طراحی شبکه زنجیره تامین چند سطحی در تولیدات چابک-بررسی مقاله پنجم

 

مقدمه:

تولید چابک مفهومی است که طی سالهای اخیر عمومیت یافته و توسط تولید­کنندگانی که خود را برای بهبود عملکرد آماده می­کنند، به عنوان استراتژی موفق پذیرفته شده است. تولید چابک در محیط رقابتی امروز نوعی توانایی در شرکت ایجاد می­کند تا بتواند به تغییرات سریع بازار پاسخگو باشد. سازمانهای تولیدی چابک محصولاتی با کیفیت بالا، بدون اشکال، با زمان انتظار کوتاه، تولید می کنند. تولید چابک یک استراتژی هدفمند است که هدف اصلی آن ایجاد مزیت رقابتی برای پیشی گرفتن از رقبا است. شرکت­ها امروزه با یک محیط رقابتی مواجه هستند و با چالش­هایی از قبیل چگونگی تولید و توزیع محصولات با سرعت بالا و در عین حال با حفظ کیفیت محصولات روبه رو هستند. مفهوم تولیدات چابک به منظور پاسخگویی به چنین چالش­هایی پیشنهاد شد. مصداق و نمونه بارز یک سازمان چابک، استفاده از ساختار مجازی است. ساختار این سازمانها به صورت واحد­های کوچک، خودکفا و منعطف، همراه با سیستم­‌های ارتباطی پیشرفته است. در سازمان مجازی عامل مهمی که مجازی بودن را تعیین می­کند، واگذاری فعالیتها به سازمان­های دیگر و تأمین کالا­ها و خدمات با همکاری و مشارکت واحد­های خارج از سازمان است.  

 شرکت­ها در یک سازمان مجازی، مهارتها، منابع خود را برای پاسخگویی به فرصت­های بازار جهانی به اشتراک می­گذارند. سازمان­های مجازی سه جنبه از رقابتهای چابک را منعکس می­کنند.۱-مدل سازمان مجازی نیاز رقبا را به جمع­آوری یا ایجاد منابع جدید بیان می­کند.۲- مدل سازمان مجازی نیاز رقبای چابک را به جمع­آوری یا ایجاد منابع پر محصول جدید را مکررا و به صورت همزمان به دلیل کاهش عمر محصول و خدمت رسانی بیان می­کند.۳- امروزه سازمانهای مجازی پیچیدگی بیشتر محصولات سودآور را که غالبا نیاز به دسترسی گسترده­تری به بازار­های جهانی، توزیع، پژوهش، نمونه سازی، طراحی، بازاریابی، را دارند نشان می­دهد. در طراحی شبکه زنجیره تامین سه سطح برنامه­ریزی وجود دارد.۱-استراتژیک ۲-تاکتیکی ۳-عملیاتی. برنامه­ریزی استراتژیک یا برنامه­ریزی بلند مدت شامل تصمیمات در مورد انتخاب محل احداث تسهیلات است. برنامه­ریزی تاکتیکی یا میان مدت شامل تصمیم-گیری در مورد تولید و موجودی است. برنامه­ریزی عملیاتی یا کوتاه مدت که افق زمانی این فاز روزانه یا هفتگی بوده و شامل تصمیم­گیری در مورد مسائل مسیریابی و برنامه ریزی روزانه است. برنامه ریزی استراتژیک و تاکتیکی بسیار بهم مرتبط هستند و در تولیدات چابک به دلیل عمر کوتاه سازمانهای مجازی باید با هم در نظر گرفته شوند. در این مقاله رویکرد تصمیم­گیری­ها، استراتژیک و تاکتیکی است. برای تشکیل سازمان مجازی تصمیم­گیری استراتژیک برای شرکت اتخاذ شده است و از روش لاگرانژ برای تجزیه کردن مساله اصلی به چند زیر مساله استفاده می­شود. به عنوان یک مثال عملی از سازمانهای مجازی می­توان تولید کالا­های نیمه رسانا را نام برد که تولید آن شامل سه مرحله اصلی است ۱-استفاده از سیلیکن و کریستال به منظور جلا دادن تراشه­های الکتریکی ۲-ساخت تراشه­های الکتریکی ۳-آزمایش کردن و بسته­بندی. ساخت تراشه­های الکتریکی دارای اهمیت زیادی است زیرا سرمایه اولیه برای ساخت کارخانه تولید مواد نیمه رسانا، حدود ۲ میلیون دلار است.از طرفی مرحله بسته­بندی و آزمایش کردن تراشه­ها نیاز به نیروی انسانی دارد لذا کارخانه­ها باید در محلی احداث شوند که هزینه نیروی انسانی کم باشد. به دلیل اهمیت مسائل اقتصادی، سه مرحله ذکر شده به پایان نمی­رسد ونیاز به طراحی شبکه زنجیره تامین دارد. مسائل بسیار زیادی، از قبیل قیمت و کیفیت محصولات، ظرفیت تولید شرکت، محل احداث شرکت و هزینه­های حمل و نقل و ...هستند که هنگام طراحی زنجیره تامین، باید در نظر گرفت.

مروری بر پیشینه تحقیق:

 سارمیانتو و همکاران (۱۹۹۹) به بررسی و تجزیه وتحلیل یک سیستم یکپارچه تولید و توزیع با در نظر گرفتن هماهنگی در سیستم حمل و نقل پرداختند. راسل و همکاران (۲۰۰۸) به طراحی سیستم تولید و توزیع روزنامه پرداختند که شامل سه ویژگی اصلی است.۱- به بررسی مسیریابی وسیله نقلیه با در نظر گرفتن پنجره زمانی پرداختند ۲-هماهنگی بین بارگیری وسیله نقلیه و برنامه­ریزی در تولید روزنامه را مورد بررسی قرار دادند.۳-محدودیت منطقه­ای برای ارسال روزنامه به دلیل تفاوت در تبلیغات در هر منطقه را در نظر گرفتند. گافین و همکاران(۲۰۰۵) به مساله طراحی شبکه تولید و توزیع اشاره کردند که شامل برنامه­ریزی برای احداث مراکز توزیع و تقاضا است، مدل پیشنهاد شده هزینه­های توزیع، تولید، حمل و نقل و همچنین هزینه­های احداث مراکز ثابت و مراکز توزیع را می­کاهد و روش الگوریتم آزاد­سازی لاگرانژ برای حل آن پیشنهاد شده است. ویراکتاراکیس (۲۰۰۵) به برنامه­ریزی تولید و توزیع یکپارچه برای رایانه و خدمات پذیرایی مواد غذایی پرداخت و نیز برای بهینه سازی خدمت به مشتری و مسیر یابی وسایل نقلیه به طور همزمان، تصمیماتی اتخاذ شد. مساله تعیین مکان مناسب برای انبار­ها و کارخانه­ها در طراحی شبکه زنجیره تامین توسط بسیاری از محققان در نظر گرفته شده است. شن و همکاران (۲۰۰۶) به طراحی یک شبکه زنجیره تامین پرداختند که محل و تعداد مراکز توزیع توسط تصمیم­گیرنده تعیین می­شود. امیری (۲۰۰۶) به مساله طراحی شبکه توزیع در سیستم زنجیره تامین اشاره کرده است. این طراحی شامل تعیین مکان مناسب برای کارخانه­ها و مراکز توزیع و انبار­ها است و به تعیین بهترین استراتژی برای توزیع کالا­ها از کارخانه به انبار و از انبار­ها به مشتریان با در نظر گرفتن حداقل هزینه برای شبکه توزیع پرداخت. ژانگ و همکاران (۲۰۰۶) به ارزیابی مزایای استراتژی به اشتراک گذاری اطلاعات حمل و نقل با مشتریان پایین دستی در زنجیره تامین پرداختند. چانگ و همکاران (۲۰۰۷) در پژوهش­های خود مساله بیشینه کردن سود، را به جای کمینه کردن هزینه­ها در نظر گرفتند.

ویژگی­های مساله مورد نظر:

بیان مساله:

در این مقاله یک مساله چند سطحی مورد بررسی قرار گرفته است که توالی در تولید محصولات ثابت در نظر گرفته می­شود و مواد اولیه در چند سطح پردازش می­شوند و در هر سطح فقط یک عملیات صورت می­گیرد. ترتیب عملیات به صورت  در نظر گرفته شده است و چندین شرکت که می­توانند عملیات تولید را در هر سطح انجام بدهند کاندید می­شوند و هدف اصلی انتخاب شرکت­ها در هر سطح، تشکیل شبکه زنجیره تامین است. یک شرکت می­تواند چندین عملیات را مطابق با ظرفیت تولید و هزینه­ها انجام دهد. بنابراین یک شرکت می­تواند در چندین سطح وارد عملیات شود. در اینجا G  به عنوان یک شبکه جهت دار بدون دور در نظر گرفته می­شود.

N تعداد گره­ها را نشان می­دهد که نشان دهنده مکان احداث کارخانه­ها می­باشد.

A مجموعه کمان­ها را نشان می­دهد که نشان دهنده ارتباط احتمالی بین برخی از گره­ها است.

برای اتصال هر گره به گره دیگر هزینه ثابتی در نظر گرفته می­شود. مساله­ای که در طراحی این شبکه زنجیره تامین وجود دارد این است که اگر تقاضا از سمت چند مشتری زیاد باشد و اگر در هر دوره ظرفیت تولید و حمل و نقل شرکتها محدود باشد و فقط یک شرکت در هر سطح وجود داشته باشد ممکن است تقاضای مشتری پاسخ داده نشود. چاهان و همکاران (۲۰۰۶) با فرض اینکه در هر سطح فقط یک شرکت وجود داشته باشد روشی را ارائه دادند. البته این فرض ممکن است برای وضعیتی که در بالا توضیح داده شد بسیار محدود کننده باشد بدین منظور برای جلوگیری از عدم پاسخگویی به نیاز مشتری مفروضات زیر هم در نظر گرفته می­شود.

مفروضات مساله:

۱-حمل و نقل تنها در صورتی انجام می­شود که ظرفیت وسیله حمل و نقل اشباع شده باشد.

۲- زنجیره تامین، تنها یک محصول نهایی آن هم مرتبط با فرصتی که بازار جدید برای محصول ایجاد می­کند، تولید می­کند.

به منظور ساده سازی مساله فرضیات بالا در نظر گرفته شده است و نیز ساده سازی مساله باعث می­شود که مدل مساله قابل درک باشد.

۳-شرکتها در صورتی می­توانند تولید خود را شروع کنند که شرکت قبلی عملیات خود را به پایان رسانده باشد.

شرکتهایی که در سطح ۱ هستند باید کار خود را در دوره زمانی ۱ شروع کنند و شرکتهایی که در سطح ۲ هستند باید کار خود را در دوره زمانی ۲ شروع کنند و به همین ترتیب شرکت­هایی که در سطح آخر هستند باید کار خود را در در دوره زمانی  آغاز کنند بنابراین تولید محصول نهایی تا قبل از دوره زمانی  به اتمام نمی­رسد. محصولاتی که در سطح  به اتمام می­رسند به عنوان مواد اولیه برای سطح  در نظر گرفته می­شوند در این مقاله مواد اولیه به عنوان داده ورودی برای هر سطح در نظر گرفته شده است.

تابع هدف مساله :

هدف اصلی مساله کاهش هزینه­های زنجیره تامین است که این هزینه­ها شامل هزینه­های ثابت و هزینه­های نسبی (هزینه تولید و حمل و نقل و نگه­داری مواد اولیه ) می­باشد.

محدودیت­ها :

محدودیت (۱) تا (۴) :بیان می­کند که دو شرکت را می­توان راه اندازی کرد اگر بین هر دو شرکت ارتباطی باشد و اگر هیچ ارتباطی بین دو شرکت برقرار نباشد ،شرکت را نمی­توان انتخاب کرد.

محدودیت (۵): عملیات تولید را، فقط توسط شرکت­های انتخاب شده میتوان انجام داد.

محدودیت (۶) :حمل و نقل بعد از برقراری ارتباط بین دو شرکت انجام می­شود.

محدودیت (۵) و (۶): حمل و نقل و تولید با وجود محدودیت ظرفیت انجام می­شود.

محدودیت (۷) و (۸) :معادلات تعادل برای محصولات نهایی و مواد اولیه هستند. در سطح ۱ تعادل برای مواد اولیه وجود ندارد، زیرا فرض شد که در سطح ۱ مواد اولیه به عنوان تامین کننده برای شروع کل زنجیره تامین محسوب می­شود.

محدودیت (۸) :نشان می­دهد به اندازه  واحد از مواد سطح  برای تولید یک واحد کالا در سطح  نیاز است.

محدودیت (۹):تمام تقاضای مشتری برآورده می­شود.

محدودیت (۱۰):مقدار دهی اولیه شرایط موجودی برای هر شرکت را نشان می­دهد.

محدودیت (۱۲) تا (۱۷) متغیر­های غیر منفی و دودویی را نشان می­دهد.

لاگرانژ ابتکاری:

پیچیدگی­های مساله شامل موارد زیر است

۱-مساله برنامه­ریزی تولید چند دوره­ای برای شرکت­های انتخاب شده وجود دارد.

۲-باید یک هزینه ثابت برای ایجاد ارتباط بین دو شرکت مجاور در نظر گرفته شود.

۳-مساله محدودیت حمل و نقل که به دلیل دو مشکل قبلی به وجود آمده است. با افزایش تعداد سطوح و تعداد شرکت­های انتخاب شده، ابعاد مساله به سرعت بزرگتر می­شود لذا در این بخش به توسعه روش ابتکاری لاگرانژ برای به دست آوردن راه حل خوب و همچنین یک کران پایین، پرداخته شده است.

آزاد­سازی لاگرانژ:  

به منظور فهم بیشتر مفهوم آزاد­سازی در این مقاله از شبکه ای برای نشان دادن مساله استفاده شده است. که در اینجا به مساله برنامه­ریزی چند دوره­ای پرداخته شده است. شبکه شامل دو بعد زمان و مکان است اگر چه ساختار شبکه زنجیره تامین مانند مجموعه تعداد سطوح و مجموعه تعداد شرکت های هر سطح در هر دوره زمانی ثابت باقی می­ماند ولی تقاضا مشتری در هر دوره زمانی متفاوت است. از آنجایی که دو نوع موجودی در شرکت وجود دارد یکی موجودی برای مواد اولیه و دیگری موجودی برای محصولات نهایی، به همین دلیل دو نوع جریان موجودی در سیستم داریم این جریانهای موجودی بین دو دوره متوالی با هم در ارتباط هستند علاوه بر این بمنظور تشخیص این دو نوع جریان موجودی، می­توان شرکت را به دو بخش که شامل گره ورودی و خروجی است، تقسیم کرد که گره­ها توسط یک جریان بهم متصل شده­اند بنابراین جریان موجودی از گره ورودی شرکت i  در دوره t  به گره ورودی شرکت i در دوره t+1 به عنوان جریان موجودی مواد اولیه محسوب می­شود در حالکیه جریان موجودی از گره خروجی شرکت i در دوره t به گره خروجی شرکت i در دوره t+1 به عنوان جریان موجودی برای محصول نهایی محسوب می­شود .محدودیت ۵ و ۶، محدودیتهای ظرفیت را نشان می­دهند و محدودیت ۷و۸، معادلات تعادل جریان را نشان می­دهند. در این مقاله ترجیح داده می­شود محدودیت ۷و۸ برای آزاد­سازی انتخاب شوند. از روش آزاد­سازی برای مشخص کردن بهترین کران استفاده می­شود. از آنجایی که تابع هدف مساله به صورت کمینه کردن هزینه­ها است، جوابی شدنی است ،که به عنوان یک کران بالا  برای مساله در نظر گرفته شود. در این بخش برخی از تکنیک-های بدست آوردن یک جواب شدنی در هر تکرار مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا به یک مقدار اولیه  احتیاج است که به عنوان یک جواب شدنی اولیه در نظر گرفته می­شود. روشهای زیادی برای بدست آوردن جواب شدنی اولیه وجود دارد یکی از این روشها این است که به متغیر های دودویی مساله مقدار ۱ داده شود و سپس مساله برنامه­ریزی خطی حل شود روش دیگری برای بدست آوردن جواب اولیه شدنی، استفاده از یک روش ابتکاری توسعه یافته است. روش ابتکاری در این جا شامل دو قسمت است که قسمت اول برای بدست آوردن زنجیره­ای از یک شرکت در سطح ۱ به شرکت دیگری در سطح آخر است و بر اساس الگوریتم کوتاهترین مسیر k و بدون در نظر گرفتن محدودیت برای ظرفیت­ها میتوان مقدار اولیه را مشخص کرد. بعد از اجرای قسمت اول زنجیره یک لیستی شامل k زنجیره تولید می­شود و در هر زنجیره فقط یک شرکت در هر سطح انتخاب می­شود. اگر چند زنجیره برای مساله، امکان پذیر باشد، زنجیره­ای باید انتخاب کرد که هزینه­های عملیاتی کمتری نسبت به دیگر زنجیره­ها دارد و اگر زنجیره­ای وجود نداشته باشد باید به سراغ قسمت دوم روش ابتکاری رفت. در صورتیکه یک شرکت بتواند در یک دوره محصولات بیشتر از نیاز مشتری تولید کند، محصولات مازاد را به عنوان موجودی به قسمت­های پایین دست در قسمت بعدی برای جلوگیری از عدم پاسخگویی به نیاز مشتری، منتقل می­کند بنابراین مواد اولیه مورد نیاز تولید در یک شرکت پایین دست به عنوان تقاصا برای شرکت در سطح قبلی محسوب می­شود بنابراین قسمت دوم روش ابتکاری این مقاله به صورت رو به عقب (از آخرین سطح به اولین سطح) کار می­کند. شکل زیر شبکه­ای با ۴ سطح که هر سطح ۳ شرکت دارد به همراه یک مشتری نهایی با یک نوع تقاضا در سه دوره در نظر گرفته می­شود، را نشان می­دهد.

l

 

مثال عددی:

چگونگی استفاده از روش ابتکاری سطح به سطح در زیر بیان شده است.

سطح ۴:

طبق شکل فوق سطح ۴ دارای شرکت ۱۰و۱۱و۱۲ است. شرکت ۱۲ را انتخاب کرده و مساله را حل کرده و مشاهده می­شود که در این مرحله عدم رضایت مشتری به وجود می آید یعنی شرکت ۱۲ نمی­تواند به تمام نیاز­های مشتری پاسخ بدهد لذا باید سراغ انتخاب شرکت­های دیگر رفت. اگر شرکت ۱۰ انتخاب شود دوباره مساله باید حل شود .هزینه­های کلی برای انتخاب شرکت ۱۰ معادل ۳۴۴/۵۷ دلار است و برای شزکت ۱۱ معادل ۹۸۹/۵۶ دلار است. لذا در سطح ۴ شرکت ۱۱و ۱۲ انتخاب می­شوند.

سطح ۳:

شرکت ۹ در سطح ۳ انتخاب می­شود. محصولی که شرکت­های سطح ۴ از شرکت­های سطح ۳ تقاضا می­کنند به عنوان مواد اولیه برای شرکت­های سطح ۳ محسوب می­شود. شرکت ۹ نمی­تواند نیاز شرکتهای ۱۱ و ۱۲ را برطرف کند لذا باید سراغ شرکت­های  ۸و ۷ رفت هزینه های کلی برای شرکت ۷ معادل ۷۹۹/۷۵ دلار است و برای شرکت ۸ ۲۸۴/۷۵ دلار است لذا در سطح ۳ شرکت های ۸ و ۹ انتخاب می­شوند و به همین ترتیب شرکت­ها در سطح ۲و ۱ انتخاب می­شوند. و همانطور که در شکل فوق نشان داده شده است در نهایت شرکت­های ۱۲و۱۱و۸و۹و۴و۵و۳و۲ انتخاب می­شوند.

فاصله بین جواب بهینه و جواب بدست آمده از روش ابتکاری ٪۰.۶ بوده که این مقدار با توجه به الگوریتم آزاد­سازی لاگرانژ می­تواند کاهش بیابد.

شکل فوق نشان می­دهد با افزایش تعداد تکرار­ها( شکاف بهینگی و شکاف ابتکاری) کاهش می­یابد. نتایج بدست آمده حاکی از آن است که (شکاف بهینگی) در بیشتر حالات کمتر از ۱٪ است و برای مسائل بزرگ شکاف بهینگی نامشخص است است و از شکاف ابتکاری برای ارزیابی رویکرد حل ارائه شده استفاده می­شود.

زمان اجرای رویکرد ابتکاری و کیفیت جواب به سه عامل ۱- تعداد سطوح ۲-تعداد شرکتهای کاندید شده در هر سطح ۳-تعداد دوره­های زمانی بستگی دارد. تحلیل حساسیت روی زمان اجرا و کیفیت راه حل انجام می­شود. شکل فوق بیان می­کند که شکاف ابتکاری با تعدا افزایش گره­ها در شبکه زنجیره تامین زیاد نمی­شود در حالیکه با افزایش گره­ها زمان اجرا ابتکاری افزایش می­یابد.

نتیجه­گیری و تحقیقات آتی:

در این مقاله مساله زنجیره تامین تحت شرایطی که مشتریان متعدد با تقاضای بسیار زیاد وجود دارد، مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به تقاضای زیاد و محدودیت ظرفیت برای تولید و حمل و نقل در هر شرکت و به منظور جلوگیری از عدم پاسخگویی به نیاز مشتری ،چندین شرکت در هر سطح برای تشکیل شبکه زنجیره تامین می­توان انتخاب کرد با توجه به پیچیدگی مساله یک راه حل موثر مبتنی بر الگوریتم آزاد­سازی لاگرانژ در این مقاله ارائه شد و به منظور بدست آوردن بهترین کران پایین، حل دوگان مساله لاگرانژ پیشنهاد شد. کران پایین با هر تکرار افزایش می­یابد از طرف دیگر یک جواب شدنی (کران بالا) مساله می­تواند در هر تکرار توسط تکنیک اصلاح یا تعمیر که در این مقاله توسعه یافته، بدست بیاید. با افزایش هر تکرار کران بالا کاهش می­یابد. برای تست کیفیت رویکرد حل ارائه شده در این مقاله سه گروه نمونه تصادفی با ابعاد کوچک، متوسط، بزرگ، تولید شده­اند و نتایج عددی نشان می­دهند که رویکرد ارائه شده بسیار خوب عمل کرده است. برای پژوهش­های بیشتر می­توان شرایط تقاضای تصادفی، عملیات انبار­داری و مسائل مهم جهانی از قبیل نرخ ارز،مالیات را در نظر گرفت.