طراحی شبکه زنجیره تامین -بررسی مقاله دوم

مقدمه:

افزایش رقابت در بازار جهانی امروز و افزایش انتظارات مشتریان، شرکتها را به در نظر گرفتن زنجیره تامین خود با دقت بیشتر و همکاری موثرتر با شرکا در کل شبکه تامین مجبور کرده است. زنجیره تامین به عنوان یک فرایند یکپارچه که در آن نهادهای کسب و کار ‍های مختلف با هم کار کنند تعریف میشود و تلاش میکند برای(۱) به دست آوردن مواد خام و قطعات، (۲) تبدیل این مواد خام و قطعات به محصولات تمام شده، (۳) اضافه کردن ارزش افزوده به این محصولات، (۴) پخش و ترویج این محصولات به یکی از خرده فروشان و یا مشتریان، (۵) تسهیل تبادل اطلاعات در میان نهاد‍های کسب و کار‍های مختلف که شامل تامین کنندگان، تولید کنندگان، توزیع کنندگان و خرده فروشان است . مدیریت زنجیره تامین برای بیش از دو دهه است که به عنوان یک موضوع مهم در تحقیقات در نظر گرفته میشود. یک مدیریت زنجیره تامین موفق، به تصمیم گیری هایی که مربوط به پیکر بندی شبکه و جریان اطلاعات و سرمایه  است، نیاز بسیاری دارد. با توجه به اهمیت این تصمیم گیری ها و طول افق برنامه ‍ریزی میتوان این تصمیم گیری ها را به سه سطح استراتژیک، تاکتیکی و عملیاتی دسته بندی کرد. در اکثر تحقیقات، پارامترهایی که در طراحی و برنامه ریزی تصمیمات تاثیر دارند به صورت قطعی در نظر گرفته شده اند. اما ماهیت پیچیده و پویایی بین روابط، نشان دهنده درجه اهمیت عدم قطعیت در پارامترها است.عدم قطعیت یعنی تفاوت بین مقدار اطلاعات مورد نیاز برای انجام یک کار و میزان اطلاعاتی که در دسترس داریم. در دنیای واقعی حالتهای های بسیاری از عدم قطعیت وجود دارد که فرآیند‍های تولید را تحت تاثیر قرار میدهد. در این مقاله دو مجموعه از عدم قطعیت برای ظرفیت تولید از هر محصول در نظر گرفته شد و نیز روشی برای تعیین بود جه عدم قطعیت که منجر به ارائه راه حل رباست شد، در این مقاله ارائه شده است.  

ر‍وشهای مختلفی برای عدم قطعیت وجود دارد. برتسیماس و تیله (۲۰۰۶) یک روش کلی بر اساس بهینه سازی استوار برای رسیدگی به مشکل کنترل بهینگی در زنجیره تامین پیشنهاد داده اند. برتسیماس و سیم (۲۰۰۴) نیز یک روش برای عدم قطعیت پارامتر‍ها توسعه داده اند. پیدرو و همکاران (۲۰۰۹)به بررسی چند مقاله مربوط به عدم قطعیت در زنجیره تامین پرداخته اند و سه گروه از پارامتر‍هایی که میتوانند دارای عدم قطعیت باشند را، معرفی کرده اند.۱-تفاضا ۲-عرضه ۳- فرآیند تولید.عدم قطعیت در تقاضا میتواند به علت پیش بینی نادرست، لغو سفارشات، باشد. عدم قطعیت درفرآیند تولید میتواند به دلیل خرابی تجهیزات و ماشین آلات تولیدی و...باشد. در اکثر مطالعات انجام شده برای پارامتر تقاضا عدم قطعیت در نظر میگیرند. البته در این مقاله عدم قطعیت برای پارامتر فرآیند تولید در نظر گرفته شده است. بنتال و همکاران (۲۰۰۹) مسئله به حداقل رساندن هزینه‍های کلی در شبکه زنجیره تامین در یک افق برنامه ریزی بلند مدت تحت شرایط عدم قطیت برای پارامتر تقاضا بررسی کرده اند. بل و همکاران (۲۰۱۰) یک روش بر اساس بهینه سازی رباست برای زنجیره تامین نوشیدنی در نظر گرفته اند که در آن نیروی کار را به عنوان پارامتر عدم قطعیت در نظر گرفته اند و به مطالعه یک روش حل بر اساس شبیه سازی مونت کارلو با سناریو‍های مختلف پرداخته اند.

تعریف مسئله:

در این مقاله طراحی یکپارچه زنجیره تامین چند دوره ای و چند محصولی با عدم قطعیت فرآیند تولید مورد بررسی قرار گرفته است. فرض کنید یک شرکت دارای چندین بخش تولید است که برای طراحی و برنامه ریزی عرضه محصولات متعدد در مناطق متعدد با افق برنامه ریزی محدود تلاش میکنند. برای انجام این کار لازم است تا مراکز توزیع مشخص شوند و به هر یک از مراکز توزیع تعدادی خرده فروش اختصاص داده شود. شمای کلی شبکه زنجیره تامین مورد بررسی به صورت شکل زیر میباشد. هدف اصلی این است که ۱-بهترین پیکر‌بندی برای شبکه تعین شود و۲- برنامه های تولید و توزیع به منظور دستیابی به بهترین استفاده از منابع در دسترس، در طول کل زمان برنامه ریزی مشخص شود. به طوری که به تقاضا تمام مشتریان پاسخ داده شود  

                                                                 

فرضیات مسئله:  

۱-هر خرده فروش در طول افق برنامه ریزی فقط به یک مرکز توزیع اختصاص داده میشود.

۲-هر مرکز توزیع محصولات را از چندین کارخانه در یافت میکند و به چندین خرده فروش عرضه میکند.

۳-هر کارخانه تولیدی قادر به تولید طیف وسیعی از محصولات است.

۴-پارامترهای فرایند تولید غیر قطعی هستند.

۵-سیستم تولید در کارخانه در یک سیستم تک مرحله ای متراکم شده .(گلوگاه)

۶-مشتریان برای دریافت سفارش خود منتظر نمیشوند و این بدین معنی است که کمبود موجودی مجاز نیست.

۷-فقط خرده فروشان مجاز به نگه داشتن موجودی در پایان هر دوره هستند.

۸-تقاضای محصول از خرده فروش در هر دوره قطعی فرض شده است.

ویژگی های مسئله مورد نظر:

مشکلات کلی مسئله به صورت زیر بیان میشود:

۱-تعیین محل و ظرفیت کارخانه های تولیدی

۲-تعیین محل و ظرفیت خرده فروشان

۳-تمام پارامتر های هزینه مانند حمل و نقل و تولید،موجودی و ...

۴-پیش بینی تقاضا محصول در کل افق برنامه ریزی

۵-ظرفیت مراکز توزیع و کاندید مکان مناسب برای احداث مراکز توزیع

و به تعیین موارد زیر پرداخته شده است:

۱-تعداد و ظرفیت هر یک از مراکز توزیع

۲-تخصیص خرده فروشان به هر یک از مراکز توزیع

۳-طرح تولید برای کارخانه‍های تولیدی

۴-طرح توزیع بین مراکز تامین کننده

۵-سطح موجودی برای خرده فروش‍ها

تابع هدف مسئله:  

هدف این زنجیره تامین به حداقل رساندن هزینه‍های مکان‍یابی، تخصیص، حمل و نقل و موجودی است

محدودیت ها:

محدودیت (۱) :ظرفیت استفاده از هر محصول نباید بیشتر از ظرفیت کارخانه باشد. محدودیت (۲) بیان میکند ارسال محصولات فقط به مراکز توزیع احداث شده مجاز میباشد و میزان محصول ارسال شده از ظرفیت مراکز توزیع نباید بیشتر باشد. محدودیت (۳) بیان میکندکه خرده‍فروشان میزان نگه داری موجودی نباید بیشتر از ظرفیت انبار ها باشد. محدودیت (۴) : تضمین میکند ظرفیت استفاده از محصولات در هر کارخانه بیشتر از ظرفیت محصولات در دسترس نیست .محدودیت (۵):تضمین میکند که فقط اجازه انتقال به مراکز توزیع احداث شده و جود دارد محدودیت (۶): تضمین میکند که خرده فروشان به اندازه ظرفیت ذخیره سازی شان، موجودی را نگه میدارند. محدودیت (۷): تعادل جریان را نشان میدهد. بدین معنی که مقدار محصولات دریافتی توسط مراکز توزیع با مقدار محصولی که به خرده فروش فرستاده میشود برابر است. این محدودیت تضمین میکند که هیچ موجودی در مراکز توزیع نگهداری نمیشود. محدودیت (۸): به تعادل موجودی مربوط میشود و مفهوم تعادل بدین معنا است که موجودی از یک محصول خاص در خرده فروش در پایان دوره برابر است با موجودی از دوره قبل به اضافه کالای فرستاده شده به آن منهای تقاضا از محصول در این دوره. محدودیت (۹): نشان میدهد که حداکثر یک مرکز توزیع با سطح ظرفیت مشخص در هر مکان بالقوه تاسیس خواهد شد. محدودیت (۱۰): تضمین میکند که هر خرده فروش دقیقا به یک مرکز توزیع اختصاص داده میشود. محدودیت (۱۱): تضمین میکند که خرده فروشان فقط به مراکز توزیع احداث شده اختصاص می یابند. محدودیت (۱۲): تضمین میکند که مراکز توزیع احداث شده فقط کالاهای خود را به خرده فروشانی منتقل میکند که به مرکز توزیع اختصاص داده شده باشد. محدودیت اول به صورت زیر بیان میشود. در این مقاله محدودیت ۱ دارای عدم قطعیت است.

                                                                       

پارامتر دارای عدم قطعیت است. (تولید محصول p در کارخانه i در زمان (t

چارچوب بهینه سازی رباست:

برتسیماس و سیم(۲۰۰۴)، بنتال(۲۰۰۵)، سوییستر(۱۹۷۳)، بل (۲۰۱۰) و همکاران به بررسی روش بهینه سازی رباست پرداخته اند. برتسیماس وسیم روشی را برای نمایش محدودیت‍هایی که دارای عدم قطعیت هستند توسعه دادند. در واقع رویکرد رباست پیشنهاد شده توسط برتسیماس و سیم دارای ویژگی‌های جالبی هست. این رویکرد به تصمیم گیرنده اجازه میدهد که میزان محافظه کاری را با تعریف یک پارامتر مشخص کند، که این پارامتر را معمولا با  نشان میدهد. اگر   برابر صفر باشد، محدودیت i در حالت قطعیت کامل بررسی میشود. بدون از دست دادن کلیت مسئله فرض کنیم فقط عناصر ماتریس A دارای عدم قطعیت هستند و هر عنصر از ماتریس A به یک بازه عدم قطعیت محدود و متقارن تعلق دارد.                 

                                                                           

مدل رباست:

فرض کنید که زمان فرآوری محصولات نامشخص باشد. مابقی محدودیتهای مدل به همان صورت قبل باقی میماند و برای قطعی سازی محدودیت اول که دارای پارامتر عدم قطعیت (زمان فراوری محصولات ) است، به صورت زیر عمل میکنیم.

بر اساس شبیه سازی مونت کارلو برای تعیین مقادیر مناسب و به صورت زیر عمل میکنیم:

: بیشترین تعداد محصولاتی که زمان فرآوری آنها درحالت نرمال نیست. بدون از دست دادن کلیت مسئله خواهیم داشت

                                                                               

: درجه استواری برای محدودیت ها

مرحله۱:

 (p*): انتخاب بیشینه احتمال قابل قبول شدنی

(ε): خطای تخمین قابل قبول

  (1−α) : سطح اطمینان

مرحله۲:

محاسبه تعداد شبیه سازی های مورد نیاز به صورت زیر است:

انتخاب (M)تعداد شبیه سازی های مورد نیاز که به صورت زیر محاسبه میشود.

توزیع نرمال استاندارد با میانگین ۰ و انحراف معیار ۱ 

                                                                                                

مرحله ۳:

تولید M سناریو برای زمان فرآیند 

مرحله ۴: مقادیر اولیه از تمام    و    برابر با صفر است.

مرحله ۵: مدل رباست حل شود.

مرحله ۶: اجرای شبیه سازی مونت کارلو 

 

   مرحله ۷:اگر P از*p  کمتر یا مساوی باشد متوقف میشویم و راه حل های اخیر را گزارش میدهیم و در غیر این صورت به مرحله ۸ میرویم.

مرحله ۸:در هر تکرار شمارنده n را تکرار کنید و به  و  مقداربدهید

.

بیان یک مثال:

برای نشان دادن کاربرد رویکردبهینه سازی رباست ارائه شده در این مقاله، یک شبکه تولید فرضی از یک شرکت تولیدی متشکل از دو کارخانه واقع در مناطق جغرافیایی مختلف که هر یک از آنها ۲۰ نوع از محصولات مختلف را تولید میکنند و هر کدام دارای ۴ مرکز توزیع با دو سطح ظرفیت و ۸ خرده فروش که به مشتریان با انواع محصولات خدمت رسانی میکنند، در نظر گرفته شده است. در این مثال ساختار شبکه و برنامه تولید محصولات برای یک افق برنامه ریزی ۳ دوره ای ارائه شده است و نیز با در نظر گرفتن اینکه حداکثر احتمال قابل قبول برای نشدنی بودن ۰.۰۱ باشد،خطای تخمین قابل قبول ۰.۰۰۵باشد، سطح اطمینان ۰.۹۵ باشد و فرض اینکه هر کارخانه حداکثر دارای ۴ محصول باشد که زمان فراوری آنها در حالت نرمال نباشد، مسئله مورد نظر حل شده است و جواب مطلوب در تکرار ششم پیدا میشود. در سطح اطمینان ۹۵ درصد راه حل مربوط به ارزش اسمی پارامتر‍های غیر قطعی با احتمال بیش از ۹۹ درصد نشدنی هستند. رویکرد رباست پیشنهاد شده و روش مربوط به آن یک راه حل با احتمال حداقل ۹۹ درصد شدنی فراهم می آورد و فقط ۲.۸ درصد از بهینگی خود را با توجه به جواب اسمی از دست میدهد رویکرد رباست پیشنهاد شده میتواند منجر به یک جواب بشود و این جواب دارای درجه بالایی از سطح اطمینان است و نیز به جواب بهینه بسیار نزدیک است. شکل‍های زیر نتایج را نشان میدهند.                                                                                                      

بر مبنای جداول موجود در مقاله و نمودارهای فوق نتایج زیر به چشم میخورد:

در تکرار اول با در نظر گرفتن ۰.۹۱ درجه استواری برای محدودیت iام مقدار تابع هدفE  ۱.۲۰۴ است که با احتمال ۰.۹۹۵ راه حل ارائه شده نشدنی است.

در تکرار دوم با در نظر گرفتن ۲.۵۹ درجه استواری برای محدودیت i ام مقدار تابع هدفE ۱.۲۱۲ است که با احتمال ۰.۸۳۹ راه حل ارائه شده نشدنی است.

در تکرار سوم با در نظر گرفتن ۴.۲۲ درجه استواری برای محدودیت i ام مقدار تابع هدف۱.۲۲۰ است که با احتمال ۰.۳۵ راه حل ارائه شده نشدنی است.

تا اینکه در تکرار هفتم با درنظر گرفتن ۱۲.۵۱ درجه استواری برای محدودیت i ام مقدار تابع هدف ۱.۲۳۴ است که با احتمال ۰.۰۰۱ زاه حل ارائه شده نشدنی است. این بدین معنی است که این روش رباست پیشنهاد شده، احتمال نشدنی بودن را از ۰.۹۹ به ۰.۰۱ کاهش داده است

تحلیل حساسیت:

تحلیل حساسیت را روی پارامترو    انجام میدهیم. به همین منظور برای  در مثال ذکر شده مقدار‍های متفاوتی در نظر میگیریم .با افزایش  مقدار  افزایش می یابد.تفاوت بین هزینه های کل اسمی و رباست با افزایش  افزایش می یابد. اما این مسئله مشکل ساز نخواهد بود زیرا در دنیای واقعی حالات غیر نرمال بسیار نادر است. به منظور بررسی اثر محدوده عدم قطعیت پارامتر‍ها، طول محدوده نرمال و غیر نرمال به میزان ۵ تا ۳۰ درصد نسبت به مقدار میانگین خود تغییر کرده اند. نتایج نشان میدهد که در همه موارد راه حل اسمی با احتمال حداقل ۰.۹۹۲ نشدنی است، برخلاف اینکه راه حل رباست مربوط به آن با احتمال کمتر از ۰.۰۱ نشدنی است.

نتیجه گیری:

در مقاله مورد بررسی بر اساس رویکرد برتسیماس و سیم یک مدل بهینه سازی استوار برای مساله طراحی شبکه زنجیره تامین چند محصولی در نظر گرفته شده در این مقاله، افق برنامه ریزی چند دوره ای است و شامل کارخانه‍های تولید و مراکز توزیع و نیز خرده فروشان در مناطق مشتری است و هدف این زنجیره تامین به حداقل رساندن هزینه های مکان یابی و حمل و نقل و موجودی است که میتواند به صورت یک برنامه ریزی خطی عدد صحیح مختلط فرموله شود. با افزایش درجه استواری، گرچه هزینه‌های کمی افزایش مییابد ولی احتمال دستیابی به جواب قابل قبول به میزان ۹۹ درصد افزایش میابد. بسیاری از تحقیقات آتی میتواند در زمینه طراحی شبکه زنجیره تامین با در نطر گرفتن عدم قطعیت برای پارامترهای دیگری مانند عرضه و تقاضا صورت گیرد و نیز پیشنهاد میشود مساله طراحی زنجیره تامین چند هدفه مورد بررسی قرار گیرد. در کنار استفاده از روش پیشنهادی در این مقاله به توسعه الگوریتم های پیشرفته تری برای حل مسئله پرداخته شود.

برداشت کوتاه از مقاله:

۱-یکپارچه سازی تصمیم گیری‍های استراتژیک و تاکتیکی در طراحی شبکه زنجیره تامین یک موضوع بسیار مهم برای تمام شرکت‍ها در صنایع مختلف است.

۲-بهینه سازی استوار یک راه حل شدنی برای طیف وسیعی از حالتهای نامشخص ارائه میدهد و نیز به عدم قطعیت پارامترها در مدل بهینه سازی اشاره میکند.

۳-برتسیماس و سیم رویکردی ارائه کردند که در آن تعاملی بین بهینگی و استواری وجود دارد مدل آنها یک مدل خطی میباشد که به تعدیل سطح محافظه کاری جواب استوار میپردازد. از ویژگیهای این مدل میتوان قابل استفاده بودن در مسائل عدد صحیح اشاره کرد.

۴-شبیه سازی مونت کارلو برای پدیده هایی که عدم قطعیت زیادی در ورودی آنها وجود دارد بسیار کاربرد دارد.

۵-طراحی مناسب شبکه زنجیره تامین منجر به دستیابی یک ساختار بهینه میشود و در این مقاله با استفاده از رویکرد بهینه سازی رباست برتسیماس و سیم، یک راه حل به منظور کمینه کردن هزینه‍های کل شبکه زنجیره تامین ارائه شد.