![[09127409082]](https://barast.com/wp-content/uploads/2021/01/newlogo.png){kind=small}
تولید دستهای چند محصولی یکپارچه و زمانبندی حمل و نقل کامیون تحت سیاستهای حمل و نقل مختلف
مسئله کلاسیک زمانبندی اقتصادی دستهای (ELSP) شامل تعیین اندازه دستهای و زمانبندی چندین محصول در یک مرکز واحد تحت شرایط قطعی در یک افق برنامهریزی نامحدود است. فرض بر این است که محصولات با نرخهای پیوسته به مشتریان تحویل داده میشوند. با این حال، در زنجیرههای تأمین امروزی، که اغلب از شبکههای تحویل پیچیده استفاده میکنند، کالاهای نهایی معمولاً در دستههای گسسته به مراحل بعدی در طول فرآیند توزیع منتقل میشوند تا از صرفهجوییهای مقیاس در حمل و نقل بهره ببرند. در این مقاله، ما مدلهای ریاضی را فرموله میکنیم که سعی در ادغام مسئله زمانبندی دستهای تولید با تصمیمات حمل و نقل خروجی دارند. هدف بهینهسازی، به حداقل رساندن کل هزینههای مربوط به یک تولیدکننده است که مجموعهای از محصولات را به چندین خردهفروش توزیع میکند. در تصمیمگیریهای تولید/توزیع، برای سادگی، از رویکرد چرخه مشترک برای حل ELSP استفاده میشود. دو سناریوی حمل و نقل مختلف، یعنی محمولههای دورهای با بار کامل کامیون (TL) و حمل و نقل مستقیم با بار کمتر از کامیون (LTL)، با تصمیمات دستهبندی چند محصولی ادغام و مرتبط میشوند. ما این دو سیاست حمل و نقل را برای سناریوهای هماهنگ و ناهماهنگ در نظر میگیریم. مدلهای برنامهریزی غیرخطی عدد صحیح مختلط (MINLPs) حاصل توسط حلکننده BONMIN حل میشوند. در نهایت، مجموعهای از مثالهای عددی، کارایی نسبی این سیاستها را نشان داده و ارزیابی میکنند.
مقدمه
در طول چند سال گذشته، با پیشرفت در طراحی زنجیرههای تأمین کارآمد، روابط بین مشتریان، تولیدکنندگان و تأمینکنندگان با حذف فعالیتهای بدون ارزش افزوده در تولید و توزیع، دستخوش تغییرات قابل توجه متعددی شده است. زنجیرههای تأمین امروزی تحت تأثیر افزایش پیچیدگی، شرایط اقتصادی غیرقابل پیشبینی، خطرات عملیاتی، مقررات زیستمحیطی، جهانی شدن و افزایش هزینههای سوخت و کالا قرار گرفتهاند. از نظر تاریخی، پروژههای بهینهسازی در زنجیره تأمین، کارهای طاقتفرسا و زمانبری بودهاند. بسیاری از شرکتها در مواجهه با فشارهای شدید رقابتی، خود را در تلاش مداوم برای حفظ کارایی در هر مرحله از زنجیره تأمین میبینند و تلاش میکنند هزینهها را کاهش داده و بهرهوری را در شبکههای تدارکات-تولید-توزیع خود افزایش دهند. در این زمینه، ادغام جامع تصمیمات مربوط به مراحل سریالی فعالیتها در سالهای اخیر توجه قابل توجهی از سوی محققان را به خود جلب کرده است.
در یک زنجیره تأمین معمولی، تصمیمات برنامهریزی تولید و توزیع از نظر کارایی عملیاتی و دستیابی به مزیت رقابتی از اهمیت حیاتی برخوردارند. ادبیات موجود دو رویکرد برای اتخاذ این تصمیمات عملیاتی، یعنی بهینهسازی متوالی و همزمان، پیشنهاد میکند. همانطور که چن [9] بیان کرده است، زنجیرههای تأمین سنتی این دو مسئله تصمیمگیری را به صورت متوالی، به عنوان یک مسئله برنامهریزی دو سطحی در نظر میگیرند. رویکرد ترتیبی تلاش میکند تا ابتدا برنامه تولید بهینه را مستقل از برنامه توزیع استخراج کند. در مرحله دوم برنامهریزی، این برنامه تولید بهینه، ورودی لازم برای تعیین برنامه توزیع بهینه را فراهم میکند. این روششناسی بر ادغام این دو فعالیت عملیاتی زنجیره تأمین تمرکز نمیکند و بنابراین منجر به عدم بهینهسازی میشود. در مقابل، بهینهسازی همزمان تلاش میکند تا برنامههای تولید و توزیع را به عنوان یک کل ادغام کند که منجر به مزایای اقتصادی قابل توجهی میشود (چن و وایراکتاراکیس [10]). به طور خلاصه، برنامهریزی تولید/توزیع هماهنگ یا یکپارچه، رویکرد دوم را در بر میگیرد که شامل بهینهسازی همزمان (یا مشترک، در مورد زنجیرههای تأمین چند مرحلهای) است.
هماهنگی برنامهریزی تولید و توزیع خروجی برای شرکتهای تولیدی که از سیاستهای تولید/توزیع «بهموقع» تحت الگوی عملیات ناب، با تأکید بر حداقل یا بدون اتلاف، استفاده میکنند، یک ضرورت است. ناکارآمدیهای تولید و حملونقل، همراه با موجودیهای اضافی، منابع اصلی اتلاف در زنجیره تأمین هستند. در نتیجه، هماهنگی فعالیتهای تولید و توزیع، در جهت توسعه یک فرآیند برنامهریزی یکپارچه، نقش کلیدی در حذف این اتلافها ایفا میکند. اگرچه تولید بهموقع بر کاهش سطح موجودی تمرکز دارد، اما بین سرمایهگذاری موجودی یک شرکت و سطح خدمات حاصل، بدهبستان وجود دارد. از این منظر، یک رویکرد برنامهریزی تولید و توزیع هماهنگ یا یکپارچه میتواند منجر به کاهش موجودی شود، در حالی که سطح مطلوبی از خدمات مشتری را حفظ میکند. در واقع، هال و پاتس [20] نشان میدهند که هماهنگی برنامهریزی تولید و تحویل دستهای، سطح خدمات یک شرکت را بهبود میبخشد. علاوه بر این، بین سطوح موجودی کالاهای نهایی و هزینههای حملونقل نیز بدهبستان وجود دارد. نیازی به گفتن نیست که فرآیندهای برنامهریزی یکپارچه به دنبال ایجاد تعادل در این بدهبستان برای دستیابی به راندمان بیشتر در عملیات زنجیره تأمین هستند (به عنوان مثال، به هرمان و لی [21] مراجعه کنید). برنامهریزی یکپارچه تولید و توزیع همچنین میتواند در محیطهای تولید سفارشی و مونتاژ سفارشی سودمند باشد. سطوح نسبتاً پایین موجودی محصولات نهایی در چنین سناریوهایی، تمایل به افزایش زمانهای تحویل عرضه دارد. ادبیات موجود اشاره میکند که ادغام برنامهریزی تولید و توزیع میتواند زمانهای تحویل را کوتاه کند و همچنین خدمات رضایتبخشی به مشتری ارائه دهد. لی و همکاران [26]، [27] برنامهریزی یکپارچه تولید مونتاژ و حمل و نقل هوایی را در یک شرکت تولید لوازم الکترونیکی مصرفی در چارچوب زنجیره تأمین مطالعه میکنند. در همین راستا، چن و وایراکتاراکیس [10] در مطالعه خود در مورد صنعت پذیرایی مواد غذایی، ادعا میکنند که برنامهریزی هماهنگ تولید/توزیع برای بقا در یک محیط تجاری رقابتی شدید مانند این، یک ضرورت است، نه یک امکان. این مطالعات کاربردی، در میان سایر مطالعات، اهمیت و مزایای بالقوه ادغام فعالیتهای تولید و توزیع در شرکتهای تولیدی را برجسته میکنند.
طبق گفته چن [9]، برنامهریزی مشترک تولید و توزیع خروجی برای محصولات حساس به زمان نیز بسیار مهم است. ادعای آنها توسط گارسیا و لوزانو [18] که مسئله تولید مشترک و برنامهریزی وسایل نقلیه را برای تولید بتن آماده که نیاز به تحویل فوری دارد، مطالعه میکنند، تقویت میشود. در همین راستا، ون بوئر و همکاران [37] یک الگوریتم اکتشافی برای حل مسئله تولید و توزیع روزنامه، به منظور دستیابی به راهحلهای کمهزینه، توسعه میدهند. در هر دوی این مطالعات کاربردی، محصولات طول عمر نسبتاً کوتاهی دارند (اقلام فاسدشدنی) و موجودی کالاهای نهایی ارزش کمی دارند یا اصلاً ارزشی ندارند. شایان ذکر است که ادغام تصمیمات تولید و توزیع نقش مهمی در دستیابی به راندمان عملیاتی بالاتر در هر دوی این مثالها ایفا میکند.
به طور کلی، هماهنگی فعالیتهای عملیاتی اغلب میتواند به طور قابل توجهی در تلاشهای کاهش هزینه نقش داشته باشد. به عنوان مثال، کینگ و لاو [24] نشان میدهند که شرکت لاستیکسازی کلی-اسپرینگفیلد با ادغام برنامهریزی تولید، کنترل موجودی و تصمیمات توزیع، میانگین هزینه موجودی خود را 19٪ کاهش داده و 7.9 میلیون دلار صرفهجویی کرده است. تعدادی از مطالعات دیگر در صنایع مختلف نتایج مشابهی را گزارش میدهند. در میان آنها، مارتین و همکاران [28] یک مدل برنامهریزی خطی در مقیاس بزرگ برای تولید یکپارچه، برنامهریزی موجودی و توزیع برای یک شرکت در تجارت شیشه تخت توسعه میدهند. مدل پیشنهادی آنها بیش از 2 میلیون دلار صرفهجویی سالانه به همراه داشت. مترز [30] مسئله تولید و حمل و نقل یکپارچه برای خدمات پستی ایالات متحده (USPS) را بررسی میکند. او دریافت که مدل تولید و حمل و نقل یکپارچه او 5٪ صرفهجویی به همراه داشته است. به طور مشابه، براون و همکاران [6] یک مدل برنامهریزی خطی چند دورهای برای تصمیمات تولید و توزیع یکپارچه توسعه میدهند و کاهش هزینه حدود 4.5 میلیون دلار را در سال 1995، در نتیجه چنین هماهنگی، گزارش میکنند. هال و پات [19] مسئله برنامهریزی، دسته بندی و تحویل مشترک در زنجیرههای تأمین را بررسی میکنند. آنها نشان میدهند که همکاری بین یک تأمینکننده و یک خردهفروش میتواند کل هزینههای مربوطه را حداقل 20٪ کاهش دهد. این آثار ذکر شده در بالا، مجموعهای اساسی از ادبیات را تشکیل میدهند که به اثربخشی بهکارگیری مدلهای برنامهریزی یکپارچه در هماهنگی فعالیتهای عملیاتی زنجیرههای تأمین تولید اشاره دارند.
این مطالعه بر روی یک سناریوی خاص زنجیره تأمین تمرکز دارد، که در آن یک کارخانه تولیدی واحد، چندین محصول را برای برآوردن تقاضاهای مشتری که در چندین فروشگاه خردهفروشی رخ میدهد، تولید میکند. مرکز تولید میتواند فقط یک محصول را در یک زمان تولید کند، اما ارسالها میتوانند یا مستقیماً به هر خردهفروش از طریق مقادیر نسبتاً کوچک، کمتر از بار کامیون (LTL) یا از طریق مقادیر بزرگتر از بار کامل کامیون (TL) انجام شوند، که در آن تحویلها به همه خردهفروشان طبق یک ترتیب دستفروشی انجام میشود. در حالت حمل و نقل TL، یک بار کامل کامیون نشان دهنده تقاضای خردهفروشی کل در طول یک چرخه تحویل مشترک است. سپس اندازههای مناسب دسته از همان وسیله نقلیه حمل و نقل در مکانهای خردهفروشی مربوطه تخلیه میشوند که هزینه حمل و نقل ثابتی را متحمل میشود. در مورد حمل و نقل LTL، زمان چرخه تحویل برای محصولات مختلف ممکن است متفاوت باشد، اما هر کالای مشخص دارای زمان چرخه موجودی یکسانی در همه مکانهای خردهفروشی است. ارسالها مستقیماً از تأمینکننده به خردهفروشان مختلف به صورت جداگانه انجام میشود و هزینههای حمل و نقل مربوطه به میزان بار تحویل داده شده، بر اساس هزینه حمل و نقل متغیر، بستگی دارد.
برای هر دو سیاست حمل و نقل، برنامه حمل و نقل مستقیماً با برنامه تولید دستهای برای اقلام متعدد در تأسیسات تولیدی مرتبط است. لازم به ذکر است که از دیدگاه تولیدکننده، مسئله تعیین اندازه دسته تولید در اینجا با مسئله شناخته شده برنامهریزی اقتصادی دسته (ELSP) نشان داده میشود. تجزیه و تحلیل ما از دو جهت مهم با کارهای موجود در این زمینه متفاوت است. اول، موجودی محصولات مختلف در روش سنتی ELSP با نرخ تقاضای بازار یکنواخت کاهش مییابد، در حالی که در این مقاله، ما اجازه میدهیم که چنین کاهشهایی در اندازههای دستهای گسسته، بسته به سیاست حمل و نقل موجود، رخ دهد. ثانیاً، ما تلاش میکنیم تا برنامه تولید را با برنامه حمل و نقل TL یا LTL، بسته به مورد، ادغام کنیم. به خوبی شناخته شده است که ELSP به مسئله تعیین اندازه دسته برای چندین محصول با تقاضای قطعی تولید شده در یک تأسیسات واحد، در یک افق برنامهریزی نامحدود، میپردازد. در این مقاله، ما این مسئله را به گونهای بازطراحی میکنیم که برنامههای تولید و حمل و نقل را با هدف به حداقل رساندن مجموع تمام هزینههای مربوطه، شامل هزینههای راهاندازی و سایر هزینههای ثابت، و همچنین هزینههای نگهداری موجودی و سایر هزینههای متغیر، و در عین حال برآورده کردن تقاضای بازار برای همه محصولات در مکانهای مختلف خردهفروشی، به هم پیوند دهد. برنامه تولید برای همه محصولات به گونهای به دست میآید که الزامات مهم را برآورده کند [8]. از آنجایی که نشان داده شده است که ELSP NP-hard است، تمرکز اکثر تلاشهای تحقیقاتی بر تولید برنامههای چرخهای تقریباً بهینه با سه سیاست شناخته شده، یعنی چرخه مشترک، دوره پایه (یا چرخههای چندگانه) و رویکردهای اندازه دسته متغیر با زمان [35] بوده است. اگرچه هر سه رویکرد یک برنامه زمانی عملی برای ELSP ارائه میدهند، اما روش چرخه مشترک (CC) سادهترین روش برای پیادهسازی است. بمبرگر [4] نشان میدهد که رویکرد دوره پایه (BP) راهحل بهتری نسبت به تکنیک CC ارائه میدهد، اما به دست آوردن یک برنامه زمانی دوره پایه عملی یک مسئله NP-hard است. از این رو، این روش برای رسیدن به یک راهحل عملی به یک روش اکتشافی نیاز دارد که تلاش محاسباتی را به میزان قابل توجهی افزایش میدهد. دابسون [13] اشاره میکند که روششناسی اندازه دسته تولید متغیر با زمان، همیشه برنامههای امکانپذیری ایجاد میکند و معمولاً منجر به راهحلهای با کیفیت حتی بهتر میشود. با این وجود، بار محاسباتی مرتبط با این روش به طور قابل توجهی بالاتر از دو رویکرد دیگر است. بنابراین، برای به حداقل رساندن پیچیدگی محاسباتی، و همچنین به منظور سادگی پیادهسازی، ما رویکرد چرخه مشترک را در تحلیل یکپارچه خود برای پرداختن به مسئله زمانبندی دستهای تولید اتخاذ میکنیم.
ادامه این مقاله به شرح زیر سازماندهی شده است: بخش بعدی مروری مختصر بر ادبیات پژوهشی مرتبط ارائه میدهد. بخش 3 فرضیات مطرح شده و نمادهای مورد استفاده در مدلهای ما را شرح میدهد و در بخش بعدی، مدلهای یکپارچه (هماهنگ) پیشنهادی ما و رویکردهای تولید/توزیع ناهماهنگ موجود به تفصیل شرح داده میشوند. یک مثال عددی و برخی تحلیلهای حساسیت منتخب در بخش 5 ارائه شده است. در نهایت، بخش 6 خلاصه و برخی نکات پایانی را ارائه میدهد (منبع).