهاجمی بهینه سازی علف های هرز (IWO).

تعریف مسئله

تخصیص تسهیلات به مراکز، اهداکنندگان و جابجایی خون بین این گره ها در شکل 1 نشان داده شده است. محتوای این مقاله شامل جایابی تسهیلات موقت و مراکز خونی در شبکه زنجیره تامین خون و تخصیص امکانات و اهداکنندگان در یک فاجعه است. لازم به ذکر است که در صورت وقوع فاجعه، امکانات موقت دچار اختلال می شوند، که در آن سطح اختلال در هر تاسیس و مرکز به سرمایه گذاری اولیه برای ساخت آن بستگی دارد. همچنین، این فاجعه بر تقاضای خون مورد نیاز بیمارستان ها تأثیر می گذارد. علاوه بر این، بودجه برنامه ریزی شده نیز بر این موضوع و تقاضای قابل تأمین تأثیر خواهد گذاشت. در ادامه، مدل پیشنهادی در شرایط قطعی و استوار حل می شود. دلیل انتخاب این موضوع حیاتی بودن ماده خونی است و این واقعیت است که کشورها همیشه و به ویژه در زمان فاجعه با کمبود این منبع مواجه هستند. یک مدل فرمول بندی استوار با توجه به عدم قطعیت برخی پارامترها مانند تقاضا و احتمال اختلال ارائه شده است.

مفروضات

¬     در این مدل دو نوع امکانات در نظر گرفته شده است: امکانات موقت و مراکز خون. بر اساس مطالعه موردی، اختلالات در مراکز موقت رخ می دهد و مراکز خون در برابر اختلالات ایمن هستند. بنابراین، مراکز موقت و مراکز خون به ترتیب به عنوان امکانات غیرقابل اطمینان و قابل اطمینان در نظر گرفته می شوند.

¬     هزینه ساخت مرکز خون بسیار بیشتر از یک مرکز موقت است.

¬     هر اهدا کننده می تواند به مراکز خون یا مراکز موقت اهدا کند.

¬     احتمال اختلال در تأسیسات و مراکز موقت بستگی به ارزش سرمایه گذاری اولیه برای بازکردن آنها دارد به این معنی که امکان افزایش سرمایه گذاری برای کاهش آثار اختلال وجود دارد. به عنوان مثال، در مراکز به دلیل سرمایه گذاری زیاد، مرکز اختلال ایجاد نمی کند.

¬     بودجه برنامه ریزی شده بر میزان تقاضای برآورده شده تأثیر می گذارد.

¬     فاجعه بر تقاضای خون بیمارستان‌ها تأثیر می گذارد.

¬     فرض بر این است که وقتی اختلالی در تاسیسات رخ می دهد، به طور کامل شکست نمی خورد. این تأسیسات بخشی از ظرفیت خود را برای خدمت در این مرکزبر اثر وضعیت اختلال از دست می دهد.

¬    برای کنترل بهتر تصمیمات میان مدت و نوسانات دوره های تقاضا، این مدل یک مدل چند دوره ای در نظر گرفته می شود.

پیشینه فرمول بندی استوار

برنامه ریزی بهینه سازی استوار روشی برای کنترل عدم قطعیت در مسائل است. مولوی و همکاران (1995) شرح داده های مبتنی بر سناریو را نشان داد و زمینه های استواری راه حل و استواری  مدل را معرفی کرد. مدل بهینه سازی خطی به شرح زیر است:

در این مدل، x و y به ترتیب بردارهای متغیرهای تصمیم و کنترل را تعیین می کنند. متغیرهای کنترلی پس از تحقق پارامترها بهینه می شوند، در حالی که متغیرهای طراحی قبل از تحقق پارامترهای نامعلوم مشخص می شوند و وابسته به تحقق آنها نیستند. مدل بهینه سازی استوار را می توان با موارد زیر فرموله کرد:

در این مدل، اگر یک راه حل برای تحقق هر سناریو نزدیک به مطلوب باقی بماند، مدل برنامه نویسی ریاضی با توجه به بهینه ای که به عنوان "استواری راه حل" تعریف می شود استوار خواهد بود و شدنی بودن راه حل این است که اگر راه حل تقریباً تحت همه مقادیر ممکن برای هرگونه تحقق s که به عنوان "استواری مدل" تعریف می شود، شدنی باقی بماند. مجازات وزن امگا برای نشان دادن مبادله بین دو محتوای ذکر شده استفاده می شود.

3.6 فرمول بندی مدل

تابع هدف برای به حداقل رساندن چندین محرک هزینه به شرح زیر است:

معادله (۱۳) هزینه ثابت مکان یابی امکانات را نشان می دهد.

معادله (۱۴) هزینه عملیاتی شامل هزینه جمع آوری خون از اهداکنندگان در تأسیسات را نشان می دهد.

معادله (۱۵) هزینه حمل و نقل شامل هزینه انتقال امکانات موقت به مکانهای دیگر وبه مرکز خون برای تخلیه خون جمع آوری شده آنها می باشد.

معادله (۱۶) هزینه از بین رفتن خون شامل هزینه اختلال در ظرفیت تأسیسات موقت در صورت ایجاد اختلال می شود.

تابع هدف بر اساس رویکرد توضیح داده شده برای مدل استوار در معادله (۱۷) تدوین شده است. این مدل به منظور به حداقل رساندن هزینه های ذکر شده، از جمله هزینه ثابت، عملیاتی، حمل و نقل و از بین رفتن خون است.

محدودیت (18) معادله کمکی است که در معادله (11) تعیین شده است.

محدودیت (19) نشان می دهد که فقط یک مرکز خون یا یک مرکز موقت می تواند از هر گروه اهداکننده (نه هر دو) خون دریافت کند.

محدودیت (20) بودجه احداث تاسیسات را نشان می دهد.

محدودیت ها (21) - (23) تضمین می کند که گروه اهداکننده k می تواند به تأسیساتی اهدا شود یا یک مرکز موقت واحدهای خونی را در صورت اختصاص به آنها انتقال دهد.

محدودیت (24) تضمین می کند که حداقل یک مرکز خون باید ساخته شود زیرا تأسیسات موقت باید واحدهای خونی را در مرکز تحویل دهند و این مرکز وظیفه آزمایش و جمع آوری واحدهای خون را برای برنامه های بیمارستانی بر عهده دارد.

محدودیت (25) تضمین می کند که فقط یک مرکز یا مرکز می تواند در محل قرار گیرد.

محدودیت (26) تعداد امکانات مورد نیاز موقت را نشان می دهد.

محدودیت (27) حاکی از آن است که حداکثر یک تسهیل را می توان در هر دوره به محل j1 تغییر مکان داد.

محدودیت (28) تضمین می کند که تسهیلات موقت می توانند از مکانی که در آن قرار گرفته اند تغییر مکان دهند.

محدودیت (29) اطمینان حاصل می کند که گروه های اهدا کننده فقط می توانند به تسهیلاتی اختصاص داده شوند که در آنجا تسهیل شده است.

محدودیت (30) بیان می کند که اهداکنندگان فقط می توانند به یک مرکز خون که در آنجا ایجاد شده است، اختصاص داده شوند.

محدودیت (31) تضمین می کند که اگر مرکز در آنجا ساخته شده باشد، یک مرکز موقت در محل j می تواند به یک مرکز خون در محل اختصاص داده شود.

محدودیت ها (32) - (34) نشان دهنده شعاع پوشش اهداکنندگان با مرکز خون، امکانات موقت با مرکز و اهداکنندگان با تسهیلات موقت است.

محدودیت (35) نشان دهنده ظرفیت امکانات موقت در نظر گرفتن اختلال است. در واقع، این محدودیت نشان می دهد که مقدار خون نمی تواند از ظرفیت تجاوز کند، که تحت تأثیر اختلال قرار نمی گیرد.

محدودیت (36) تضمین می کند که اگر یک مرکز موقت در مکان j وجود داشته باشد، می توان مرکز موقت در محل را به مرکز خون اختصاص داد.

محدودیت (37) تعداد واحدهای خونی اهدا شده در هر دوره توسط هر گروه اهدا کننده را نشان می دهد.

محدودیت (38) نشان می دهد که برخی از واحدهای خونی اهدا شده به یک مرکز موقت به مرکز خون منتقل می شوند و برخی از آنها نیز به دلیل اختلال از بین می روند.

محدودیت (39) یک محدودیت کنترلی است که نشان می دهد تقاضای مطلوب باید در هر دوره برآورده شود.

خطی سازی

تابع هدف و معادله (35) غیر خطی هستند. برای خطی سازی معادلات (۴۲)-(۴۶) تعریف می گردد.

معادلات مربوط به خطی سازی را می توان به صورت معادله (47) در تابع هدف قرار داد.

همچنین، از همین روش برای خطی سازی اصطلاح غیر خطی در معادله (48) برای محدودیت غیرخطی استفاده می شود.

نتیجه گیری

به دلیل توجه روزافزون به حوزه مراقبت های بهداشتی در سال های اخیر به ویژه در موارد اضطراری و از آنجا که جابجایی تاسیسات آثار جبران ناپذیری خواهد داشت، این مقاله به بررسی مکان - تخصیص امکانات در شبکه زنجیره تامین خون پرداخته است. در این مقاله، یک مدل ریاضی جدید برای تصمیم گیری موثر در مکان یابی شبکه زنجیره تامین خون در دوره های پس از فاجعه با در نظر گرفتن محدودیت بودجه برای احداث تاسیسات و مراکز خون ارائه شده است. همچنین، خطر اختلال و اثرات آن برای هر مرکز موقت در نظر گرفته شده است. به دلیل وجود شرایط فاجعه، مدل تحت عدم قطعیت توسعه داده شده و یک مدل بهینه سازی استوار ارائه شده است. یک مطالعه موردی واقعی برای ارزیابی استفاده از مدل ارائه شده استفاده شده است. با توجه به دشواری مسائل مکانیابی تخصیص، الگوریتم رقابتی امپریالیستی خود سازگار برای حل مدل پیشنهادی در نظر گرفته شده است. علاوه بر این، برای ارزیابی کارایی این الگوریتم، عملکرد آن با الگوریتم تهاجمی بهینه سازی علف های هرز مقایسه می شود. در نهایت، برای ارائه برخی دیدگاه های مدیریتی برای مسئله فوق، یک تحلیل حساسیت بر پارامترهای کلیدی مسئله انجام شده است.