تعيين ذخيره اطمينان استراتژيك در زنجيره تامين

خلاصه‌:

مايك زنجيره تامين چند مرحله اي توليد و توزيع مرتبط با تقاضاي تصادفي را پيشنهاد نموده ايم و براي محاسبه اينكه در كجا تجزيه موجودي ها (كه موجودي استراتژيك ناميده مي شود) صورت گيرد ، يك مسئله بهينه سازي را فرمولبندي نموده ايم . در كل زنجيره تامين با يك محدوديت سرويس جهت ارضاي تقاضاي مشتري و حداقل نمودن هزينه هاي نگهداري موجودي مواجه هستيم . توزيع تقاضا را نرمال فرض نموده و مدت تحويل هر مرحل را مشخص و قطعي فرض مي كنيم.
از هزينه هاي اضافي در هر مرحله مطالع هستيم و هيچ محدوديت ظرفيتي در زنجيره تامين وجود ندارد و هر مرحله يك زمان خدمت و سرويس را مشخص مي نمايد . در نهايت هر مرحله با يك سياست پايه اي ذخيره ، كنترل مي گردد و آن اين است كه در هر مرحله از هر دوره سفارشهاي آن دوره با تقاضايش برابر است.

۱٫ مقدمه :

يك اصل ضروري براي مديريت زنجيره تامين آنست كه يك ديدگاهي مبتني بر اصول از زنجيرتامين براي موجودي هاي با اهميت بواسطه ارتباط وهماهنگي بهتردرسرتاسرزنجيره تامين بوجود آورد. يك مجموعه از اين موجودي ها بواسطه استراتژي هماهنگ ذخيره هاي انباشته جهت مقابله با تغييرات حاصل مي گردد. وقتي كه هر مرحله از يك فرآيند توليد يا توزيع بطور مستقل ذخيره اطمينان خودش را محاسبه مي كند ، يك زنجيره تامين مبتني بر اصول مي تواند بعضي از زير بهينه هاي محلي كه حاصل مي گردد را دفع كند. ما تحقيقات مداوم جهت بهبود ابزارها و اصول عمومي جهت محاسبه ذخيره هاي اطمينان درزنجيره تامين را

توضيح مي دهيم. بطور ويژه محاسبه موجودهاي ذخيره اطمينان تحت شرايط تقاضاي غير قطعي در زنجيره تامين را شرح مي دهيم. در بخش ۲ مدلي را براي ساده ترين زنجيره تامين، خط مرحله اي فرمولبندي مي كنيم و يك روند حل براي يافتن ذخيره اطمينان بهينه را نشان مي دهيم . دربخش ۳ مدل Simpson را براي زنجيره هاي تامين چند مرحله اي عمومي ( شبكه هاي توزيع و مونتاژ) توسعه داده و در بخش ۴ با يك گزارش وضعيتي برروي اين پروژه تحقيقاتي آشنا مي شويم. ما مدل را بطور عادي و در دو ناحيه صنعتي تست نموده و بطو خلاصه پيشرفت مطالعات در اين بخش را بررسي مي كنيم . كار مربوطه به محاسبه

نيازهاي موجودي براي يك زنجيره تامين توسط Graves, Billington, lee انجام گرفته است. اين مقاله به دليل نوع كاربرد مدل ، تفاوت عمده اي از كارهاي ديگر دارد و بر تعيين موجودي هاي استراتژيك سطح بالاتر جريان در زنجيره تامين از سطح پائين تر متمركز شده است. در مقابل Billington, lee موجودي مورد نياز در هر مرحله را براي حداقل نمودن هزينه كل موجودي ها محاسبه نموده اند و Graves ذخيره اطمينان يك زنجيره تامين كه با برنامه ريزي نيازهاي پويا مرتبط است را محاسبه نموده است.

 

۲٫ خط مرحله اي :

در ابتدا مدل Simpson را براي سيستم توليدي مرحله اي مرور داده و سپس يك روند حل را ارائه مي دهيم. در بخش ۱٫۲ فرضيات مدل، فرمولبندي و نكات مورد نياز در كل مقاله را شرح مي دهيم و در بخش ۲٫۲ چگونگي حل مسئله بوسيله برنامه ريزي پويا تشريح مي گردد.

۱٫۲ فرضيات مدل :

ما يك سيستم مرحله اي را با N مرحله درنظرمي گيريم كه مرحلهi يك مرحله نياز يا تامين كننده اي براي مرحله ۱+i مي باشد N-1) و ( i=1,2,3… از اين رو مرحله ۱ مرحله مواد خام است و هيچ تامين كننده اي وجود ندارد و مرحله N ، گره موجودي كالاي تمام شده مي باشد و مرحله اي است كه تقاضاي مشتري برآورده شده است.
مرحله يك عمليات ، فرآيندي مهم در زنجيره تامين محسوب مي گردد. بطور معمول يك مرحله توليد ، يك زيرمونتاژ يا يك محموله ازكالاي تكميلي ازيك انبار منطقه اي به مراكز توزيع مشتري ها را نشان مي دهد. تنها نياز براي انتخاب مرحله اين است كه فرآيند جريان ويژگي هاي واقعي زنجيره تامين را منعكس نمايد . مدل بطور ماهرانه مي تواند تدوين گردد اما نبايد هيچ شكافي در چگونگي توليد محصول بين مراحل مختلف وجود داشته باشد. فرض مي كنيم كه تقاضاي هر

پريود يك متعير تصادفي نرمال و مستقل با ميانگين μ و انحراف استاندارد σ است اين مورد تنها منبع عدم اطمينان در مدل تلقي مي گردد. براي مرحله i زمان تحويل ( تاخير) توليد Ti را دانسته و آن را قطعي فرض مي كنيم و هزينه نگهداري كالا (hi) را معلوم فرض مي كنيم و هيچ محدويت سرمايه اي در زنجيره تامين در نظر گرفته نمي شود . هر مرحله يك زمان سرويس (si) را بيان مي دارد و فرض مي كنيم كه در مرحله N ، كالاي تكميلي يا خدمت بصورت فوري به مصرف كننده نهائي تحويل مي شود و داريم SN.= 0.

اما براي مراحل ديگر زمانهاي سرويس متغيرهاي تصميم گيري جهت بهينه سازي مدل مي باشد. بطور مثال Si = 3 مي گويد كه وقتي يك سفارش در مرحله i و زمان t قرارداد مرحله i سفارش را در زمان t+3 ارضا خواهد نمود. در نهايت هر مرحله با يك سياست كنترل پايه اي ذخيره عمل مي كند كه در هر پريود و هر مرحله مشاهدات تقاضاي جاري مشتري در مرحله Nو و سفارشات يك مقدار با جايگزيني دوباره تقاضاي دوره فعلي برابر است. به منظور محاسبه سطح ذخيره

پايه براي يك مرحله ما فرض مي كنيم كه آن مرحله با يك سطح سرويس در ارتباط است و درصد زمان مشخصي كه زمان سرويس را تعيين مي كند از موجودي مشتق مي شود. ما تلاش نمي نمائيم تا هر وقت كه تقاضا از حداكثر سطح فراتر مي رود و زمان سرويس تضميني نقص مي گردد مسئله را مدل بندي نمائيم . در نتيجه ذخيره هاي پايه را كافي فرض مي كنيم، همانطوري كه تقاضا در محدوده صنعتي توسط يك سطح سرويس مطلوب تعيين مي شود. براي مثال اگر سطح سرويس ۹۵% است فرض مي كنيم كه ذخيره هاي پايه براي پوشش دادن به حداكثر تقاضايي برابر با ۹۵ صدم توزيع تقاضا در هر پريود (t) كافي است. در نتيجه براي مجموع ذخيره هاي پايه فرض مي كنيم حداكثر تقاضا در پريود t برابر است با :

با k=1.64
حالات نادر ( تقاضاي بيش از اين سطح) را در نظر نمي گيريم. در آنسوي تمركز و توجه به مدل و خط مشي موجودي پايه اي ، وقتي كه تقاضا بصورت غير عادي وابسته است فرض مي كنيم كه عمليات با يك اندازه گيري دقيق قابل پاسخ است. براي آگاهي بيشتر به Graves مراجعه شود. بعنوان نتيجه اين فرضيات مي توان بيان داشت كه ذخيره اطمينان مورد نياز در مرحله i برابر است با :

k مفهوم ضريب اطمينان براي يك سطح سرويس مشخص است ( براي سطح سرويس ۹۵% داريم K=1.64 ) در عبارت فوق Si-1+Ti زمان انتظار تداركات براي مرحله i است و Si-1 زماني مورد نياز براي تامين كالاها براي مرحله i توسط مرحله بالاترش است و Ti زمان تكميل فرآيند مرحله i براي كليه واحدهاست. ذخيره ايمني بايد تغييرات تقاضا در مدت زمان خالص تداركات را پوشش دهد. از آنجائيكه هيچ محدوديت ظرفيتي وجود ندارد براي مثال تفاوت بين زمان تداركات مرحله i (Si-1 +Ti) و زمان سرويس مقرر مرحله i (si) مثبت است لذا هيچ دليلي جهت وعده دادن يك زمان سرويس طولاني تر نسبت به زمان تداركات براي مرحله i وجود ندارد.

در اينجا فرض نموده ايم كه Si<Si-1+Ti با اين فرضيات مي توان مسئله بهينه سازي را جهت يافتن زمانهاي سرويس بهينه يا بطور معادل ذخيره هاي ايمني هر مرحله فرمولبندي نمود.

Ii : ذخيره ايمني مورد انتظار در مرحله i را مشخص مي كند و So=0 است.
اين گونه فرمولبندي اولين با توسط Simpson ، كسي كه وجود يك نقطه فرين را نشان داد صورت گرفته است در جواب بهينه داريمSi*=Si-1*+Ti i=1,2,…,N-1 : يا Si*=0 در فرضيات SN ، زمان سرويس براي مشتري صفر است. بنابراين يك حل بهينه ( همه يا هيچ) وجود دارد در يك مرحله يا ذخيره ايمني وجود ندارد Si*=S*i-1+Ti)) يا اينكه براي جداسازي هر مرحله از مرحله پائين تر خودش ذخيره اطمينان كافي وجود دارد (Si*=0)

۲٫۲٫ روند حل :

حالت خط مرحله اي مي تواند در بهينگي با استفاده از برنامه ريزي پويا يا بطور معادل با حل مسئله بروش كوتاهترين مسير حل گردد. برنامه ريزي پويا يك بازگشت رو به جلو به شروع از مرحله i و اقدام تا مرحله N است. براي هر مرحله الگوريتم ، زمان سرويس را با استفاده از مراحل بالاتر طوري پيدا مي كند كه هزينه مرحله جاري حداقل شود. اين روند براي كليه زمانهاي سرويس ممكن كه مرحله i مي تواند اختيار كند، تكرار مي گردد.

۱

تساوي ۱ براي يك زمان سرويس مشخص Si ، هزينه عملكردي بهينه را محاسبه مي كند. تساوي۲ هزينه ذخيره اطمينان در مرحله i با داشتن يك زمان سرويس Si و يك زمان سرويس Si-1 است.

ما مي توانيم كارائي برنامه ريزي پويا را بوسيله بهره گيري از اين واقعيت كه Si*=0 يا
Si*=Si-1*+Ti بهبود دهيم. بطور خاص براي SN=0 مي توان مسئله را بعنوان يك مسئله كوتاهترين مسئله از گره صفر تا گره N برروي يك شبكه N+1 گره اي با كمانهاي (i=j) براي تمام i<j و i,j=0,1,…,N حل نمود.
هزينه كمان (i,j) شامل هزينه نگهداري موجودي جهت داشتن يك موجودي در مرحله i است با اين فرض كه موجودي مرحله بالاتر، در مرحله j است.

۳٫ توسعه حالت مرحله اي‌:

چندين طريق توسعه براي حالت مرحله اي وجود دارد. در بخش ۱٫۳ مسئله بهينه سازيي را جهت يافتن زمانهاي سرويس يك شبكه توليد فرمولبندي مي كنيم سپس در مورد چگونگي حل مسئله بحث مي كنيم. در بخش ۲٫۳ و ۳٫۳ به ترتيب خطوط راهنمائي براي شبكه هاي توزيع و شبكه هاي عمومي را نشان مي دهيم.

۱٫۳ شبكه هاي توليد :
فرض مي كنيم كه مي توان زنجيره تامين را بعنوان يك شبكه ناچرخه اي با گراف G و مجموعه گره ها N (G) و مجموعه كمان A(G) نشان داد. يك نگاشت يك به يك بين مراحل زنجيره تامين و گره ها در N(G) وجود دارد. يك كمان بين مراحل ه وj وجود دارد (i,j)EA(G) اگر و فقط اگر i يك تامين كننده مستقيم براي مرحله j باشد. اين مطلب حالت شبكه توليد را بررسي مي كند. هر مرحله مي تواند بيش از يك پي آمد داشته باشد ( شكل را ببينيد) .

جهت فرمولبندي مسئله بهينه سازي براي تمام (i,j)EA(G) ، زمان سرويس Si را بعنوان زمان سرويسي تحصيلي از سوي مرحله i به مرحله j تعريف مي كنيم. توجه داريم كه در مرحله i زمان تحويل تداركات با زمان توليد برابراست بعلاوه بزرگترين زمان سرويس تامين كننده هايش Li = max (Sj+Ti)
فرمولبندي بصورت روبرو است :

اولين قدم در حل شبكه هاي توليد تعريف رده ها و پلكانها در شبكه است، بطور غير رسمي اين موضوع بصورت زير مي تواند انجام گيرد. اول خلاصه كردن تمام خطوط مرحله اي به گره هاي فوق سپس انجام يك تحقيق اوليه گسترده از مرحله N به تمام مراحل باقي. با تعريف روند تراكم، هر مرحله باقي مانده بايد در رده اي بالاتر از رده مرحله پيش نيازش قرار گيرد.

شكل ۱ ساختار رده اي يك شبكه توليد را نشان مي دهد. در اين مثال مرحله ۱۳، N امين مرحله است وتمام خطوط مرحله اي بجز براي خطوط مركب تك مرحله اي(مراحل ۴ و ۶) خلاصه شده اند.

الگوريتم براي محاسبه زمانهاي سرويس يك شبكه توليد بصورت زير عمل مي كند.
اول محاسبه ساختار رده اي شبكه . دوم شروع از رده اي با بزرگترين شماره و كار به سمت رده ۱ . در هر رده خطوط مرحله اي فوق تكرار مي شود و براي هر مرحله هزينه عملياتي محاسبه مي گردد.

كه در آن Dj طولاني ترين مسير ممكنه از لحاظ زمان تا مرحله j است. هزينه عملياتي fi(Sj) حداقل هزينه نگهداري براي موجودي مرحله j و همه مراحل بالاتر از j است. بايد توجه كرد كه مرحله j يك زمان سرويس برابر با Sj را نيز بيان مي دارد.

با توصيفات فوق Cj(S,Sj) هزينه نگهداري موجودي در مرحله j را مشخص مي كند با توجه به اينكه بزرگترين زمان سرويس تامين كننده S است و مرحله J يك زمان سرويس Sj را از مراحل پائين تر از خودش مشخص مي كند. براي يك زمان سرويس مشخص در مرحله j الگوريتم تمام زمانهاي سرويس ممكنه وارد شونده را تكرار مي كند و حلي با حداقل هزينه براي مرحله j و تامين كننده گانش تعريف مي كند. هزينه هاي عملياتي براي تمام انتخابهاي ممكن از Sj نياز به ارزيابي دارد. توجه كنيد كه اين روند حل از مشاهدات جهت تعيين بزرگترين زمان سرويس تمايز كننده كه برابر با زمان تحويل تداركات يك مرحله و همه تامين كنندگان يك مرحله است ، استفاده مي كند. در حلي با حداقل هزينه زمانهاي سرويس يكساني بيان خواهد شد.

۲٫۳ شبكه هاي توزيع :

در يك شبكه توزيع هر مرحله تقريباً يك مرحله بالاتر حامي دارد اما هر مرحله ممكن است چندين مرحله پائين تر را تغذيه كند يا تقاضاي مشتريان را پاسخ دهد. و ممكن است يك زمان سرويس مجزا را براي هر يك از مشتريان پائين ترش بيان كند. همچنين برخلاف يك خط مرحله اي يا يك شبكه توليد بيش از يك مرحله وجود خواهد داشت كه بطور مستقيم نياز مشتري را پاسخ دهد. پس هر مرحله پيچيدگي چندين دسته تقاضا را نشان مي دهد و به ذخيره اطمينان جهت

مقابله با تغييرات تقاضا نياز خواهد بود. بنابراين اندكي پيچيدگي بيشتر در بخش ۱٫۳ بدليل ذخيره ايمني است. براي حالت خاصي فرض مي كنيم كه هر مرحله يك زمان سرويس قابل اجرا را نسبت به مشتريان سطوح پائين تر از خودش معين مي كند.

ما الگوريتم فوق را براي شبكه هاي توليد مي توانيم انطباق دهيم. به طور ويژه برنامه ريزي پوياي بازگشتي يك تصوير منعكس براي شبكه توليد است. از آنجائيكه براي يك شبكه توليد بازگشت از بالاترين مراحل شروع مي شود و برروي عوامل پائيني كار مي شود، الگوريتم براي يك سيستم توزيع از پائين ترين مراحل شروع مي شود و برروي عوامل بالائي كار مي گردد.

آزموني جهت چگونگي حل حالتي كه يك مرحله بطور منفرد زمانهاي سرويس متفاوتي به مشتريان پائين تر از خودش عرضه مي دارد، وجود ندارد.