Title 17_P16 final-129-136.pdf ✅

129 HỘI THẢO KHOA HỌC QUỐC GIA VỀ LOGISTICS VÀ QUẢN LÝ CHUỖI CUNG ỨNG VIỆT NAM LẦN THỨ 4 (CLSCM-2024) MÔ HÌNH TỐI ƯU VÀ MÔ PHỎNG TRONG THIẾT KẾ CHUỖI CUNG ỨNG KHOAI LANG SẤY OPTIMIZATION AND SIMULATION MODEL FOR DESIGNING A DRIED SWEET POTATOES SUPPLY CHAIN NGUYỄN THỊ LỆ THỦY, HOÀNG LƯU HỒNG ANH*, TRƯƠNG KIM TIỀN, NGUYỄN HỒNG PHÚC, NGUYỄN TRƯỜNG THI Khoa Quản lý công nghiệp, Trường Đại học Cần Thơ *Email liên hệ: [email protected] Tóm tắt Trong những năm gần đây, tối ưu thiết kế chuỗi cung ứng nông sản đang được nhiều nhà nghiên cứu và các doanh nghiệp quan tâm. Với mục đích tối ưu chuỗi cung ứng, nghiên cứu tập trung xây dựng mô hình toán tối thiểu tổng chi phí, thông qua đó lựa chọn được các nhà cung cấp và các nhà máy phù hợp để đáp ứng nhu cầu khách hàng. Các chi phí được xem xét bao gồm chi phí cố định mở nhà máy, chi phí nguyên liệu và chi phí vận chuyển giữa các thành phần trong chuỗi. Mô hình đề xuất được giải bằng phần mềm Cplex. Sau khi có kết quả từ mô hình toán tối ưu, tiến hành xây dựng mô hình mô phỏng Arena để kiểm chứng khả năng đáp ứng của chuỗi khi khả năng cung cấp, khả năng sản xuất và nhu cầu khách hàng thay đổi. Kết quả cho thấy, trong các thời đoạn được xem xét, khi các tham số là ngẫu nhiên thì chuỗi cung ứng vẫn đủ khả năng đáp ứng nhu cầu khách hàng. Từ khóa: Mạng lưới chuỗi cung ứng, mô phỏng, nông sản, tối ưu hóa. Abstract In recent years, optimizing agricultural supply chain network design has been of great interest to many researchers and businesses. In order to optimize the entire supply chain, this research focuses on building a mathematical model to minimize the total cost, to select the right suppliers and factories to meet the needs of customers. The costs considered include fixed costs of opening the plant, materials cost, and transportation cost between components in the chain. The proposed model is solved by Cplex software. From the results of mathematical model, an Arena simulation model was build to verify the responsiveness of the chain when the supply capacity, production capacity and customer demand change. The results show that, in the considered periods, when the parameters are uncertain, the supply chain is still capable of meeting customer needs. Keywords: Agricultural, supply chain network, optimization, simulation. 1. Mở đầu Thiết kế mạng lưới chuỗi cung ứng nông sản luôn là vấn đề được các doanh nghiệp và các nhà nghiên cứu quan tâm trong nhiều thập kỷ qua. Với đối tượng là những sản phẩm nông sản cần nhiều điều kiện cố định trong quá trình vận hành từ khâu sản xuất đến thành phẩm thì việc thiết lập mạng lưới chuỗi cung ứng bền vững nhằm phát triển giá trị kinh tế là một yếu tố tiên quyết và có ảnh hưởng lớn đến toàn bộ hệ thống doanh nghiệp. Song hành với yếu tố trên, vấn đề tối ưu dòng tiền đầu tư từ chi phí tồn trữ, chi phí sản xuất đến chi phí thiếu hàng cũng là điều kiện cần thiết để nâng cao tiềm lực chuỗi cung ứng. Các tập đoàn lớn trên thế giới như Cargill và Bunge đều đạt được mức tăng trưởng doanh thu ổn định 3% – 10% hằng năm đến từ việc quản trị hiệu quả chuỗi cung ứng nông sản, tạo lợi thế cạnh tranh không nhỏ trên thị trường. Nhìn nhận được những lợi ích thiết thực này, các nghiên cứu hiện nay đang dần đặt trọng tâm cho việc kiến tạo chuỗi cung ứng nông sản với mục tiêu sử dụng hiệu quả và tối ưu mặt kinh tế toàn chuỗi nhằm tạo ra giá trị bền vững cho doanh nghiệp. Một đề tài điển hình [1] về chuỗi cung ứng nông sản các sản phẩm dễ hư hỏng như hoa và rau củ sử dụng phần mềm tối ưu Cplex để phát triển với mô hình toán đề xuất nhằm tối ưu tổng chi phí của các thành phần liên quan trong chuỗi. Sau đó, nghiên cứu này thiết lập mô hình mô phỏng FlexSim để kiểm chứng với các yếu tố ngẫu nhiên là khả năng cung cấp của nhà cung cấp, chất lượng sản phẩm, nhiệt độ, thời gian sản xuất và vận chuyển. Một nghiên cứu khác về xây dựng chuỗi cung ứng vòng kính cho sản phẩm nấm rơm [2] thông qua thiết lập mô hình đa mục tiêu đề
130 HỘI THẢO KHOA HỌC QUỐC GIA VỀ LOGISTICS VÀ QUẢN LÝ CHUỖI CUNG ỨNG VIỆT NAM LẦN THỨ 4 (CLSCM-2024) xuất tối ưu tổng chi phí và tác động đến môi trường, bao gồm chi phí cố định, sản xuất, vận chuyển, mua nguyên liệu. Kết quả cho thấy, mô hình đề xuất có thể tăng tổng lợi nhuận lên đến 11% và hiệu suất môi trường cải thiện 28%. Mô hình toán tối ưu [3] cũng triển khai cho chuỗi cung ứng chế biến củ cải đường tại Hà Lan với hai hàm mục tiêu là tối đa tổng lợi nhuận và tối thiểu tổng lượng CO2 phát thải. Mô hình xem xét các loại chi phí về chi phí cố định, sản xuất, vận chuyển, tồn trữ và hư hỏng. Ở Việt Nam, số nghiên cứu có ứng dụng phương pháp tối ưu và mô phỏng giải quyết các vấn đề về sản xuất và phân phối nông sản còn hạn chế. Để phát triển những thế mạnh về nông nghiệp thì các nghiên cứu trong lĩnh vực này được cho là cấp thiết và phù hợp với thực tiễn sản xuất. Vì vậy, qua xem xét dựa trên đặc điểm của các loại nông sản có tính ứng dụng cao, phổ biến và sản xuất được nhiều mặt hàng khác nhau thì chuỗi cung ứng Khoai Lang Sấy được lựa chọn là một trường hợp cụ thể thực hiện đề xuất kết hợp giữa hai mô hình tối ưu và mô phỏng khảo sát tại khu vực Nam Bộ với thời gian thu thập số liệu là 6 tuần. Trong đề tài này, các mô hình được thiết lập bằng các phần mềm chuyên dụng trong lĩnh vực tối ưu hóa và mô phỏng. Thông qua đó, dựa trên mục tiêu tạo ra nền tảng bền vững và nâng cao giá trị kinh tế chuỗi cung ứng để lựa chọn nhà cung cấp thích hợp, vị trí mở nhà máy, đồng thời xác định được lượng vận chuyển tối ưu giữa các thành phần trong chuỗi. 2. Cơ sở lý luận 2.1. Tổng quan về chuỗi cung ứng Chuỗi cung ứng [4] là một mạng lưới kết nối bao gồm sự tham gia của nhiều bên liên quan trực tiếp hoặc gián tiếp trong việc thực hiện yêu cầu của khách hàng. Chuỗi cung ứng không chỉ có nhà sản xuất và nhà cung cấp, mà còn cả nhà vận chuyển, nhà kho, nhà bán lẻ và thậm chí cả chính khách hàng. Trong mỗi tổ chức, chẳng hạn như một nhà sản xuất, chuỗi cung ứng bao gồm tất cả các chức năng liên quan đến việc nhận và đáp ứng yêu cầu của khách hàng. Các chức năng này gồm nhiều bộ phận và không có sự giới hạn: công tác phát triển sản phẩm mới, hoạt động quảng cáo, phân phối, tài chính và dịch vụ khách hàng. 2.2. Mô hình quy hoạch tuyến tính và mô hình mô phỏng Mô hình quy hoạch tuyến tính (Linear Programing) là một phương pháp toán học giúp các nhà quản lý đưa ra quyết định liên quan đến việc phân bổ nguồn lực. Phương pháp này, được ứng dụng từ những năm 1947, một trong những nghiên cứu đưa ra lý thuyết cụ thể và mở rộng ảnh hưởng của phương pháp LP đến thời đại tự động hóa [5] liên quan đến những bài toán điển hình về vấn đề vận tải với ràng buộc về khả năng cung cấp, nhu cầu và chi phí vận chuyển. Trên cơ sở đó, việc phân tích và phát triển LP cho chuỗi cung ứng [6], [7] trình bày các mô hình quy hoạch tuyến tính giải quyết các vấn đề về vận chuyển, phân bổ và định vị nhà máy có giới hạn năng lực sản xuất đều là các trường hợp cụ thể xây dựng lên bài toán chung tìm tổng chi phí tối thiểu thông qua những ràng buộc và yêu cầu của mạng lưới phân phối. Để đưa ra các quyết định hiệu quả về chuỗi cung ứng một cách toàn diện cần ứng dụng mô phỏng thiết lập nhiều kịch bản giải pháp để tối ưu hóa kế hoạch sản xuất và phân phối sản phẩm, xác định dòng chảy, đánh giá hoạt động lưu trữ và vận chuyển. Ứng dụng điển hình [8] trên nền tảng mô phỏng Simo14 đưa ra giải pháp mới giải quyết nhiều quyết định trong chuỗi cung ứng để giảm tiềm năng nóng lên toàn cầu (GWP) và tổn thất sau thu hoạch trường hợp nghiên cứu tại chuỗi cung ứng chuối ở Sri Lanka. Các kịch bản đề xuất dựa trên mục tiêu giảm thiểu các tác động của môi trường qua các quyết định ở nhiều cấp độ, tính toán đo lường hiệu suất, GWP (khí thải CO2) và PHLs qua từng giai đoạn trong chuỗi cung ứng. Kết quả từ mô hình mô phỏng đã đưa ra một cấu hình mới nâng cao hiệu suất của chuỗi cung ứng, giảm các yếu tố tác động: tổn thất sau thu hoạch , thời gian giao hàng và khoảng cách di chuyển. 3. Phương pháp thực hiện Đề tài đề xuất một mô hình quy hoạch tuyến tính để tối ưu thiết kế mạng lưới cung ứng với mục tiêu tối thiểu tổng chi phí, bao gồm chi phí mở nhà máy, chi phí nguyên liệu, chi phí sản xuất và vận chuyển giữa các thành phần trong chuỗi. Mô hình này được viết mã và giải thông qua Cplex. Kết quả của mô hình đề xuất giúp người ra quyết định trong việc xác định Hình 1. Chuỗi cung ứng
131 HỘI THẢO KHOA HỌC QUỐC GIA VỀ LOGISTICS VÀ QUẢN LÝ CHUỖI CUNG ỨNG VIỆT NAM LẦN THỨ 4 (CLSCM-2024) được vị trí tối ưu để xây dựng nhà máy mới, chọn các nhà cung cấp phù hợp, lượng vận chuyển tối ưu giữa các thành phần trong chuỗi. Sau đó, mô hình được kiểm chứng và thiết lập quy trình vận hành chi tiết thông qua phần mềm mô phỏng Arena. 3.1. Các giả thuyết và giả định - Nhu cầu khách hàng, khả năng cung cấp của nhà cung cấp, khả năng sản xuất của nhà máy là xác định. - Bài toán xem xét một loại sản phẩm và tỷ lệ thành phẩm trên nguyên liệu là không đổi. - Các chi phí như chi phí mở nhà máy, chi phí nguyên liệu, chi phí sản xuất và vận chuyển là không đổi. - Nhà máy sản xuất theo đơn đặt hàng và sản xuất theo mẻ nguyên liệu. -Trong quá trình sản xuất và vận chuyển, các thiết bị, máy móc hoạt động tốt và không hư hỏng, gián đoạn. - Tất cả các chi phí đều không đổi qua các thời đoạn. 3.2. Xây dựng mô hình toán tối ưu *Các tập hợp: I = {1..i} : Tập hợp các vị trí nhà cung cấp của chuỗi. J = {1..j} : Tập hợp các vị trí nhà máy của chuỗi. K = {1..k} : Tập hợp các vị trí khách hàng của chuỗi. *Các tham số: kncci Khả năng cung cấp của nhà cung cấp i (kg). knsxj Khả năng sản xuất của nhà máy j (kg). cnli Chi phí nguyên liệu của nhà cung cấp i (đồng/kg). ccdj Chi phí cố định mở nhà máy j (đồng). csxj Chi phí sản xuất thành phẩm của nhà máy j (đồng/kg). cvci Chi phí vận chuyển nguyên liệu của nhà cung cấp i (đồng/km). cvmj Chi phí vận chuyển thành phẩm của nhà máy j (đồng/km). daij Khoảng cách vận chuyển từ nhà cung cấp i đến nhà máy j (km). dijk Khoảng cách vận chuyển từ nhà máy j đến khách hàng k (km). dk Nhu cầu của khách hàng k (kg). w Tỷ lệ thành phẩm trên nguyên liệu. *Các biến quyết định: Ai = 1, nếu nhà cung cấp i được chọn. = 0, ngược lại. Bj = 1, nếu nhà máy j được chọn. = 0, ngược lại. Sij = 1, nếu nhà cung cấp i cung cấp nguyên liệu cho nhà máy j. = 0, ngược lại. Tjk = 1, nếu nhà máy j cung cấp sản phẩm cho khách hàng k. = 0, ngược lại. Fij Lượng nguyên liệu vận chuyển từ nhà cung cấp i đến nhà máy j (kg). Xij Lượng thành phẩm vận chuyển từ nhà máy j đến khách hàng k (kg). *Mô hình toán: Hàm mục tiêu: Tối thiểu tổng chi phí cho toàn chuỗi cung ứng. Bao gồm chi phí cố định mở nhà máy, chi phí nguyên liệu, chi phí sản xuất và chi phí vận chuyển giữa các thành phần. Min Z = 1 * j j Bj ccdj =  + 1 1 * i j i j cnli Fij = =  + 1 1 * j k j k csxj Xjk = =  + 1 1 2* * * i j i j cvci Sij daij = =  + 1 1 2* * * j k j k cvmj Tjk dijk = =  Với  i I ,  j J ,  k K *Các ràng buộc: 1 1 i i Ai =    i I (1) 1 1 j j Bj =    j J (2) 1 *w j j Fij kncci =    i I , j J (3) 1 k k Xjk knsxj =    j J , k K (4) 1 j j Xjk dk =    j J , k K (5) 1 k k Xjk =  = 1 *w i i Fij =   i I , j J , k K (6) Ràng buộc (1), (2) thể hiện số nhà cung cấp và số nhà máy tối thiểu được chọn. Nhà cung cấp và nhà máy cung ứng nguyên liệu và thành phẩm phù hợp với khả năng được thể hiện qua ràng buộc (3), (4). Ràng buộc (5) thể hiện nhu cầu của tất cả các khách hàng đều được đáp ứng. Lượng thành phẩm và nguyên liệu
132 HỘI THẢO KHOA HỌC QUỐC GIA VỀ LOGISTICS VÀ QUẢN LÝ CHUỖI CUNG ỨNG VIỆT NAM LẦN THỨ 4 (CLSCM-2024) được thể hiện qua ràng buộc (6). 3.3. Thu thập dữ liệu Chuỗi cung ứng khoai lang sấy hiện tại (hình 2) bao gồm 6 nhà cung cấp và 1 nhà máy tại Vĩnh Long, 2 vị trí mở nhà máy tiềm năng tại Vĩnh Long và 12 khách hàng ở các tỉnh Miền Tây, TP. Hồ Chí Minh và Đồng Nai. Trong đó: : Nhà cung cấp 1. : Nhà máy hiện tại của công ty. : Vị trí xây dựng nhà máy tiềm năng của công ty. : Khách hàng 1. Các nhà cung cấp sẽ cung cấp trực tiếp nguyên liệu cho nhà máy sản xuất và mỗi nhà cung cấp đều có quy định về lượng đặt hàng tối thiểu để thiết lập đơn hàng với nhà máy. Các nhà máy sẽ sản xuất theo đơn đặt hàng và sản xuất theo mẻ nguyên liệu sao cho có thể đáp ứng đủ nhu cầu khách hàng. Khả năng cung cấp trung bình và các loại chi phí của nhà cung cấp được thể hiện qua bảng dưới đây: Tỷ lệ thành phẩm trên nguyên liệu (w) là 0,25. Các tham số về nhà máy (bảng 2 và bảng 3) và dữ kiện khoảng cách (bảng 4 và bảng 5) được trình bày như sau: Hình 2. Chuỗi cung ứng đang xem xét 1 1 2 1 Bảng 1. Các tham số liên quan đến nhà cung cấp Nhà cung cấp Kncc (kg) Cnl (đồng) Cvc (đồng) 1 13.545 4.900 2.500 2 12.182 5.000 2.200 3 5.273 5.100 2.200 4 4.455 5.100 2.000 5 7.886 5.200 2.000 6 8.045 4.900 2.200 Bảng 2. Các tham số liên quan đến nhà máy Nhà máy knsx (kg) ccd (đồng) csx (đồng) cvm (đồng) 1 2.605 0 9.550 2.500 2 3.960 2.700.000.000 8.500 2.900 3 4.532 3.100.000.000 8.000 2.900 Bảng 3. Nhu cầu khách hàng Đơn vị: kg Khách hàng 1 2 3 4 5 6 Nhu cầu (dk) 373 336 650 500 406 495 Khách hàng 7 8 9 10 11 12 Nhu cầu (dk) 291 255 502 493 736 661 Bảng 4. Khoảng cách từ nhà cung cấp đến nhà máy Đơn vị: km Nhà cung cấp 1 2 3 1 12,7 1,5 9,2 2 13,3 2,2 8,5 3 6,2 11,2 9,7 4 13,1 13,1 19,1 5 15,2 15,2 21,2 6 10 2,8 15,3 Bảng 5. Khoảng cách từ nhà máy đến khách hàng Đơn vị: km Khách hàng 1 2 3 1 161 161 167 2 125 125 131 3 81,1 81,1 87,1 4 114 107 96,6 5 63,7 67,3 53,5 6 41,8 31,6 42,2 7 109 100 106 8 131 123 128 9 165 157 162 10 169 161 166 11 195 187 192 12 201 192 197 Nhà máy Nhà máy