چکیده

قوانین زیست محیطی و رشد آگاهی های محیط زیستی مشتریان وحجم بالای محصولات بازگشتی؛ اهمیت بخش زنجیره تامین معکوس را بیشتر نموده است.بنابراین ،شرکتهای تولیدی نمی توانند زنجیره معکوس را تنها به عنوان یک هزینه اضافی ببینند و باید در مورد زنجیره تامین خودقادر به تفکر استراتژیک باشند.

هدف این پایان نامه ارائه یک مدل ریاضی مکان یابی تسهیلات پویادرطراحی شبکه زنجیره تامین حلقه - بسته ، ازطریق بررسی استراتژیک یک افق برنامه ریزی چند دوره ای در جهت حداقل نمودن اثرات زیست محیطی وکسب مزیت رقابتی با نظریات پورتر می باشد.
مدل برنامه ریزی خطی عددصحیح مختلط (MILP) که برای تعیین مکانهای بهینه کارخانجات تولیدی ،مراکز توزیع ،مراکز جمع آوری وتسهیلات بازسازی استفاده شده همراه با جریانهای یکپارچه روبه جلو و معکوس هزینه کل مکان تسهیلات وحمل ونقل مربوط به جریانهای رو به جلو و معکوس در شبکه حداقل می نماید.این مدل دوطرفه مکانیابی تسهیلات برای انتقال محصولات نهایی وجمع آوری بازده های محصول در یک زنجیره تامین یکپارچه حلقه - بسته بطورهمزمان مدنظر قرارگرفته است.
مدل برنامه‌ریزی چند هدفه عدد صحیح آمیخته جدید برای مکان یابی تسهیلات وطراحی همزمان شبکه روبه جلو و معکوس جهت تعیین جامع راه حل های بلندمدت استراتژیک بسط داده شده که حداکثر نمودن ارزش خالص فعلی (NPV )جریان نقدینگی برای کل زنجیره تامین وهمچنین حداقل نمودن انتشار گازهای گلخانه ای از محصولات تولیدی تامین کنندگان را ارائه خواهد کرد.
پارامترهای الگوریتم های پیشنهادی(MOPSO)و(NSGA-II) به کمک روش طراحی آزمایشات تاگوچی تنظیم شده است. نتایج عددی نشان می دهد که مدل جدید با الگوریتم های فراابتکاری فوق برای بدست آوردن جنبه های کمی برنامه ریزی استراتژیک در شرایط زنجیره تامین حلقه - بسته قابل استفاده می باشد.
کلمات کلیدی : زنجیره تامین حلقه - بسته ، ارزش خالص فعلی (NPV) ، انتشارکربن ، مزیت رقابتی، برنامه ریزی چند هدفه عددصحیح آمیخته

فصل اول :کلیات تحقیق

۱-۱- مقدمه

در دنیای امروز، تغییرات سریع اقتصادی و فشار فزاینده‌ بازار رقابتی، سازمان‌ها را به سمت تمرکز بر کاراتر و اثربخش‌تر کردن فعالیت‌های زنجیره‌ی تأمین سوق می‌دهد. طراحی مناسب و کارایی شبکه‌های لجستیکی به عنوان بخشی از برنامه‌ریزی زنجیره‌ی تأمین، علاوه بر ایجاد مزیت رقابتی پایدار، باعث افزایش رضایت مشتریان شده و امکان پاسخگویی به نیازهای آن‌ ها را فراهم می‌آورد و همین امر سبب شده که تصمیمات مربوط به طراحی این شبکه‌های از اهمیت بالایی برخوردار باشد. علاوه بر این، در دهه‌ های اخیر نگرانی در مورد حفاظت محیط زیست و نیز مزایای اقتصادی استفاده از محصولات برگشتی، باعث تمرکز بسیاری از شرکت‌ها بر فعالیت‌های احیا و بازیافت محصولات و در نتیجه طراحی و پیاده‌سازی شبکه‌های لجستیک معکوس^[۱] و شکل‌گیری زنجیره‌های تأمین حلقه - بسته^[۲] شده است.
لجستیک معکوس شامل همه‌ی فعالیت‌های مربوط به استفاده‌ی مجدد از مواد و محصولات است. درواقع لجستیک معکوس شامل فرایند برنامه‌ریزی، اجرا و کنترل کارا و اثربخش جریان مواد خام، موجودی در دست ساخت، محصولات تمام شده و اطلاعات مرتبط، از محل مصرف به مبدأ با هدف به دست آوردن مجدد ارزش یا دفع مناسب می باشد که زنجیره‌ی تأمین حلقه - بسته شناخته می‌شود. طراحی شبکه‌ی لجستیک که یکی از مهم‌‌ترین و راهبردی‌ترین تصمیمات در مدیریت زنجیره‌ی تأمین است، شامل تصمیماتی درخصوص تعداد تسهیلات، مکان و ظرفیت‌ آن‌ ها و تعیین جریان بین این تسهیلات است که هم بر هزینه و هم بر سطح سرویس‌دهی به مشتری تأثیرگذار می گردد. از آنجا که در نظر گرفتن جریان‌های مستقیم و معکوس در مسائل طراحی شبکه به صورت جداگانه ممکن است منجر به جواب‌های بهینه‌ی جزئی شود، در نظر گرفتن این دو جریان به صورت یکپارچه منجر به دستیابی به جواب‌هایی به مراتب بهتر خواهد شد.
مسائل مکان‌یابی تسهیلات از دهه ۱۹۶۰ جایگاه مهمی در ادبیات تحقیق در عملیات پیدا کرد. به طور کلی واژه مکان‌یابی اشاره به مدل‌سازی،‌ فرمول‌بندی و حل مسائلی دارد که می‌توان آنها را در قراردادن تسهیلات در فضای موجود به بهترین نحو تعریف کرد. این مسائل چگونگی مکان‌یابی یک مجموعه از تسهیلات را به‌صورت فیزیکی بررسی می‌کنند به طوری‌که یک تابع هدف را تحت مجموعه از محدودیت‌ها بهینه نماید.
بدون شک مکان‌یابی درست تسهیلات اثرات بسیار زیادی در منافع اقتصادی ارائه خدمات مناسب و رضایت مشتریان دارد و به همین علت تحلیل مسئله مکان‌یابی یکی از مسائل مورد علاقه دانشمندان علوم تحقیق در عملیات و علوم مدیریت بوده و پیشرفت‌های قابل توجهی در این زمینه حاصل گردیده است.
مدل‌های مکان‌یابی شبکه به صورت گسترده‌ای به منظور مکان‌یابی تسهیلات در بخش خصوصی و دولتی مورد استفاده قرار گرفته‌ و همچنین در غالب مدل‌های مطرح در این حوزه ساختار شبکه و ارتباط بین گره‌ها از قبل مشخص و تعریف شده‌اند. در حالی‌که در بسیاری از مسائل دنیای واقعی چنین موضوعی قابل قبول نیست. لذا در نظرگیری این مبحث همانگونه که در منابع متعددی نیز بدان اشاره شده می‌توان حایز اهمیت باشد. بنابراین پیدا نمودن مکان تسهیلات و بهینه‌سازی مدل‌هایی که به صورت همزمان در بسیاری از مسائل جهان واقعی ممکن است مهم تلقی و نیاز به طراحی و بهینه‌سازی مدل‌هایی که به‌صورت همزمان به دنبال یافتن موارد مذکور هستنداحساس می گردد.از طرفی دیگر ،هزینه‌های بالای مربوط به ساخت تسهیلات پروژه‌های مکان‌یابی؛ جابجایی را به پروژه‌هایی با سرمایه‌گذاری بلندمدت تبدیل کرده است.
این مشکل ،تصمیم‌گیرندگان را برآن داشت تا از همان ابتدا به دنبال موقعیتی باشند که با در نظر گرفتن این شرایط نه تنها در شرایط فعلی بلکه در افق زمان برنامه‌ریزی بدنبال مکان مطلوب باشند؛ به عبارتی می‌توان گفت ممکن است مکان انتخابی در شرایط فعلی جواب بهینه نباشد، اما در کل افق زمانی یک جواب بهینه باشد. در نتیجه مدل‌سازی و حل مسائل مکان‌یابی پویا نیز از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند.
مسئله مکان‌یابی تسهیلات به‌صورت امروزی اولین بار توسط یک اقتصاددان آلمانی به نام آلفرد وبر^[۳] درسال ۱۹۰۹ برای مکان‌یابی تک وسیله‌ای در جهت کمینه نمودن فاصله مابین تسهیلات و مشتریان پیشنهاد کرد.
هرچند برای صدها سال، مسائل مکان‌یابی تسهیلات به‌طور وسیعی به‌صورت کیفی مطرح شده بود. با ظهور تحقیق در عملیات^[۴] (OR) در طول ۳۵ سال گذشته مدل‌های ریاضی و مدل‌های OR برای حل این مسائل مورد استفاده قرار گرفتند.

۱-۲- بیان مسئله

محل تسهیلات یکی از مسائلی است که بطورگسترده مورد مطالعه محققان وپژوهشگران قرار گرفته است.هرچند تاکنون یک جواب برای مسائل مکان یابی تسهیلات ارائه نشده است؛ ولی در چنددهه گذشته تلاش های تحقیقاتی قابل توجهی به توسعه مدلهای مکان یابی برای شبکه های زنحیره تامین اختصاص داده شده است.
مکان یابی تسهیلات نقش مهمی در برنامه ریزی استراتژیک زنجیره تامین ایفامی کند واثربلندمدتی بر عملکردش داردزیرابازنمودن وبستن دائمی تسهیلات وانتقال آن به مکان دیگر هزینه فوق العاده زیادی ایجادمی نماید.بنابراین تصمیم گیری مکان یابی تسهیلات پرهزینه ودارای حساسیت زمانی است،وبه همین علت هزینه وزمان دومعیار اصلی وموثردر مدلهای مربوطه بوده است.(وسولاسکی^[۵]،۱۹۷۳)
امروزه به دلیل نگرانی های زیست محیطی ،برنامه ریزی مکان یابی تسهیلات برای زنجیره های معکوس تامین بیش از پیش به مسئله مهم تبدیل شده است. به منظورجلوگیری وکاهش اثرات زیست محیطی منفی که به دلیل مدیریت نامناسب زباله(یا ضایعات) به شرکتها تحمیل می شود، بسیاری از آنها می کوشند محصولاتی راکه به پایان عمرمفید خودرسیده اند ،بهبود بخشیده واز مصرف منابع طبیعی بکاهند.استفاده از محصولات بازیافتی که دارای ویژگیهای کیفی هستند بجای مواد خام ،نیز می تواند به لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه باشد.در این صورت تعیین بهترین استراتژیهای مکان یابی وتوزیع که کارآمدی مالی فعلی یک کسب وکاررا تضمین می کند امری لازم واساسی است .
ایجاد زنجیره تامین معکوس بطورجداگانه از زنجیره تامین مرسوم روبه جلو،نه تنها هزینه های زیرساختی راافزایش می دهد بلکه سودمربوط به بهبود محصول رانیزکاهش می دهد؛بایکپارچه سازی زنجیره های تامین روبه جلوومعکوس ،یک زنجیره تامین حلقه - بسته با هدف بسته شدن حلقه جریانهای مواد،گسترش می یابد تا تضمین کند که می توان محصولات را بطورموثرویاکارابه تسهیلات گوناگون در زنجیره تامین بازگرداند در نتیجه انتشار گازهای گلخانه ای وزباله های باقی مانده،وهمچنین هزینه سربار نیزکاهش می یابند وباعث افزایش بهره وری می گردند.(لی ودانگ^[۶]،۲۰۰۹واوستروهمکاران ^[۷]،۲۰۰۷)
لذا مسائل زیست محیطی متمرکز بر کاهش زائدات زباله ،مواد خطرزا،پس مانده های مصرف کننده وبنگاههای صنعتی وتجاری؛همچنین ارزش اقتصادی حاصل از گسترش عمر محصول ونیز قابل استفاده نمودن وزمان استفاده کالاومحصولات تولید شده بعنوان دوهدف مهم در زنجیره تامین حلقه - بسته در نظر گرفته شده است.درواقع از دیدگاه اقتصادی، شرکتها می توانند از سود حاصل از احیاوبازیافت محصولات به طور مستقیم استفاده نمایند؛وحتی در برخی ازمحصولات ،ایجاد خدمات تعمیرپس از فروش می تواند رضایت بیشترمشتریان را فراهم واز این طریق بطور غیر مستقیم سود بیشتری نصیب شرکتها می گردد.
زنجیره تأمین سبز علاوه بر بهره مندی از مزایای ناشی از صرفه جویی در استفاده از منابع، انرژی، انبارها، کاهش آلودگی با بهره گرفتن از مواد خام سازگار با محیط زیست، کاهش ضایعات و… از مزایای کارایی و یا به تعبیر دیگر از استراتژی کاهش هزینه ها بهره مند می شود و از یک سو با ایجاد نوآوری در طراحی و تولید محصولات سبز و قابل بازیافت علاوه بر کاهش هزینه های تخریب محیط زیست از استراتژی پاسخ گویی یا به تعبیر دیگر از استراتژی تمایز استفاده می کند. ترکیب همزمان این دو استراتژی که به عنوان استراتژی های پورتر شناخته می شوند، مزیت رقابتی را برای صنایع به همراه خواهد داشت.هرچند مسائل تاثیرات زیست محیطی بیش از وجه اقتصادی مورد توجه واقع گردیده است ، هردوهدف (زیست محیطی واقتصادی)بااستفاده از مدلهای کارا،بااعمال زیرساختار یکسان قابل دستیابی هستند.
مکان یابی تسهیلات وطراحی شبکه زنجیره تامین حلقه - بسته چندین سال است مورد پژوهش قرارگرفته است ولیکن ادبیاتی که به انگیزه این پایان نامه از نظر نیاز به داشتن یک مدل گسترده تر برای مکان یابی تسهیلات در زنجیره تامین حلقه - بسته با دیدگاه زیست محیطی واقتصادی برای نشان دادن عواملی که می تواند در تصمیم گیری طراحی شبکه اختلال ایجاد نماید، تقریباًکمیاب است.
پس از کنفرانس زمین در ریو۱۹۹۲ وتثبیت انتشار گازهای گلخانه ای در ۱۵۴ کشور جهان(معاهده اقلیم)وپس از آن پروتکل کیوتو در ^[۸]۱۹۹۷ ،کاهش تولید کربن (CO₂)ودرآمد حاصل از آن ؛ ارزیابی اقتصادی ومقرون به صرفه بودن انجام طرحهایی با مکانیسم توسعه پاک^[۹] (CDM) از نظر اقتصادی در بلند مدت هدف بسیارخوبی بنظررسید .به همین علت این تحقیق درپی ارائه مدل ریاضی مکان یابی تسهیلات ظرفیت دار چند کالایی درطراحی شبکه زنجیره تامین حلقه – بسته برای تعیین مکانهای بهینه کارخانه های تولیدی،مراکز توزیع،مراکز جمع آوری وتجهیزات تولید مجددونیز دفع ضایعات باهدف حداکثر نمودن ارزش خالص فعلی (NPV )جریان نقدینگی برای کل زنجیره تامین و با اعمال محدودیتهای انتشارکربن جهت جلوگیری از اثرات مخرب محیط زیستی و باتوجه به درآمد حاصل از کاهش تولید هر کیلوگرم کربن و فروش آن در قالب اهداف پروتکل کیوتو،وهمچنین افزایش مطلوبیت ومقبولیت در میان مشتریان برای ایجادمزیت رقابتی ارائه می نماید.

۱-۳- اهمیت وضرورت انجام تحقیق

درخصوص اهمیت وضرورت تحقیق می توان گفت اولین دلیل آن این که ، ابعاد آثارناشی از سیستم نادرست ،اثرات منفی زیست محیطی وسیعی است که بدون محدوده زمانی ایجاد می نماید، این مسئله اهمیت مدیریت صحیح چرخه بسته ونقش آن در مدیریت کاراتر را نشان می دهد.علت دیگر،سیستم پاک بعنوان یکی از مهمترین زیر ساختهای توسعه اقتصادی در هر جامعه است .بنابراین مدیریت مناسب این بخش برای اقتصاد، نقش اساسی وپراهمیتی است که ترویج ومفاهیم مدیریت زنجیره تامین در بازار وبنگاههای اقتصادی ایفادمی نماید.

۱-۴- جنبه نوآوری و جدید بودن تحقیق

در تحقیق پیش رو ، طراحی شبکه لجستیکی پویا روبه جلو ومعکوس برای تعیین مکانهای بهینه کارخانه های تولیدی، مراکز توزیع، مراکز جمع آوری وتجهیزات تولید مجددونیز دفع ضایعات با توجه به اثرات محیط زیستی و به منظور کمینه سازی هزینه کل شبکه ، باارائه یک مدل برنامه‌ریزی چند هدفه عدد صحیح آمیخته (MOMIP) پیشنهاد می شود که جنبه نوآوری این تحقیق آن این است که مدل اثرات مخرب زیست محیطی تسهیلات راکاهش وباعث مزیت رقابتی می گردد؛ که این امر به کمک الگوریتم های فراابتکاری انجام خواهد شد.

۱-۵- سوالات اصلی تحقیق

آیا مدل پیشنهادی اثرات منفی زیست محیطی را کاهش می دهد؟
آیا مدل پیشنهادی باعث مزیت رقابتی می گردد؟

۱-۶- ساختار پایان نامه

در ادامه مطالب این پایان‌نامه فصلهای ذیل را خواهیم داشت:
در فصل دوم مروری کامل بر ادبیات موضوع تحقیق انجام می‌گیرد برای این منظور در ابتدا مفاهیم و تعاریف ومدلهای پایه ای مربوط به ادبیات تحقیق آورده شده سپس درخصوص بخشهای مختلف پژوهش وسیرتاریخ آنهاودرنهایت جمع بندی می گردد.
در فصل سوم تعریف مسئله وارائه مدلهای تغییر یافته از مدلهای پایه انجام گرفته است ودر فصل چهارم تولید مسائل عددی وبررسی نتایج ودر نهایت در فصل پنجم به جمع‌بندی تحقیق و ارائه‌ پیشنهادهایی که برای انجام تحقیقات آتی می‌تواند مورد بررسی قرار گیرد، اختصاص دارد.

فصل دوم :مروری بر تحقیقات انجام شده

۲-۱- مقدمه

این فصل به بررسی پیشینه تحقیق وپیشینه روش های حل می پردازد. از آن جا که مدل مطرح شده در این پایان نامه یک مدل طراحی یکپارچه شبکه زنجیره تامین (مستقیم و معکوس) می باشد، و بطور کلی طراحی شبکه شامل تعیین مکان تسهیلات، نقش و ظرفیت آن ها و تخصیص آن ها به بازارهای مختلف می باشد؛لذا در این راستا ابتدا مدل های مکان یابی در یک تقسیم بندی ساده دسته بندی می شوند و مدل های پایه مکان یابی که در فصول آتی از آن ها استفاده می شود، مورد مطالعه قرار می گیرند. در ادامه فصل دوم پس از اشاره مختصر به مفاهیم زنجیره تامین مستقیم، معکوس و یکپارچه، مدل های طراحی شبکه در ادبیات به دقت بررسی می شوند. در گام بعدی به مرور معدود تحقیق های موجود در زمینه مدل های طراحی شبکه یکپارچه که به تعیین ظرفیت و همچنین زمان(پویایی شبکه) توجه نموده اند، پرداخته می شود. سپس به بررسی طراحی شبکه واثرات زیست محیطی وهمچنین مزیت های رقابتی این شبکه می پردازیم. در نهایت، ادبیات موجود مختصراً نقد می گردند و نتیجه گیری حاصل می شود.

۲-۲- مسائل پویا در مقابل مسائل ایستا

مکان‌یابی تسهیلات یک مسئله تصمیم‌گیری مهم است چراکه دربرگیرنده الزامات بلندمدت برای مکان‌یابی تسهیلات استقرار یافته می‌باشند؛ زیرا این تسهیلات را نمی‌توان به راحتی و یا بدون هزینه گزاف تغییر داد.
بطور کلی تصمیمات مکان‌یابی تسهیلات به تعیین تعداد تسهیلات (مکان تسهیلات به لحاظ جغرافیایی) ظرفیت تسهیلات و تخصیص تقاضا برای تسهیلات بطوری‌که تقاضای یک محصول یا خدمت برآورد شود، می‌پردازد. معمولاً با درنظرگرفتن هزینه‌ها (یا سودها) ی مربوط به برآوردن کل تقاضای بازار و هزینه‌های استقرار (یا عملیات) تجهیزات، این تصمیمات اتخاذ می‌شود. اکثریت مدل‌های سنتی مکان‌یابی تسهیلات که در ادبیات وجود دارد بر این فرض استوار است که بسیاری از پارامترهای مسئله (مانند تقاضاها و هزینه‌ها) معمولاً با افق زمانی برنامه‌ریزی سازگارند. چنین مدل‌های مکان‌یابی تسهیلات زمان را نادیده گرفته‌اند، یعنی ایستا هستند.
مدل‌های ایستا مکان‌یابی تسهیلات (که تک دوره ای نیز نامیده می‌شود) این مدل‌ها می‌کوشند عملکرد سیستم تصمیم‌گیری هم‌زمان همه متغیرها را برای یک دوره خاص، بهینه نمایند.
به‌عبارت دیگر مادامی که فاکتورها و پارامترها ثابت هستند و طی زمان تغییر نمی‌کنند، این مدل‌ها قادرند به خوبی عمل کنند و برای بسیاری از مسائل این موضوع قابل قبول است (کانل وخوماوالا^[۱۰]،۱۹۹۷).
اما در عمل در بسیاری از مسائل جهان واقعی و نمونه‌های واقعی، تغییرات در یک دوره زمانی می‌تواند حائز اهمیت باشد. تسهیلاتی نظیر مدارس، بیمارستان‌ها، کارخانه‌ها، مراکز توزیع، انبارها و غیره که باتوجه به هزینه‌های مربوط به سرمایه غالباً طی چندین سال عملیاتی می‌شوند. در نتیجه ممکن است مواردی وجود داشته باشد که پارامترهای مربوطه در تصمیم مکان‌یابی در گذر زمان تغییر یابند یا تحویل شوند. تقاضاها (مثلاً کمیت و مکان) هزینه‌ها (مثلاً عملیات و حمل و نقل) و ظرفیت موردنیاز(مثلاً قابل دسترس بودن در هر زمان معین) مثال‌هایی از این پارامترها هستند.
بنابراین‌ مدل‌های ایستای مکان‌یابی تسهیلات دیگر تحت شرایط فوق‌الذکر که کاربردی ندارند برای این میباشد که تصمیم مکان‌یابی که در یک دوره بسیار مطلوب است ممکن است در دوره دیگر مطلوب باشد یا نباشد(اربانی وفرهانی،۲۰۱۲) .
مدل‌های پویا (یا چند دوره‌ای)مکان‌یابی تسهیلات برای غلبه بر کاربرد محدود مدل‌های ایستایی مکان‌یابی تسهیلات در ادبیات گسترش یافته‌اند.