بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
ارائه یک مدل برنامهریزي ریاضی استوار براي طراحی و مکانیابی تسهیلات در زنجیره تامین حلقه-بسته
چکیده
یکی از تصمیمات استراتژیک در زنجیره تامین که تاثیر فراوانی بر هزینهها و سطح رضایتمندي مشتریان دارد، طراحی شبکه زنجیره میباشد . یکی از زمینههاي مهم در شبکههاي لجستیک، طراحی یکپارچه شبکه زنجیره تامین مستقیم و معکوس و هم چنین یکپارچهسازي انتخاب تامین کننده و طراحی شبکه است. علاوه بر آن در محیط پر رقابت امروزي، سرعت بالاي تغییرات، بر عدم قطعیت حاکم بر تصمیم گیري افزوده است. براي مدیریت عدم قطعیت حاکم بر زنجیره تامین و داشتن اعتماد کافی به نتایج، برنامهریزي قابل اتکا باید انجام شود تا ریسک تصمیم گیري کاهش یابد. در این مقاله یک مدل برنامهریزي خطی عدد صحیح آمیخته چند محصولی، چند قطعهاي به همراه چندین لایه تسهیلات با ظرفیت محدود فرمول بندي شده است. رویکرد بهینه سازي استوار براي مواجه با عدم قطعیت در پارامترها در نظر گرفته شده است. در پایان براي ارزیابی صحت عملکرد مدل و کیفیت جوابها، چند مثال عددي براي مدل پیشنهادي مورد استفاده قرار گرفته است.
کلمات کلیدي
زنجیره تامین حلقه-بسته، طراحی شبکه، عدم قطعیت، بهینه سازي استوار
-1 مقدمه
در سالهاي اخیر جهانی شدن فعالیتهاي اقتصادي در کنار رشد سریع توسعه فناوري اطلاعات منجر به کوتاهتر شدن چرخه عمر محصولات، کوچکتر شدن ظرفیت حملونقل و رفتارهاي بسیار پویا و متغیر مشتریان از لحاظ سلیقهها و خواستهها شده است. این موارد باعث ناامن شدن تقاضاها و در نتیجه افزایش اهمیت طراحی زنجیره تأمین شدهاند.[1] یکی از مهمترین تصمیمات استراتژیکی که در مراحل اولیه گرفته میشود طراحی شبکه زنجیره تامین است. این تصمیمات بسیار مهم هستند و کارایی سازمان را براي سالهاي زیادي تحت تاثیر قرار میدهند. طراحی شبکه شامل تعیین محل تسهیلات، ذخیرهسازي، حمل و نقل و نیز تعیین نقش و ظرفیت هر کدام از آنها است . یک طراحی مناسب شبکه زنجیره تامین منجر به یک ساختار بهینه میشود که این امر مدیریت موثر و رقابتی زنجیره تامین را امکانپذیر مینماید.
تعدادي از مقالات نیز در سالهاي اخیر به طراحی یکپارچه شبکه لجستیک مستقیم و معکوس پرداختهاند . مدیریت لجستیک معکوس و زنجیره هاي تأمین حلقه-بسته یکی از جنبههاي مهم و حیاتی هر شبکه بوده و تضمین کنندهي ساخت، توزیع خدمات و پشتیبانی از هر نوع محصولی است. در عصر کنونی تجارت که چرخه عمر محصولات هر روز کوتاهتر و کوتاهتر میشود، سیاستهاي برگرداندن محصول با زمانهاي پاسخگویی سریع و خدمات مشتري تعریف شده و تأکید بیشتري بر مدیریت بازگشت، تغییر شکل و ذخیره دوباره کالاهاي تمام شده وجود دارد . قوانین دولتی جدید و قوانین سبز که به بازگرداندن و از رده خارج کردن مواد زائد الکترونیکی و دیگر مواد خطرناك مربوط است، مدیران سطوح بالاي امور لجستیک و فرایندهاي زنجیره تأمین را وادار میسازد تا توجه بیشتري به فرایند لجستیک معکوس داشته باشند. طراحی یکپارچه شبکه زنجیره تامین میتواند موجب جلوگیري از زیر بهینگی و در نتیجه صرفه جویی اقتصادي گردد.
در نظر گرفتن مساله انتخاب تامین کننده به همراه طراحی شبکه زنجیره تامین از دیگر موضوعات در رابطه با یکپارچهسازي در شبکه زنجیره تامین میباشد. مدلهاي کمی مسئله انتخاب تأمینکنندهعمدتاً بر پاسخ به دو سؤال اساسی تمرکز دارند: (1 کدام تأمینکنندگان انتخاب شوند؟ (2 به هر تأمین کننده چه مقدار سفارش تخصیص داده شود؟ در بسیاري از صنایع هزینه مواد اولیه و قطعات نیمهساخته بخش عمده ي هزینههاي یک محصول را شامل میشوند. به طور مثال در صنایع فناوري مدرن، مواد خریداري شده و سرویسهاي دریافتی بالغ بر %80 از کل هزینههاي محصول را در بر میگیرد.[2] که نشان دهنده اهمیت موضوع انتخاب تامین کننده در
طراحی شبکه زنجیره تامین است.
بعلاوه، عدم قطعیت بعنوان یک بخش مهم و غیر قابل انکار در محیط تجاري امروزي است. موجودیت نامتمرکز زنجیرههاي تامین باعث آسیب پذیري آنها نسبت به عدم قطعیت میشود. نادیده گرفتن این موضوع باعث زیر بهینگی و همچنین در مواردي موجب نشدنی شدن جواب میشود. امروزه کارشناسان زیادي بر این باورند که که منابع عدم قطعیت زیادي در زنجیره تامین وجود دارد، و این زنجیرهها به خوبی قادر به کنترل آنها نیستند. هو منشا عدم قطعیت را به دو نوع زیر تقسیم بندي کرد. عدم قطعیت محیط که ناشی از محیط است(مانند تقاضاي مشتري در یک سیستم تولیدي) و عدم قطعیت سیستم که مربوط به داخل سیستم است (مانند خرابی ماشینآلات تولیدي در یک سیستم تولیدي .[3]( با اینکه عدم قطعیت به عنوان یکی از چالش برانگیزترین مسائل است؛ اما در مدیریت زنجیره تامین مهم میباشد. از این رو هنوز ادبیاتی که عدم قطعیت را با تصمیمات مکانیابی در مدیریت زنجیره تامین یکسان کند، اندك است.[4] براي مدیریت عدم قطعیت حاکم بر زنجیره تامین و داشتن اعتماد کافی به نتایج، برنامه ریزي قابل اتکا و استوار باید انجام شود تا مدیران بتوانند به نتایج آن اطمینان داشته باشند و ریسک تصمیم گیري آنها کاهش یابد.
ادبیات متنوعی در مورد طراحی شبکه زنجیره تامین حلقه-بسته وجود دارد که در این بخش به گوشه اي از کارهاي انجام شده عدم قطعیت را مدنظر قرار دادهاند اشاره میشود.
سالما و همکاران سعی بر آن داشته تا با رفع ضعفهاي موجود در مقاله فلیسچمان و همکارانش[5] مدلی عامتر به کمک برنامه ریزي خطی عدد صحیح آمیخته ارائه دهد. در این مقاله عدم قطعیت در تقاضا و محدودیت ظرفیت در نظر گرفته شده است. براي این منظور از مدل برنامه ریزي تصادفی مبتنی بر سناریو استفاده شده است. این مقاله یکی از قويترین مدلها را ارائه داده، گرچه به حل آن براي اندازههاي بزرگ نپرداخته و به حل آن با الگوریتمهاي دقیق در اندازه کوچک اکتفا کرده است.[6]
ال سید و همکاران یک مدل چند لایه اي، چند دورهاي را براي یکپارچهسازي شبکه رو به جلو و معکوس توسعه دادهاند که تقاضا و نرخ برگشت محصولات در آن به صورت نامعین هستند. آنها از برنامه ریزي عدد صحیح تصادفی براي مواجه با عدم قطعیت در تقاضا و نرخ برگشت استفاده کردند. تابع هدف در این مدل بیشینه کردن سود در نظر گرفته شده است.[7]
لی و دانگ یک مدل مکان-تخصیص پویا که تقاضاي مشتریان در جریان رو به جلو و محصولات برگشتی در جریان معکوس داراي عدم قطعیت هستند که توزیع آنها مشخص است. روش برنامه ریزي تصادفی دو مرحلهاي استفاده شده است تا بتواند عدم قطعیت در
پارامترهاي گفته شده را بررسی کند. همچنین الگوریتم فراابتکاري شبیهسازي تبرید براي حل مدل استفاده شده است .[8]
وحدانی و همکاران یک مدل چند لایهاي و چند دورهاي را براي شبکه زنجیره تامین حلقه بسته با در نظر گرفتن عدم قطعیت درتقاضا، هزینهها، فواصل و ظرفیت ارائه کردند. براي این منظور یک مدل برنامه ریزي فازي غیرخطی گسترش داده شد و از اعداد فازي براي بیان پارامترهاي عدم قطعیت در مسئله مورد استفاده قرار گرفته است. آنها مسئله خود را براي یک شبکه بازیافتی آهنآلات مدلسازي نمودند .[9]
پیشوایی و همکاران از جمله اولین افرادي بودند که از مفهوم استواري در زنجیره تامین استفاده کردند. آنها عدم قطعیت موجود در تقاضا، هزینهها و محصولات برگشتی شبکه زنجیره تامین حلقه بسته خود را به وسیله مجموعه عدم قطعیت جعبهاي در نظر گرفتند.[10]
در ادامه این مقاله در بخش 2 به تعریف مساله و مدلسازي ریاضی آن میپردازیم . رویکرد بهینهسازي استوار براي مواجه با عدم قطعیت و نتایج محاسباتی در بخش 3 و 4 ارائه گردیدهاند. در نهایت نتایج حاصل از تحقیق و پیشنهادات جهت تحقیقات آتی در بخش آخر ارائه شده است.
-2 تعریف مسئله
در این مقاله، یک مدل براي طراحی شبکه زنجیره تامین حلقه بسته چندلایهاي، چند قطعهاي، چند محصولی در شرایط عدم قطعیت ارائه شده است که شامل چندین تامینکننده، کارخانجات، مراکز توزیع کننده در شبکه رو به جلو و در شبکه معکوس شامل مراکز جمعآوري/ دمونتاژ و مراکز دفع است که قابلیت حمایت از انواع صنایعی را دارد که در شبکههاي لجستیک معکوس آنها احیا و بازیافت محصولاتی که در پایان عمر قرار دارند، انجام میگیرد. این شبکه براي کارخانجات طراحی و همانطور که در شکل(( 1 نشان داده شده است، در جریان رو به جلو کارخانجات قطعات و یا مواد اولیه مورد نیاز را از طریق تامینکنندگان تهیه کرده و سپس محصولات خود را تولید کرده و آنها را به مراکز توزیع کننده ارسال میکند. مراکز توزیع محصولات را از کارخانجات به سمت محل مشتریان ارسال میکنند. محل مشتریان می تواند خرده فروشان یا مرکز خوشهاي از مشتریان نهایی باشد که به صورت از قبل تعیین شده ثابت فرض شده است. در مسیر رو به عقب محصولات استفاده شده که به هر دلیلی برگشت داده میشوند به مراکز جمعآوري آورده شده و بعد از عملیات جداسازي و بازیابی به دو گروه قطعات قابل احیا و محصولات قراضه تقسیم میشوند. قطعات سالم و قابل استفاده به کارخانجات به عنوان مواد خام اولیه ارسال میشود. قطعات غیرقابل استفاده نیز به مراکز دفع فرستاده میشوند.
هر تامینکننده قطعات خود را با تخفیف مقداري ارائه کرده به این معنی که خرید تعداد قطعات بیشتر هزینه کمتري را براي مراکز تولید به دنبال خواهد داشت و این مراکز را به خرید مقادیر بیشتري از کالا تشویق میکنند. براي تولید هر محصول نیاز به تعداد مشخصی از قطعات مختلف است که کارخانجات براي تامین آن میتوانند از دو منبع تامینکنندگان به عنوان تسهیلات خارجی و قطعات برگشتی از مرکز جمعآوري/دمونتاژ استفاده کند. هدف این مدل کمینه کردن هزینههاي طراحی شبکه زنجیره تامین شامل هزینههاي ثابت راهاندازي براي هر تسهیل، هزینه حمل و نقل و هزینههاي عملیاتی براي دستیابی به بهترین ساختار براي شبکه زنجیره تامین حلقه بسته با تعیین مکان و تعداد تسهیلات در هر لایه و مقدار جریان محصولات/قطعات بین تسهیلات هر لایه است. این شبکه قابلیت حمایت از انواع صنایع مانند تجهیزات الکترونیکی و دیجیتالی (مانند رایانه، دوربین، تلفن همراه و... )، صنایع تولید وسایل نقلیه و سایر صنایع مشابه را دارد. با توجه به پارامترها و متغیرهاي بیان شده مدل ریاضی مسئله به شرح زیر خواهد بود :
مجموعهها و اندیسها:
:I مجموعه نقاط براي مراکز تامینکننده i 1,..., I
:J مجموعه نقاط ثابت براي مراکز تولید j 1,... , J
:K مجموعه نقاط براي مراکز توزیع k 1,..., K :L مجموعه نقاط ثابت مراکز مشتریان l 1,... , L
:M مجموعه نقاط براي مراکز جمعآوري/ دمونتاژ m 1,... , M :N مجموعه نقاط براي مراکز انهدام n 1,... , N
:P مجموعه محصولات p 1,..., P :R مجموعه قطعات r 1,... , R
:H مجموعه سطوح تخفیف h 1,..., H پارامترهاي مدل:
:Dlp تقاضاي محصول p براي مرکز مشتري در محل l
:Rlp مقدار محصولات برگشتی p براي مرکز مشتري در محل l :FSi هزینه ثابت انتخاب تامینکننده در محل i
:FDk هزینه ثابت احداث مرکزتوزیع در محل k :FCm هزینه ثابت احداث مرکز جمعآوري/ دمونتاژ m :FDIn هزینه ثابت احداث مرکز انهدام n
:VSirh هزینه خریداري هر واحد از قطعه r از تامینکننده i در بازه h :VPjp هزینه تولید هر واحد محصول p در مرکز تولید j
:VDkp هزینه فرایندي هر واحد محصول p در مرکز توزیع k :VCmp هزینه فرایند جمعآوري/دمونتاژ هر واحد برگشتی p در m :VCrmr هزینه بازیابیهر واحد قطعه r در مرکز جمعآوري/دمونتاژ m :VDInr هزینه انهدام هر قطعه غیرقابل بازیابی r در مرکز انهدام n :Qirh حد بالاي تعداد قطعه r تامین کننده i براي سطح تخفیف h :Q*irh مقداري کمتر از Qirh
:TCSPijr هزینه حمل و نقل هر واحد قطعه r از مرکز i به j :TCPDjkp هزینه حمل و نقل هر واحد محصول p از مرکزj به k :TCDMklp هزینه حمل و نقل هر واحد محصول p از مرکز k به l :TCMClmp هزینه حملونقل هر واحد برگشتی p از مشتري l به m :TCCPmjr هزینه حمل و نقل هر واحد قطعه r از مرکز m به مرکز j :TCCDImnr هزینه حمل و نقل هر واحد قطعه r از m به مرکز n :CaSir ظرفیت تولید تامینکننده i براي قطعه r
:CaPjp ظرفیت تولید مرکز تولیدکننده j براي محصول p :CaDkp ظرفیت مرکز توزیعکننده k براي محصول p :CaCmp ظرفیت مرکزجمعآوري m براي محصول p :CaDInr ظرفیت مرکز انهدام n براي قطعه r
:qrp مقدار قطعه r مورد نیاز براي تولید یک واحد محصول p
: r درصد قطعه r غیرقابل استفاده در مراکز جمعآوري/دمونتاژ : lp هزینه کمبود یک واحد محصول p براي مرکز مشتري l متغیرهاي تصمیم :
:QSPijrh مقدار جریان قطعه r از i به مرکز j در سطح تخفیف h :QPDjkp مقدار جریان محصول p از مرکز j به مرکز k :QDMklp مقدار جریان محصول p از مرکز k به l
:QMClmp مقدار جریان محصول برگشتی l p به مرکز m :QCPmjr مقدار جریان قطعهr از مرکز m به مرکز تولیدکننده j :QCDImnr مقدار جریان قطعهr از مرکز m به مرکز n
:Si متغیر باینري که در صورت 1 بودن تامینکننده i انتخاب میشود. :Dk متغیر باینري که در صورت 1 بودن مرکز توزیعکننده در محل k احداث میشود.
:Cm متغیر باینري که در صورت 1 بودن مرکز جمعآوري/دمونتاژ در محل m احداث میشود.
:DIn متغیر باینري که در صورت 1 بودن مرکز انهدام در محل n احداث میشود.
:Yijrh متغیر باینري که در صورت 1 بودن قطعه r از تامینکننده i در سطح تخفیف h انتخاب میشود.
: lp مقدار تقاضاي برآورد نشده محصول p براي مرکز مشتري l
با توجه به پارامترهاي مدل و متغیرهاي تصمیم میتوان مدل MILP1
را به صورت زیر بیان کرد :
عبارات (1) نشاندهنده تابع هدف مدل است، که شامل حداقلسازي هزینه احداث و انتخاب تسهیلات، هزینه جابجایی و حمل و نقل محصولات و قطعات در جریان مستقیم و معکوس و هزینه کمبود میشود. عبارت (2 ) و (3) تضمین میکنند که در جریان مستقیم به تمامی تقاضاي مراکز مشتریان پاسخ داده شود و در جریان برگشت تمامی کالاهاي
