مقدمه
یکی از چالشهای موجود در زنجیرهتامین مواد فسادپذیر، کنترل کیفیت محصولات در طول زنجیره میباشد. برآورد تقاضای مشتریان در سطح کیفیت مطلوب، نیازمند تصمیمگیریهای دقیق بخش تولید- توزیع است. تعیین سطح مناسب کیفیت اولیه محصولات و دمای نگهداری کالاها در حین عملیات انبارش و حملونقل، نقش بسزایی در حفظ میزان کیفیت مطلوب کالاها ایفا میکند. بروز کمترین خطا در هر مرحله از تعیین کیفیت اولیه محصول و یا دمای نگهداری و حمل کالاها سبب عدم ارضای سطح کیفیت مطلوب نقاط تقاضا میشود و این امر باعث شده که حتی در صورت عدم فساد محصولات، بدلیل نداشتن فاکتور کیفیت مطلوب مشتریان، کالای مدنظر بهعنوان کالای اتلافی تلقی شود. بنابراین، در این تحقیق تعیین میزان کیفیت در مقیاس عددی و همچنین کاهش سطح کیفیت و تعیین دمای مناسب در صورت یک مدل برنامهریزی خطی عدد صحیح مختلط برای مسائل تولید- توزیع یکپارچه بیان میشود. مدل ارائه شده در یک مطالعه موردی ارزیابی گردیده و نتایج حاصل بیانگر این است که برای طراحی سیستمهای یکپارچه تولید- توزیع مواد فسادپذیر بخصوص مواد غذایی، با توجه به معیار کیفیت و هزینه، میتوان از مدل ارائه شده در این تحقیق استفاده نمود.
اهمیت کیفیت محصولات فسادپذیر در مدلهای یکپارچه تولید- توزیع و محاسبه آن
با گذر زمان، میزان کیفیت مواد فسادپذیر کاهش خواهد یافت. در زنجیرهتامین موادغذایی، پایین آمدن میزان کیفیت کالاها نقش اساسی را در کل زنجیره ایفا میکند. بهطور کلی تنزل کیفیت موادغذایی انبارش شده به عوامل مختلف محیطی مانند مدتزمان ذخیرهسازی و دمای نگهداری آن کالا وابسته است. پیشبینی کیفیت موادغذایی بدلیل خصوصیات دینامیک این نوع کالاها بسیار پیچیده است. لابوزا(1982) تابعی را برای پیشبینی میزان کیفیت محصولات غذایی نسبت به زمان ارائه داد که اساس آن بر پایه معادله زیر میباشد:
در این معادله q بیانگر میزان کیفیت مود غذایی میباشد. k نرخ کاهش کیفیت محصولات است که وابسته به عوامل محیطی مانند دما میباشد. n باتوجه به نوع مادهغذایی مقدار0 یا 1 میگیرد. برای موادغذایی که کیفیت آنها شدیدا تحت تاثیر رشد میکروبی میباشد(مانند گوشت و ماهی تازه) n مقدار1 میگیرد(موادغذایی نوع 1) و برای سایر موادغذایی که میزان رشد میکروبی در آنها کمتر است، n مقدار0 را اخذ میکند(موادغذایی نوع 2). همانطور که در شکل(1) مشخص شده است، تابع کاهش کیفیت موادغذایی در کالاهای با رشد میکروبی زیاد، بصورت یک تابع نمایی است(در معادله بالا n مقدار1 میگیرد)، زیرا بدلیل رشد سریع میکروبها در این نوع کالاها، در هر زمانی در مقایسه با سایر محصولات این زنجیره، میزان کاهش کیفیتشان بسیار بیشتر است(منحنیB). لازم به ذکر است که برای سایر محصولات میزان تنزل کیفیت نسبت به زمان، یک تابع خطی میباشد (در معادله فوق nمقدار0میگیرد)، یعنی کاهش کیفیت با شیب ثابت در طول زمان رخ میدهد(منحنیA).
همانطور که ذکر شد، عوامل متعددی بر کیفیت مواد فسادپذیر اثرگذار هستند که در بین این عوامل، فاکتور دما نقش بسزایی را ایفا میکند. در معادله زیر وابستگی میزان تنزل کیفیت کالا نسبت به دما نشان داده شده است.
باتوجه به توضیحات فوق، k نرخ کاهش کیفیت کالا، و R پارامترهای تجربی هستند که وابسته به دما میباشد، مقدار ثابت و T نشاندهنده دما میباشد.
با توجه به توضیحات مذکور و بر اساس نوع محصولات، پیشبینی میزان کیفیت آنها در مراکز تولید و توزیع براساس معادله(3) و(4) میباشد. معادله(3) برای موادغذایی با رشد میکروبی بالا و معادله(4) برای سایر محصولاتغذایی میباشد. کیفیت اولیه و t دوره زمانی است.
با جایگذاریK طبق معادله(2) در معادلات(3) و (4) محدودیتهای زیر حاصل میشود:
بنابراین میتوان میزان کیفیت محصولات غذایی را پس از ذخیره سازی در دوره های زمانی مختلف و در درجهحرارت معین محاسبه نمود. لازم بهذکر است که معادله(5) و(6) بترتیب برای محصولاتغذایی نوع(1) و(2) میباشد. باتوجه به توضیحات مذکور، میزان کیفیت را با توجه به معادلات فوق میتوان در مقیاس عددی ذکر نمود که این مقدار به دما و زمان وابسته است.
تعریف مسئله
ساختار زنجیرهتامین محصولاتغذایی با درنظر گرفتن نوع محصولات دارای تفاوتهایی میباشد. بهعنوان مثال در صنعت کترینگ، بدلیل اینکه محصولات دارای طول عمر بسیار کوتاهی میباشند و بشدت فسادپذیرند، کالای تولیدشده بهطور مستقیم از مراکز تولید به خردهفروشان ارسال میشود و زنجیرهتامین هر کالا دارای مدت زمان کوتاهی است. اما در مقابل برای محصولات غذایی منجمد، کالای تولیدشده از مراکز تولید به مراکز توزیع و سپس به خردهفروشان ارسال میشود. زنجیرهتامین این نوع کالاها از لحاظ زمانی بسیار طولانیتر از کالاهای نوع اول میباشد. در شکل(2) زنجیره تامین محصولاتغذایی در حالت کلی ارائه شده است که شامل مراکز تولید، مکانهای ذخیرهسازی محصولات، مراکز توزیع وخردهفروشان است. در مراکز تولید علاوه بر تولید، انبارش و ذخیرهسازی محصول نهایی نیز انجام میگیرد، سپس کالاها به مراکز توزیع ارسال میشوند. در مراکز توزیع کالاها ذخیره شده و سپس با توجه به میزان تقاضای خردهفروشان به این نقاط ارسال میشود. در این مقاله خردهفروشان بهعنوان مشتری نهایی فرض شدهاند و انبارش محصول در این نقاط وجود ندارد. همچنین میزان تقاضا در این مراکز در هر دوره قطعی و تعیینشده است. هدف مسئله تولید- توزیع ارائه شده در این تحقیق، ارائه مدلی برای کمینهسازی هزینههای کل و ارضای تقاضای خردهفروشان در سطح کیفیت مطلوب میباشد.
مفروضات مدل
1- جریان کالا در کل زنجیره فقط توسط کالاهایی صورت میگیرد که در نقاط تقاضا پاسخگوی سطح کیفیت تعیینشده مشتریان باشند، در هر مرحله از شبکه مورد بررسی، وقتی میزان کیفیت محصول از این حد تعیین شده کمتر شد، کالا مدنظر از زنجیره خارج شده و کالای اتلافی تلقی میشود.
2- سطح کیفیت دستههای مختلف محصولات(بچهای مختلف) باتوجه به نوع کیفیت تعیینشده توسط نقاط تقاضا، متفاوت است.
3- مدل بصورت تکمحصولی ارائه شده است.
4- تعیین میزان دمای مراکز تولید و توزیع فقط یکبار و در ابتدای افق برنامهریزی انجام میشود، ولی دمای تجهیزات حملونقل در ابتدای هر دوره زمانی قابل تغییر میباشد.
در ادامه و قبل از ارائه مدل، به شرح تعیین دما برای مراکز مختلف زنجیره میپردازیم.
تعیین محدوده دما و میزان کاهش کیفیت محصولات در مدل ارئه شده
یکی از ویژگیهای خاص مدلهای تولید- توزیع محصولات فسادپذیر، حفظ کیفیت آنها در پروسه انبارش و حملونقل میباشد. از دوطریق میتوان کیفیت محصولات را در سطح مطلوب تعیین شده توسط نقاط تقاضا حفظ نمود. روش اول نگهداری محصولات در دماهای پایین است که این روش نیاز به تجهیزات نگهداری که دارای خنککنندههای قوی هستند میباشد و بخصوص حین حمل کالاها باید وسایل نقلیه مجهز به خنککنندهها در سطح مطلوبی باشند که این امر باعث افزایش هزینههای حملونقل میشود. از طرفی میزان دمای نگهداری کالاها در مراکز مختلف تولید، انبارش و تجهیزات حملونقل در بازهخاصی تعریف میشود. برای تعیین دامنه دمای نگهداری محصولات در بسیاری از کشورها قوانین خاصی وجود دارد که بهعنوان نمونه میتوان به قرارداد ATP اشاره نمود که برطبق آن کشورهای اروپایی و ایالات متحدهآمریکا محدوده خاصی را برای دمای نگهداری و حمل کالاها در مراکز مختلف تعریف میکنند. بنابراین، در هر تسهیل میتوان با توجه به دامنه موجود دمایی، میزان دمای خاصی را انتخاب نمود. روش دوم تعیین میزان کیفیت اولیه محصولات است. با افزایش سطح کیفیت اولیه محصولات میتون پاسخگوی حد مطلوب کیفیت نقاط تقاضا بود. کیفیت اولیه محصولات که بعد از تولید آنها تعیین میشود ماکزیمم کیفیت نام دارد که در شکل(3) نشان داده شده است. با توجه به شکل، محصول تولیدی در سطح کیفیت ماکزیمم تولید شده و به مرکز انبارش منتقل میشود. همانطور که ذکر شد، دمای این مرکز باید در محدوده مجاز تعیین شده باشد. با گذر زمان سطح کیفیت محصول کاهش میابد، البته هرچه دمای نگهداری مناسبتر انتخاب شود کاهش کیفیت کمتر خواهد بود، سپس کالا توسط وسایل حملونقلی که مجهز به خنککنندههای خاص هستند به مراکز توزیع ارسال میگردد. در حین فرایند حمل محصولات با گذر زمان کیفیت کالا کاهش مییابد که هرچه شرایط نگهداری کالا در وسایل حملونقل بهتر باشد و دستگاه مجهز به خنککنندههای بهتری باشد، کاهش کیفیت کمتر خواهد بود. پس از ارسال کالا به مراکز توزیع، عملیات انبارش محصولات انجام میشود تا برمبنای نیاز خردهفروشان در دورههای زمانی مختلف، به آن نقاط ارسال شود. وضعیت نگهداری کالا و کاهش کیفیت آن مانند مراکز تولید میباشد. و در نهایت کالاها به خردهفروشان ارسال میشوند. شرایط حمل کالا به این نقاط مانند حمل کالا به مراکز توزیع است که در بالا توضیح داده شده است. همانطور که در شکل(3) مشخص است، میزان کیفیت کالاها در مراکز تقاضا به حداقل مقدار خود رسیده است. این حداقل سطح کیفیت کالا باید از سطح کیفیت تعیین شده توسط هر خردهفروش کمتر نباشد، زیرا در اینصورت کالا به دلیل نداشتن سطح کیفیت مطلوب بهعنوان کالای اتلافی محسوب میشود و دیگر نمیتواند پاسخگوی نیاز خردهفروش باشد(حتی درصورتیکه کالا فاسد نشده باشد، اگر سطح کیفیتش کمتر از میزان کیفیت تعیین شده توسط خردهفروش باشد، کالای اتلافی تلقی میشود).
توضیح تابع هدف
تابع هدف مدل به منظور کمینهسازی هزینههای کل زنجیره ارائه شده است که این هزینهها شامل پنج هزینه کلی تولید، حملونقل، نگهداری موجودی،خنک کردن مراکز ذخیره کالا و تسهیلات حملونقل و در نهایت هزینه اتلاف محصولات فاسدشده میباشند. هزینه تولید در مراکز تولید، هزینه نگهداری موجودی در مراکز تولید و توزیع، هزینه حملونقل محصولات از مراکز تولید به مراکز توزیع و همچنین از مراکز توزیع به خردهفروشان، هزینه خنک کردن مراکز تولید، توزیع و تسهیلات حملونقل و در نهایت هزینه اتلاف محصولات فاسد شده در مراکز تولید و توزیع به مدل اعمال میشود.
توضیح محدودیتها
محدودیت(9) بیانگر محدودیت تعادل موجودی در هر مرکز تولید میباشد. بر طبق این محدودیت، میزان موجودی در هر مرکز تولید در هر دوره زمانی، برابر با میزان موجودی دوره قبل بعلاوه میزان تولید دوره جاری، منهای میزان کالایی است که در همین دوره به نقاط مختلف توزیع ارسال میشود. نکته حائز اهمیت در این محدودیت، میزان کیفیت موجودی دوره قبل میباشد که به میزان کاهش یافته است و همچنین تعیین دامنه میزان کیفیت تمامی محصولات است که باید عددی بین حد پایین و حد بالای کیفیت تعیین شده باشد.
محدودیت(10) نشانگر محدودیت تعادل موجودی در هر مرکز توزیع است. به ازای این محدودیت، مقدار موجودی هر محصول درآن مرکز توزیع، برابر موجودی دوره قبلی بعلاوه کل محصولاتی که در این دوره از تمامی مراکز تولید به این مرکز ارسال میشوند، منهای کل محصولات ارسالی از این مرکز به تمام خردهفروشان است. در محدودیت(11) مقدار محصولات فاسد شده در مراکز تولید و توزیع تعیین شده است. محصولاتی که میزات کیفیتشان کمتر از حدپایین کیفیت تعیین شده باشد، به عنوان محصولات فاسد میباشند و دیگر نمیتوانند برای ارضای تقاضا استفاده شوند( کالای فاسدشده، کالایی است که میزان کیفیتش کمتر از حد پایین کیفیت تعیین شده است). میزان تقاضای خردهفروشان در محدودیت(12) بیان شده است که بر طبق آن، کل کالاهایی که از مراکز توزیع مختلف به خردهفروشان ارسال میشود باید پاسخگوی کل تقاضای هر خردهفروش باشد. محدودیت(13) تا(15) بیان میکند که در صورتی میتوان کالاها را از یک مرکز به مرکز دیگری(منظور از مراکز تولید به توزیع و از مراکز توزیع به خردهفروشان میباشد) ارسال نمود که در مرحله اول بین آن دو مرکز، تسهیلات حملونقل که مجهز به تجهیزاتی برای نگهداری کالاها در دماهای مختلف باشند، اختصاص داده شده باشد و در مرحله بعد باتوجه به رعایت شرط مذکور، جریان انتقال کالا بین مراکز مختلف انجام پذیرد که محدودیت(14) بهمنظور افزایش کارایی بیشتر مدل ارائه شده است و بر طبق آن، اگر بین هر دو مرکز ناوگان حملونقلی وجود نداشته باشد، هیچ جریان کالایی نیز بین آن دو مرکز برقرار نیست. محدودیت(16) میزان موجودی تحت سطوح مختلف درجه حرارت را نشان میدهد که به موجب این محدودیت، کالاهای موجود در هر یک از مراکز تولید و توزیع تحت دمای معینی نگهداری میشوند(دمای هر مرکز باید در دامنه دمایی تعریف شده برای محصولاتش باشد). بنابراین در محدودیت(17) یک درجه دمایی معین برای هر یک از مراکز تولید و توزیع تعیین میشود. محدودیت ظرفیت در هر مرکز تولیدی در محدودیت(18) ذکر شده است که بر طبق آن، میزان کل تولید آن مرکز نباید از ظرفیت مرکز تولیدی مذکور تجاوز نماید.
مطالعه موردی
در این بخش برای ارزیابی مدل ارائه شده، مطالعه موردی مطرح میشود که به این شرح میباشد:
مسئله شامل یک مرکز تولید، 4 خردهفروش و 1نوع محصول میباشد. محاسبه طول عمر این نوع محصولات(موادغذایی که در معرض رشد سریع میکروبی نیستند) بدینترتیب است که اگر دمای محصول از 7.2 به 10 درجه سانتیگراد افزایش یابد، عمر محصولات از 3هفته به 2هفته کاهش مییابد(لابوزا 1982).
بنابراین کاهش عمر محصولات تقسیم بر افزایش دمای نگهداری در هر دو دمای انتخابی 2.5 میشود، که با استفاده از این فرمول میتوان طولعمر محصولات را در دماهای مختلف محاسبه نمود(جدول(1)). برای مثال اگر دما از10به 4 درجه سانتیگراد کاهش یابد، و با توجه به اینکه عمر موادغذایی نوع دوم در دمای 10 درجه سانتیگراد برابر 14 روز میباشد، میتوان عمر این نوع محصولات را در دمای 4 درجه محاسبه نمود که با توجه به محاسبات زیر 29 روز میباشد.
محصولات تولیدی بهطور مستقیم از مراکز تولید به خردهفروشان ارسال میشود، بهعبارت دیگر مراکز تولید، عملیات توزیع را نیز انجام میدهند و خردهفروشان به عنوان مشتری نهایی فرض شدهاند. میزان کیفیت تعیینشده تقاضا از سوی خردهفروشان 1و2 برابر80% و برای خردهفروشان 3و4 معادل 85% است. زمان حمل کالاها از مرکز تولید به خردهفروشان 1و3 برابر دو روز و به خردهفروشان 2و4 برابر سه روز است. دامنه دمای حرارتی برای تسهیلات تولید و حملونقل 2، 4، 6، 8 و یا 10 درجه سانتیگراد است. تعیین دمای مراکز نگهداری کالاها فقط یکبار و در ابتدای افق برنامهریزی انجام میگیرد و تغییر دما بهصورت روزانه مجاز نمیباشد، ولی تغییر دما در تجهیزات حملونقل در هرمرتبه ارسال کالا به مراکز توریع امکانپذیر میباشد. افق برنامهریزی 14 روز میباشد که هر دوره زمانی 1روز فرض شدهاست.
تحلیل نتایج
باتوجه به مثال فوق، تاثیر استفاده از خنککنندههای مختلف در هزینههای حملونقل بصورت حاصلضرب پارامترa در این هزینهها اعمال میشود. سناریوهای مختلفی را بهازای پارامترa با مقادیری بین 0.15و 1 درنظر میگیریم. برای تجزیهوتحلیل افزایش هزینههای حملنقل بر سطح کیفیت اولیه و دمای نگهداری مورد نیاز محصولات، پارامترa را بهازای دو مقدار 0.25و 0.75 بررسی میکنیم. جدول(2) و(3) بترتیب میزان هزینههای حملونقل برای چهار خردهفروش مثال فوق را تحت دو سناریو aبرابر 0.25و 0.75 نشان میدهند. در سطح دمای یکسان مثلا 2 درجه سانتیگراد،در a=0.25 سطح هزینههای حملونقل کمتر از هزینههای a=0.75 میباشد.
با مقایسه دو جدول میتوان نتیجهگرفت که، در جدول(3) در هر سطح دمایی، تمامی خردهفروشان دارای هزینههای حملونقل تقریبا یکسانی هستند(بین خردهفروشان مختلف در این سطحa میزان هزینه حمل کالا تفاوت ناچیزی دارد)، زیرا وقتی هزینههای حملونقل تجهیزات بالا است، برای حفظ کیفیت محصولات در سطح مورد نیاز مشتریان، باید سطح کیفیت اولیه را افزایش داد. همانطور که ذکر شد، کیفیت محصولات ارسالی به نقاط تقاضا باید درحد پاسخگویی به سطح کیفیت تعیین شده توسط آنها باشد. ازطرفی، حفظ کیفیت از طریق افزایش کیفیت اولیه و یا نگهداری محصولات در سطح دمای پایین رخ میدهد. لذا، در مواقعی که هزینههای حملونقل زیاد است، برای حفظ کیفیت در دماهای پایین شاهد افزایش چشمگیری در هزینههای حملنقل هستیم(شرایط نگهداری کالا در دماهای پایین باعث افزایش هزینههای تجهیزات خنککننده میشود). در نتیجه، باید میزان کیفیت اولیه محصولات را در مراکز تولید افزایش دهیم و دمای نگهداری کالاها در حین پروسه حملونقل در دماهای بالاتری انجام پذیرد تا سیستم متحمل هزینههای هنگفت حملونقل نشود.
در شکل(4) نتیجه نهایی از مبحث بالا بطور خلاصه ارائه شده است که بر طبق آن برای ارضای سطح کیفیت مورد نیاز هر خردهفروش باید تعادلی بین سطح کیفیت اولیه و دمای نگهداری محصولات برقرار شود. هرچه هزینه حملونقل کالاها بالاتر باشد، برآورد کیفیت خردهفروشان توسط افزایش در کیفیت اولیه محصولات صورت میپذیرد، زیرا نگهداری محصولات در دماهای پایین باعث افزایش بیشتر هزینههای حملونقل میشود. مثلا در سطح هزینههای 0.4 و 0.8 مشاهده میشود که با افزایش هزینههای حملونقل، میزان دمای نگهداری و کیفیت اولیه محصولات افزایش مییابد. زیرا همانطور که ذکر شد، در سطح هزینههای بالا، کاهش دما برای پاسخگویی کیفیت تقاضای خردهفروش باعث افزایش هنگفتی در هزینههای خنککنندههای تجهیزات حملونقل میشود. بنابراین، با افزایش کیفیت اولیه محصولات میتوان کیفیت مورد نیاز خرهفروشان را حفظ نمود و از طرفی در دماهای بالاتری کالاها را نگهداری کرد و از افزایش شدید هزینههای حملونقل جلوگیری نمود.
در سطح هزینههای پایین مثلا 0.2مشاهده میشود که نمودار دما پایینتر از نمودار کیفیت است و این بدین معنی است که ارضای کیفیت مورد نیاز نقاط تقاضا بیشتر توسط نگهداری کالا در دمای پایین صورت میگیرد تا سطح کیفیت اولیه بالا، چون میزان هزینههای خنککننده تجهیزات حملو نقل کم است.
نتیجه دیگری که از ارائه این مدل حاصل میشود بیانگر این امر است که دامنه تغییرات سطح کیفیت اولیه محصولات به ازای مقدار آنها در هر سطحa مقدار محدودی است. با توجه به شکل(5) برای a=0.25، سطح کیفیت اولیه برای مقادیر مختلف کالا نشان داده شده است که میزان کیفیت اولیه عددی بین 83 تا 91 درصد میباشد. نتیجه حاصل بیانگر این است که بهازای هر هزینه حملونقل و مقادیر مختلف کالا، تغییرات در سطح کیفیت اولیه متعلق به دامنه محدودی است.
نتیجهگیری
در این مقاله یک مدل ریاضی برنامهریزی عددصحیح مختلط برای زنجیره تامین موادغذایی ارائه گردید. تمرکز مدل مطرحشده بر کنترل کیفیت محصولات در کل زنجیره میباشد. حفظ کیفیت کالاها در حین عملیات انبارش و حملونقل از ویژگیهای مهم مدلهای تولید- توزیع محصولات فسادپذیر است. از دوطریق میتوان کیفیت محصولات را در سطح مطلوب تعیین شده توسط نقاط تقاضا حفظ نمود. روش اول نگهداری محصولات در دماهای پایین است که در این روش نیاز به تجهیزات نگهداری که دارای خنککنندههای قوی هستند میباشد که این امر باعث افزایش هزینههای حملونقل میشود. روش دوم تعیین میزان کیفیت اولیه محصولات است. با توجه به موارد مذکور، مدل ارائه شده توسط مطالعه موردی مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج حاصل بیانگر این است که برای طراحی سیستمهای یکپارچه تولید- توزیع مواد فسادپذیر بخصوص مواد غذایی، با توجه به معیار کیفیت و هزینه، میتوان از مدل ارائه شده در این تحقیق استفاده نمود.
تحقیقات آینده
1- مسئله با ابعاد بزرگتر و با درنظرگرفتن جزئیات بیشتری در صنایع مواد فسادپذیر، میتواند در تحقیقات آینده مورد بررسی قرار گیرد.
2- در این تحقیق فقط یک نوع محصول مورد بررسی قرار گرفت، در تحقیقات بعدی میتوان مدل بصورت چند محصولی و با وجود چند نوع سطح کیفیت ارائه گردد. همچنین یکپارچهسازی کیفیت تولید و توزیع بین محصولات مختلف با کیفیتهای گوناگون، جزء مواردی است که میتواند در تحقیقات بعدی مورد بررسی قرار گیرد.