Supply chain optimization : location, production, inventory and distribution

• Main Author: Darvish, Maryam
• Other Authors: Coelho, Leandro C.
• Format: Doctoral Thesis
• Language: French
• Published: Université Laval 2017
• Subjects: HF 91.5 UL 2017; Logistique (Organisation) > Modèles mathématiques; Soutien logistique intégré; Régression logistique; Logistique (Organisation) > Aspect de l'environnement
• Online Access: http://hdl.handle.net/20.500.11794/28185

L’environnement concurrentiel des affaires et la mondialisation oblige actuellement les entreprises à accorder une importance particulière à la performance de leur chaîne d’approvisionnement. Afin de se démarquer, les entreprises sont contraintes de prévoir et de gérer des paramètres de performance souvent contradictoires à savoir réduire le coût de leur chaîne d’approvisionnement et augmenter la qualité du service offert à leur clientèle. À cet égard, la planification intégrée de la chaîne logistique c’est-à-dire que les décisions relatives à la l’emplacement des usines, l’approvisionnement, la production, le stockage et la distribution s’avèrent majeures dans le gain d’efficience des entreprises et la réactivité d’une chaîne d’approvisionnement. La production et la planification de la distribution constituent deux opérations fondamentales dans la gestion de la chaîne logistique. Couramment, elles sont traitées de manière distincte du fait de leur complexité. Les coûts d’inventaire sont élevés dans cette approche dite aussi linéaire ou hiérarchique, eu égard à la nécessité de respecter les délais de traitement des commandes et d’assurer la satisfaction des clients. Cependant, il devient impératif de ne plus négliger les liens existants entre les décisions prises pour gérer la production et la distribution, afin de réaliser des économies de coûts dans la chaîne d’approvisionnement. Bien que l’intérêt pour la planification intégrée de chaîne d’approvisionnement soit grandissant, les modèles d’optimisation actuels laissent encore place à l’amélioration afin d’être plus réalistes. Dans cette recherche, nous étudions des problèmes logistiques riches et intégrés. La pertinence de notre apport réside dans l’ajout de variables opérationnelles telles que les fenêtres de temps de service ou la configuration de réseaux flexibles ainsi que de certaines caractéristiques environnementales, dans des modèles logistiques. Notre objectif est de mettre en évidence les valeurs d’intégration, en termes d’économies de coûts et de réduction de gaz à effet de serre. Premièrement, nous décrivons, modélisons et résolvons le problème qui se présent chez un partenaire industriel qui fabrique un seul produit. Dans ce système, la capacité de production et le niveau d’inventaire sont limités, les transferts inter-usines sont permis et les fenêtres de délais de livraison sont flexibles. En nous appuyant sur un vaste ensemble de données réelles collectées chez notre partenaire, nous comparons l’approche intégrée avec plusieurs scénarios de pratique courante. Nous utilisons une méthode exacte qui permet de résoudre chacun des scénarios et étudions les compromis entre les coûts et les niveaux de service dans une analyse de sensibilité détaillée. Les résultats obtenus démontrent ainsi comment l’application d’une approche synchronisée et holistique dans la prise de décision apporte de nombreuses opportunités bénéfiques pour les systèmes logistiques en général. Nous étendons par la suite notre étude aux systèmes de production multi-produits et multiéchelons. Cette nouvelle configuration du problème implique que les produits sont expédiés aux clients par l’intermédiaire d’un ensemble de centres de distribution dont le producteur peut contrôler l’emplacement. Dans cette analyse, la conception de notre réseau de transport est flexible puisqu’il peut varier au cours du temps. Plus le problème est riche et s’approche de la réalité, plus le problème devient difficile et compliqué à résoudre. Les meilleures solutions issues de l’approche intégrée sont obtenues au détriment d’une plus grande complexité d’implémentation et de l’allongement du temps d’exécution. Nous décrivons, modélisons et résolvons le problème en utilisant d’abord des approches de prise de décision intégrées puis des approches séquentielles afin de déterminer à quel le moment l’usage d’une approche plus complexe est avantageuse pour résoudre le problème. Les résultats confirment la pertinence de l’approche intégrée comparativement à l’approche séquentielle. Pour illustrer l’importance des économies réalisées grâce au caractère flexible de la conception de réseaux et des fenêtres de temps de livraison, nous décrivons, modélisons et résolvons un problème de localisation-tournées de vehicules intégré et flexible à deux échelons. Dans ce problème, le fournisseur livre la marchandise à ses clients grâce à un réseau d’approvisionnement à deux échelons, avec une pénalité pour chaque demande non réalisée dans la fenêtre de livraison prédéterminée. La problématique est ici traitée dans une configuration plus riche; la livraison est planifiée en tournées de véhicules. Le quatrième volet de cette thèse s’intéresse aux impacts environnementaux des décisions logistiques. En effet, le plus souvent, les recherches scientifiques sur l’optimisation des chaînes d’approvisionnement se concentrent uniquement sur les aspects économiques du développement durable et tendent à ignorer les deux autres dimensions. Nous abordons donc des problématiques d’optimisation connues sous de nouveaux angles. Nous étudions deux systèmes intégrés de production, d’inventaire, de localisation et de distribution dans lesquels une marchandise produite à une usine est livrée aux détaillants dans un horizon de temps fini. Une analyse de sensibilité élaborée nous permet d’améliorer nos connaissances sur les coûts et les émissions dans les chaînes d’approvisionnement intégrées, en plus d’améliorer notre compréhension des coûts associés à l’implantation de solutions respectueuses de l’environnement. Dans cette thèse, nous visons non seulement une meilleure compréhension de l’approche englobante de logistique intégrée mais nous développons également des outils opérationnels pour son application dans des cas complexes concrets. Nous proposons ainsi de nouveaux modèles d’affaires capables d’améliorer la performance de la chaine d’approvisionnement tout en développant des techniques d’implémentation mathématiques efficaces et efficientes. Mots Clés: Optimisation intégrée, Problème de dimensionnement dynamique de lots, Fenêtres de temps de livraison, Problèmes de localisation, Distribution. === Today’s challenging and competitive global business environment forces companies to place a premium upon the performance of their supply chains. The key to success lies in understanding and managing several contradicting performance metrics. Companies are compelled to keep their supply chain costs low and to maintain the service level high. In this regard, integrated planning of important supply chain decisions such as location, procurement, production, inventory, and distribution has proved to be valuable in gaining efficiency and responsiveness. Two fundamental operations in supply chain management are production and distribution planning. Traditionally, mainly due to the high complexity and difficulty of these operations, they have been treated separately. This hierarchical or sequential decision making approach imposes high inventory holding cost, as in the traditional approach inventory plays an important role in timely satisfying the demand. However, in the era of supply chain cost reduction, it is becoming increasingly apparent that the interrelations between different decisions, and especially production and distribution decisions, can no longer be neglected. Although the research interest in the integrated supply chain planning has been recently growing, there is still much room to further improve and make the existing models more realistic. Throughout this research, we investigate different rich integrated problems. The richness of the models stems from real-world features such as delivery time windows, flexible network designs, and incorporation of environmental concerns. Our purpose is to highlight the values of integration, in terms of cost savings and greenhouse gas emission reduction. First, we describe, model, and solve a plant-customer, single product setting in which production and inventory are capacitated and inter-plant transshipment is allowed. The problem is flexible in terms of delivery due dates to customers, as we define a delivery time window. Using a large real dataset inspired from an industrial partner, we compare the integrated approach with several current practice scenarios. We use an exact method to find the solution of each scenario and study the trade-offs between cost and service level in a detailed sensitivity analysis. Our results indicate how the use of a synchronized and holistic approach to decision making provides abundant opportunities for logistics systems in general. We further extend our study by considering a multi-product and multi-echelon setting. In this problem, products are shipped to customers through a set of distribution centers, and the producer has control over their locations. In this study our network design is flexible since it may change over time. As the problem gets richer and more realistic, it also becomes more complex and difficult to solve. Better solutions from the integrated approach are obtained at the expense of higher implementation complexity and execution time. We describe and model the problem, and solve it with both integrated and sequential decision making approaches to indicate when the use of a more complex approach is beneficial. Our work provides insights on the value of the integrated approach compared to the sequential one. To highlight how the two types of flexibility, from the network design and from the delivery time windows, lead to economic savings, we describe, model, and solve an integrated flexible two-echelon location routing problem. In this problem a supplier delivers a commodity to the customers through a two-echelon supply network. Here, we also consider a penalty for each demand that is not satisfied within the pre-specified time window. The problem is studied in a richer setting, as the distribution is conducted via vehicle routing. The fourth part of this thesis addresses the environmental impacts of logistic decisions. Traditionally, supply chain optimization has merely concentrated on costs or the economic aspects of sustainability, neglecting its environmental and social aspects. Aiming to compare the effect of operational decisions not only on costs but also on greenhouse gas emissions, we reassess some well-known logistic optimization problems under new objectives. We study two integrated systems dealing with production, inventory, and routing decisions, in which a commodity produced at the plant is shipped to the retailers over a finite time horizon. We provide elaborated sensitivity analyses allowing us to gain useful managerial implications on the costs and emissions in integrated supply chains, besides important insights on the cost of being environmentally friendly. In this thesis, we aim not only to better understand the integrated logistics as a whole but also to provide useful operational tools for its exploitation. We propose new business models capable of enhancing supply chain performance while at the same time developing mathematical and technical implementation for its effective and efficient use. Keywords: Integrated optimization; Dynamic lot-sizing; Delivery time window; Location analysis; Distribution