هماهنگی در زنجیره تامین-بررسی مقاله هفتم

1-      1- مقدمه

با رشد سریع اقتصاد چین، این کشور بزرگترین مصرف کننده انرژی اولیه در جهان است و به شدت وابسته به زغال سنگ و نفت است و همچنین بزرگترین منتشرکننده گازهای گلخانه ای در جهان است. مسائل اصلی که کشور چین با آن مواجه است، اختلال در عرضه انرژی، آلودگی محیطی و رشد وابسته به واردات انرژی برای تامین امنیت انرژی و حفاظت از محیط زیست است.

به منظور دست یابی به آینده پایدار، چین به دنبال تنظیم ساختار انرژی خود با سرعت بخشیدن به استفاده از منابع انرژی های سازگار با محیط زیست و تجدیدپذیر جایگزین سوخت های فسیلی سنتی است. سوخت های زیستی یکی از پرکاربردترین انرژی های تجدیدپذیر و جایگزین مناسبی برای سوخت های فسیلی، به طور خاص در بخش حمل و نقل به دلیل پتانسیل بالای آن ها برای افزایش امنیت انرژی و کاهش آلودگی های محیطی هستند. علاوه بر این، به عنوان یک پیشرو در بخش کشاورزی، توسعه صنعت سوخت زیستی، پیشرفت روستایی در چین را به همراه دارد. در سال های اخیر، چین برنامه هایی را برای ترویج تولید و عرضه سوخت های زیستی راه اندازی کرده است. تولید سوخت زیستی در سال های 2005 تا 2015 تقریبا پنج برابر شده است. با این حال، این مقدار تنها 3.25٪ از مجموع کل سوخت تولیدی جهانی در سال 2015 را تشکیل می دهد، و هنوز هم نسبت به مصرف محصولات نفتی بسیار کم است.­ بنابراین، تولید محدود سوخت های زیستی در چین نمی تواند شکاف بین تقاضای انرژی و عرضه را تامین کند  .

از این رو، به دلیل امنیت انرژی و حفاظت از محیط زیست، تولید سوخت زیستی چین باید به میزان قابل توجهی افزایش یابد. برای افزایش تولید سوخت زیستی، عرضه مواد پایدار و فراوان مواد اولیه ضروری و در اولویت اول است. با این حال، چین از عرضه کمپوست کشاورزی برای تولید سوخت زیستی رنج می برد.­ به عنوان مثال، گوجه فرنگی، یکی از مهمترین محصولات سوخت زیستی در چین، به شدت به واردات بستگی دارد: گوجه فرنگی وارداتی بیش از 60 درصد از نیازهای کلان چین را شامل می شود در نتیجه، امروزه طراحی زنجیره تامین سوخت زیستی قابل انعطاف برای تامین پایدار مواد اولیه کشاورزی، به منظور افزایش تولید سوخت زیستی مهم است. با توجه به این شرایط، این مطالعه با هدف بررسی چگونگی افزایش عرضه مواد اولیه کشاورزی از منظر مدیریت زنجیره تامین با استفاده از رویکردهای تحلیلی انجام شده است.­ یک زنجیره تامین سوخت زیستی که شامل یک تولید کننده سوخت زیستی و چند کشاورز کوچک در زمینه تامین منابع کشاورزی و تولید سوخت های زیستی بررسی شده است.

 به طور سنتی، در صنعت کشاورزی، یک خریدار مستقل و یک تامین کننده مستقل، پیش از فصل رشد، قرارداد خرید را امضا خواهند کرد و مقدار فروش و قیمت عمده فروشی محصولات کشاورزی را مشخص می کنند. پس از آن، فروشنده محصولات واقعی تولیدی را به خریدار می فروشد. با این حال عملکرد محصولات کشاورزی که به شدت تحت تاثیر شرایط طبیعی مانند آب و هوا، آفات و بیماری است، دارای عدم قطعیت زیادی است. در نتیجه، اغلب مقدار محصولات واقعی تولید­شده، از آنچه نسبت به ورودی اولیه انتظار می رود متفاوت است و ممکن است بیشتر یا کمتر از مقدار از قبل مشخص شده در قرارداد باشد. از این رو، تامین کننده ریسک مواجهه با تولید بیش از حد را متحمل می شود، در حالی که خریدار در معرض ریسک کاهش تولید در شرایط نامطلوب عدم قطعیت قرار می گیرد.

بنابراین، اهداف این مطالعه با توجه به ویژگی های زنجیره تامین سوخت زیستی، طراحی قرارداد هماهنگی تسهیم ریسک به صورت منصفانه و سودمند برای هر دو عضو، برای افزایش عرضه مواد اولیه کشاورزی و بهره وری کل زنجیره تأمین سوخت زیستی است

.

2-    2-   نوآوری مقاله

·         در نظرگیری همزمان محیط تصادفی و هماهنگی در زنجیره تامین

·         با توجه به شرایط آب و هوا و عدم قطعیت در بازدهی مواد اولیه کشاورزی، بازده واقعی ممکن است بیشتر یا کمتر از مقدار ورودی باشد. در صورتیکه در ادبیات نرخ بازده تصادفی مقداری بین صفر و یک است و بازده واقعی قطعا کمتر از مقدار ورودی می شود.

·         در نظرگیری قدرت چانه زنی نامتعادل اعضای زنجیره تامین برای دست یابی به هماهنگی در زنجیره تامین و وضعیت برد-برد

3-     3-  مدل سازی

در این پژوهش، یک زنجیره تامین سوخت زیستی شامل یک تولیدکننده سوخت زیستی و n کشاورز در مقیاس کوچک برای تامین مواد اولیه کشاورزی و تولید سوخت زیستی در محیط دارای بازده تصادفی در نظر گرفته شده است. در مواجهه با تقاضای انرژی بازار D0، تولید کننده سوخت زیستی ابتدا مواد اولیه کشاورزی را از کشاورزان کوچک خریداری می کند و سپس آنها را به عنوان محصولات سوخت زیستی با هزینه های واحد پردازش c و قیمت p به فروش می رساند. r  (0 <r ≤ 1) نشان دهنده نرخ خروجی انتقال (مقدار سوخت زیستی تولید شده از یک واحد از مواد اولیه) است. بنابراین تولید کننده سوخت زیستی نیاز به خرید D0 / r واحد از مواد اولیه از کشاورزان به منظور پاسخگویی به تقاضای بازار است. همچنین کشاورزان، همگن و تولیدکننده سوخت زیستی مقدار یکسان D0/rn از هر کشاورز با قیمت عمده فروشی w می خرد. هزینه کل همکاری تولیدکننده سوخت زیستی با هر کشاورز (هزینه عقد قرارداد، آموزش، حمایت فنی و ...) با F نشان داده شده است. پس از دریافت سفارش تولیدکننده، هر کشاورز باید مقدار ورودی، Q، هزینه تولید واحد، cF  را تعیین کند. فرض شده است که بازده واقعی محصولات کشاورزی، به دلیل شرایط طبیعی مانند به عنوان آب و هوا، آفات، بیماری ها و غیره تصادفی است. مقدار ورودی هر کشاورز Q می باشد و نرخ بازده واقعی دارای حد بالا و پایین است. به دلیل عدم قطعیت بازده واقعی، این مقدار ممکن است کمتر یا بیشتر از مقدار واقعی باشد. بنابراین، تابع سود تولیدکننده سوخت زیستی و هر کشاورز از روابط زیر بدست می آیند.

1-3 سیستم متمرکز

با توجه به روابط 1 و 2، بهینه سازی سیستم متمرکز از طریق مدل زیر حاصل می شود.

با مشتق گیری مرتبه اول از رابطه 3 و مساوی صفر قراردادن آن، مقدار بهینه ورودی سیستم متمرکز بدست می آید.

سود مورد انتظار مدل متمرکز از رابطه زیر بدست می آید.

 (4)

به ازای قیمت عمده فروشی مشخص، سود مورد انتظار هر کشاورز و تولیدکننده سوخت زیستی تحت مدل متمرکز از رابطه زیر بدست می آید.

 

2-3 سیستم غیرمتمرکز

از رابطه یک می توان مقدار بهینه ورودی هر کشاورز را تحت سیستم غیر­متمرکز بدست آورد. مقدار بهینه ورودی هر کشاورز تحت مدل غیرمتمرکز کمتر از مقدار تحت مدل متمرکز است. زیرا تحت مدل غیرمتمرکز، هر کشاورز به تنهایی ریسک ناشی از عدم قطعیت بازده را متحمل می شود. تحت مدل غیر متمرکز سود مورد انتظار هر کشاورز از رابطه 7 و سود مورد انتظار تولیدکننده از رابطه 8 بدست می آید.

بنابراین سود کل مورد انتظار زنجیره تامین از رابطه زیر بدست می آید.

(9)

از آنجاییکه مقدار بهینه ورودی هر کشاورز تحت مدل غیرمتمرکز کمتر از مدل متمرکز است، سود هر کشاورز نیز تحت مدل غیرمتمرکز بیشتر از مدل متمرکز است. در حالیکه سود کل زنجیره تامین و سود تولیدکننده در حالت متمرکز بیشتر از حالت غیر متمرکز است.

4- طراحی قرارداد­های هماهنگی

1-4 قرارداد تسهیم ریسک ناشی از مازاد تولید (OPC)

تحت این قرارداد، اگر بازده واقعی کشاورزان به دلیل عوامل تصادفی بیشتر از مقدار سفارش تولیدکننده سوخت زیستی باشد، تولیدکننده سوخت زیستی، محصول برداشت شده را خریداری می کند. تولیدکننده سوخت زیستی، مقدار سفارش خود را به قیمت عمده فروشی w و مقدار مازاد آن را با قیمت عمده فروشی تخفیف داده شده خریداری می کند. به این ترتیب، تولیدکنندگان سوخت زیستی، با به اشتراک گذاشتن ریسک بیش از حد تولید با کشاورزان، ریسک بیشتری را نسبت به سیستم غیر متمرکز تحمل می کنند. بنابراین، تحت این قرارداد مقدار ورودی بهینه کشاورز، از رابطه زیر بدست می آید.

(10)

سود مورد انتظار تولیدکننده سوخت زیستی از رابطه زیر بدست می آید.

(11)

قضیه: اگر نرخ بازده تصادفی دارای توزیع یکنواخت باشد، مقدار ورودی بهینه کشاورز از رابطه بدست می آید.

قضیه: به ازای قیمت عمده فروشی ثابت w، ضریب تخفیف بهینه قیمت عمده فروشی تحت قرارداد OPC از رابطه  بدست می آید.

2-4 قرارداد تسهیم ریسک ناشی از کمبود تولید (UPC)

تحت UPC، فرض شده است که بازده واقعی تولیدکننده به دلیل فاکتورهای تصادفی، کمتر از مقدار سفارش تولیدکننده سوخت زیستی است. در نتیجه قیمت جریمه ای بین صفر و یک به ازای برآورده نشدن تقاضای تولیدکننده به کشاورز تحمیل می شود. بنابراین، تحت این مدل با به اشتراک گذاشتن ریسک کمبود کالای سوخت زیستی با تولیدکننده آن، کشاورز ریسک بیشتری نسبت به مدل غیرمتمرکز متحمل می شود. تحت قرارداد UPC، تابع سود موردانتظار هر کشاورز از رابطه زیر بدست می آید.

(12)

سود مورد انتظار تولیدکننده سوخت زیستی از رابطه زیر بدست می آید.

(13)

قضیه: به ازای قیمت عمده فروشی ثابت W، قرارداد UPC با ضریب جریمه  قادر به هماهنگ کردن مدل غیرمتمرکز است.

3-4 قرارداد ترکیبی تحت مدل چانه زنی نش با اطلاعات نامتقارن (MC)

در بخش های قبل، نشان داده شد که تحت قراردادهای OPC یا UPC، تولیدکننده سوخت زیستی یا کشاورز، ریسک بیشتر از حالت غیرمتمرکز را متحمل می شوند. بنابراین، مدل MC برای شرکت کردن هر دو عضو و دست یابی یه هماهنگی در زنجیره تامین و موقعیت برد-برد برای کشاورز و تولیدکننده معرفی شده است. تحت قرارداد MC، سود مورد انتظار هر کشاورز از رابطه زیر بدست می آید.

(14)

سود مورد انتظار تولیدکننده سوخت زیستی از رابطه زیر بدست می آید.

(15)

قضیه: به ازای مقدار ثابت خرده فروشی، قرارداد MC که  زنجیره تامین غیرمتمرکز را هماهنگ می کند.

مساله اصلی یافتن مقدار بهینه ضریب تخفیف و ضریب جریمه می باشد. در عمل، مقدار مقدار بهینه ضریب تخفیف و ضریب جریمه با مذاکره بین اعضا بدست می آید. به دلیل منابع نابرابر تولیدکننده سوخت زیستی و کشاورزان (سرمایه، تکنولوژی و ...)، اعضا قدرت چانه زنی برابر ندارند. در این مقاله، مدل چانه زنی نش با اطلاعات نامتقارن استفاده شده است. برای تعریف یک مسئله چانه زنی، ابتدا باید نقاط عدم توافق بازیگران مذاکره کننده، شامل کشاورزان و تولید کننده سوخت در این مطالعه را تعیین کنیم. در بسیاری از موارد، اختلاف نظرها در صورت تحقق مذاکرات، سود ناشی از مذاکره است. ابتدا سود بازیگران تحت مدل غیرمتمرکز به عنوان نقطه اختلاف نظر در نظرگرفته شده است. در مرحله دوم، باید سود بازیگران را بعد از مذاکره تعیین کنیم که ترجیح داده می شود این مقدار برابر سود حاصل از قرارداد ترکیبی (سناریو همکاری) باشد. در مرحله سوم، k و 1-k قدرت چانه زنی کشاورزان و تولیدکننده سوخت را بیان می کنند. مدل چانه زنی نش با اطلاعات نامتقارن می تواند عقلانیت فردی هر دو بازیگر را در حالی که زنجیره تامین را بهینه می کنند، نشان دهد. سپس مدل چانه زنی در رابطه 16 و مقادیر بهینه حاصل از رابطه 16 در ادامه آورده شده است.
(16)   

5- مطالعه موردی و آنالیز حساسیت

در این بخش، یک مطالعه موردی برای قراردادهای فوق ارائه داده شده است. پارامترهای کلیدی به عنوان مقادیر متوسط صنایع از صنعت سوخت زیستی مبتنی بر نوعی نشاسته (کاساوا) در چین تنظیم شده است. ویژگی های محصول مانند تحمل خشکسالی، نیاز کم به کودهای کشاورزی و ... باعث می شود کاساوا یکی از جذاب ترین گیاهان برای تولید سوخت های زیستی باشد. علاوه بر این، کاساوا یک محصول غیر اساسی در چین است و از رقابت مستقیم با غذا اجتناب می کند. بنابراین، کاساوا به عنوان یک محصول سوخت زیستی مهم و بسیار جذاب در چین مورد بررسی قرار می گیرد. استان های جنوبی چین، گووانگشی، گوانگدونگ، یوننان و هانان، بیش از 90 درصد از تولیدات ملی کاساوا را در اختیار دارند. با این حال، بیش از 60 درصد از کل کاساوای موردنیاز داخلی چین از طریق واردات، به عنوان مثال از تایلند برآورده می شود. یک زنجیره تامین سوخت زیستی شامل یک تولیدکننده سوخت زیستی و 2000 کشاورز با پارامترهای ارائه شده مورد بررسی قرار گرفته است.

1-5 نتایج کلی

با به کارگیری زنجیره تامین زیست سوختی در چین، مقدار ورودی بهینه، فاکتورهای هماهنگی و همچنین سود مورد انتظار هر کشاورز، تولید کننده سوخت زیستی و زنجیره تأمین سوخت زیستی، در جدول 1 نشان داده شده است. جدول 1 نتیجه گیری اصلی بحث های فوق را ارائه می دهد. مقدار ورودی بهینه تحت سیستم متمرکز بیشتر از سیستم غیرمترکز است. با توجه به اثر دو بار حاشیه سود محاسبه کردن، سود تولید کننده سوخت زیستی و کل زنجیره تامین تحت سیستم متمرکز بیشتر از سیستم غیر­متمرکز است. در حالی که سود کشاورز تحت سیستم متمرکز، کمتر است. علاوه بر این، از جدول 1 می توانیم ببنیم که هرچند OPCو UPC می توانند کل زنجیره تامین را بهینه کنند، اما سود تولید کننده سوخت زیستی یا کشاورز، افزایش نمی یابد. فقط قرارداد MC می تواند محدودیت های مشارکت هر دو بازیگر را برآورده کند و همزمان هماهنگی را در زنجیره تامین برقرار کند.

جدول 1) نتایج مطالعه موردی

2-5 آنالیز حساسیت

به منظور بررسی کاربرد عملی قراردادهای پیشنهادی، از متوسط داده های صنعت برای صنایع سوخت زیستی مبتنی بر کاساوا در چین استفاده شده است. با این حال، در همان صنعت، پارامترهای واقعی برای شرکت های خاص متفاوت است. به عنوان مثال، نرخ متوسط انتقال صنعت از کاساوا به سوخت زیستی 12 درصد است، اما برای تولیدکنندگان خاص سوخت زیستی متفاوت است زیرا آنها سرمایه گذاری های مختلف را در تجهیزات و منابع انسانی و غیره انجام داده اند. سپس، سوالی که مطرح می شود این است: تا چه حد تغییر پارامترها (تحت تاثیر شرکت های خاص) بر تصمیم گیری و سود هر یک از بازیگران در زنجیره تامین تاثیر می گذارد؟ برای پاسخگویی به این سوال، تحلیل های حساسیت بر روی پارامترهای اصلی – عدم قطعیت بازده، نرخ خروجی انتقال تولید کننده سوخت زیستی و همچنین هزینه ها - برای بررسی تاثیر آن بر مقدار ورودی بهینه، عوامل هماهنگی و سود، ارائه شده است. هنگامی که نرخ خروجی تولید کننده سوخت زیستی از 12 درصد به 24 درصد تغییر کند، می توانیم ببینیم که نرخ خروجی انتقال بالاتر، مقدار ورودی پایین تر خواهد بود و عوامل هماهنگ کننده OPC و UPC بالاتر خواهد بود(نمودار 1). این پدیده در دنیای واقعی حس می شود. برای برآوردن تقاضای بازار نهایی (انرژی)، هر چقدر نرخ تولید خروجی تولید کننده سوخت زیستی بیشتر شود، مقدار سفارش خرید کاساوا کمتر می شود. بر این اساس، کشاورزان باید مقدار ورودی خود را کاهش دهند. در نتیجه، به دلیل عدم قطعیت بازده، ریسک ناشی از تحویل و کمبود افزایش می یابد. در این وضعیت، برای کاهش ریسک فروش از دست رفته انرژی و به منظور ایجاد انگیزه برای کشاورزان برای افزایش مقدار ورودی، تولید کننده سوخت زیستی تصمیم به تعهد خرید همه مقادیر اضافی کاساوا با تخفیف بیشتر از قیمت عمده فروشی، و جریمه هر یک از سفارشات برآورده نشده با قیمت جریمه بالاتر می گیرد. به طور مستقیم، نرخ خروجی انتقال بالاتر، منجر به افزایش سود تولید کننده سوخت زیستی و سود کمتر کشاورز خواهد شد

.

نمودار 1) تأثیر نرخ خروجی انتقال برای تصمیم گیری های بهینه و سود

6- نتیجه گیری

·         استفاده از قراردادهای هماهنگی بین تولید کننده سوخت زیستی و چندین کشاورز کوچک تحت عدم قطعیت بازده مورد بررسی قرار گرفته است. بعضی از این قراردادها ممکن است پایداری زنجیره تامین تولید سوخت زیستی را تضمین کنند و عملکرد زنجیره تامین سوخت زیستی را به طور کلی بهبود بخشند.

·         دو قرارداد تسهیم ریسک ناشی از مازاد تولید (که تولید­کننده سوخت را با قیمت تخفیف برای واحدهای بیش از حد تولیدشده کشاورزان خریداری می کند) و قرارداد تسهیم ریسک ناشی از کمبود تولید (که در آن کشاورزان با قیمت جریمه برای تحویل کمتر از واحدهای سفارش داده شده، محصول را خریداری می کنند)، برای ایجاد انگیزه یا جریمه کشاورزان برای افزایش یا کاهش تولید خود، برای دست یابی به مقادیر مدل متمرکز، ارائه شده است. نتایج نشان می دهد که با استفاده از این دو نوع قرارداد، تولید­کننده سوخت زیستی یا کشاورزان، سود کمتری نسبت به مدل غیرمتمرکز بدست می آورند.

·         در نهایت، با ارائه قرارداد ترکیبی تحت مدل چانه زنی نش با اطلاعات نامتقارن، برای رسیدن به هماهنگی زنجیره تامین و برقراری دو محدودیت مشارکت بازیگران ارائه شده است. مطالعه موردی برای صنعت سوخت زیستی در چین مبتنی بر کاساوا بررسی شده است. نتایج نشان می دهد قرارداد ترکیبی تحت مدل چانه زنی نش با اطلاعات نامتقارن، منجر به پایداری در زنجیره تامین کشاورزی می شود و بهبود پارتو در زنجیره تامین بدست آمده است.

7- پیشنهادات آتی

• در این مقاله اعضای زنجیره تامین خنثی به ریسک در نظر گرفته شده بودند که می توان ترجیحات ریسک اعضای زنجیره تامین سوخت زیستی را در مطالعات بعدی در نظر گرفت.

•    در نظرگیری کشاورزان ناهمگن با منابع متفاوت
•   درنظرگیری نقش فاکتورهای خارجی مانند تاثیر بیرونی دولت که عامل مهمی در سیستم انرژی های تجدیدپذیر و توسعه پایدار است.