SUPERVISOR
زومبول آتان (استاد مشاور) علی شاهنده نوک آبادی (استاد راهنما)
STUDENT
Mostafa Parsa
مصطفی پارسا
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی صنایع
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1393
TITLE
Inventory Optimal Policy in Closed-Loop Supply Chains of Recycled-Content Products
Recycled content products play an important role in sustainable development through a significant reduction in natural resource use, energy consumption as well as much less greenhouse gas emissions. These products are made from a mix of virgin and recycled materials with specific proportions known as recycled content levels. To the best of the author’s knowledge, the lot-sizing and replenishment policy of these products has not yet been studied. Motivated by this research concern, this thesis considers a five-echelon closed-loop supply chain (CLSC) of these products consisting of a manufacturer, a retailer, a supplier, a material recovery facility (MRF), and a recycling facility. In this supply chain, the supplier and the recycling facility respectively provide the virgin and recycled raw materials to the manufacturer. The manufacturer mixes them based on the recycled content level to produce and ship the ?nished products to the retailer. The recycling facility recovers the manufacturer’s production waste as well as the returned used products collected by the MRF. We aim at maximizing the chain-wide profit by optimizing the shipments among the supply chain parties from a joint economic lot-sizing (JELS) point of view. Mathematical models are developed as mixed-integer non-linear programming. We propose a Branch-and-Bound algorithm, which provides the optimal solution, and a fast heuristic procedure, which has given the optimal solution in 96% of all tested instances. Numerical results indicate the JELS policy increases the total profit of the whole supply chain, while it may decrease the profit of some parties. To coordinate the CLSC, two successful and valid models called disproportionate profit-sharing (DPS) and proportional profit-sharing (PPS) are presented that operate under quantity discount contracts. The DPS guarantees each player gains more or equal profit in the JELS than the independent decision-making structure. However, the PPS ensures equitable increases in the own profits accruing to all players from the JELS. Based on the results of this research, it is recommended to managers and decision-makers to use DPS method in vertically integrated CLSCs and decentralized ones with dominant player(s), and PPS method in decentralized ones with no dominant players. Next, it is proved for the recycled content level that one of the two extreme (bang-bang) strategies, i.e. either its upper or lower bounds, is the best level, while the stationary point within the range can be optimal under certain limited conditions. Moreover, sensitivity analysis indicates that a decrease in manufacturing scrap fraction reduces the number of shipments to each party. It increases the profits of the manufacturer, the MRF, and the whole supply chain, which it decreases the profits of the supplier and the recycling facility, and has a negligible effect on the profit of the retailer. It also indicates that retail price, unit production cost, extraction cost per unit virgin material, and demand rate play the most influential effect on the optimal total profit that should be given special attention by industry managers.
محصولات بامحتوای بازیافتی با کاهش قابل توجه مصرف منابع طبیعی و انرژی علاوهبر تولید بسیارکمترگازهای گلخانهای نقش مهمی در توسعهی پایدار ایفا میکنند. این محصولات از ترکیب مواد خام طبیعی و بازیافتی با نسبتی مشخص به نام میزان محتوای بازیافتی ساخته میشوند. بنابه بهترین دانش مؤلف این اثر، تعیین بهینهی اندازه انباشته و سیاست بازپرسازی اینگونه محصولات در پژوهشهای گذشته مورد بررسی قرار نگرفته است. در راستای برآوردن این نیاز پژوهشی، این رساله سیستم موجودی زنجیرهی تأمین حلقه بسته پنجسطحی این محصولات متشکل از یک تولیدکننده، یک خردهفروش، یک تأمینکننده، یک تسهیل جمعآوری پسماند (MRF) و یک کارخانهی بازیافت را درنظر میگیرد. در این زنجیره، تأمینکننده و کارخانهی بازیافت بهترتیب مواد اولیهی خام طبیعی و بازیافتی را برای تولیدکننده ارسال میکنند. تولیدکننده این مواد را براساس میزان محتوای بازیافتی ترکیب، محصول نهائی را تولید و برای خردهفروش ارسال میکند. کارخانهی بازیافت نیز ضایعات تولید و نیز محصولات استفاده شدهی برگشتی (مواد پسماند) که توسط MRF جمعآوری شده را بازیابی میکند. این پژوهش با رویکرد اندازه انباشتهی توأم اقتصادی (JELS) به دنبال بهینهسازی ارسالها بین اعضای این زنجیره با هدف بیشینهسازی سود کل زنجیره است. مدل ریاضی بصورت برنامهریزی غیرخطی عددصحیح مختلط ارائه شده است. سپس یک الگوریتم شاخهوکران جهت بدست آوردن جواب بهینه و نیز یک روش ابتکاری سریع ارائه شده که در 96% نمونه مسائل در زمانی کوتاه به جواب بهینه میرسد. نتایج عددی نشان میدهد که سیاست JELS علیرغم افزایش سود کل زنجیره نسبت به تصمیمگیری مستقل، ممکن است سود برخی اعضای زنجیره را کاهش دهد. بهمینخاطر جهت هماهنگی اعضای زنجیره، دو روش موفق و معتبر با نامهای تقسیم سود نامتناسب و متناسب براساس قرارداد تخفیف کمی ارائه گردیده است. در روش تقسیم سود نامتناسب، سود هر یک از اعضاء در مدل JELS نسبت به ساختار تصمیمگیری مستقل افزایش مییابد یا نهایتاً بدون تغییر میماند. حال آنکه در روش تقسیم سود متناسب، افزایش سود همگی اعضاء در مدل JELS نسبت به تصمیمگیری مستقل با یک نسبت برابر تضمین میشود. براساس نتایج این پژوهش به مدیران و تصمیمگیرندگان زنجیره توصیه میشود که در زنجیرههای تأمین با یکپارچگی عمودی و نیز زنجیرههای تأمین نامتمرکز با عضو(های) چیره از روش تقسیم سود نامتناسب و در زنجیرههای نامتمرکز بدون عضو(های) چیره از روش تقسیم سود متناسب استفاده کنند. سپس ثابت میگردد که در اکثر شرایط مقدار بهینهی میزان محتوای بازیافتی، حد بالا یا پایینِ بازهی مجاز آن میباشد، درحالیکه نقاط ایستای درون این بازه میتواند تحت شرایط محدود و مشخصی بهینه باشد. علاوهبر این تحلیل حساسیتی نشان میدهد که کاهش نسبت ضایعات تولید، تعداد ارسالها به اعضای مختلف را کاهش میدهد. همچنین این امر سود تولیدکننده، MRF و کل زنجیره تأمین را افزایش و سود تأمینکننده و کارخانهی بازیافت را کاهش و همچنین تأثیر قابل چشمپوشی روی سود خردهفروش دارد. همچنین قیمت واحد مصرفکننده، هزینهی تولید هر محصول، هزینه استخراج هر واحد ماده خام طبیعی و نرخ تقاضا بیشترین تأثیر را روی مقدار بهینهی سود کل زنجیره دارند که باید مورد توجه ویژه مدیران صنایع قرار گیرند.