چشم‌انداز مدیریت صنعتی

چشم‌انداز مدیریت صنعتی

طراحی شبکه زنجیره تأمین حلقه بسته هوشمند در صنعت طیور: بهینه‌سازی چندهدفه تحت فناوری اینترنت اشیاء

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی صنایع، واحد قزوین، دانشگاه آزاد اسلامی، قزوین، ایران
2 گروه مهندسی صنایع، واحد قزوین، دانشگاه آزاد اسلامی، قزوین، ایران.
3 گروه مدیریت صنعتی، دانشکده مدیریت و حسابداری، دانشگاه علامه طباطبائی، تهران، ایران
10.48308/jimp.2026.244859.1731
چکیده
مقدمه و اهداف: تأمین امنیت غذایی و مدیریت اقلام فسادپذیر، به‌ویژه در صنعت استراتژیک طیور که سهم عمده‌ای در تأمین و فراهم سازی پروتئین جوامع دارد، از چالش‌های حیاتی و مهم لجستیکی است. محصولات این صنعت به شدت نسبت به نوسانات دما حساس بوده است و انحراف دمایی در مراحل نگهداری و حمل‌ونقل موجب ایجاد ضایعات گسترده و خسارات مالی می‌شود. از سوی دیگر، رویکردهای سنتی و خطی توزیع، دیگر پاسخگوی الزامات توسعه پایدار و مدیریت پسماندهای این صنعت نیستند. در این پژوهش، یک مدل برنامه‌ریزی خطی عدد صحیح مختلط چندهدفه برای طراحی یک شبکه زنجیره تأمین چندسطحی و حلقه بسته در صنعت طیور توسعه یافته است. مدل پیشنهادی به‌صورت جامع تمامی سطوح زنجیره شامل تأمین‌کنندگان، واحدهای تولیدی، مراکز توزیع، مشتریان و مراکز فرآوری پسماند را تحت فناوری اینترنت اشیاء (IoT) به‌طور یکپارچه در بر می‌گیرد. این مدل به دنبال کمینه‌سازی همزمان هزینه‌های کل سیستم (شامل نگهداری، حمل‌ونقل، تأمین، خسارت فساد محصول و هزینه‌های ثابت) و کاهش آلاینده‌های زیست‌محیطی تحت فناوری اینترنت اشیاء از طریق پایش لحظه‌ای زنجیره سرد است.

روش‌ها: این تحقیق پسماندها و جریان‌های مستقیم و معکوس زنجیره را در قالب یک مدل برنامه‌ریزی ریاضی جامع، چند سطحی، چند محصولی و چند دوره‌ای فرمول‌بندی کرده است. مدل پیشنهادی ابتدا با استفاده از روش دقیق اپسیلون-محدودیت برای ابعاد کوچک حل و ارزیابی شد. با توجه به چندهدفه و NP-hard بودن مسئله در مقیاس‌های بزرگ، دو الگوریتم فراابتکاری چندهدفه شامل الگوریتم بهینه‌سازی ازدحام ذرات چندهدفه و الگوریتم ژنتیک مرتب‌سازی نامغلوب در محیط پایتون توسعه یافتند. همچنین برای تعمیم‌دهی و سنجش معناداری تفاوت عملکرد الگوریتم‌ها، از آزمون آماری ناپارامتری ویلکاکسون بر روی ۱۰ مسئله بزرگ‌مقیاس استفاده شد.

یافته‌ها: نتایج حاصل از حل مسائل عددی نشان داد که با افزایش ابعاد شبکه، مقادیر توابع هدف هزینه و آلایندگی روندی صعودی دارند، اما میزان رشد آلایندگی‌ها نسبت به ابعاد مسئله حساس‌تر از هزینه‌ها است. در بخش مقایسه الگوریتم‌های فراابتکاری، تحلیل‌های خروجی و شاخص‌های عملکردی نشان دادند که الگوریتم NSGA-II در شاخص میانگین فاصله از نقطه ایده‌آل عملکرد بهتری داشته و قدرت همگرایی بالاتری به سمت جبهه پارتوی واقعی ارائه می‌دهد. در مقابل، الگوریتم MOPSO در شاخص‌های تنوع و توزیع جواب‌ها شامل تعداد جواب‌های پارتو و شاخص فاصله‌گذاری کاملاً برتر بوده و زمان محاسباتی بسیار کمتری را ثبت کرده است. طبق نتایج آزمون ویلکاکسون، مقدار P-value برای تمامی این شاخص‌ها کمتر از ۰.۰۵ به دست آمد که تفاوت معنادار عملکردی دو الگوریتم را از نظر آماری تأیید می‌کند.

نتیجه‌گیری: یافته‌های این پژوهش تأکید می‌کند که بکارگیری فناوری اینترنت اشیاء و پایش لحظه‌ای وضعیت دما، ریسک و هزینه فساد اقلام را به حداقل رسانده و بستر پویایی را برای تعادل‌بخشی میان منافع اقتصادی و الزامات زیست‌محیطی در صنعت طیور فراهم می‌سازد. رویکرد زنجیره تأمین حلقه بسته و تبدیل پسماندها به نهاده‌های ثانویه، علاوه بر کاهش آسیب‌های محیطی، توجیه اقتصادی شبکه را بهبود می‌دهد. لازم به ذکر است که با توجه به سرعت محاسباتی بالای الگوریتم MOPSO و توانایی ایجاد گزینه‌های متنوع در جبهه پارتو، این ابزار فراابتکاری به مدیران کمک می‌کند تا فرآیند تصمیم‌گیری‌های استراتژیک را سرعت بخشیده و کارایی و چابکی زنجیره تأمین را در محیط‌های واقعی و پویا به حداکثر برسانند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Designing an Intelligent Closed-Loop Supply Chain Network in the Poultry Industry: Multi-Objective Optimization Under IoT Technology

نویسندگان English

Hasan Baloo 1
Mehdi Yazdani 2
Esmaeil Mehdizadeh 1
Maghsood َAmiri 3
1 Department of Industrial Engineering, Qa.C., Islamic Azad University, Qazvin, Iran
2 Department of Industrial Engineering, Qa.C., Islamic Azad University, Qazvin, Iran
3 Department of Industrial Management, Faculty of Management and Accounting, Allameh Tabataba’i University, Tehran, Iran.
چکیده English

Introduction: Ensuring food security and managing perishable products—particularly in the strategic poultry industry, which supplies the bulk of societal protein—are critical logistical challenges. Poultry products are highly sensitive to temperature variations, and thermal deviations during storage and transportation lead to extensive waste and financial losses. On the other hand, traditional linear distribution approaches can no longer meet sustainable development requirements and waste management needs in this industry. The primary objective of this research is to develop a multi-objective mixed-integer linear programming (MILP) mathematical model to design a sustainable and smart closed-loop supply chain network for the poultry industry. The model simultaneously aims to minimize total system costs (including storage, transportation, procurement, product spoilage damages, and fixed costs) and reduce environmental emissions under Internet of Things (IoT) technology through real-time cold chain monitoring.

Methods: This study formulates waste and the forward and reverse chain flows into a comprehensive, multi-echelon, multi-product, and multi-period mathematical programming model. The proposed model was initially solved and evaluated for small-scale instances using the exact augmented epsilon-constraint method in GAMS. Given the multi-objective and NP-hard nature of the problem at large scales, two multi-objective metaheuristic algorithms were developed in Python: Multi-Objective Particle Swarm Optimization (MOPSO) and the Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II (NSGA-II). The key parameters of both algorithms were meticulously tuned and optimized using the Taguchi experimental design method and Signal-to-Noise (S/N) ratio analysis. Furthermore, to generalize the findings and evaluate the statistical significance of the differences between the algorithms' performance, the non-parametric Wilcoxon signed-rank test was applied across 10 large-scale problem instances.

Results and discussion: The numerical results demonstrated that as the network dimensions expand, both cost and emission objective function values exhibit an upward trend; however, the growth rate of emissions is more sensitive to problem scale than costs. In comparing the metaheuristic algorithms, output analyses and performance metrics indicated that NSGA-II performs better in the Mean Ideal Distance (MID) metric, offering superior convergence toward the true Pareto front. Conversely, MOPSO proved significantly superior in metrics measuring solution diversity and distribution, including the Number of Pareto Solutions (NPS) and the Spacing Metric (SM), while recording much lower computational time (CPU Time). According to the Wilcoxon test results, the P-values for all these metrics were less than 0.05, statistically confirming a significant performance difference between two multi-objective meta-heuristic algorithms.

Conclusion: The findings of this research emphasize that integrating Internet of Things (IoT) technology and real-time temperature monitoring minimizes the risk and cost of product spoilage, providing a dynamic framework to balance economic interests and environmental imperatives in the poultry industry. The closed-loop supply chain approach and the recycling of waste into secondary inputs not only reduce environmental damage but also enhance the economic viability of the network. Given MOPSO's high computational speed and its ability to generate diverse options along the Pareto front, this metaheuristic tool enables managers to accelerate strategic decision-making (such as dynamic facility location and product allocation), thereby maximizing supply chain efficiency and agility in real-world, dynamic environments. Given MOPSO's high computational speed and its ability to generate diverse options along the Pareto front, this metaheuristic tool enables managers to accelerate strategic decision-making (such as dynamic facility location and product allocation), thereby maximizing supply chain efficiency and agility in real-world, dynamic environments.

کلیدواژه‌ها English

Closed-loop Supply Chain
Internet of Things (IoT)
Poultry Industry
Multi-Objective Logistics
Mathematical Modeling
Meta-heuristic Algorithms

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 13 شهریور 1405