Afet tedarik zinciri yönetiminde stokastik, çok periyotlu, çok-modlu, çok malzemeli, iki-seviyeli yardım malzemesi dağıtım modeli
A two-stage stochastic, multi-period, multi-modal and multi-commodity model for the disaster-relief supply chain distribution and planning
Yazar: ÇAĞLAR UTKU GÜLER
Danışman: YRD. DOÇ. DR. MURAT ERMİŞ
Hava Harp Okulu Komutanlığı / Havacılık ve Uzay Teknolojileri Enstitüsü / Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Endüstri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Endüstri ve Endüstri Mühendisliği = Industrial and Industrial Engineering ; Ulaşım = Transportation ; Şehircilik ve Bölge Planlama = Urban and Regional Planning
Dizin: Optimum dağıtım = Optimum distribution

Özet:
Yapılan çalışma ile afet tedarik zinciri yönetimi yardım malzemesi dağıtım problemlerinde daha önce çalışılmamış alanlar üzerinde yoğunlaşılmış, bu kapsamda Gülay Barbarosoğlu ve Yasemin Arda'nın 2004 yılında yayımlamış oldukları "afet müdahalesinde iki seviyeli, senaryoya dayalı, çoklu ulaştırma modlu, çoklu malzemeli, stokastik programlama minimum maliyet ağ akış ulaştırma modeli 
(SP-MCM)" temel alınmıştır. SP-MCM'den yola çıkılarak geliştirilen model öncelikle deterministik eşleniği oluşturulmak suretiyle çözülmüş, yeni çözüm modeli geçmiş stokastik literatüre uygun olarak valide edilmiş, valide edilen modele sırasıyla eşitlikçi ve pragmatik bakış açısıyla hizmet seviyesi yaklaşımı, çok periyotluluk ve dinamik enkaz temizleme varsayımları uygulanmış ve sonuçlar analiz edilmiştir. Son olarak tez araştırması kapsamında, gerçek verilerden faydalanılarak İstanbul afet yönetimi dağıtım ağı verileri üretilmiş ve üretilen veri kullanılarak model çözümü tekrarlanmış, gerçek hayata uygulanabilir çıkarımlar irdelenmiştir.
Tez araştırması, afet riski yüksek olan bölgelerde meydana gelebilecek bir afete yönelik olumsuz etkilerin azaltılması, seçilen problem ve probleme katılan kısıtlar ile gerçek hayat şartları altında yardım malzemesi dağıtım karar ortamına en yakın benzetimin yapılması, geleneksel amaç fonksiyonunda değişiklik yapılarak, insan hayatının lojistik maliyetlerden daha ön planda tutulduğu bir model sunulması, hizmet seviyesi kısıtının modele katılarak modelin eşitlikçi ve pragmatik olmak üzere iki farklı yaklaşımla incelenmesi, modele, zaman değişkeninin katılarak geliştirilmesi suretiyle çok periyotluluğun sağlanması ve bu alanda ilk çalışmanın yapılması, böylelikle literatürde açık olan ve daha önce çalışma yapılmamış birden fazla alana ilk katkıyı yapacak olması, belirsizliğin fazla olması nedeniyle daha az tercih edilen ve kısıtlı miktarda çalışma yapılan afet sonrası döneme yönelik araştırmalara katkıda bulunulacak olması, çoklu ulaştırma modlu ve çoklu malzeme çeşidinin modellenmesiyle, aynı zamanda afet durumu kara ve hava ulaştırma ağının birlikte kullanımının optimizasyonuna katkı sağlayacak olması yönünden önem arz etmektedir.
Algoritmanın geliştirilmesinde doğrusal optimizasyon probleminin çözülmesi maksadıyla GAMS programı ve CPLEX çözücüsünden faydalanılmıştır. Yöntemin aşamaları tez içeriğinde de detaylı açıklanmış olup, özetle literatür araştırması ve literatür taramasının derinleştirilmesi, problemin tanımlanması, varsayımların yapılması ve parametrelerin belirlenmesi, matematiksel modelin oluşturulması, modele uygun algoritmanın dizayn edilmesi ve kodlanması, modelin ve algoritmanın bilinen veri setleri ile geçerliliğinin sınanması ve ön sonuçların alınması, veri seti sonuçlarına göre modelin ve algoritmanın geliştirilmesi, veri setlerinin oluşturulması / veri toplanması, problemin çözümü ve sonuçların değerlendirilmesi aşamalarından oluşmaktadır. 
Araştırmanın sonucunda, iki seviyeli stokastik programlama kullanılarak deterministik eşlenikli bir afet yönetim ulaştırma ve dağıtım planlama modeli üretilmiş ve valide edilmiş, emsal çalışmalardan daha kısa sürede kesin çözüm sağlanmış, üretilen model sayesinde etki senaryolarının yanı sıra, deprem senaryolarının da tek seferde modele katılmasına imkân tanınmış, modele hizmet seviyesi, çok periyotluluk ve enkaz temizleme yaklaşımları katılarak, üretilen sonuçlarda gerçek hayata daha yakın çıkarımlar sağlanmış, ayrıca AFAD ve Kandilli Rasathanesinden elde edilen bilgiler doğrultusunda 159 düğümlük yeni bir dağıtım ağı veri seti üretilmiş ve yöneylem araştırması literatürüne kazandırılmıştır.

Abstract:
Before the study, we conduct a complementary review of recent post-disaster stage relief item logistics researches, trends and practical solutions on humanitarian supply chains' (HSC) post-disaster stage, focusing on gaps and future research directions. We first present a definition of HSC and its stages; emphasize its difference from a commercial supply chain; and continue with a presentation of a post-disaster HSC map.  Then, based on an updating literature review and evaluation of ongoing studies, we conclude with main findings and gaps, and suggestions about future research directions. Our literature review serves as an update on previous literature reviews in humanitarian logistics. Also, our analysis shows that there are still considerable gaps in practical applications; in the incorporation of vulnerability and safety aspects of relief item distribution such as robbery and despoliation; in the effects of dynamic road availability updates; in multi-period, multi-level, and multi-objective relief item distribution; in the considerations of social costs; in the incorporation of human behavior; and in the needs of cross-services.
Along with this research, we focus on unattended fields of disaster-relief supply chain distribution problems' considerable gaps we define above. After examining the literature, we start by replicating the pioneering studies in this fields such as the one of Barbarosoǧlu ve Arda (2004), which is named as "a two-stage stochastic programming framework for transportation planning in disaster response". Their proposed model is abbreviated as SP-MCM. We first present a deterministic equivalent solution approach to a single objective, single period, multi-modal, multi-commodity, two-stage stochastic programming, disaster-relief supply chain transportation and distribution problem minimizing the overall costs consisting of the expected first-stage and second stage (recourse) transportation and the service level costs. Since a disaster creates randomness in resources such as arc capacities and supply/demand amounts, a finite set of disaster location and impact scenarios have been considered to model this uncertainty and vulnerability in the distribution network. Transportation decisions under uncertainty have been optimized by determining the mode-commodity specific routing paths. The approach has been discussed and validated by established relations of stochastic programming value of stochastic solution (VSS) and expected value of perfect information (EVPI) derived from the new model, its wait-and-see, and expected value problem solutions.
We then improve our model by implementing service level applications such as egalitarian and pragmatic approaches. We deeply analyze and provide inferences upon this improvement. Following to that, we convert our model by applying multi-periodicity and analyze the effects of dynamic debris cleaning per period. Finally, we solve our model with the new 159-node distribution network data set of Istanbul region which we produced based on the information acquired from AFAD and Kandilli Observatory. We obtain solutions and inferences close to the real-life conditions with the assumptions and improvements applied to our model.
Our research has importance on various aspects by diminishing negative effects of disasters on regions having high risk of disasters, by providing the most appropriate and close to real life estimations on disaster-relief item distribution problems by implementing the right constraints, by presenting more humanitarian model having service level parameters on the objective function, by having the first multi-period model and by contributing the time parameter to the problem and also by contributing to the literature selecting post-disaster stage which is rarely studied as it is more uncertain. 
We develop the algorithm using the CPLEX solver of GAMS software to solve the linear optimization problem, and we prefer operations research problem solving approach. The steps of this approach is explained in details within the dissertation manuscript, however in summary, it includes the literature review, the problem definition, the determination of assumptions and required parameters, building the mathematical model, the design of the appropriate algorithm, the coding step, the validation with known data sets, obtaining preliminary results and the improvement of the model and the algorithm based on the preliminary results, the collection and the production of the data set to be used, solving the problem and finally the assessment of the results. 
As a result of our research, we build a new deterministic equivalent disaster-relief item distribution and transportation planning model using two-stage stochastic programming approach, validate it, provide faster and exact solution compared with the similar studies in the existing literature. With the help of the new model, we contribute the effects of earthquake scenarios at once, instead of solving each scenario separately. We also provide a new contribution by assessing the service level, multi-periodicity and dynamic debris cleaning effects in the model. Therefore, we produce solutions close to the real-life conditions.  Moreover, we create a 
159-node distribution and transportation data set of the city of Istanbul based on the information acquired from AFAD and Kandilli Observatory. To build the data set, we use the open source mapping and distance measurement tools with the help of third party software we code. This data set generation study also makes another contribution to the operations research field, by both empowering the use of open-source libraries and by providing real life data for the future researches.