مقاله - پایان نامه

متن کامل پایان نامه را در سایت منبع fuka.ir می توانید ببینید

2-11-9- احتمال ترکیب....................................................................................................50
2-11-10- جهش...............................................................................................................50
2-11-11- استراتژی برخورد با محدودیت ها....................................................................51
2-11-12- شرایط توقف الگوریتم.....................................................................................53
3- بیان مسئله و ارائه مدل ریاضی آن...................................................................54
3-1- شبکه زنجیره تأمین چند مرحله ای....................................................................................55
3-2- تقاضای فازی.....................................................................................................................57
3-3- ارائه مدل ریاضی مسئله......................................................................................................61
3-3-1- اندیس های مدل...................................................................................................62
3-3-2- پارامترهای مدل.....................................................................................................62
3-3-3- متغیرهای مدل.......................................................................................................63
3-3-4- تابع هدف..............................................................................................................63
3-3-5- محدودیت های مدل.............................................................................................66
4- روش حل و نتایج محاسباتی............................................................................68
4-1- مقدمه.................................................................................................................................69
4-2- روش کدگذاری اولویت محور...........................................................................................70
4-3- ارزیابی، انتخاب و مکانیسم جایگزینی...............................................................................82
4-4- عملگرهای ژنتیک..............................................................................................................83
4-4-1- عملگر ترکیب.........................................................................................................83
4-4-2- عملگر جهش..........................................................................................................83
4-5- حل مسائل و کارایی الگوریتم............................................................................................85
5- نتیجه گیری و پیشنهادات................................................................................91
5-1- مروری بر مسئله و نتیجه گیری..........................................................................................92
5-2- پیشنهادهایی برای تحقیقات آینده.......................................................................................94
منابع و مآخذ.......................................................................................................95
فهرست جداول
جدول 4-1- نتایج حاصل با تابع هدف OB .............................................................................88
جدول 4-2- نتایج حاصل با تابع هدف OB .............................................................................88
جدول 4-3- نتایج حاصل با حداقل درجه تأمین % و تابع هدف OB .................................89
جدول 4-4- نتایج حاصل با حداقل درجه تأمین % و تابع هدف OB .................................89
فهرست تصاویر و نمودارها
شکل 1-1- نمایی از یک شبکه زنجیره تأمین................................................................................4
شکل 1-2- شبکه زنجیره تأمین سه مرحله ای تک محصوله.........................................................6
شکل 2-1- شبکه زنجیره تأمین سه مرحله ای تک محصوله.......................................................30
شکل 2-2- دیاگرام بلوکی الگوریتم ژنتیک ساده.........................................................................38
شکل 2-3- چرخ رولت...............................................................................................................45
شکل 2-4- عملگر ترکیب تک نقطه ای......................................................................................48
شکل 2-5- عملگر ترکیب دو نقطه ای........................................................................................48
شکل 2-6- عملگر جهش وارونه سازی بیت..............................................................................51
شکل 2-7- عملگر جهش تغییر ترتیب........................................................................................51
شکل 3-1- تقاضای فازی d .......................................................................................................59
شکل 3-2- درجه تأمین تقاضای مشتری.....................................................................................60
فصل اول
مقدمه و کلیات تحقیق

1-1- مقدمه
مسئله زنجیره تأمین در دنیای امروز به عنوان یک مزیت رقابتی عمده در راستای کاهش قیمت تمام شده مطرح است. زنجیره تأمین شامل خرید و تأمین، لجستیک و حمل و نقل، بازاریابی، رفتار سازمانی،شبکه،مدیریت استراتژیک، مدیریت سیستم های اطلاعاتی و مدیریت عملیات می باشد[10]. با وجود این مطلب، تصمیم گیری در مراحل مختلف این روند و هماهنگی این مراحل، مسئله اصلی در زنجیره تأمین می باشد. با توجه به رقابت شدیدی که بین تولید کنندگان وجود دارد، در صورتی که هر کدام از حلقه های این زنجیره ضعیف عمل کند، کل مجموعه موفق نخواهد بود و در سطح مورد انتظار عمل نخواهد کرد. بنابراین مدیریت مؤثر این زنجیره در صنعت، یک چالش مدیریتی عمده به حساب می آید. در سال های اخیر، شرکت ها و سازمان های کشورهای صنعتی و پیشرفته جهان، توجه ویژه ای به مدیریت زنجیره تأمین داشته اند و از این رهگذر به موفقیت های قابل توجهی نیز دست یافته اند که گواه این امر، حجم بالایی از مبادلات تجاری انجام شده و درآمد و سود آوری بالای زنجیره تأمین موفق و کارآمد است که در بازارهای به شدت رقابتی امروز، موفق به پیشی گرفتن از رقبا شده اند[11].
1-2- ضرورت انجام طرح
پیچیدگی کالاها و خدمات در دنیای امروز باعث شده است که شرکت هایی که به تنهایی و بدون کمک گرفتن و همکاری با دیگر سازمان ها، محصولی را عرضه می کنند، برای بقای خویش با مشکلات بسیاری روبرو شوند. به همین منظور سازمان ها دریافته اند که اگر با یکدیگر همکاری داشته باشند، مجموع منافعی که عاید آنها می شود بیش از وضعیتی است که هر یک فعالیت خود را بدون هماهنگی با سازمان های مرتبط انجام می دهند. به همین دلیل امروزه هر دو طرف خریدار و فروشنده بر اساس روابط بلند مدت و کسب سود با یکدیگر همکاری می کنند. در سال های اخیر به دلایل زیر توجه زیادی به مقوله زنجیره تأمین شده است :
نیاز برای فعالیت های بهبود
افزایش سطح برون سپاری
افزایش هزینه حمل و نقل
فشارهای شدید رقابتی
افزایش جهانی شدن
افزایش اهمیت تجارت جهانی
نیاز برای مدیریت مؤثر موجودی ها
با توجه به نیازهای دنیای امروز، در این پایان نامه ، ارائه و بررسی مدلی کارا برای طراحی شبکه زنجیره تأمین چند مرحله ای چند محصوله مد نظر بوده است که می تواند در مقوله شبکه های زنجیره تأمین جهت کمینه کردن هزینه های شبکه زنجیره تأمین در عین به حداکثر رساندن تأمین تقاضای مشتریان بسیار سودمند واقع شود.
1-3- بیان مسئله
در سال های اخیر مسئله طراحی شبکه زنجیره تأمین به دلیل افزایش رقابت در بازارهای جهانی اهمیت زیادی پیدا کرده است. شرکت ها مجبور شده اند تا سطح خدمت مطلوب تری به مشتری ارائه دهند در حالی که بایستی قمیت تمام شده محصول را کاهش داده و در عین حال حاشیه سود شرکت را نیز تضمین نمایند[12].
شبکه زنجیره تأمین شبکه ای از تسهیلات و امکاناتی است که از آغاز تولید یک محصول تا رسیدن آن محصول بـه دست مشتری را شامل مـی شود. یک شبکه زنجیره تأمین سه مرحلـه ای چند محصوله، تشکیل شده است از تأمین کنندگان مواد اولیه، کارخانه های تولید محصولات، مراکز توزیع محصولات و مشتریان. ابتدا کارخانه های تولید محصولات، مواد اولیه مورد نیاز خود را از تأمین کنندگان دریافت می کنند، سپس محصولات در کارخانه ها تولید می شوند و بعد از آن به مراکز توزیع فرستاده می شوند، در آخر نیز مشتری کالاهای مورد نیاز خود را از مراکز توزیع دریافت می کند. در واقع می توان گفت MSCNP شبکه ای است که از تعدادی گره و کمان تشکیل شده است، گره ها تسهیلات قابل ایجاد هستند که بایستی در چند کشور یا چند منطقه مختلف از یک کشور ایجاد شوند و کمان ها نشان دهنده جریان کالاها و چگونگی ارتباط بین گره ها می باشند. در شکل زیر نمایی از یک مسئله طراحی شبکه زنجیره تأمین آورده شده است.

شکل 1-1 نمایی از یک شبکه زنجیره تأمین[14]
در یک مسئله طراحی شبکه زنجیره تأمین به دنبال خروجی های زیر برای مسئله هستیم :
1- تعیین کارخانه ها و مراکز توزیعی که باید در هر مرحله از شبکه ایجاد شوند.
2- تعیین مسیر بهینه حمل و نقل برای انتقال مواد اولیه به کارخانه، انتقال کالاهای ساخته شده به مراکز توزیع و حمل کالاها و تحویل آنها به مشتری[13].
1-4- فرضیات مدل
1- تعداد مشتریان مشخص و قطعی است.
2- تقاضای هر مشتری برای هر محصول غیرقطعی (فازی) است.
3- تعداد تأمین کنندگان مواد اولیه و ظرفیت آنها مشخص و قطعی است.
4- حداکثر تعداد کارخانه ها و مراکز توزیع قابل ایجاد و همچنین ماکزیمم ظرفیت هر یک مشخص و قطعی است.
5- هر یک از مشتریان تمامی نیاز خود را فقط از یک مرکز توزیع دریافت می کند.
6- هر تأمین کننده مواد اولیه، کارخانه و مرکز توزیع به ترتیب توانایی تأمین انواع مواد اولیه، تولید انواع محصول و توزیع انواع محصول را با توجه به حداکثر ظرفیتشان دارند.
1-5- مختصری پیرامون مسئله طراحی شبکه زنجیره تأمین
شبکه زنجیره تأمین امکان ایجاد یک بستر مؤثر و کـارا برای مدیریت زنجیره تأمین را فراهـم می کند. این شبکه مجموعه ای از تسهیلاتی است که در شکل گیری زنجیره تأمین نقش دارند. در این شبکه مجوعه ای از تأمین کنندگان مواد اولیه، کارخانه های تولید محصولات، مراکز توزیع محصولات و مشتریان حضور دارند که هدف شبکه کمینه کردن کل هزینه های ایجاد چنین شبکه ای است، به گونه ای که به تقاضای مشتریان پاسخ داده شود. هزینه های موجود در شبکه به دو صورت می باشند که نوع اول شامل هزینه های ایجاد و احداث کارخانه ها و مراکز توزیع می باشد و نوع دوم شامل هزینه های خرید، تولید، توزیع و حمل و نقل کالا در هر مرحله از شبکه زنجیره تأمین است[13].
در شکل زیر نمایی از یک شبکه زنجیره تأمین سه مرحله ای تک محصوله نمایش داده شده است :

شکل 1-2 شبکه زنجیره تأمین سه مرحله ای تک محصوله[14]
Suppliers تأمین کنندگان مواد اولیه هستند که دارای ظرفیت مشخصی هستند و تعداد آنها نیز مشخص است. Plants کارخانه های تولید محصولات هستند که حداکثر تعداد قابل ایجاد برای آنها مشخص است و در مسئله یافتن اینکه کدام کارخانه ها بایستی ایجاد شوند تا به تقاضای مراکز توزیع با کمترین هزینه بتوانند پاسخ دهند، حائز اهمیت است. DC ها مراکز توزیع هستند که همانند کارخانه ها دارای محدودیت ایجاد هستند و باید در مسئله تعیین شوند و Customers مشتریان ما هستند که تقاضایشان غیرقطعی(فازی) است و تمامی محصولات خود را فقط از یک مرکز توزیع دریافت می کنند. شبکه، نشان دهنده گره های S برای تأمین کنندگان مواد اولیه، K برای کارخانه ها، J برای مراکز توزیع و I برای مشتریـان است. کـمان ها در شبکه ، نشان دهنده ارتباط بین گـره ها می باشند و مسیر حمل و نقلی محصولات را مشخص می کنند.
مسائل MSCN Design از نوع مسائل Mixed-integer programming problems می باشند که در مقیـاس بزرگ قابل حـل با الگوریتم های مشخصی نیست و جزو مسائل NP-Hard دستـه بندی مـی گردد. از این رو برای حل این نوع از مسائل، از الگوریتم های ابتکاری و فرا ابتکاری استفاده مـی شود. یکی از روش های فرا ابتکاری مؤثر برای حل این نوع از مسائل، الگوریتم ژنتیک می باشد که به خوبی بارها برای این نوع مسائل پیاده سازی شده و نتایج خوبی حاصل شده است.
1-6- پیشینه روش های حل شبکه زنجیره تأمین
همان طور که گفته شد تاکنون بارها از الگوریتم ژنتیک برای حل مسائل طراحی شبکه زنجیره تأمین دو و سه مرحله ای استفاده شده است. یکی از مهم ترین قسمت ها در حل یک مسئله با الگوریتم ژنتیک چگونگی کد کردن آن مسئله است که می تواند دشوارترین بخش کار هم باشد. تاکنون سه روش برای کدگذاری مسائل شبکه زنجیره تأمین ارائه شده است :
Edge-based encoding ( Gen&cheng,)[26]
Vertex-based encoding ( Gen&Cheng,)[26]
Edge-and-Vertex encoding ( Palmer& Kershenoaum,)[34]
اولین پیاده سازی مسائل حمل و نقل و توزیع با استفاده از GA توسط Michalewicz[35] صورت گرفت، او از روش ماتریس محور که تعلق به روش edge-based داشت برای نمایش شبکه تولید و توزیع استفاده کرد. Gen&Li[36] از روش کدگذاری prüfer number برای مسئله حمل و نقل استفاده کردند تا درخت پوشای مسئله را نمایش دهند. این روش جزو روش vertex-based محسوب می شود. شبکه زنجیره تأمین سه مرحله ای تک محصوله توسط Syarif&Gen[37] با استفاده از روش prüfernumber مورد حل قرار گرفته است. روش دیگری که برای حل شبکه زنجیره تأمین به کمک الگوریتم ژنتیک استفاده شد، بر پایه کدگذاری اولویت محور بود که توسط Altiparmak&Gen[14] برای حل شبکه زنجیره تأمین تک محصوله با چندین تابع هدف استفاده شد که این روش متعلق به روش edge–based می باشد، در این پایان نامه از روش اولویت محور برای مدل چند محصوله استفاده شده است.

فصل دوم
ادبیات و پیشینه تحقیق

2-1- سیر تکاملی مدیریت زنجیره تأمین
با ورود صنعت به قرن 21 ، تغییرات شدیدی در حال رخ دادن است که دورنمای صنعتی و اقتصادی جهان را دگرگون می کند. بازار بـه معنای واقعی جهانی شده است و مشتریان مقادیر کوچک تری از کالاهای سفارشی را طلب می کنند. بیشتر شرکت ها دامنه گسترده تری از محصول ها را ارائه می کنند و کالاهای جدید بیشتری با سرعت بیشتر و با تمرکز بر نیاز بازار ارائه می کنند. این تغییرات چالش های اجتناب ناپذیر و مسائل جدید لجستیک را برای همه تولیدکنندگان پدید آورده است. در دهه های 1970 و 1980 شرکت ها عملیات تولیدی خود را کاملا تحت کنترل قرار دادند. این کار با استفاده از تولید علمی و برنامه ریزی مواد، زمان بندی و کنترل کارگاه و سیستم هایی نظیر برنامه ریزی منابع تولیدی MRP II و برنامه ریزی منابع انسانی ERP انجام می شد. در دهه 1990 شرکت ها سعی کردند خود را در رده جهانی مطرح کنند. شرکت ها مدیریت جامع کیفیت TQM را بکار بستند تا فرایندهایشان را تحت کنترل درآورند و بهبود مستمر را پدید آورند، تکنیک های تولید بهنگام JIT و موجودی صفر نیز معرفی شدند تا کارخانه ها بتوانند از آنها بعنوان روشی برای کاهش هزینه و همزمان با آن بهبود در کیفیت استفاده کنند. اکثر این شرکت ها معتقدند که قدم بعدی که برای افزایش سود و سهم بازار باید بردارند، مدیریت زنجیره تأمین کارا است.
در یک زنجیره تأمین ابتدا مواد خام ساخته می شوند، سپس کالاها در یک یا چند کارخانه تولید و در نهایت به عمده فروشی ها یا مشتری تحویل می شوند. جهت کاهش هزینه و بهبود سرویس دهی، استراتژی های کارایی زنجیره تأمین در سطوح مختلف زنجیره تأمین باید در نظر گرفته شوند. زنجیره تأمین شامل سازندگان مواد اولیه ، مـراکز تولیدی ، انبارها ، مـراکز توزیع و عمده فروشی ها و نیز مـواد خام ، موجودی در حال ساخت و محصولات تمام شده انـد که بین تأمین کنندگان ، کارخانه ها و مشتریان در جریان اند. در دنیای رقابتی امروز زنده ماندن بـرای شرکت هایی که جدا از تأمین کنندگان و دیگر شرکای تجاری فعالیت می کنند، مشکل شده است. شرکت ها همیشه دنبال کاهش هزینه ها و بطور همزمان افزایش کیفیت کالاها و خدمات خود هستند.
علاقه مندی به مفهوم مدیریت زنجیره تأمین از دهه 1980 تا به حال در حال افزایش بوده است. این علاقه هنگامی که شرکت ها مزایای همکاری تجاری با سایر شرکا را دیدند به شدت افزایش یافت. مفهوم مدیریت زنجیره تأمین بر اساس تشکیل شبکه ارزشی است که شامل موجودیت های جداگانه می باشد. این موجودیت ها متعهد شده اند تا منابع و اطلاعات را برای رسیدن به هدف مدیریت تأمین کنندگان و نیز مدیریت جریان مواد و قطعات مهیا کنند[1].
2-2- تعریف مدیریت زنجیره تأمین
دونالد (2003)[11] : سازنده و تأمین کنندگانش، خریداران و مشتریان. به عبارت دیگر همه گروه ها در سازمانی گسترش یافته کار می کنند تا یک محصول را به بازار عرضه کنند که مشتری مایل است برای آن پول پرداخت نماید. این شرکت چند گروهی، به صورت یک سازمان گسترده عمل می کند و از منابع مشترک (افراد ، فرایند ها ، تکنولوژی ، معیارهای عملکردی) استفاده بهینه می کند تا به هم افزایی عملیاتی دست یابد و نتیجه، محصول یا خدمتی است با کیفیت بالا، هزینه کم و سهولت دسترسی.
مک کلان(2003)[15] اعتقاد دارد مدیریت زنجیره تأمین شامل یکپارچه سازی فرایند های کسب و کار از استفاده کننده نهایی تا تأمین کننده اولیه می باشد که محصول، خدمات و اطلاعاتی را مهیا می کنند که برای مشتری ایجاد ارزش می کند.
گاتورنا(1998)[16] مدیریت زنجیره تأمین را به بیان لمبرت و کوپر(1998)[17] این چنین تعریف می کند : یک فلسفه یکپارچه کننده برای مدیریت جریان کل مواد در یک کانال توزیع از تأمین کننده اولیه تا مشتری نهایی.
تعریف دانشگاهMIT از مدیریت زنجیره تأمین : مدیریت زنجیره تأمین یکپارچه عبارت است از یک رویکرد یکپارچه فرایندگرا برای تأمین، تولید، و توزیع محصولات و خدمات به مشتریان.
2-3- یکپارچه سازی زنجیره تأمین
یکی از اهداف مهم مدیریت زنجیره تأمین، یکپارچه سازی است. شتادلر (2004)[18] اعتقاد دارد یک زنجیره تأمین با ترکیب حرکت کالا با جریان اطلاعات مالی و عملیاتی بین طرفین مربوطه یکپارچه می شود. در روند سیر تکاملی صنایع تولیدی، برخی کارخانجات پیشرو به این نتیجه رسیدند که اگر تنها به نگرش های سنتی مدیریت زنجیره تأمین وابسته باشند فروش آنها طبق انتظارات، سوددهی نخواهد داشت.
سورین (2003)[19] معتقد است شرکت ها هم اکنون تاکید بیشتری بر سیستم ها و تکنولوژی اطلاعات برای کمک به بهبود عملکرد شبکه زنجیره تأمین دارند.
در جواب این سوال که چگونه می توان به یک زنجیره تأمین موفق دست یافت باید گفت که تشریک اطلاعات و برنامه ریزی عملیاتی، کلیدهای موفقیت در زمینه یکپارچه کردن زنجیره تأمین هستند.
اما چه اطلاعاتی باید به مشارکت گذارده شود؟
چگونه باید بکار برده شود؟
اطلاعات چگونه طراحی و عملیات زنجیره تأمین را تحت تأثیر قرار می دهد؟
و در نهایت اینکه چه نوعی از یکپارچه سازی باید اجرا شود؟
سیستم ها و دانش فنی اطلاعات یکی از مهمترین ابزارهای مدیریت زنجیره تأمین کارا می باشد. در حقیقت سرمایه گذاری روی مدیریت زنجیره تأمین از طریق فرصت هایی که از تحلیل دقیق و پیچیده اطلاعات زنجیره حاصل می شود، صورت می پذیرد. اولین مسئله ای که در رابطه با اطلاعات در مدیریت زنجیره تأمین وجود دارد این نیست که چگونه اطلاعات کسب شود بلکه این است که چه اطلاعاتی باید منتقل شود، چه اطلاعاتی برای زنجیره تأمین مهم هستند و کدام می توانند بدون هیچ مشکلی نادیده گرفته شوند، چگونه اطلاعات باید تجزیه و تحلیل شوند و چگونه بکار برده شوند، اثر تکنولوژی اطلاعات در این زمینه چیست، چه ساختاری در درون سازمان های زنجیره باید وجود داشته باشد و چه ساختاری در بین سازمان های زنجیره تأمین باید وجود داشته باشد، در نهایت اینکه آیا به سیستم ها و تکنولوژی اطلاعات می توان به عنوان ابزاری اصلی جهت کسب مزیت های رقابتی در بازار نگاه کرد؟
مدیریت زنجیره تأمین کارا زمانی موفق است که بتواند نیازهای مشتری را به طور کامل برآورده ساخته و برای او ارزش ایجاد کند و در عین حال سود دراز مدت شرکای تجاری را تضمین نماید. در حقیقت، هدف، ایجاد یک موقعیت برنده-برنده می باشد. شراکت در زنجیره تأمین در حقیقت رابطه ای است که بین دو عضو مستقل در کانال های تأمین از طریق به اشتراک گذاشتن اطلاعات در سطوح مختلـف جهت دستیابی به اهداف و منافـع خاصی از جمله کاهش هزینه های کلی و موجودی ها شکل داده می شود.
منتزر (2001)[20] معتقد است زنجیره ارزش، شبکه ای از مراحل است که فعالیت هایی را برای ایجاد ارزش افزوده انجام می دهند. این مجموعه در عین مشارکت سعی در کنترل عدم قطعیت و تهدیدها در سطوح مختلف زنجیره دارد. او این نوع مشارکت بین سازمانی را همکاری کانال و یا برون سپاری استراتژیک می نامد. او معتقد است که بقا در بازار رقابت جهانی، دیگر به استراتژی باز وابسته نیست بلکه به توانایی شرکت در مقابله با شرایط متغیر و عدم قطعیت در هر دو طرف (شرکای بالا دستی و پایین دستی) بستگی دارد و این امر مستلزم بازنگری در مدیریت بین سازمانی با استفاده از ابزار تکنولوژی اطلاعات می باشد.
2-4- عوامل سوق دهنده سازمان ها به سوی مدیریت زنجیره تأمین
2-4-1- نیاز برای فعالیت های بهبود
در طی چند دهه اخیر بسیاری از سازمان ها عملیات های خود را با فعالیت هایی از قبیل تولید ناب و مدیریت کیفیت فراگیر سازگار کرده اند. در نتیجه آنها قادر بودند تا به بهبود کیفیت دست یابند. بهبود کیفیت باعث افزایش هزینه های تولید می شود، و سازمان ها سعی می نمایند از طریق استفاده از مدیریت زنجیره تأمین این هزینه ها را کاهش دهند. گرچه هنوز فرصت های بهبود برای بسیاری از سازمان ها موجود است و سودهای اصلی محقق شده است، اما هنوز فرصت های زیادی در تدارکات، توزیع و حمل و نقل در زنجیره تأمین می تواند ایجاد شود.
2-4-2- افزایش سطح برون سپاری
سازمان ها در حال افزایش میزان برون سپاری خود می باشند، آنها خرید کالا و خدمات را به جای تولید و تهیه آنها بوسیله خودشان، در دستور کار قرار داده اند. همان طور که برون سپاری در سازمان ها افزایش می یابد، سازمان ها فعالیت های مربوط به تأمین و تدارکات را (انبار، حمل و نقل، تحویل و...) افزایش می دهند. هر چند که هزینه و زمان صرف شده بر روی این فعالیت و سایر فعالیت ها ممکن است غیر ضروری باشد.
2-4-3- افزایش هزینه حمل و نقل
هزینه حمل و نقل در حال افزایش است و نیاز است تا با دقت بیشتری مدیریت گردد.
2-4-4- فشارهای رقابت
فشار رقابت منجر به افزایش تعداد محصولات جدید، کوتاه شدن چرخه توسعه محصول و افزایش سفارشی سازی کالاها و خدمات شده است. در بسیاری از صنایع ، به خصوص صنایع الکترونیک مصرفی ، چرخه عمر محصولات کوتاه است. لـذا به کارگیری مدیـریت زنجیره تأمـین ساز و کاری مناسب جهت پاسخی سریع برای کوتاه کردن زمان های تأخیر می باشد.
2-4-5- افزایش جهانی شدن
گسترش جهانی شدن منجر به افزایش طول فیزیکی زنجیره تأمین شده است. در یک زنجیره تأمین جـهانی ، چالش هـای مدیریتی زنجیره تأمین افزایش می یابد. فاصله زیاد میان مشتریان و تولید کنندگان سبب طولانی تر شدن زمان تأخیر و همچنین افزایش زمینه هایی جهت بی نظمی ها در تحویل می شود. به همان میزان که در پول و واحدهای پولی اختلاف وجود دارد در زبان و فرهنگ نیز اختلاف وجود دارد.
2-4-6- افزایش اهمیت تجارت جهانی
افزایش اهمیت تجارت الکترونیک ابعادی را به خرید و فروش اضافه نموده و چالش های جدیدی را ارائه نموده است.
2-4-7- پیچیدگی زنجیره های تأمین
زنجیره هـای تأمین، پیچیده و پویا می باشند. آنها دارای عدم اطمینان ذاتی بالایی می باشند و می توانند به طور نامناسبی بر زنجیره تأمین اثر بگذارند، همانند : پیش بینی های غیر دقیق، تحویل همراه با تأخیر، کیفیت زیر استاندارد ، تجهیزات از کار افتاده و تغییر یا لغو کردن سفارشات.
2-4-8- نیاز برای مدیریت موجودی ها
نقش موجودی ها ، نقش اصلی در موفقیت یا شکست زنجیره تأمین است. از این رو هماهنگی میزان موجودی در سرتاسر زنجیره تأمین حائز اهمیت است. کمبود منابع می تواند از لحاظ زمانی جریان کار را به شدت متلاشی نماید و تحقق تولید محصول را به تأخیر بیاندازد در حالی که موجودی اضافی نیز سبب ایجاد هزینه های غیر ضروری می گردد. نباید موجودی در بعضی از قسمت های زنجیره تأمین با کمبود مواجه گردد و یا در بعضی قسمت های دیگر مازاد موجودی وجود داشته باشد.
2-5- عوامل مؤثر بر مدیریت زنجیره های تأمین
2-5-1- مدیریت اطلاعات
امروزه نقش ، اهمیت و جایگاه اطلاعات برای شرکت ها و سازمان ها بسیار حیاتی است. گردش مناسب و انتقال صحیح اطلاعات باعث می شود که فرایندها مؤثر و کاراتر گشته و مدیریت آنها آسانتر گردد. در بحث زنجیره تأمین اهمیت موضوع هماهنگی در فعالیت ها، بسیار حائز اهمیت است. این نکته در بحث مدیریت اطلاعات در زنجیره مدیریت سیستم های اطلاعاتی و انتقال اطلاعات نیز صحت دارد. مدیریت اطلاعات هماهنگ و مناسب میان شرکا باعث خواهد شد تا تأثیرات فزاینده ای در سرعت ، دقت ، کیفیت و جنبه های دیگر داشته باشیم. مدیریت اطلاعات در بخش های مختلف تأثیر گذار خواهد بود از جمله :
تبادل و پردازش داده ها میان شرکا (مانند تبادل و پردازش اطلاعات فنی ، سفارشات و...)
جمع آوری و پردازش اطلاعات عرضه و تقاضا و غیره برای پیش بینی روند بازار و شرایط آینده.
ایجاد و بهبود روابط بین شرکا
انتقال، جابجایی، پردازش و دسترسی به اطلاعات لجستیکی برای یکپارچه سازی فرایندهای حمل و نقل، سفارش دهـی و ساخت تغییرات سفارش ، زمانبندی تولید ، برنـامه های لجستیک، و عملیات انبارداری
2-5-2- مدیریت لجستیک
در تحلیل سیستم های تولیـدی ، موضـوع لجستیک ، بخش فیزیکـی زنجیره تأمین را در بـر می گیرد. این بخش کلیه فعالیت های فیزیکی از مرحله تهیه ماده خام تا محصول نهایی ، شامل فعالیت های حمل و نقل ، انبارداری، زمانبندی تولید و... را شامل می شود. از سوی انجمن لجستیک (CLM) تعریف ذیل برای لجستیک ارائه شده است :
لجستیک قسمت مهمی از فرایند زنجیره تأمین است که شامل طرح ها و برنامه ها ، بکار گیری و کنترل کارا و اثر بخش جریانات و ذخایر کالاها و خدمات می باشد و اطلاعات مرتبط از نقطه شروع تا نقطه مصرف را به منظور برآورده ساختن نیازها و الزامات مشتریان در نظر می گیرد.
پنج راهکار صحیح در سیستم تدارکات که در حقیقت این پنج عامل باعث موفقیت خواهند شد ، عبارتند از : عرضه محصولات صحیح در زمان صحیح در مکان صحیح با شرایط صحیح با هزینه صحیح به مشتریانی که آن محصول را مصرف می نمایند.
2-5-3- مدیریت روابط
مدیریت روابط، تأثیر شگرفی بر همه زمینه های زنجیره تأمین و همچنین سطح عملکرد آن دارد. مهم ترین فاکتور برای مدیریت موفق زنجیره تأمین ، ارتباط میان شرکـا در زنجیره است. به گونه ای که شرکا اعتماد متقابل به قابلیت ها و عملیات یکدیگر داشته باشند. بنابراین در توسعه هر زنجیره تأمین یکپارچه، توسعه اطمینان و اعتماد در میان شرکا و طرح قابلیت اطمینان برای آنها از عناصر بحرانی و مهم برای نیل به موفقیت پایدار است.
2-6- فرایندهای زنجیره تأمین
یک زنجیره تأمین یک رشته از فرایندها و جریان هایی است که در بین مراحل مختلف زنجیره تأمین به وقوع می پیوندد و جهت رفع نیاز مشتری به یک محصول با هم ترکیب می شوند. دو دیدگاه مختلف نسبت به اجرای دیدگاه فرایندی در یک زنجیره تأمین وجود دارد.
دیدگاه سیکلی : در دیـدگاه سیکلی ، فرایندها در یک زنجیره تأمین درون سـری هـایی از سیکل هـا تقسـیم می شوند. هر عمل در تعامل بین مراحل متوالی از زنجیره می باشد.
دیدگاه فشاری - کششی : در دیدگاه فشاری - کششی فرایندها ، اعم از اینکه آنها به سفارشات مشتریان پاسخ داده و یـا آنها را پیش بینی می کنند ؛ به دو بخش وابسته تقسیم می شوند. فرایند کشش با یک سفارش مشتری آغاز می گردد ، در حالی که فرایندهای فشاری با پیش بینی تقاضای مشتریان آغاز می گردد.
2-6-1- دیدگاه سیکلی
در این دیدگاه فرایندهایی که در طول زنجیره تأمین به وقوع می پیوندد ، به چهار چرخه تقسیم می شود که به شرح زیر هستند :
الف) چرخه سفارش مشتری
ب) چرخه پرکردن مجدد
ج) چرخه ساخت
د) چرخه تدارکات
هر کدام از این چرخه ها بین دو مرحله از این زنجیره اتفاق می افتد. البته در همه زنجیره های تأمین نمی توان این چهار چرخه را به وضوح مشاهده کرد ، اما در اکثریت زنجیره ها قابل مشاهده است.
2-6-2- دیدگاه فشاری - کششی
فرایندهای کششی با شروع تقاضای مشتری اجرا می گردد، اما فرایندهای فشاری با پیش بینی تقاضای مشتری انجام می گیرد. با این وجود در انجام فرایندهای کششی ، تقاضای مشتری معلوم و مشخص می باشد در حالی که در فرایندهای فشاری تقاضا نامعلوم و باید پیش بینی گردد.
فرایندهای کششی ممکن است به عنوان فرایندهای عکس العملی اطلاق شوند چرا که آنها در مقابل تقاضای مشتری عکس العمل نشان می دهند. فرایندهای فشاری به عنوان فرایندهای خطرناک یا نامطمئن شناخته می شوند چرا که آنها پاسخی به پیش بینی هستند تا تقاضای واقعی. حد و مرز فعالیت های کششی و فشاری در یک زنجیره تأمین از یکدیگر مجزا است. دید فشاری - کششی در یک زنجیره تأمین ، زمانی که تصمیمات استراتژیک در ارتباط با طراحی زنجیره تأمین را مورد ملاحظه قرار می دهیم ، بسیار مفید می باشد.
2-7- انواع زنجیره تأمین
انواع مختلف زنجیره تأمین که از هـم تمیز داده می شونـد ، از دیدگاه منتزر [20] چهار نـوع می باشند که عبارتند از :
1 ) شراکت
در شراکت یک ارتباط متقابل و دو سویه بین خریدار و فروشنده وجود دارد.
2 ) زنجیره تأمین پایه ای
زنجیره تأمین پایه ای شامل یک شرکت با یک تأمین کننده و یک مشتری بلافصل می باشد. که به طور مستقیم بوسیله یک یا چند جریان (مالی، مواد و اطلاعات) بالادستی ها را به پایین دستی ها مرتبط می سازد.
3 ) زنجیره تأمین گسترده
زنجیره تأمین گسترده شامل تأمین کنندگان بلافصل (رده اول) و مشتریان بلافصل می باشند که بوسیله یـک یا چند جریـان (مالی ، مواد و اطلاعات) بالادستی ها را بـه پایین دستی ها مرتبـط می سازد.
4 ) زنجیره تأمین نهایی (غایی)
زنجیره تأمین نهایی (غایی) شامل همه شرکت هایی می شود که در جریان های بالادستی مواد، اطلاعات و مالی از تأمین کننده اولی تا مشتری نهایی دخالت دارند.
2-8- عوامل مؤثر در پیاده سازی زنجیره تأمین رقابتی
2-8-1- خرید
خرید و تدارکات ، شامل مدیریت فرایند تأمین ، تنظیم قراردادها و تصمیم گیری در مورد اینکه در چه محلی خرید کنند ، می باشد. تدارکات باید نیازهای تأمین کنندگان کلیدی شرکت را تأمین نماید و توانایی شرکت را برای تولید کالا و خدمات مورد حمایت قرار دهد. این وظیفه برای هر سازمانی که خرده فروش ، خدمت گیرنده یا تولید کننده باشد، سخت است. نقش زنجیره تأمین داخلی و بیرونی به اینکه این وظیفه تا چه حد خوب عمل می کند، وابسته است.
2-8-2- انتخاب تأمین کننده
مدیریت، برای انتخاب تأمین کننده و بازنگری کارایی تأمین کنندگان جاری، باید بخش های بازار را بازنـگری کند. بـرون سپاری نمونه ای خاص از تمایل بـه همکاری است. تصمیم جهت برون سپاری یک فعالیت، بعضی از مواقع به تصمیماتی از قبیل ساخت یا خرید بر می گردد و به دلیل اینکه میزان فعالیت های تحت کنترل مستقیم را در زنجیره تأمین داخلی تحت تاثیر قرار می دهد، بر مدیریت زنجیره تأمین دلالت دارد. تصمیم در مورد ساخت یا خرید دارای اهمیت خاصی است ، زیرا یک شرکت در مرحله اول باید درک روشنی از شایستگی های اصلی (قابلیت های محوری) خویش داشته و آنها را حفظ نماید. بعد کنترل و انعطاف پذیری در برون سپاری است که آنرا به طور مستقیم به مدیریت زنجیره تأمین ارتباط می دهد.
2-8-3- انعطاف پذیری در تغییر زنجیره تأمین
یک شرکت اگر توافق کوتاه مدت با تأمین کننده داشته باشد ، انعطاف پذیری بیشتری در ارتباط با تأمین کننده دارد. آن شرکت می تواند در رابطه با شرایط و ضوابط قرارداد ، مذاکره مجددی با تأمین کننده داشته باشد و یـا پیوسته تأمین کنندگان را تغییر دهد. اگر شرکت توافق بلند مدت با تأمین کنندگان داشته باشد موارد فوق دست یافتنی نخواهد بود. اگر شرکت قرارداد بلند مدت با تأمین کنندگان داشته باشد و نیازهای بازار تغییر کند یا تأمین کننده دچار دشواری و گرفتاری های کسب و کار شود ، شرکت برای تغییر تأمین کنندگان از بعد زمان مشکل خواهد داشت.
در نتیجه ، مدیران زنجیره تأمین بایستی میزان کنترل بالا را با در نظر گرفتن انعطاف پذیری به منظور تغییر ، تنظیم و تعدیل نمایند. قرادادهای بلند مدت بایستی زمانی مورد استفاده قرار گیرد که شرکت مطمئن باشد ، تأمین کنندگان با برنامه های استراتژیک بلند مدت شرکت هماهنگی دارند.
2-8-4- توزیع
در حالی که فرایند خرید با جریان ورودی مواد ارتباط دارد ، توزیع به جریان خروجی مواد مرتبط است. توزیع، مدیریت جریان مواد از تولید کننده تا مشتری و از انبـارها تا خرده فروشی ها می باشد و شامل انبار نمودن و حمل کالاها است. توزیع ، بازار شرکت را توسعه داده و ارزش زمانی و مکانی برای کالاها ایجاد می نماید. در اینجا به طور خلاصه دو نمونه از تصمیماتی که مدیران توزیع با آن مواجه هستند را مورد توجه قرار می دهیم : انبار نمودن کالاهای تمام شده و روش حمل و نقل.
نگرش های متفاوتی نسبت به مکان انبارهای کالای ساخته شده وجود دارد. نگرش اول جانمایی ذخیره موجودی نزدیک به مشتریان ، مراکز توزیع یا نزدیک به عمده فروش یا خرده فروش می باشد. روش فوق می تواند دو مزیت داشته باشد : سرعت در تحویل دهی و کاهش هزینه های حمل و نقل به طوری که می تواند فروش را تحریک نماید. شرکت هایی که از راهبرد تولید انبارشی بهره می برند، معمولا این روش را به کار می گیرند.
یافتن بهترین روش برای جانمایی موجودی به خصوص برای عملیات های بین المللی مهم است. شرکت های بزرگ در سراسر جهان جهت افتتاح مراکز توزیع در شهرهای استراتژیک، به منظور حمایت از فعالیت های فروش تلاش می نمایند.
جانمایی موجودی کالا نزدیک به مشتری ، کندی و تأخیر زمان بین دریافت سفارش و تحویل کالا را کاهش می دهد ، که این مزیت رقابتی مهمی در بازارهای محلی و بین المللی می باشد، همچنین هزینه های حمل را کاهش خواهد داد. اگر اولویت رقابتی، تولید محصولات سفارشی باشد، ذخیره نمودن کالای ساخته شده ریسک محصولات ناخواسته را به دنبال دارد.
روش دوم به معنای نگهداری موجودی در کارخانه تولیدی یا عدم نگهداری کالای ساخته شده است. بعضی از مواقع، روش دوم به ادغام موجودی اشاره دارد و زمانی که تقاضا در نواحی مختلف غیر قابل پیش بینی باشد و تقاضا برای کالا ها با نوسان همراه باشد ، یک مزیت به حساب می آید.
2-9- چالش های زنجیره تأمین
ترکیب دو عمل دستیابی به اینترنت و قدرت محاسباتی به طور بنیادی گزینه های در دسترس به منظور مدیریت زنجیره های تأمین را دچار دگرگونی ساخته است و نتیجه آن مدیریت بسیار مؤثرتر زنجیره های تأمیـن است. شرکت ها و سازمـان هـایـی که از این قابلیت ها به طـور مؤثـر استفاده می کنند، موجب بهبود و توسعه زنجیره تأمین خود به شرح ذیل خواهند شد :
1- تمامی اعضای زنجیره تأمین، از تأمین کننده تا مشتری از طریق اینترنت به یکدیگر متصل گردیده و از این طریق موجبات دستیابی به اطلاعات در خصوص وضعیت موجودی انبار، ظرفیت تولید، وضعیت سفارشات و میزان تقاضای مشتریان فراهم می گردد.
2- شرکت های موجود در سرتاسر زنجیره تأمین با استفاده از اطلاعات مشترک در خصوص زنجیره تأمین اقدام به برنامه ریزی می کنند که مبتنی بر تصمیم گیری های مشترک است.
3- تصمیم ها بر اساس زمان واقعی و با استفاده از اطلاعات به هنگام در خصوص وضعیت مسائل روی داده در زنجیره تأمین اتخاذ می گردد.
4- درآمد و سود به عنوان ماتریس های عملکرد برای زنجیره تأمین مورد استفاده قرار می گیرند بدیهی است که سازمان هایی که در این وضعیت رقابتی حاکم بر بازارهای جهانی سعی در ایجاد تغییرات به منظور بهره برداری از این قابلیت ها می کنند، به حیات خود ادامه خواهند داد و آنهایی که چنین عمل نکنند با شرایط سختی مواجه خواهند بود. برای توضیح بیشتر باید به این نکته اشاره کرد که چالش ها و راه حل هایی که در این خصوص وجود دارد برای صنایع مختلف، متفاوت بوده و در اینجا به چالش هایی که بعضی از صنایع کلیدی با آن مواجه هستند اشاره می گردد.
سازمان ها و شرکت هایی که از تکنولوژی پیشرفته استفاده می کنند، از لحاظ انعطاف پذیری زنجیره های تأمین خود پیشرو بوده و به طور مؤثر عمل کرده اند و دلیل آن نیز طول عمر کوتاه محصولات تولیدی آنان است که این امر انعطاف پذیری و پاسخگو بودن آنها را الزامی می سازد. در پایان عمر کوتاه یک محصول، ارزش این محصول به شدت کاهش می یابد و بنابراین به منظور حصول اطمینان از سودآوری آن، باید ارتباط تنگاتنگ و دقیقی از وضعیت عرضه و تقاضا و همچنین پاسخگویی عالی به مشتری و ارتباطات مؤثر در سراسر زنجیره تأمین وجود داشته باشد.
برون سپاری اغلب در بخش صنایع تکنولوژی پیشرفته استفاده می گردد و زنجیره تأمین سازمان های این بخش که از تولید کنندگان قراردادی و سازمان هایی که عملیات لجستیکی و پشتیبانی را به عنوان نفر ثالث برای آن تولید کنندگان انجام می دهند، تشکیل شده است. بنابراین در این زنجیره عرضه که شبکه تنیده از ارائه کنندگان خدمات مختلف است، باید اطلاعات به هنگام در خصوص وضعیت عرضه و تقاضا به آنها داده شود. در این حالت عمل حیاتی برای سازمان حفظ مسئولیت عملیات کنترل در شبکه است، در حالی که عمده کارهای اجرایی را به پیمانکاران بیرون از سازمان محول کرده است. این روش موجب می گردد که سازمان به هنگام ضرورت، ارائه کنندگان خدمات را بدون اینکه خللی در شبکه زنجیره بوجود آید، تغییر دهد.
ایجاد جریان اطلاعات در سراسر شبکه تأمین به منظور ایجاد بینش در خصوص محصول و اجزای آن برای تمامی ارائه کنندگان خدمات و همچنین به منظور فراهم آوردن اطلاعات به هنگام برای مشتریان در خصوص وضعیت سفارشات آنان، امری ضروری است.
سازمان ها می توانند بر مبنای زمان واقعی و در آن واحد، به محض ورود سفارش ها از طریق اینترنت آنها را دریافت کرده و اطلاعات را به تمامی اعضای شبکه زنجیره تأمین ارائه کنند و همزمان در خصوص تأمین تقاضای واقعی مشتری فعالیت نمایند. علاوه بر این تأمین کنندگان خدمات با استفاده از این فرصت می توانند برنامه های آتی خود را پیش بینی کنند، به طوری که آنان می توانند به طور شایسته ای به برنامه ریزی ظرفیت خود بپردازند.
اطلاعـات دقیق در خصوص سـطح موجودی و ظرفیت ، برای مشتریان ایـن امکان را فراهم می سازد که در مورد تاریخ واقعی تحویل آگاهی یابند. سازمان های موفق و پیشرو به منظور ایجاد تعادل بین عرضه و تقاضا از قیمت گذاری پویا استفاده می کنند و فروش از طریق اینترنت این فرایند را تسهیل می سازد.
قیمت ها بر اساس سطح موجودی، ظرفیت تولید و باقیمانده عمر محصول مورد تعدیـل قرار می گیرد و مشتریان قادر خواهند بود قیمت ها را در زمان واقعی مقایسه کرده، از طریق اینترنت سفارش داده و از تاریخ دقیق تحویل محصول آگاهی یابند. برای مثال در صنعت خودروسازی یکی از عمده ترین چالش ها، تولید محصول مورد نیاز مشتری در یک چارچوب زمانی کوتاه است که بدین وسیله از افزایش سطح میزان موجودی محصولی که مورد درخواست مشتری نیست، جلوگیری گردد.
مسائل مشترک موجود در زنجیره عرضه در این صنعت شامل زمان های تأخیر طولانی و میزان سطح موجودی بالاست و حل این مسائل نیازمند یک زنجیره تأمین انعطاف پذیر است. برخلاف مدل فشاری ، این صنعت باید به سمت مدل کششی که تولید بر اساس تقاضای واقعی مشتری است حرکت کند و این مدل نیازمند یک زنجیره منعطف و مرتبط با یکدیگر است که در آن ارتباطات مناسب در سراسر اجزای عرضه کنندگان و تأمین کنندگان خدمات برقرار باشد. یک مدل کششی تقاضا ، قیمت گذاری پویا را تسهیل می سازد و درآمد از طریق قیمت های تعدیل شده که مبتنی بر تقاضای واقعی و ظرفیت قابل دسترس است می تواند بیشینه گردد ، یعنی خودروهای تولیدی در عرضه های با حجم کم ، بالاتر قیمت گذاری شده در مواقعی که ظرفیت عرضه بالاست پایین تر قیمت گذاری می گردند.
یک مدل کششی مبتنی بر قیمت گذاری پویا که از طریق یک زنجیره عرضه پاسخگو پشتیبانی می گردد ، می تواند منجر به کاهش زمان تأخیر گردیده و سطح بالای موجودی کالا را که در زنجیره تأمین وجود دارد ، حذف کند. یک زنجیره عرضه مؤثر می تواند تأثیر مستقیم بر روی قیمت سهام یک سازمان نیز داشته باشد.
با توجه به ساختار خطی موجود در زنجیره تأمین اغلب صنایع ، مشکلات موجود این ساختار عبارتند از :
تجمع خطاهای پیش بینی تقاضا در اثر تکرار عملیات پیش بینی در طول زنجیره تأمین توسط اعضا
عدم اطلاع از ظرفیت تأمین کنندگان
وجود زمان های تأمین طولانی برای سفارش به عنوان انگیزه ای برای انباشتن ذخیره های اطمینان
هزینه های بالای سفارش دهی و حمل و نقل به عنوان انگیزه ای برای انباشت ذخیره های اطمینان
عدم اطلاع از تقاضاهای کاذب ایجاد شده بوسیله اعمال سیاست های تخفیف
تعدد نقاط تصمیم گیری در طول زنجیره تأمین
عدم اطلاع از الگوی واقعی تقاضای بازار مصرف
2-10- مسئله طراحی شبکه زنجیره تأمین
شبکه زنجیره تأمین امـکان ایجاد یـک بستر مؤثر و کارا برای مدیریت زنجیره تأمین را فراهم می کند. این شبکه مجموعه ای از تسهیلاتی است که در شکل گیری زنجیره تأمین نقش دارند. در این شبکه مجوعه ای از تأمین کنندگان مواد اولیه، کارخانه های تولید محصولات، مراکز توزیع محصولات و مشتریان حضور دارند که هدف شبکه کمینه کردن کل هزینه های ایجاد چنین شبکه ای است، به گونه ای که به تقاضای مشتریان پاسخ داده شود. هزینه های موجود در شبکه به دو صورت می باشند که نوع اول شامل هزینه های ایجاد و احداث کارخانه ها و مراکز توزیع می باشد و نوع دوم شامل هزینه های خرید، تولید، توزیع و حمل و نقل کالا در هر مرحله از شبکه زنجیره تأمین است[13].
در شکل زیر نمایی از یک شبکه زنجیره تأمین سه مرحله ای تک محصوله نمایش داده شده است :

شکل 2-1 شبکه زنجیره تأمین سه مرحله ای تک محصوله[14]
Suppliers تأمین کنندگان مواد اولیه هستند که دارای ظرفیت مشخصی هستند و تعداد آنها نیز مشخص است. Plants کارخانه های تولید محصولات هستند که حداکثر تعداد قابل ایجاد برای آنها مشخص است و در مسئله یافتن اینکه کدام کارخانه ها بایستی ایجاد شوند تا به تقاضای مراکز توزیع با کمترین هزینه بتوانند پاسخ دهند، حائز اهمیت است. DC ها مراکز توزیع هستند که همانند کارخانه ها دارای محدودیت ایجاد هستند و باید در مسئله تعیین شوند و Customers مشتریان ما هستند که تقاضایشان غیرقطعی(فازی) است و تمامی محصولات خود را فقط از یک مرکز توزیع دریافت می کنند. شبکه ، نشان دهنده ی گره های S برای تأمین کنندگان مواد اولیه ، K بـرای کارخانه ها، J برای مراکز توزیع و I برای مشتریان است. کمان ها در شبکه نشان دهنده ارتباط بین گره ها می باشد و مسیر حمل و نقلی محصولات را مشخص می کنند.
مسائل MSCN Design از نوع مسائل Mixed-integer programming problems می باشند که در مقیـاس بزرگ قابـل حـل با الگوریتم هـای مشخص نیست و جـزو مسائل NP-Hard دسته بندی می گردد. از این رو برای حل این نوع از مسائل ، از الگوریتم های ابتـکاری و فرا ابتکاری استفاده می شود. یکی از روش های فرا ابتکاری موثر برای حل این نوع از مسائل، الگوریتم ژنتیک می باشد که به خوبی بارها برای این نوع مسائل پیاده سازی شده و نتایج خوبی حاصل شده است.
2-11- مروری بر الگوریتم ژنتیک
2-11-1- مقدمه
الگوریتم ژنتیک یکی از اعضای خانواده مدل های محاسباتی الهام گرفته شده از روند تکامل است. این الگوریتم، الگوریتمی مبتنی بر تکرار است و اصول اولیه آن از علم ژنتیک اقتباس گردیده است و با تقلید از فرایند های مشاهده شده در تکامل طبیعی ابداع شده است و به طور مؤثری از معرفت قدیمی موجود در یک جمعیت استفاده می کند تا حل های جدید و بهبود یافته را ایجاد کند.
در اواسط قرن بیستم برخی از دانشمندان علم کامپیوتر کار بر روی سیستم های تکاملی را به امید آنکه بتوان از آن به عنوان مکانیسمی برای حل مسائل بهینه سازی استفاده نمود، آغاز نمودند. GA اولین بار توسط جان هالند و دانشجویان او در دانشگاه میشیگان ابداع شد و توسعه یافت. هدف اصلی این تیم خلق یک الگوریتم جدید نبود بلکه آنها به دنبال تشخیص دقیق نحوه وقوع تطابق در طبیعت و توسـعه راهی برای استفاده از رونـد انطباق طبیعی در سیستم های کامپیوتـری بودند. فعالیت های هالنـد در ایـن زمینه یک چارچوب کـلی بـرای الگوریتم هـای ژنتیک در جهت پیشرفت های آتی فراهم آورد[21].
2-11-2- مکانیسم الگوریتم ژنتیک
الگوریتم ژنتیک به عنوان یک الگوریتم محاسباتی بهینه سازی با در نظر گرفتن مجموعه ای از نقاط فضای جواب در هر تکرار محاسباتی، به نحو مؤثری نواحی مختلف فضای جواب را جستجو می کند. در مکانیسم جستجو گرچه مقدار تابع هدف تمام فضای جواب محاسبه نمی شود ولی مقدار محاسبه شده تابع هدف بـرای هر نقطه، در متوسط گیری آماری تابع هدف بـرای هر نقطه، در متوسط گیری آماری تابع هدف در کلیه زیر فضاهایی که آن نقطه بدان ها وابسته بوده، دخالت داده می شود و این زیر فضاها به طور موازی از نظر تابع هدف متوسط گیری آماری می شوند. این مکانیسم را توازی ضمنی می گویند. این روند باعث می شود که جستجوی فضا به نواحی از آن که متوسط آماری تابع هدف در آنها زیاد بوده و امکان وجود نقطه بهینه مطلق در آنها بیشتر است، سوق پیدا کند. چون در این روش برخلاف روش های تک مسیری، فضای جواب به طور همه جانبه جستجو می شود، امکان کمتری برای همگرایی به یک نقطه بهینه محلی وجود خواهد داشت. امتیاز دیگر این الگوریتم آن است که هیچ محدودیتی برای تابع بهینه شونده، مثل مشتق پذیری یا پیوستگی لازم ندارد و در روند جستجوی خود، تنها به تعیین مقدار تابع هدف در نقاط مختلف نیاز دارد و هیچ اطلاعات کمکی دیگری مثل مشتق تابع را استفاده نمی کند. لـذا می توان در مسائل مختلف اعـم از خطی ، غیر خطی، پیوسته یا گسسته از آن استفاده نمود.
در هر تکرار هر یک از رشته های موجود در جمعیت رشته ها، رمزگشایی شده و مقدار تابع هدف برای آن بدست می آید. بر اساس مقادیر بدست آمده تابع هدف در جمعیت رشته ها، به هر رشته یک عدد برازندگی نسبت داده می شود. این عدد برازندگی احتمال انتخاب را برای هر رشته تعیین خواهد کرد. بر اساس این احتمال انتخاب، مجموعه ای از رشته ها انتخاب شده و با اعمال عملگرهای ژنتیکی روی آنها رشته های جدید جایگزین رشته هایی از جمعیت اولیه می شوند تا تعداد جمعیت رشته ها در تکرار های محاسباتی مختلف ثابت باشد.
مکانیسم های تصادفی که روی انتخاب و حذف رشته ها عمل می کنند به گونه ای هستند که رشته هایی که عدد برازندگی بیشتری دارند، احتمال بیشتری برای ترکیب و تولید رشته های جدید داشته و در مرحله جایگزینی نسبت به دیگر رشته ها مقاوم تر هستند. بدین لحاظ جمعیت دنباله ها در یک رقابت بر اساس تابع هدف در طی نسل های مختلف، کامل شده و متوسط مقدار تابع هدف در جمعیت رشته ها افزایش می یابد.
به طور کلی در این الگوریتم ضمن آن که در هر تکرار محاسباتی، توسط عملگرهای ژنتیکی نقاطی جدید از فضای جواب مورد جستجو قرار می گیرند توسط مکانیسم انتخاب، روند جستجو نواحی ای از فضا را که متوسط آماری تابع هدف در آنها بیشتر است را کنکاش می کند. بر اساس این سیکل اجرایی در هر تکرار محاسباتی، سه عملگر اصلی روی رشته ها عمل می کند. این سه عملگر عبارتند از دو عملگر ژنتیکی و عملگر انتخاب تصادفی[1].
گلدبرگ الگوریتم ژنتیکی هالند را با عنوان الگوریتم ژنتیکی ساده معرفی می کند[22].
بدن همه موجودات زنده از سلول ها تشکیل شده است و در هر سلولی دسته کروموزوم های یکسانی وجود دارد. کروموزوم ها رشته هایی از DNA هستند که در واقع الگویی برای تمام بدن هستند. هر کروموزومی محتوی دسته هایی DNA است که ژن نامیده می شوند و هر ژنی پروتئین خاصی را رمزگذاری می کند. اساسا می توان گفت که هر ژن، ویژگی خاصی (مثلا رنگ چشم) را رمزگذاری می کند. حالت های مختلف یک خصیصه (آبی، قهوه ای) آلل نامیده می شود. هر ژنی موقعیت خاص خود را بر روی کروموزوم دارد که این موقعیت لوکاس نامیده می شود. مجموعه کاملی از مواد ژنتیکی (همه کروموزوم ها) ژنوم نامیده می شود. دسته خاصی از ژن های موجود در ژنوم، ژنوتیپ نامیده می شود. ژنوتیپ به همراه تغییرات پس از تولد، پایه و اساس فنوتیپ موجود زنده (ارگانیسم) ، ویژگی های فیزیکی و ذهنی از قبیل رنگ چشم و هوش و غیره است.
در تولید مثل، ابتدا ترکیب یا ادغام اتفاق می افتد. ژن های والدین برای ایجاد کروموزوم های جدید ترکیب می شوند. سپس جنین تشکیل شده دچار تغییر می شود. جهش به این معناست که عناصر DNA کمی تغییر پیدا کند و این تغییرات اغلب نتیجه نسخه برداری غلط از ژن های والدین است. میزان برازندگی موجود زنده (جنین) به واسطه بقای آن اندازه گیری می شود.
در الگوریتم ژنتیک، مجموعه ای از متغیرهای طراحی را توسط رشته هایی با طول ثابت یا متغیر کدگذاری می کنند که در سیستم های بیولوژیکی آنها را کروموزوم یا فرد می نامند.
هر رشته یک نقطه پاسخ در فضای جستجو را نشان می دهد. به ساختمان رشته ها یعنی مجموعه ای از پارامترها که توسط یک کروموزوم خاص نمایش داده می شود ژنوتیپ و به مقدار رمزگشایی شده آن فنوتیپ می گویند. الگوریتم های وراثتی فرایند های تکراری هستند که هر مرحله تکراری را نسل و مجموعه ای از پاسخ ها در هر نسل را جمعیت می نامند.
الگوریتم های ژنتیک، جستجوی اصلی را در فضای پاسخ به اجرا می گذارند. این الگوریتم ها با تولید نسل آغاز می شوند که وظیفه ایجاد مجموعه نقاط جستجوی اولیه به نام جمعیت اولیه را بر عهده دارند و به طور انتخابی یا تصادفی تعیین می شوند. از آنجا که الگوریتم ژنتیک برای هدایت عملیات جستجو به طرف نقطه بهینه از روش های آماری استفاده می کند، در فرایندی که به انتخاب طبیعی وابسته است، جمعیت موجود به تناسب برازندگی افراد آن برای نسل بعد انتخاب می شود. سپس عملگرهای ژنتیکی شامل انتخاب، ترکیب، جهش و دیگر عملگرهای احتمالی اعمال شده و جمعیت جدید بوجود می آید. پس از آن، جمعیت جدیدی جایگزین جمعیت پیشین می شود و این چرخه ادامه می یابد. معمولا جمعیت جدید برازندگی بیشتری دارد. این بدان معناست که از نسلی به نسل دیگر جمعیت بهبود می یابد. هنگامی جستجو نتیجه بخش خواهد بود که به حداکثر نسل ممکن رسیده باشیم یا همگرایی حاصل شده باشد یا معیارهای توقف برآورده شده باشد.
2-11-3- عملگرهای الگوریتم ژنتیک
به طور خلاصه الگوریتم ژنتیک از عملگرهای زیر تشکیل شده است :
Encoding
این مرحله شاید مشکل ترین مرحله حل مسئله به روش الگوریتم ژنتیک باشد. الگوریتم ژنتیک به جای اینکه بر روی پارامترها یا متغیرهای مسئله کار کند با شکل کدشده آنها سر و کار دارد.
یکی از روش های کد کردن، کدکردن دودویی می باشد که در آن هدف تبدیل جواب مسئله به رشته ای از اعداد باینری است.
Evaluation
تابع برازندگی از اعمال تبدیل مناسب بر روی تابع هدف یعنی تابعی که قرار است بهینه شود بدست می آید. ایـن تابع هر رشته را با یک مقدار عددی ارزیابی می کند که کیفیت آن را مشخص می نماید. هر چه کیفیت رشته جواب بالاتر باشد مقدار برازندگی جواب بیشتر است و احتمال مشارکت برای تولید نسل بعدی نیز افزایش خواهد یافت.
Crossover
مهم ترین عملگر در الگوریتم ژنتیک، عملگر ترکیب است. ترکیب فرایندی است که در آن نسل قدیمی کروموزوم ها با یکدیگر مخلوط و ترکیب می شوند تا نسل های تازه ای از کروموزوم ها به وجود بیاید. جفت هایی که در قسمت انتخاب ، به عنوان والـد در نظر گرفته شدند ، در این قسمت ژن هایشان را با هم مبادله می کنند و اعضایی جدید به وجود می آورند. ترکیب در الگوریتم ژنتیک باعث از بین رفتن پراکندگی یا تنوع ژنتیکی جمعیت می شود زیرا اجازه می دهد ژن های خوب یکدیگر را بیابند.
Mutation
جهش نیز عملگر دیگری می باشد که جواب های ممکن دیگری را متولد می کند. در الگوریتم ژنتیک بعد از اینکه یک عضو در جمعیت جدید به وجود آمـد ، هر ژن آن با احتمال جهش ، جهش می یابد. در جهش ممکن است ژنی از مجموعه ژن های جمعیت حذف شود یا ژنی که تا به حال در جمعیت وجود نداشته است به آن اضافه شود. جهش یک ژن به معنای تغییر آن ژن است و وابسته به نوع کدگذاری، از روش های متفاوت جهش استفاده می شود.
Decoding
عکس عمل Encoding است. در این مرحله بعد از اینکه الگوریتم بهترین جواب را برای مسئله ارائه کرد لازم است عکس عمل کدگذاری روی جواب ها اعمال شود تا بتوانیم نسخه واقعی جواب را در دست داشته باشیم.
نحوه کلی عملکرد الگوریتم های ژنتیک مطابق با چرخه زیر می باشد :
ابتدا کلیه افراد موجود در جمعیت ارزیابی می شوند. سپس افراد جدید با استفاده از عملگر های تلفیق و جهش تولید می شوند و افراد قدیمی و تکراری از جمعیت جدید حذف می گردند. یک تکرار از حلقه یاد شده تحت عنوان ایجاد یک نسل شناخته می شود. اولین نسل (نسل ) از این فرایند به صورت تصادفی ایجاد شده و سپس عملگرهای ژنتیک با اندازه گیری میزان برازندگی آنها جمعیت را از نظر کارایی برای حل مسئله مورد ارزیابی قرار می دهند. در اینجا الگوریتم ژنتیک به صورت شبه کد بیان شده است :
PSEUDO CODE of GA
t := ; // start with an initial time
intpopulation p(t) ; //initialize a usually random population of individuals
evaluate p(t) ; // evaluate fitness of all initial individuals of population
while ( not down ) do // test for termination criterion ( time, fitness, etc.)
t := t+; // increase the time counter
p’ : = select parents p(t) ; // select a sub-population for offspring production
recombine p’(t) ; // recombine the “genes” of selected parents
mutate p’(t) ; // perturb the mated population stochastically
evaluatep,p’(t) ; // evaluate it’s new fitness
p : = survive p,p’(t) ; // select the survivors from actual fitness
end GA.

شکل 2-2 دیاگرام بلوکی الگوریتم ژنتیک ساده[3]
2-11-4- کد کردن
الگوریتم ژنتیک به جای اینکه بر روی پارامترها یا متغیرهای مسئله کار کند، با شکل کدشده آنها سر و کار دارد. یکی از روش های کد کردن، کد کردن دودویی می باشد که در آن هدف تبدیل جواب مسئله به رشته ای از اعداد باینری است. تعداد بیت هایی که برای کدگذاری متغیرها استفاده می شود به دقت مورد نظر برای جواب ها، محدوده تغییر پارامترها و رابطه بین متغیرها وابسته است. رشته یا دنباله ای از بیت ها که به عنوان شکل کد شده یک جواب از مسئله مورد نظر می باشد، کروموزوم نامیده می شود. در حقیقت بیت های یـک کروموزوم ، نقش ژن ها در طبیعت را بـازی می کنند. یکی از ویژگی های اصلی الگوریتم ژنتیک آن است که به طور متناوب بر روی فضای کدینگ و فضای جواب کار می کند. عملگرهای ژنتیک بر روی فضای کدینگ یا کروموزوم ها اعمال شده، در حالی که انتخاب و ارزیابی بر روی فضای جواب عمل می نماید. در طبیعت نیز به همین شکل است یعنی افراد (کروموزوم ها) در یک فضای حقیقی غیر کدشده در حالت فنوتیپ حضور دارند. در صورت کد شدن با هر مکانیسمی حالت ژنوتیپ خود را بروز می دهند.
کدگذاری باینری :
این تبدیل، تبدیل استاندارد در الگوریتم های ژنتیک می باشد. کدگذاری باینری ساده ترین کدگذاری و بهترین تبدیل برای عملگرهای ژنتیک است اما در مسائل پیچیده این نوع تبدیل چندان مناسب نیست چون معمولا باعث می شود طول کروموزوم ها برای نگهداری اطلاعات پاسخ، بسیار بزرگ شود.

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *