Supply chain network design for critical needs with outsourcing

Abstract In this paper we consider the design of supply chain networks in the case of critical needs as may occur, for example, in disasters, emergencies, pending epidemics, and attacks affecting national security. By ‘critical needs’ we mean products that are essential to the survival of the population, which can include, for example, vaccines, medicine, food, water, etc., depending upon the particular application. ‘Critical’ implies that the demand for the product should be met as nearly as possible since otherwise there may be additional loss of life. The model that we develop captures a single organization, such as the government or a major health organization or corporation that seeks to ‘produce’ the product at several possible manufacturing plants, have it stored, if needs be, and distributed to the demand points. We assume that the organization is aware of the total costs associated with the various operational supply chain network activities, knows the existing capacities of the links, and is interested in identifying the additional capacity outlays, the production amounts, and shipment values so that the demand is satisfied with associated penalties if the demand is not met (as well as penalties with oversupply, which are expected to be lower). In addition, the organization has the option of outsourcing the production/storage/delivery of the critical product at a fixed/negotiated price and with the capacities of those entities being fixed and known. The solution of the model provides the optimal capacity enhancements and volumes of product flows so as to minimize the total cost, which we assume to be a generalized cost, and can include time, subject to the demands being satisfied, as nearly as possible, under demand uncertainty. Resumen En este articulo consideramos el diseno de las redes de cadenas de suministro en el caso de necesidades criticas, como las que podria haber por ejemplo en caso de desastres, emergencias, brotes epidemicos, y ataques a la seguridad nacional. Por “necesidades criticas” entendemos productos esenciales para la supervivencia de la poblacion, como pueden ser vacunas, medicamentos, alimentos, agua, etc., dependiendo de la aplicacion en particular. La palabra “criticas” implica que la demanda del producto deberia satisfacerse lo mas pronto posible ya que de lo contrario se podria sufrir perdidas humanas adicionales. El modelo que desarrollamos incluye a una unica organizacion, como un gobierno o una agencia de la salud o corporacion que tengan la intencion de “producir” el producto en varias plantas de manufacturado, almacenarlo, y si es necesario distribuirlo hasta los puntos de demanda. Asumimos que la organizacion esta al tanto de la totalidad de costos asociados con las diferentes actividades operativas de la red de la cadena de suministro, conoce las capacidades existentes de cada eslabon, y esta interesada en identificar los desembolsos adicionales para capacidad, las cantidades a producir, y los valores de transporte, de manera que la demanda se satisface con penalizaciones asociadas si no se cumple con ella (asi como penalizaciones por un sobre abastecimiento, que se espera que sean menores). Ademas, la organizacion tiene la opcion de subcontratar la produccion/almacenaje/reparto del producto critico a un precio fijo/negociado, siendo las capacidades de dichas entidades valores fijos conocidos. La solucion del modelo proporciona las mejoras optimas de capacidad y los volumenes de flujo de producto para minimizar el costo total, que asumimos ser un costo generalizado, y puede incluir el tiempo, sujeto a que las demandas queden satisfechas, en lo posible, bajo una incertidumbre de la demanda.