SUPERVISOR
زومبول آتان (استاد مشاور) علي شاهنده نوک آبادي (استاد راهنما)
STUDENT
Mostafa Parsa
مصطفي 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 بامحتواي بازيافتي با کاهش قابل توجه مصرف منابع طبيعي و انرژي علاوهبر توليد بسيارکمترگازهاي گلخانهاي نقش مهمي در توسعهي پايدار ايفا ميکنند. اين محصولات از ترکيب مواد خام طبيعي و بازيافتي با نسبتي مشخص به نام ميزان محتواي بازيافتي ساخته ميشوند. بنابه بهترين دانش مؤلف اين اثر، تعيين بهينهي اندازه انباشته و سياست بازپرسازي اينگونه محصولات در پژوهشهاي گذشته مورد بررسي قرار نگرفته است. در راستاي برآوردن اين نياز پژوهشي، اين رساله سيستم موجودي زنجيرهي تأمين حلقه بسته پنجسطحي اين محصولات متشکل از يک توليدکننده، يک خردهفروش، يک تأمينکننده، يک تسهيل جمعآوري پسماند (MRF) و يک کارخانهي بازيافت را درنظر ميگيرد. در اين زنجيره، تأمينکننده و کارخانهي بازيافت بهترتيب مواد اوليهي خام طبيعي و بازيافتي را براي توليدکننده ارسال ميکنند. توليدکننده اين مواد را براساس ميزان محتواي بازيافتي ترکيب، محصول نهائي را توليد و براي خردهفروش ارسال ميکند. کارخانهي بازيافت نيز ضايعات توليد و نيز محصولات استفاده شدهي برگشتي (مواد پسماند) که توسط MRF جمعآوري شده را بازيابي ميکند. اين پژوهش با رويکرد اندازه انباشتهي توأم اقتصادي (JELS) به دنبال بهينهسازي ارسالها بين اعضاي اين زنجيره با هدف بيشينهسازي سود کل زنجيره است. مدل رياضي بصورت برنامهريزي غيرخطي عددصحيح مختلط ارائه شده است. سپس يک الگوريتم شاخهوکران جهت بدست آوردن جواب بهينه و نيز يک روش ابتکاري سريع ارائه شده که در 96% نمونه مسائل در زماني کوتاه به جواب بهينه ميرسد. نتايج عددي نشان ميدهد که سياست JELS عليرغم افزايش سود کل زنجيره نسبت به تصميمگيري مستقل، ممکن است سود برخي اعضاي زنجيره را کاهش دهد. بهمينخاطر جهت هماهنگي اعضاي زنجيره، دو روش موفق و معتبر با نامهاي تقسيم سود نامتناسب و متناسب براساس قرارداد تخفيف کمي ارائه گرديده است. در روش تقسيم سود نامتناسب، سود هر يک از اعضاء در مدل JELS نسبت به ساختار تصميمگيري مستقل افزايش مييابد يا نهايتاً بدون تغيير ميماند. حال آنکه در روش تقسيم سود متناسب، افزايش سود همگي اعضاء در مدل JELS نسبت به تصميمگيري مستقل با يک نسبت برابر تضمين ميشود. براساس نتايج اين پژوهش به مديران و تصميمگيرندگان زنجيره توصيه ميشود که در زنجيرههاي تأمين با يکپارچگي عمودي و نيز زنجيرههاي تأمين نامتمرکز با عضو(هاي) چيره از روش تقسيم سود نامتناسب و در زنجيرههاي نامتمرکز بدون عضو(هاي) چيره از روش تقسيم سود متناسب استفاده کنند. سپس ثابت ميگردد که در اکثر شرايط مقدار بهينهي ميزان محتواي بازيافتي، حد بالا يا پايينِ بازهي مجاز آن ميباشد، درحاليکه نقاط ايستاي درون اين بازه ميتواند تحت شرايط محدود و مشخصي بهينه باشد. علاوهبر اين تحليل حساسيتي نشان ميدهد که کاهش نسبت ضايعات توليد، تعداد ارسالها به اعضاي مختلف را کاهش ميدهد. همچنين اين امر سود توليدکننده، MRF و کل زنجيره تأمين را افزايش و سود تأمينکننده و کارخانهي بازيافت را کاهش و همچنين تأثير قابل چشمپوشي روي سود خردهفروش دارد. همچنين قيمت واحد مصرفکننده، هزينهي توليد هر محصول، هزينه استخراج هر واحد ماده خام طبيعي و نرخ تقاضا بيشترين تأثير را روي مقدار بهينهي سود کل زنجيره دارند که بايد مورد توجه ويژه مديران صنايع قرار گيرند.