بخشی از مقاله
چکیده: تولیدکنندگان تلاش میکنند سود خود را افزایش دهند بنابراین رضایت مشتري را بهبود میبخشند که منجر به وفاداري مشتري و افزایش سود میشود. یکی از مهمترین جنبههاي خدمات رضایت بخش، تحویل به موقع سفارشها است. افزایش مصرف منابع در دهه گذشته موجب افزایش علاقه محققان به چالشهایی براي کاهش مصرف منابع شده است. با استفاده مناسب سوختهاي فسیلی نه تنها مصرف انرژي کاهش مییابد، بلکه انتشار گازهاي مخرب نیز کاهش خواهد یافت.
نوآوري این پژوهش در نظر گرفتن محدودیتهاي مربوط به سطوح سرعت وسایل نقلیه در زمانبندي زنجیره تامین است. با توجه به ارتباط سرعت با میزان انتشار گازهاي ناشی از سوخت در مدل زمانبندي زنجیره تامین، این تحقیق قصد دارد انتشار این گازها را کاهش دهد، همچنین با حداقل کردن دیرکرد باعث افزایش رضایت مشتریان شود. مدل ریاضی عدد صحیح مختلط غیرخطی ارائه شده با مثالهاي عددي در GAMS 24.1.2 حل شده و نتایج آن مورد بررسی قرار گرفته است.
.1 مقدمه
رقابت شدید بین تولیدکنندگان باعث شده است شرکتها به جاي بهینهسازي در سازمانهاي خود، بر روي بهینهسازي زنجیره تامین خود، براي افزایش رقابت در بازار تمرکز کنند.[1] زنجیره تامین از مجموعه تامینکنندگان، تولیدکنندگان و توزیعکنندگان تشکیل شده است که هدف آنها تامین نیازهاي مشتریان است. تصمیمگیرندگان باید اهداف مختلفی مانند تحویل به موقع، محصولات با هزینهي کم و کیفیت بالا را برآورده سازند. علاوه بر این، در زنجیره تامین سبز، مسائل زیست محیطی در بخشهاي مختلف مدیریت زنجیره تامین در نظر گرفته میشود.[2] یکی از مهمترین انگیزههاي شکلگیري زنجیره تامین، نگرش یکپارچگی و هماهنگی در اخذ تصمیمات است.
تولید و توزیع دو عملیات کلیدي در زنجیره تامین هستند که براي دسترسی به کارایی بهینه در یک زنجیره تامین برنامهریزي و زمانبندي یکپارچهي این دو عامل بسیار مهم است. برنامهریزي هماهنگ هر دو فرایند عملکرد و هزینهها را بهبود میبخشد، زیرا برنامهریزي جداگانه این فرایندها بدون در نظر گرفتن نیازهاي متقابل به راه حلهاي نامطلوب منجر میشود. افزایش مصرف منابع و انتشار گازهاي سمی در دهه گذشته موجب افزایش علاقه جامعه بین المللی دانشگاهی به کاهش سریع مصرف منابع شده است.
هر سال بسیاري از محققان روشهاي مختلفی را پیشنهاد میکنند که از طریق آن میتوان مصرف منابع را کاهش داد. مواد، تجهیزات و فرایند پالایش نمونههاي روشنی از چنین تلاشهایی هستند. در حالی که این نوآوريها میتوانند بسیار مفید باشند، اما در بسیاري از موارد میتوانند بسیار پرهزینه و وقتگیر باشند. علاوه بر این، تصمیمگیرندگان تمایل دارند در حین حفظ سطح مناسب خدمات، مشکل مصرف منابع را حل کنند.
[3] این پژوهش در این راستا، بر اساس اهمیت بحران انرژي و انتشار گازهاي گلخانهاي در سراسر جهان و همچنین افزایش رقابت بین تولیدکنندگان و شرکتها براي ارائه خدمات بهتر و سریعتر، یک مدل زمانبندي تولید و توزیع یکپارچه در یک زنجیره تامین دو مرحلهاي با هدف کاهش انتشار گازهاي سمی و همچنین به حداقل رساندن دیرکرد به منظور جلب رضایت مشتري توسعه میدهد که در آن سفارشها به صورت دستهاي پردازش شده و سطوح مختلف سرعت براي وسایل نقلیه در نظر گرفته شده است. در بخش بعدي ادبیات موضوع را مرور خواهیم کرد. در بخش3 مدل ریاضی براي مسأله ارائه خواهیم داد، در بخش4 مثال عددي با نرم افزار GAMS 24.1.2 به منظور بهینهسازي ارائه خواهد شد و در بخش 5 جمعبندي، نتیجهگیري پژوهش و پیشنهادهایی براي تحقیقات آتی ارائه خواهیم نمود.
.2 مرور ادبیات
تا کنون تحقیقات زیادي در حوزه زمانبندي تولید و حمل و نقل در زنجیره تامین به چاپ رسیده است. در پژوهش چن و وایراکتاراکیس[4] یک مدل زمانبندي یکپارچهي تولید و توزیع ارائه شده است. در این مدل مجموعهاي از سفارشهاي مشتریان ابتدا توسط تسهیلات پردازش میشوند و سپس به مشتریان تحویل داده میشوند. مدل ارائه شده به منظور دستیابی به یک برنامه زمانبندي یکپارچه تولید و توزیع ارائه شده است تا بتواند سطح خدمت مشتري و هزینههاي توزیع را بهینه سازد. سطح خدمت مشتري توسط تابعی از زمانهایی اندازهگیري میشود که محصولات به مشتریان تحویل داده میشوند.
این پژوهش دو نوع مسأله زمانبندي یکپارچه را بررسی کرده است. در نوع اول سطح خدمت مشتري توسط زمان متوسطی که محصولات به مشتریان تحویل داده میشوند و در نوع دوم سطح خدمت مشتري توسط حداکثر زمانی که محصولات به مشتریان تحویل داده میشوند، سنجش میشود. گیزمار و همکاران[5] نوعی از مسألهي یکپارچهي تولید و حمل و نقل را ارائه دادند که شامل محصولات با طول عمر کوتاه مدت است بنابراین موجودي محصول در طول فرایند وجود ندارد.
هنگامی که مقدار زیادي از این محصول تولید میشود باید در زمان حمل و نقل ناچیز به صورت مستقیم به مشتریان در طول عمر محدود خود منتقل شود. هدف این مسأله حداقلسازي زمان لازم براي تولید و تحویل محصول به منظور پاسخگویی به تقاضاي مشتریان است. براي حل این مسأله روش دو مرحلهاي ابتکاري ارائه شده است که مرحلهي اول شامل الگوریتم ژنتیک و مرحلهي دوم شامل الگوریتم گیلمور-گموري است.
زگوردي و بهشتینیا[1] به مطالعهي زمانبندي یکپارچه تولید و حملونقل در محیط زنجیره تامین دو مرحلهاي پرداختند. در مرحلهي اول تعدادي تامینکننده در نقاط مختلف توزیع شدهاند و در مرحلهي دوم چند وسیلهي نقلیه با سرعت و ظرفیتهاي مختلف تعدادي محصول را از تامینکنندگان به کارخانهي تولیدي حمل میکنند. علاوه بر این فرض میشود که هر محصول یک نوع وسیله نقلیه مختلف را اشغال میکند و میتواند توسط برخی از تامینکنندگان مجاز مورد پردازش قرار بگیرد. بعد از ارائهي یک مدل برنامهریزي عدد صحیح مختلط، الگوریتم ژنتیک پویا براي حل این مدل به کار گرفته شده است.
زگوردي و همکاران[6] زمانبندي وسایل نقلیه و محصولات را در زنجیره تامین دو مرحلهاي در نظر گرفتند. مرحلهي اول شامل تعدادي تامینکننده با سرعتهاي تولید مختلف است در حالی که در مرحلهي دوم چند وسیلهي نقلیه با سرعت و ظرفیتهاي مختلف در دسترس است. علاوه بر این فرض بر این است که محصولات خروجی مختلف درصد متفاوتی از هر وسیلهي نقلیه را اشغال میکند. مدل برنامهریزي عدد صحیح مختلط براي این مسأله ارائه شده است و از الگوریتم ژنتیک براي حل آن استفاده شده است که دو کروموزوم مختلف براي این الگوریتم در نظر گرفته شده است.
نتایج حاصل از حل نشان داده است که الگوریتم ژنتیک جنسیتی1 عملکرد بهتري نسبت به الگوریتم ژنتیک داشته است. در پژوهش پی و همکاران[7] یک مسأله زمانبندي زنجیره تامین در نظر گرفته شده است که هر کار توسط اندازههاي نامساوي و زمانهاي پردازش نابرابر مشخص شده است. زنجیره تامین مورد نظر داراي یک تولیدکننده و یک مصرف کننده است و هدف مسأله به حداقل رساندن حداکثر زمان پردازش است. مسأله به صورت مدل برنامهریزي عدد صحیح مختلط فرمولبندي شده است. آزمایشهاي عددي با مجموعهاي از نمونههاي تصادفی با اندازههاي متفاوت انجام شده است تا رویکرد ارائه شده را ارزیابی کند.
لیائو و همکاران[8] به تحقیق در مورد زمانبندي یکپارچه تولید و حمل و نقل در یک زنجیره تامین دو مرحلهاي پرداختند. مرحله اول شامل زمانبندي چند تامینکننده با سرعتهاي تولید مختلف است، در حالی که مرحله دوم شامل زمانبندي چندین وسیله نقلیه است با ظرفیت حملونقل متفاوت است. هدف اصلی این تحقیق، به حداقل رساندن حداکثر زمان تکمیل تمام کارها میباشد. بنابراین یک الگوریتم ابتکاري جدید ارائه شده است و یک الگوریتم فرا ابتکاري مانند الگوریتم براي جستجوي یک راه حل نزدیک به بهینه یا راه حل بهینهسازي شده، توسعه داده شده است.
نتایج عددي نشان میدهد که الگوریتم مکانیزم شبه الکترومغناطیس2 پیشنهاد شده با الگوریتم ابتکاري به طور قابل توجهی بهتر از الگوریتم ژنتیک جنسیتی است، با بهبود متوسط به میزان 20,66٪ در حالی که زمان محاسبه نیز کمتر شده است. در پژوهش پی و همکاران[9] یک مسأله زمانبندي زنجیره تامین سه مرحله اي در زمینه تولید آلومینیوم مورد بررسی قرار میگیرد. به ویژه مراحل اول و سوم شامل دو کارخانه، یعنی کارخانه اکستروژن تامینکننده و کارخانه ایجینگ3 سازنده، که در آن دستگاه دستهاي سریالی4 و دستگاه دستهاي موازي5 به روشهاي متفاوتی کار را پردازش میکنند. در مرحلهي دوم یک وسیله نقلیه کارها را بین دو کارخانه جابهجا میکند.
در این تحقیق، محدودیتهاي زمان تنظیم و ظرفیت به صراحت در نظر گرفته شده است. براي مسأله با هدف به حداقل رساندن حداکثر زمان پردازش، یک مدل برنامهریزي مختلط عدد صحیح فرمولبندي شده است. با توجه به پیچیدگی محاسباتی، دو الگوریتم ابتکاري که در دو موضوع مختلف این مسأله کاربرد دارد، توسعه داده شده است. در نهایت، مقیاسهاي مختلف نمونههاي تصادفی براي تست عملکرد الگوریتمهاي پیشنهادي ایجاد شده است. نتایج عددي نشاندهنده اثربخشی الگوریتمهاي پیشنهادي، به ویژه در نمونههاي بزرگ میباشد. در تحقیق چنگ و همکاران[10] مسأله زمانبندي یکپارچه تولید و توزیع براي تولیدکنندگان در نظر گرفته شده است.
در بخش تولید، ماشین آلات پردازش دسته اي ظرفیت ثابت دارند و کارها داراي اندازه و زمان پردازش دلخواه هستند. کارها در یک دسته میتوانند با هم پردازش شوند، در صورتی که حجم کل کارها در هر دسته از ظرفیت دستگاه فراتر نرود. زمان پردازش یک دسته بزرگترین زمان پردازش تمام کارها در آن دسته است. در بخش توزیع، وسایل نقلیه ظرفیت حمل و نقل یکسان دارند. هدف مسأله به حداقل رساندن هزینه تولید و توزیع کارخانه است. از آنجایی که مسأله NP-hard است، یک روش بهینهسازي کلونی مورچگان را براي حل بخش تولید و یک روش ابتکاري براي بخش توزیع ارائه شده است. یک حد پایین براي کل هزینه بهینه در این مقاله محاسبه شده است. تعداد زیادي از دادههاي تصادفی براي تست عملکرد رویکرد ابتکاري پیشنهاد شده در مقایسه با حد پایین تولید شده است.
نتایج نشان میدهد که عملکرد روش ابتکاري بسیار عالی است هنگامی که زمان اجرا براي 200 کار بیش از پنج ثانیه نیست. پژوهش مرندي و ذگردي[11] به چگونگی بهبود کیفیت محصولات فاسد شدنی با کوتاه شدن فاصله زمانی بین تولید و توزیع میپردازد. از آنجایی که انواع خاصی از مواد غذایی مانند محصولات لبنی، سریعا فاسد میشوند، ادغام زمانبندي تولید و توزیع مورد بررسی قرار میگیرد. این مطالعه با یک تغییر در زمانبندي یکپارچه تولید و توزیع مواجه است که شامل یک محصول با طول عمر کوتاه مدت است؛ از این رو موجودي محصول در فرآیند وجود ندارد.
هنگامی که مقدار خاصی از محصول تولید میشود، باید با حداقل زمان حمل و نقل به طور مستقیم به نقاط مختلف مشتري در طول عمر محدود خود حمل میشود تا با به حداقل رساندن هزینه ها و تحویل مورد نیاز براي تکمیل تولید و توزیع محصول، تقاضاي مشتریان در مهلت محدود برآورده شود. پس از توسعه یک مدل برنامه ریزي عدد صحیح براي مسأله به دلیل پیچیده بودن ، الگوریتم بهینهسازي ازدحام ذرات بهبود یافته - IPSO - 6 پیشنهاد شده است. عملکرد این الگوریتم با نرم افزار بهینه سازي تجاري براي مسائل کوچک و متوسط مقایسه شده است. براي اندازههاي بزرگ با الگوریتم ژنتیک موجود در ادبیات مقایسه شده است.
نوعی از مسائل زمانبندي زنجیره تامین مورد مطالعه قرار دادهاند. شرکت تولیدي داراي ماشینهاي پردازش دستهاي با ظرفیتهاي محدود است و محصولات در اندازههاي مختلف توسط مشتري سفارش داده میشود. پس از آن که محصولات پردازش میشوند به دستههایی تقسیمبندي میشوند به طوریکه اندازهي دسته از ظرفیت خودرو فراتر نرود. زمانی که تولید محصولات به پایان رسید توسط وسایل نقلیه تولیدکننده به مشتریان تحویل داده میشود. در هر نوع از مسائل، دو چیدمان دستگاه از جمله ماشینهاي تکی و ماشینهاي موازي مشابه در نظر گرفته میشوند. نویسندگان پیچیدگی محاسباتی مسأله را بررسی کرده و مدلبرنامهریزي عدد صحیح را ارائه دادند. سپس نویسندگان الگوریتمهاي زمانی چندجملهاي را با استفاده از الگوریتمهاي تقریبی و برنامهریزي پویا پیشنهاد کردند. براي هر الگوریتم، پیچیدگی زمان و تضمین عملکرد تحلیل شده است.
در پژوهش ایلماز و پاردالوس[13] مسأله زمانبندي زنجیره تامین دو مرحلهاي با چند مشتري و چند تولیدکننده در نظر گرفته شده است.در مرحلهي اول تولیدکنندگان به تولید محصولات میپردازند و در مرحلهي دوم هر کدام از دستههاي محصولات توسط چندین وسیلهي نقلیه از تولید کننده به مصرف کننده منتقل میشوند. مشتریان چندگانه و متوسط زمان سر رسید دو موضوع مهم در مسأله هستند با این حال تا کنون هیچ مطالعهاي براي بررسی این دو موضوع به صورت همزمان براي زنجیره تامین دو مرحلهاي انجام نشده است. سهم اصلی این مطالعه هماهنگ کردن تصمیمات تولید و توزیع براي رسیدن به برنامهریزي موثر در زنجیره تامین دو مرحلهاي است که شامل چندین مشتري و چندین تولیدکننده میشود.
به منظور فرمولبندي این مسأله یک مدل بهینه سازي خطی مختلط ارائه شده است که هدف آن متوسط زمان سررسید است. از آنجایی که مسأله مورد نظر NP-hard است یک الگوریتم آمیخته کلونی زنبور عسل و شبیه سازي تبرید براي حل مسأله در این مقاله ارائه شده است. آزمایشهاي عددي با مجموعهاي از نمونههاي تصادفی از تولید حقیقی آلومینیوم با سطوح ظرفیتهاي متفاوت انجام شده است تا الگوریتم ارائه شده براي حل مسأله را ارزیابی کند.
ظهور فناوري اطلاعات و ارتباطات جدید موجب افزایش شفافیت اطلاعات در زنجیرههاي تامین میشود. به منظور استفاده از پتانسیلهاي حاصل، رویکردهاي زمانبندي جدید که قادر به پردازش مقادیر زیادي از دادهها و مقابله با اختلالات پویا در مراحل تولید و حمل و نقل هستند باید توسعه یابد. به این منظور، فرازون و همکاران[14] یک رویکرد ترکیبی را براي زمانبندي یکپارچه فرایندهاي تولید و حمل و نقل در طول زنجیره تامین ارائه میدهند.
این روش ترکیبی از برنامه ریزي خطی، شبیه سازي رویداد گسسته و یک الگوریتم ژنتیکی است. نتایج به دست آمده کاهش قابل توجهی را در تعداد سفارشهاي داراي دیرکرد نشان میدهد. صالحی و همکاران[15] یک مدل برنامهریزي عدد صحیح غیرخطی را براي مسأله زمانبندي حمل و نقل سبز که در برخی از شرکتهاي تولیدکننده وجود دارد، ارائه کردهاند. اولین هدف شامل کمینه کردن هزینه حمل و نقل شرکت تولیدي میباشد. هدف دوم شامل به حداقل رساندن انتشار کل کربن به عنوان یک مقیاس از پایداري محیط زیست است.
شرکتهاي تولیدي داراي دو منبع اصلی از جمله وسایل نقلیه و رانندگان براي حمل کالا هستند. شرکتها براي تخصیص راننده به صورت دستی مشکل دارند. اگر تعداد سفارشها در دوره برنامهریزي زیاد باشد، در حالیکه تعداد رانندگان و کامیونها محدود است، کامیونها و رانندگان بیشتري مورد نیاز است. همچنین الزامات واجد شرایط بودن مربوط به مجوز رانندگان وجود دارد یعنی همه رانندگان هر کامیون را نمیتوانند برانند. در این وضعیت، مشکل سخت تر خواهد شد. بنابراین، تخصیص راننده با مسأله زمانبندي حمل و نقل کامیون تلفیق شده است.
بر اساس مطالعات صورت گرفته در زمینه مسائل زمانبندي یکپارچه تولید و توزیع در زنجیره تامین، اغلب مسائل به صورت تک هدفه بوده و تعداد کمی از مسائل به صورت چند هدفه ارائه شدهاند. همچنین تحقیقات اندکی با دو هدف کاهش میزان دیرکرد و کاهش میزان انتشار گازهاي سمی صورت گرفته است. با بررسی مطالعات مربوط به مسائل مورد نظر، سطوح مختلف سرعت که ارتباط مهمی با میزان انتشار گازهاي ناشی از سوخت وسایل نقلیه دارد، در مسائل زمانبندي یکپارچه تولید و توزیع در نظر گرفته نشده است. این پژوهش به توسعهي مدل ریاضی میپردازد که علاوه بر در نظر گرفتن دو هدف کاهش میزان دیرکرد سفارشها و کاهش میزان انتشار ناشی از سوخت، سطوح مختلف سرعت را براي وسایل نقلیهاي که سفارشها را به مشتریان تحویل میدهند، در نظر میگیرد.
. 3 مدلسازي
پژوهش حاضر به ارائهي یک مدل زمانبندي تولید و توزیع یکپارچه در زنجیره تامین دو مرحلهاي میپردازد که در مرحلهي اول سفارشهاي مشتریان توسط ماشین کارخانه به صورت دستهاي پردازش میشوند سپس در مرحلهي دوم توسط وسایل نقلیه با سطح سرعت مشخص به مشتریان تحویل داده میشوند.
