چشم‌انداز مدیریت صنعتی

چشم‌انداز مدیریت صنعتی

چارچوب یکپارچه شبیه‌سازی–بهینه‌سازی برای زنجیره‌های ارزش پایدار کشاورزیِ مبتنی بر کیفیت تحت عدم‌قطعیت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه صنایع، دانشکده مهندسی صنایع، دانشگاه علوم و فنون مازندران، بابل، ایران.
2 گروه مهندسی صنایع،دانشکده فنی و مهندسی،دانشگاه دامغان،دامغان ،ایران.
10.48308/jimp.2026.246236.1755
چکیده
چکیده گسترده:

مقدمه و هدف: زنجیره‌های ارزش محصولات باغبانی فسادپذیر با ناهمگونی محصول، افت کیفیت، عدم‌قطعیت در عرضه و تقاضا، و تعارض میان اهداف اقتصادی و زیست‌محیطی مشخص می‌شوند. در زنجیره ارزش انار، عواملی مانند ترک‌خوردگی، آفتاب‌سوختگی، آسیب‌های مکانیکی و عدم انطباق با الزامات ایمنی غذایی می‌توانند قابلیت عرضه محصول در بازار تازه‌خوری را کاهش داده و میوه را به سمت فرآوری یا مصارف غیرخوراکی هدایت کنند. اگرچه مطالعات پیشین موضوعاتی نظیر فسادپذیری، عدم‌قطعیت، پایداری و بازیابی در زنجیره‌های حلقه‌بسته را بررسی کرده‌اند، این مؤلفه‌ها اغلب به‌صورت جداگانه مدل‌سازی شده‌اند. پژوهش حاضر یک چارچوب یکپارچه شبیه‌سازی–بهینه‌سازی برای پشتیبانی از تصمیم‌گیری توسعه می‌دهد که تغییرپذیری کیفیت در سطح میوه را به درجات کیفی عملیاتی تبدیل کرده و این درجات را در سناریوهای مختلف به تصمیمات چنددوره‌ای تخصیص، موجودی، فرآوری و ارزش‌افزایی منابع پیوند می‌دهد.



روش‌ ها: شبیه‌سازی مونت‌کارلو به‌عنوان یک مرحله پیش‌پردازش برای تولید سهم‌های اولیه کیفیت ویژه هر سناریو بر اساس ویژگی‌های فیزیکی میوه، وضعیت ایمنی غذایی و عیوب ظاهری به‌کار گرفته می‌شود. پنج سناریو شامل خشکسالی شدید، خشکسالی خفیف، شرایط عادی، دسترسی کافی و پایدار به آب، و محدودیت عرضه همراه با تقاضای بالا در نظر گرفته شده‌اند. وزن، قطر، مواد جامد محلول کل و اسیدیته قابل تیتر شبیه‌سازی شده و میوه‌ها در سه درجه عملیاتی طبقه‌بندی می‌شوند: میوه واجد شرایط بازار تازه‌خوری، میوه ایمن از نظر غذایی و مناسب برای فرآوری، و میوه مناسب مصارف غیرخوراکی. سهم‌های کیفی حاصل که بر مبنای جرم محاسبه شده‌اند، به یک مدل بهینه‌سازی چنددوره‌ای منتقل می‌شوند که اولویت بازار تازه‌خوری، افت کیفیت موجودی، فرآوری آبشاری، کمپوست‌سازی، سود، ردپای آب و انتشار کربن را به‌طور هم‌زمان دربر می‌گیرد. مدل چندهدفه با استفاده از روش AUGMECON2 حل می‌شود.



یافته‌ها: راه‌حل سازشی منتخب، در مقایسه با راه‌حل بیشینه‌سازی سود، تنها 1.486 درصد کاهش سود داشت، در حالی که انتشار کربن را 8.557 درصد و ردپای آب را 0.462 درصد کاهش داد؛ این نتیجه نشان می‌دهد که بخش عمده بهبود زیست‌محیطی از طریق کاهش انتشار کربن حاصل شده است. سطح خدمت مورد انتظار 82.49 درصد بود که در شرایط مطلوب به 100 درصد رسید و در شرایط محدودیت عرضه همراه با تقاضای بالا به 25.36 درصد کاهش یافت؛ در حالی که در سناریوی عادی، سطح خدمت 98.86 درصد بود. این نتایج تأثیر قابل‌توجه شرایط عرضه، تقاضا و کیفیت را بر عملکرد بازار تازه‌خوری نشان می‌دهند. سهم درجه مناسب بازار تازه‌خوری در سناریوهای مختلف بین 44.414 تا 80.280 درصد از کل جرم میوه متغیر بود، در حالی که سهم درجه مناسب فرآوری بین 17.724 تا 49.120 درصد و سهم درجه غیرخوراکی بین 1.996 تا 6.466 درصد قرار داشت. بنابراین، حتی در شرایط نامطلوب نیز بخش قابل‌توجهی از میوه‌ها همچنان برای فرآوری مناسب باقی می‌مانند و به‌طور کامل از زنجیره ارزش خارج نمی‌شوند.در ساختار فرآوری آبشاری، تقریباً 40 درصد از انار ورودی به آب‌انار تبدیل شد و حدود 9 درصد به‌صورت دانه بازیابی گردید که از این مقدار، تقریباً 14 درصد به روغن دانه انار تبدیل شد. خروجی کمپوست نیز حدود 40 درصد از ورودی ضایعات آلی را تشکیل داد و تقریباً 93.45 درصد از کمپوست تولیدشده به باغ‌ها بازگردانده شد؛ امری که استفاده چرخشی از منابع در زنجیره ارزش را تقویت می‌کند. این درصدها بر اساس جریان‌های گزارش‌شده در بخش فرآوری محاسبه شده‌اند.تحلیل حساسیت تأیید کرد که آستانه وزن برای تازه‌خوری بیشترین تأثیر را بر ترکیب کیفیت دارد. افزایش این آستانه، سهم درجه مناسب بازار تازه‌خوری را 4.2701 واحد درصد کاهش داد، سود را 1.772 درصد کاهش داد و انتشار کربن را 2.486 درصد افزایش داد. تغییرات در ضریب تعدیل وزن ویژه سناریو و احتمال ترک‌خوردگی نیز آثار قابل‌توجهی ایجاد کردند، در حالی که تغییرات ردپای آب کمتر از 0.07 درصد باقی ماند؛ این امر نشان‌دهنده حساسیت نسبتاً پایین مصرف آب نسبت به تغییرات کیفیت است.



نتیجه‌گیری:چارچوب پیشنهادی یک رویکرد پیش‌نگر برای پشتیبانی از تصمیم‌گیری در برنامه‌ریزی زنجیره ارزش انار مبتنی بر کیفیت و تحت شرایط عدم‌قطعیت ارائه می‌دهد. با پیوند دادن شبیه‌سازی کیفیت مبتنی بر مونت‌کارلو به بهینه‌سازی چندهدفه، این چارچوب به تصمیم‌گیرندگان امکان می‌دهد پیش از اجرا، گزینه‌های عملیاتی را مقایسه کنند، اولویت بازار تازه‌خوری را حفظ نمایند، فرآوری آبشاری و ارزش‌افزایی منابع را هماهنگ سازند و مبادلات اقتصادی–زیست‌محیطی را در سناریوهای مختلف ارزیابی کنند. بنابراین، مدل‌سازی صریح ناهمگونی کیفیت می‌تواند تصمیمات تخصیص، بازیابی و پایداری را در زنجیره‌های ارزش محصولات باغبانی فسادپذیر بهبود بخشد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Integrated Simulation–Optimization Framework for Quality-Driven Sustainable Agricultural Value Chains under Uncertainty

نویسندگان English

javad Mahdavi varaki 1
babak shirazi 1
ali tajdin 1
hamed Fazlollahtabar 2
1 Department of Industrial Engineering, Mazandaran University of Science and Technology, Babol, Iran.
2 Department of Industrial Engineering, Faculty of Technical and Engineering, Damghan University, Damghan, Iran.
چکیده English

Extended Abstract

Introduction and Purpose :Perishable horticultural value chains are characterized by product heterogeneity, quality deterioration, uncertain supply and demand, and competing economic and environmental objectives. In pomegranate systems, cracking, sunburn, mechanic al damage, and food-safety failures can reduce fresh-market eligibility and redirect fruit toward processing or non-food uses. Although previous studies have addressed perishability, uncertainty, sustainability, and closed-loop recovery, these elements are often modeled separately. This study develops an integrated simulation–optimization decision support framework that transforms fruit-level quality variability into operational quality grades and links those grades to multi-period allocation, inventory, processing, and resource-valorization decisions under alternative scenarios.

Methodology: Monte Carlo simulation is used as a preprocessing stage to generate scenario-specific initial quality shares from fruit-level physical attributes, food-safety status, and visible defects. Five scenarios represent severe drought, mild drought, normal conditions, adequate and stable water availability, and constrained supply with high demand. Weight, diameter, total soluble solids, and titratable acidity are simulated, and fruit are classified into three operational grades: fresh-market eligible, food-safe processing grade, and non-food grade. The resulting mass-based quality shares are transferred to a multi-period optimization model incorporating fresh-market priority, inventory deterioration, cascading processing, composting, profit, water footprint, and carbon emissions. The multi-objective model is solved using AUGMECON2.

Findings: The optimization procedure generated a diverse Pareto set of efficient economic–environmental operating plans. The selected compromise solution reduced profit by only 1.486% relative to the profit-maximizing solution, while decreasing carbon emissions by 8.557% and the water footprint by 0.462%, indicating that the main environmental improvement was achieved through carbon reduction. Fresh-market performance varied considerably across scenarios. The expected service level was 82.49%, reaching 100% under favorable conditions and declining to 25.36% under constrained supply and high demand, while the normal scenario achieved 98.86%. These results demonstrate the strong influence of supply, demand, and quality conditions on fresh-market performance. Monte Carlo simulation also revealed substantial differences in initial quality composition. The fresh-market grade accounted for 44.414%–80.280% of total fruit mass across scenarios, while the processing-grade share ranged from 17.724% to 49.120% and the non-food grade from 1.996% to 6.466%. Thus, even under unfavorable conditions, a considerable proportion of fruit remained suitable for processing rather than being lost from the value chain. Within the cascading processing structure, approximately 40% of pomegranate input was converted into juice and about 9% was recovered as seeds, of which approximately 14% was converted into seed oil. Compost output represented about 40% of organic waste input, and approximately 93.45% of the produced compost was returned to orchards, supporting circular resource use within the value chain. These percentages are derived from the reported processing flows Sensitivity analysis confirmed that the fresh-market weight threshold had the strongest influence on quality composition. Increasing the threshold reduced the fresh-market grade share by 4.2701 percentage points, decreased profit by 1.772%, and increased carbon emissions by 2.486%. Changes in the scenario-specific weight adjustment and cracking probability also produced meaningful effects, whereas changes in the water footprint remained below 0.07%, indicating relatively low sensitivity of water use to quality variations.

Conclusions :The proposed framework provides a proactive decision-support approach for quality-driven pomegranate value-chain planning under uncertainty. By linking Monte Carlo quality simulation with multi-objective optimization, it enables decision-makers to compare operating alternatives before implementation, preserve fresh-market priority, coordinate cascading processing and resource valorization, and evaluate economic–environmental trade-offs across scenarios. Explicitly modeling quality heterogeneity therefore strengthens allocation, recovery, and sustainability decisions in perishable horticultural value chains.

کلیدواژه‌ها English

Agricultural value chain
Multi-objective simulation-optimization
Proactive decision support system
Quality-based allocation
Resource sustainability

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 25 مهر 1405