Olabilirsel doğrusal programlama ile tedarik zinciri ağ yapısının modellenmesi ve bir uygulama
Modeling supply chain network using possibilistic linear programming and an application
Yazar: ÖZGÜR KABAK
Danışman: PROF. DR. FÜSUN ÜLENGİN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2008
Konu: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği = Industrial and Industrial Engineering
Dizin: Belirsizlik = Uncertainty ; Bulanık doğrusal programlama = Fuzzy linear programming ; Bulanık mantık = Fuzzy logic ; Tedarik zinciri = Supply chain

Özet:
Ürünlerin hammadde olarak temin edilmesinden müşteriye sunulmasına kadar olan süreçte tüm malzeme ve bilgi akışının planlanması, uygulanması ve kontrolünü içeren tedarik zinciri yönetimi (TZY) 1990'lardan bugüne kadar araştırmacıların ve uygulayıcıların çok fazla ilgilisini çekmektedir. TZY, işletmelere hem maliyet hem de hizmet düzeyi bakımından rekabet avantajı sağlamaları için bütünleşik ve sistematik bir yaklaşım sunmaktadır. TZY içerisinde yer alan konulardan en önemlilerinden birisi tedarik zinciri (TZ) stratejik planlaması ve bunu gerçekleştirmek için gerekli modellerin geliştirilmesidir.Gerçek hayattaki birçok problemde olduğu gibi TZ planlama problemlerinde de belirsizlikler söz konusudur. TZ'deki belirsizlikler, sistemin kendi içerisinden ve/veya sistemin çevresinden kaynaklanıyor olabilir. Nereden kaynaklanırsa kaynaklansın belirsizliklerin kesin olarak varsayılarak tanımlaması ve modellemesi kurulan modellerin gerçekçi olmayan sonuçlar üretmesine neden olur.1965'te ilk defa Lotfi A. Zadeh tarafından önerilen bulanık mantık, belirsizlikleri modellemek için yaygın olarak kullanılan yaklaşımlardan bir tanesidir. Özellikle 2000'li yılların başından beri uygulaması artmakta olan bulanık mantık, insan düşünme sistemi gibi yaklaşık olarak değerlendirmeyi ve modellemeyi olanaklı hale getirmektedir.Çalışmada, TZ planlamada stratejik kararların verilmesine destek olacak bulanık mantığa dayalı bir model geliştirilmiştir. Stratejik planlama çerçevesinde talep planlama, dış kaynak kullanımı, tedarikçi seçimi ve ağ yapılandırma konularını içeren bir problem incelenmiştir. Modeli geliştirmek için öncelikle TZY ve TZ konusunda kapsamlı bir literatür çalışması yapılmış ve bu konularda gelişime açık alanlar tespit edilmiştir. Literatür çalışması sonucunda TZ'nin ağ yapılı olarak modellendiği ve TZ'deki belirsizliklerin dikkate alındığı bir yaklaşımın geliştirilmesine karar verilmiştir. Daha sonra özellikle bu konular ile ilgilenilen mevcut çalışmalar ayrıntıları ile irdelenmiş ve yeni bir yaklaşım sunmak üzere bulanık mantık tabanlı bir olabilirsel doğrusal programlama (ODP) modeli geliştirilmiştir.Olabilirsel doğrusal programlama modelinin geliştirilmesi ve çözümü aşamalarında mevcut literatürdeki yaklaşımlar ayrıntılı olarak incelenmiştir. Mevcut çalışmalarda büyük çaplı problemlerde uygulanabilen, kesin çözümü garanti eden ve TZ'deki temel belirsizliklere odaklanan bir yaklaşım mevcut değildir. Bu yüzden çalışmada, bu açığı doldurabilmek için öncelikle TZ'deki belirsizlikler tespit edilmiştir. Sonra ağ yapılı TZ, çözümü çok karmaşık olmayan bulanık mantığa dayalı bir ODP yaklaşımı ile modellenmiştir.Olabilirsel doğrusal programlama modelinde TZ'deki belirsizlikler ile baş edebilmek için belirsiz kararlar verilmesi temel yaklaşım olarak benimsenmiştir. Bunun için uzun dönemli stratejik kararların kesin olarak değil belirsiz olarak yaklaşık değerler ile verilmesi önerilmektedir. Bunun iki önemli yararı vardır. Birincisi uzun dönemde belirsiz olarak verilen kararların orta ve kısa vadede kesinleştirilmesi ile belirsizlik ortadan kalktığında daha doğru kararlar vermeyi sağlamasıdır. İkincisi, karar hiyerarşisinde üst düzeyde verilen belirsiz kararların alt düzeylere daha geniş bir karar serbestliği sağlamasıdır.Modelde TZ'deki belirsizliklerin temel kaynağı olarak tespit edilen talepler ile tedarik ve üretim verimlilik oranları üçgen bulanık sayılar ile temsil edilmiştir. Taleplerin belirsiz olarak belirlenmesi ile ilgili literatür incelendiğinde farklı kaynaklardan gelen taleplerin birleştirilerek tek bir bulanık tahmin oluşturmak için geliştirilen yöntemlerin kısıtlı sayıda olduğu görülmüştür. Bu yüzden çalışmada geçmiş verilere dayanan istatistiksel tahminleri ve uzman yargılarını birleştirerek tek bir bulanık tahmin elde etmek üzere yeni bir yaklaşım önerilmiştir.Çalışmada önerilen ODP modeli kısıt parametrelerinin bir kısmında ve karar değişkenlerinin tümünde bulanıklık içeren bir modeldir. Modelin temel amacı firmanın TZ faaliyetleri sonucunda oluşan kârı enbüyüklemektir. Modelde amaç fonksiyonu ve karar değişkenleri bulanık sayılar ile tanımlandığı için iki ek amaç ilave edilmiştir. Bunlar amaç fonksiyonundaki ve karar değişkenlerindeki belirsizlikleri en küçüklemektedir. Sonuçta ortaya çok amaçlı bir ODP modeli çıkmıştır. Bu modeli çözmek için dört doğrusal programlama (DP) modeli içeren bir çözüm yordamı önerilmiştir. Yordamda yer alan ilk DP ile kârın iyimser ve kötümser değerleri bulunarak limitleri belirlenmektedir. Bu model ile belirlenen limitler ODP'nin ilk amacı olan kâr ve ikinci amacı olan kârdaki bulanıklık fonksiyonlarının normalize edilmesi için kullanılmaktadır. İkinci DP ile karar değişkenlerinin limitleri belirlenmektedir. Bu limitler ile ODP modelinin üçüncü amacı olan karar değişkenlerindeki bulanıklık normalize edilmektedir. Son olarak olabilirsel model önceki adımlarda belirlenen limitlere ve bulanık sayılar için tanımlanan büyüklük/küçüklük ilişkilerine göre üçüncü DP modeline dönüştürülür. Modeli çözmek için amaçların önem düzeylerini gösteren ağırlıklarının belirlenmesi gerekmektedir. Üçüncü DP'ye alternatif olarak önerilen dördüncü DP modelinde amaçların ağırlıklarının belirlenmesi gerekmeden amaçların en düşük düzeyinin en büyük yapılmasına dayanan bir yaklaşım geliştirilmiştir.Çalışmada önerilen model ve çözüm yordamının uygulanabilirliğini ve geçerliliğini göstermek için Mercedes Benz Türk A.Ş.'nin İstanbul, Hoşdere'de bulunan otobüs üretim tesislerinde karoser imalatında bir uygulama gerçekleştirilmiştir. Uygulamada öncelikle firmanın mevcut durumu için parametreler belirlenmiş ve model çözümü gerçekleştirilmiştir. Daha sonra çeşitli parametre değişimlerine modelin verdiği tepki analiz edilmiş ve modelin tutarlı sonuçlar verdiği görülmüştür. Bununla birlikte model firmanın karoser imalatı için üretim ve tedarik ile ilgili stratejik kararların verilmesinde kullanılmıştır. Firmanın mevcut durumda kendisinin ürettiği tüm ara ürünlerin dışarıdan almasının mümkün olabileceği varsayılarak farklı talep ve kapasite durumlarına ve farklı fiyat senaryoları altında denemeler gerçekleştirilerek politikalar ortaya koyulmuştur. Sonuç olarak modelin TZ stratejik planlamasında etkin bir şekilde kullanılabileceği görülmüştür.

Abstract:
Supply chain management (SCM), which is composed of planning, controlling and designing of both material and information flow through the process starting from procurement of the raw material to the customer delivery, has been attracting the researchers and practitioners since the beginning of 1990s. SCM provides an integrated and systematical approach for enterprises to have competitive advantage in both cost and service level perspectives. One of the most important topics in SCM is supply chain (SC) strategic planning and the development of models to realize this.Supply chain planning problems are due to uncertainties like the other real life problems. The sources of the uncertainties in the SC may be environmental or originated from the system itself. In all circumstances, neglected uncertainties in the models may result in inaccurate solutions.Proposed by Lotfi A. Zadeh in 1965, fuzzy logic is one of the most widely used approaches to model uncertainties. The application of fuzzy logic has increased since the beginning of the 2000s. It provides an approximate analysis and modeling like the human cogitation system.In this study, a model based on fuzzy logic is proposed to support strategic supply chain (SC) planning decisions. The problems investigated include demand planning, outsourcing, supplier selection and network structuring in strategic planning context. In the study, initially, a comprehensive literature review is conducted and the improvement possibilities of the current research are determined. As a result of the literature review, an approach that considers the uncertainties in a network supply chain is found an important contribution. Subsequently a more detailed literature review focused on network SC and uncertainties in SC is conducted. Consequently, a possibilistic linear programming (PLP) model is proposed to model the uncertainties for the network SC.For the model and solution procedure development of PLP, the related literature is also surveyed and it is found that there is no study that deals with wide range real life problems, guaranties the global solution and considers the whole uncertainties in the SC. Therefore, in order to fill this uncovered area, firstly the uncertainties in the SC are investigated. Then the network SC is modeled through a fuzzy logic based PLP that has an uncomplicated solution procedure.The basic approach of the proposed PLP is to make the decisions in a fuzzy manner in order to deal with the uncertainties encountered in SC. For this, it is suggested to make long-term strategic decisions in an uncertain framework rather than a crisp framework. This approach has two main benefits. Firstly, it supplies more accurate decisions when the long-term fuzzy decisions are defuzzified in medium and short-term with more reliable inputs. Subsequently, fuzzy decisions in strategic level provide more flexibility for the tactical and operational decision levels.The demands and the yield rates related to production and outsourcing are the basic sources of the uncertainties in SC. Thus, they are represented via triangular fuzzy numbers in the model. The literature on uncertain demand forecasting has few studies on aggregation of different forecasts from different sources to generate one single fuzzy forecast. Therefore, a new approach is propped to aggregate the forecasts coming from different sources; namely statistical methods as well as the experts? judgments, and to obtain an aggregated demand forecast that is represented by a triangular fuzzy number.The proposed PLP contains fuzziness in some of the constraint parameters and in all decision variables. The basic objective of the model is to maximize the profit of enterprise?s SC facilities. Since the objective function and the decision variables of the model are considered as fuzzy numbers, two new objectives are included in the model, namely the minimization of fuzziness in the objective function and the minimization of the fuzziness in the decision variables. As a result, a multiple objective PLP model is developed. This model is solved through four different linear programming (LP) models. The first LP in the methodology is used to find the optimistic and pessimistic levels of the profit that are used to normalize the first (i.e. maximization of the profit) and the second (i.e. minimization of the fuzziness in the profit) objectives of the PLP. The second LP is utilized to find the limits of decision variables that are used to normalize the third objective (i.e. minimization of the fuzziness in decision variables) of the PLP. Consequently, the PLP is transformed to third LP by the limits found in the first two LPs and the fuzzy less than / greater than relations. To solve the third LP, the weights associated with the objectives have to be determined. The fourth LP is a substitute of the third LP. This model, in which the weights are not necessary, tries to maximize the minimum level of all objectives.In order to evaluate the applicability and validity of the model, the proposed model is applied to the body manufacturing of Mercedes Benz Türk A.Ş.?s bus production plant that is located in İstanbul, Hoşdere. In the application, initially, the parameters of the model are collected from the firm and the model is solved using them. Then behavior of the model is tested through parameter changes. Additionally, the model is used to make strategic production/outsourcing planning decisions in the body manufacturing. The policies related to these decisions are generated for different demand and capacity situations and under different price scenarios assuming that the materials produced by the firm itself can be outsourced. As a result it is shown that the proposed model can be used in SC strategic planning effectively.