طراحی شبکه زنجیره تامین - بررسی مقاله اول

مقدمه

طراحی شبکه زنجیره تامین یکی از تصمیم های مهم در مدیریت زنجیره تامین است. روند اخیرطراحی شبکه زنجیره تامین؛ جریان برگشتی مواد را در فرآیند طراحی در نظر میگیرد.مسئله بازگشت محصولات درطراحی زنجیره تامین در چند دوره اخیر به دلیل نیاز مشتری و مقررات دولتی و...افزایش یافته است.یکی دیگر از مسائل مهم در طراحی شبکه زنجیره تامین مشکل عدم قطعیت درپارامترهای تقاضا و هزینه است که باید با تکنیکهای بهینه سازی رباست و برنامه ریزی تصادفی بر طرف شود.در این مقاله، یک  مدل جامع برای طراحی استراتژیک شبکه زنجیره‌ای تامین حلقه بسته تحت عدم قطعیت فواصل داده‌ها پیشنهادشده است. این مدل پیشنهادی فرضیات مختلفی را در نظر گرفته است، برای مثال: 

• دوره‌های مکرر، محصولات متعدد، زنجیره‌های تأمین چند رده‌ای،
• هم‌چنین هزینه‌های عرضه و تقاضای نامطمئن. همچنین، صورت‌حساب مواد برای هر محصول، از طریق یک رویکرد جدید مدیریتی برای جریان روبه‌جلو یا عقب محصولات برای تولید محصولات جدید و استفاده مجدد یا باز کردن قطعات محصولات بازگشتی در نظر گرفته‌شده است.

ابهامات پارامترها در مدل پیشنهادشده از طریق یک فن بهینه‌سازی رباست برطرف می‌شود. فرضیات این مدل با شرایط تصمیم‌گیری صنایع غذایی و صنایع پیشرفته همخوانی بسیاری دارد. فاکتورهایی که این دو صنعت را شبیه یکدیگر می‌کند خصوصیات وابسته به زمان محصولات است مانند قیمت و دوره عمر انبارداری. نتایج محاسباتی حل مدل ارائه‌شده از طریق یک نرم‌افزار  نشان‌دهنده بهره‌وری مدل پیشنهادی در رابطه با عدم قطعیت درزمینه تولیدات چابک است. 

 

مروری بر پیشینه طراحی شبکه حلقه بسته

لو و بوستل یک مدل قطعی MILP برای جریانهای رو به جلو/رو به عقب توسعه داده اند تا زنجیره تامین را با در نظر گرفتن فعالیتهای تولید دوباره طراحی کنند و سپس آن را با استفاده از الگوریتم فرا ابتکاری لاگرانژی حل نموده اند یک روش شاخه-برش برای بیشینه کردن سود زنجیره تامین حلقه بسته پیشنهاد شده است. لی و دانگ  یک مدل MILP قطعی برای مدیریت سیستماتیک جریانهای رو به جلو و  لجستیک معکوس در یک زنجیره تامین دو رده پیشنهاد داده اند. یک دیدگاه ابتکاری دو مرحله ای برای کمینه کردن گردیده است. کنعان و همکاران مدلی ریاضی برای زنجیره های تامین ابتکاری توزیع چند رده حلقه بسته و محیطهای به ترتیب ساخته شده پیشنهاد داده اند و کارایی الگوریتم ژنتیک و الگوریتم بهینه سازی گروه ذرات در حل مدل پیشنهادی از طریق داده های بدست آمده از مطالعه مورد واقعی مقایسه نموده اند.در مطالعه ای دیگر، یک مدل MILP برای سیستم تولید دوباره توسط دمیرل و گوکین  پیشنهاد شده است که جریانهای معکوس و رو به جلو که توسط CPLEX حل شده اند را با هم ترکیب میکند. ال سعید و خاربوتلی  یک مدل تصادفی MILP چند رده و چند زمانه برای طراحی زنجیره تامین تجمیع یافته با هدف بیشینه کردن سود مورد انتظار پیشنهاد داده اند. پارامترهای مختلفی مانند تقاضای محصول، نرخ برگشت محصول، ظرفیت ذخیره امکانات و هزینه های حمل و نقل بصورت تصادفی در نظر گرفته شده اند. 

عدم قطعیت در طراحی شبکه حلقه بسته

مسئله عدم قطعیت معمولاً از طریق دو دیدگاه عمده برنامه نویسی تصادفی و بهینه سازی رباست کنترل میشود. در حالیکه تعداد زیادی از مطالعات از برنامه نویسی تصادفی برای برخورد با عدم قطعیتها در طراحی شبکه زنجیره تامین استفاده میکنند، مطالعات محدودی مدلهای بهینه سازی رباست را برای برخورد با عدم قطعیتها در طراحی شبکه های زنجیره تامین سبز در نظر گرفته اند. پیپلانی و همکاران یک مدل MILP رباست را برای طراحی شبکه لجستیک معکوس خدماتی در آسیای شرقی پیشنهاد نموده و آن را با استفاده از CPLEX حل نموده اند.هونگ و همکاران یک شبکه لجستیک معکوس شامل امکانات پردازش و جمع آوری را در نظر گرفته اند هوانگ و همکاران عدم قطعیت تقاضا، هزینه ها و تاخیر زمانی را در برگشت و تولید دوباره محصولات در نظر گرفته و مدلهای زمان گسسته خطی را برای برگشت محصول توسعه داده اند. پان و ناگی معادل سناریو اساس شبکه زنجیره تامین رو به جلو چهار رده ای را در یک مفهوم تولید چابک با تقاضای غیر قطعی و با استفاده از الگوریتم کوتاهترین مسیر حل نموده اند.

نوآوری مقاله:

در این مطالعه،

یک مدل ریاضی برای طراحی شبکه زنجیره تامین چند رده ای حلقه بسته چند زمانه برای محصولات با طول عمر انبارداری محدود در تولید چابک ارائه شده است. مدل پیشنهادی از جوانب مختلفی با مدلهای موجود در مرور ادبیات متفاوت است. 

• خصوصیات محصولات مختلف مانند شرایط انبارداری و طول عمر محصولات و اثر آنها بر روی پیکربندی زنجیره تامین در فرضیات مدلهای موجود صرفنظر شده است. 
• از طرفی دیگر، یک مدل جامع که در بر گیرنده فرضیات طراحی شبکه واقعی مانند محصولات چندگانه، رده های مختلف، دوره های مختلف و BOM برای تولید محصولات جدید و استفاده یا مونتاژ دوباره محصولات برگشتی باشد، موجود نیست. با در نظر گرفتن این فرضیات بصورت همزمان کاربری مدل پیشنهادی را افزایش میدهد.
•  همچنین، فرضیات متعدد در نظر گرفته شده و خصوصیات مدل طراحی پیشنهادی شامل طول عمر محصول، عدم قطعیت تقاضا، ارضای سطح خدمات تقاضا و برنامه ریزی متمرکز و هماهنگ باعث ایجاد یک اساس مناسب برای توسعه مدل طراحی شبکه زنجیره تامین میشود. در نهایت، با توجه به ماهیت استراتژیک تصمیمات طراحی شبکه و با در نظر گرفتن جریانهای معکوس و رو به جلو بصورت همزمان، عدم قطعیت تقاضا و هزینه های خرید لحاظ شده است. به این دلیل، یک روش بهینه سازی فاصله ای استفاده شده و کاربرد آن از طریق چهار مسئله تست که بصورت تصادفی انتخاب شده اند نشان داده شده است. 

 ویژگی های مسئله مورد بررسی به صورت زیر می باشد:

• سطح تصمیم گیری:  استراتژیک وتاکتیکی
• رویکرد مدلسازی: برنامه ریزی خطی عدد صحیح
• توابع هدف شامل: کمینه کردن هزینه و بیشینه کردن سود
• رویکرد عدم قطعیت: Robust-possibilistic

تعریف مسئله:

هدف این تحقیق تعیین بهترین پیکربندی برای زنجیره‌ی تامین حلقه بسته‌ای از طریق ترکیب تصمیم‌گیری‌های مختلف تاکتیکی و استراتژیکی ازجمله انتخاب عرضه‌کننده، انتخاب انبار، طرح تولید، برنامه‌ریزی حمل‌ونقل، برنامه‌ریزی خرید، و برنامه‌ریزی برای بازیابی محصولات برگشتی در هر بازه زمانی برای زنجیر عرضه تحت تقاضای چند محصول و چند رده‌ای و عدم قطعیت در بازه‌های داده‌ای هزینه‌های خرید. زنجیره‌ی عرضه موردنظر شامل چهار رده که شامل تأمین‌کنندگان، تولیدکنندگان، انبارها و خرده‌فروشان است می‌شود که در هر ردیف از هر رده‌ی این زنجیر عرضه تعداد زیادی اعضا وجود دارد. همانند دیگر تحقیقات مربوط به لجستیک معکوس و طراحی شبکه زنجیر تامین حلقه بسته، کاربر نهایی (مشتری) به‌عنوان یکی از رده‌های این زنجیر تامین شمرده نمی‌شود؛ چون معمولان خودشان مسئول برگرداندن محصولات معیوب خود هستند و این هزینه‌ای در کل زنجیر عرضه شامل نمی‌شود. اعضای سه رده‌ی اول محدودیت‌های ظرفیتی دارند. هر تأمین‌کننده فقط می‌تواند مواد خاصی را تأمین کند. هر محصولی بر اساس BOM خودش از مواد خام مشخصی در نسبت‌های معین تشکیل‌شده است و نیازمند فضای خاصی در انبار است. باید به خاطر داشته باشیم 

که در این تحقیق دو(Bill Of Materials) BOM در نظر گرفته‌شده است. 

• اولی برای مشخص کردن نوع و مقدار مواد اولیه موردنیاز برای تولید هر محصول و
• دومی برای مشخص کردن جایگزینی احتمالی محصولات برای استفاده‌ی مجدد به‌جای استفاده از مواد خام اولیه.

همچنین، تولیدکنندگان محصولات مختلفی با استفاده از مواد خام اولیه تولید می‌کنند که قسمتی از آن‌ها توسط تأمین‌کنندگان و قسمتی دیگر از محصولات بازگشتی تأمین می‌شود.در این تحقیق، محیط‌های تصمیم‌گیری خاصی هم برای صنایع غذایی و هم برای صنایع پیشرفته استفاده‌شده است. این دو صنعت در خصوصیات وابسته به زمان محصولاتشان مانند قیمت‌ها و طول عمر در انبار مشابه هم هستند. محصولات صنایع غذایی برای استفاده، یک طول عمر از پیش تعیین‌شده دارند پس فقط می‌توانند تا مدت محدودی در انبارها نگهداری شوند. محصولاتی که زودتر رسیده‌اند باید زودتر برای عرضه به دست خرده‌فروشان برسند. پس، سیستم انبارها به شکل "اولین ورود، اولین خروج" (FIFO)

شکل زیر زنجیره تامین این مقاله را به صورت ساده نشبن میدهد.

مدل بهینه سازی رباست : مدل ریاضی (۱) تا (۵) زیر را در نظر بگیرید که در آن پارامترهای c و d میتوانند با عدم قطعیت فاصله تعریف شوند یعنی اطلاعاتی راجع به آنها غیر از حدود بالا و پایین وجود ندارد. این پارامترها در مجموعه عدم قطعیت مربوط به خود تغییر میکنند. اگر مدل در پاسخ به تمامی حالات پارامترهای غیر قطعی داخل حدود خود کارا باقی بماند، حل مدل کارایی قوی خواهد داشت. 

مجموعه U برای هر پارامتر غیر قطعی تعریف شده است. فرض میشود پارامترهای غیر قطعی در یک محدوده بسته خاص مانند مجموعه زیر تغییر میکنند

مدل ریاضی

با توجه به اینکه طرح فرآیندهای در نظر گرفته‌شده برای صنایع غذایی و صنایع پیشرفته، زنجیره‌های تامین  حلقه بسته‌ی مشابهی مانند خرید، تولید، عرضه و دفع دارند، هدف‌ها و محدودیت‌های متفاوتی برای سه روند جمع‌آوری، بازیافت و مدیریت موجودی انبار خواهند داشت. برای ارائه یک مدل جامع که بتواند درعین‌حال ویژگی‌های مشابه روندهای شماتیک صنایع غذایی و صنایع پیشرفته و خصوصیات متفاوت آن‌ها را در نظر بگیرد، متغیر دوگانه G را برای فعال‌سازی اصطلاحات موردنیاز و محدودیت‌های مربوط به هر صنعت در تابع هدف را، تعریف می‌کنیم.در قسمت  بعدی مدل ریاضی برای طراحی شبکه زنجیره‌ای تامین روباست حلقه بسته برایمواد فاسدشدنی درزمینه تولیدات چابک، معرفی می‌شود.

تابع هدف

تابع هدف مدل پیشنهادی به‌صورت زیر خواهد بود:

اگر G=1   باشد آنگاه هدف مسئله کم کردن هزینه های شبکه زنجیره تامین است       

اگر   G=0 باشد آنگاه هدف مسئله افزایش سود شبکه زنجیره تامین است.

محدودیت ها:

محدودیت (۱): شامل هزینه های ثابت انبارداری و حمل و نقل وتولید و تقاضای ارضا نشده , هزینه های خرید و هزینه ناشی از

محصولات بازیافتی است. محدودیت (۲): در هر دوره تعداد محدودی تامین کننده در دسترس است.محدودیت (۳): تمام انبار ها قبل

از افق برنامه ریزی باید بسته شده باشندمحدودیت (۴): هر تامین کننده باید از قبل ظرفیت تامین مواد خام را مشخص کند

.محدودیت (۵): هر انبار باید ظرفیت نگهداری از محصولات را مشخص کند.محدودیت (۶): هر تولید کننده باید ظرفیت تولیدی را

در هر دوره مشخص کند.محدودیت (۷): در هر دوره مقدار محصولات باقی مانده از دوره قبل باید کمتر از ظرفیت انبار باشد.محدودیت

 (۸) تا (۳۰): مقدار محصولات باقی مانده در انبار در انتهای هر دوره محاسبه میشود و هر محصول در طی ۳ دوره زمانی در انبار

نگهداری میشود و اگر هیچ تقاضایی برای محصولات وجود نداشته باشه باید دوباره محصولات به تولید شونده برسد.محدودیت (۳۱)

و (۳۲): مقدار محصولات بازگشتی از انبار و خرده فروش محاسبه میکند.

خطی سازی مدل:

دوره عمر محصولاتی که در انبار نگهداری میشود توسط محدودیت (۲۸) تا (۴۰) بدست می آید.این محدودیت ها غیر خطی ه ستند

و به منظور خطی سازی آنها از تکنیک تغییر شکل متغیر استفاده میکنیم و به صورت زیر نشان میدهیم 

مقایسه نمودارهای نسبت هزینه های موجودی در مدل قطعی و غیر قطعی در ۴ آزمون

 برای نمونه نمودارهای زیر مقایسه نسبت هزینه های موجودی در مدل های قطعی و غیر قطعی به ترتیب در آزمون ۱و۴ است.که بیان میکند نرخ هزینه های موجودی در مدل غیر قطعی با سطح عدم قطعیت افزایش می یابد.و بر عکس؛نرخ هزینه های موجودی برای مدل رباست با افزایش سطح عدم قطعیت کاهش می یابد.

 

 نتیجه گیری

در این تحقیق

• یک مدل غیر قطعی برای طراحی شبکه زنجیره‌ای تامین حلقه بسته برای محصولات فاسد شدنی در تولیدات چابک پیشنهاد شد.
•  مدل پیشنهادشده با محیط‌های تصمیم‌گیری و نیازهای صنایع غذایی و صنایع پیشرفته سازگاراست. برای مثال، برخی از ویژگی‌های جدید مانند دوره عمر انبارداری و قیمت‌های وابسته به زمان محصولات در نظر گرفته‌شده‌اند. همچنین تقاضای نهایی محصولات و هزینه‌های خرید با عدم قطعیت در بازه‌ها در نظر گرفته‌شده‌اند.
•  برای رسیدگی به عدم قطعیت پارامترها، یک روش بهینه‌سازی  استوار بازه‌ای به کار گرفته‌شده. همچنین، در کنار مفروضات معمولی مانند محصولات متعدد، بازه‌های مکرر و رده‌های مختلف، صورتحساب مواد با رویکردی جدید نسبت به تولید محصولات جدید، در نظر گرفتن استفاده مجدد از محصولات بازگشتی و یا جداسازی قطعات محصولات مرجوعی برای استفاده مجدد از برخی قطعات نیز در نظر گرفته شد.نتایج اجرای ۴ آزمون مبتنی بر ویژگی‌های صنایع غذایی نشان داد که هزینه کلی طراحی شبکه زنجیره‌ای عرضه با حضور عدم قطعیت بسیار بیشتر از وضعیت قطعی است. به‌ بیان‌ دیگر، به‌منظور مقابله با مسئله عدم قطعیت، هزینه‌های اضافه‌ای بر سیستم تحمیل می‌شود تا بتواند به‌واسطه آن ثبات خود را حفظ کند.
• مدل پیشنهاد شده به مدیران زنجیره تامین کمک میکند که تصمیمات یکپارچه ای درباره زنجیره تامین حلقه بسته با موضوعاتی از قبیل صورت حساب مواد و تولیدات چند دوره ای و محصولات فساد پذیر و... بگیرند.