Quantitative Models of Location, Inventory and Transportation Decisions for Sustainable Supply Chain Management

Abstract

[ES] La gestión sostenible de las cadenas de suministro se ha transformado en un tema de alto interés entre profesionales e investigadores en el ámbito de la ingeniería industrial. El impacto que generan las actividades económicas en el medioambiente y en las comunidades donde éstas se ubican ha generado un incremento en el desarrollo de herramientas que permitan incorporar dichos impactos en las decisiones tomadas en el nivel estratégico de las empresas e industrias. Es así como surgen nuevos paradigmas respecto al modelo de producción, como por ejemplo la economía circular, donde se busca transitar desde una economía de producción lineal, hacia una circular reduciendo al mínimo la generación de desperdicios, ya sea material y/o energético. En este contexto, esta tesis doctoral, sustentada en una revisión de la literatura y en un análisis de modelos de optimización matemática de referencia, propone un marco conceptual como herramienta de soporte para seguir desarrollando modelos cuantitativos para dar soporte a los problemas de localización, inventario y transporte (LIT) en cadenas de suministro sostenibles, así como, un modelo de optimización multiobjetivo no lineal entero mixto (MOMINLP) para diseñar una cadena de suministro sostenible de bucle cerrado considerando las decisiones LIT, donde los aspectos de sostenibilidad: económico, medioambiental y social son incorporados en cada una de las decisiones anteriores. El modelo propuesto, denominado 3S-LIT, considera cuatro funciones objetivo que pretenden: (1) minimizar el coste total de la cadena de suministro; (2) minimizar los costes asociados a la emisión de CO2 equivalente; (3) minimizar el coste social relacionado con los accidentes laborales; y (4) maximizar el impacto social, medido como el incremento en cuanto a la generación de empleos directos e indirectos y la reducción en la cantidad de personas afectas por los riesgos del transporte dentro de la cadena de suministro. El modelo 3S-LIT ha sido validado en una empresa del sector minero del cobre obteniendo un mejor desempeño en los valores de las funciones objetivo respecto a los obtenidos en la situación actual. Además, el modelo 3S-LIT se ha comparado con un enfoque existente en la literatura científica obteniéndose unos resultados satisfactorios tanto en términos de funcionalidades como de resultados. Finalmente, el modelo propuesto de optimización matemática, 3S-LIT, es replicado en un modelo de simulación con el cual se estudiaron posibles escenarios de disrupción de la cadena de suministro con el objetivo de analizar su capacidad resiliente.

[CA] La gestió sostenible de les cadenes de subministrament s'ha transformat en un tema d'alt interès entre professionals i investigadors en l'àmbit de l'enginyeria industrial. L'impacte que generen les activitats econòmiques en el medi ambient i en les comunitats on aquestes se situen ha generat un increment en el desenvolupament d'eines que permeten incorporar aquests impactes en les decisions preses en el nivell estratègic de les empreses i indústries. És així com sorgeixen nous paradigmes respecte al model de producció, com per exemple l'economia circular, on se cerca transitar des d'una economia de producció lineal, cap a una circular reduint al mínim la generació de desaprofitaments, ja siga material i/o energètic. En aquest context, aquesta tesi doctoral, sustentada en una revisió de la literatura i en una anàlisi de models d'optimització matemàtica de referència, proposa un marc conceptual com a eina de suport per a continuar desenvolupant models quantitatius per a donar suport als problemes de localització, inventari i transport (LIT) en cadenes de subministrament sostenibles, així com, un model d'optimització multi-objectiu no lineal enter mixt (MOMINLP) per a dissenyar una cadena de subministrament sostenible de bucle tancat considerant les decisions LIT, on els aspectes de sostenibilitat: econòmic, mediambiental i social són incorporats en cadascuna de les decisions anteriors. El model proposat, denominat 3S-LIT, considera quatre funcions objectiu que pretenen: (1) minimitzar el cost total de la cadena de subministrament; (2) minimitzar els costos associats a l'emissió de CO2 equivalent; (3) minimitzar el cost social relacionat amb els accidents laborals; i (4) maximitzar l'impacte social, mesurat com l'increment quant a la generació d'ocupacions directes i indirectes i la reducció en la quantitat de persones afectes pels riscos del transport dins de la cadena de subministrament. El model 3S-LIT ha sigut validat en una empresa del sector miner del coure obtenint un millor acompliment en els valors de les funcions objectiu respecte als obtinguts en la situació actual. A més, el model 3S-LIT s'ha comparat amb un enfocament existent en la literatura científica obtenint-se uns resultats satisfactoris tant en termes de funcionalitats com de resultats. Finalment, el model proposat d'optimització matemàtica, 3S-LIT, és replicat en un model de simulació amb el qual es van estudiar possibles escenaris de disrupció de la cadena de subministrament amb l'objectiu d'analitzar la seua capacitat resilient.

[EN] Sustainable supply chain management has become a topic of great interest among practitioners and researchers in the field of industrial engineering. The impact generated by economic activities on the environment and the communities where they are located has generated an increase in the development of tools that allow the incorporation of these impacts in the decisions taken at the strategic level of companies and industries. This is how new paradigms emerge regarding the production model, such as the Circular Economy, which seeks to move from a linear production economy to a circular one by minimising the generation of waste, both material and energetic. In this context, this PhD thesis, supported by a state-of-the-art study and the analysis of benchmark mathematical optimisation models, presents a conceptual framework to provide the key elements that act as a valuable tool to further develop quantitative models of location, inventory and transport (LIT) problems in sustainable supply chains, and a novel mixed integer non-linear multi-objective mixed integer multi-objective optimisation model (MOMINLP) for designing a closed-loop sustainable supply chain considering location, inventory and transportation decisions, where economic, environmental and social sustainability aspects are incorporated in each of the above mentioned decisions. The proposed model, called 3S-LIT, considers four objective functions that aim to: (1) minimise the total cost of the supply chain, (2) minimise the costs associated with CO2 equivalent emissions, (3) minimise the social cost related to occupational accidents, and (4) maximise the social impact, measured as a higher generation of direct and indirect jobs and a lower number of people affected by transport risks within the chain. The 3S-LIT model has been applied in a company in the copper mining sector, confirming a better performance in the values of the objective functions compared to those obtained in the current situation. In addition, the mathematical optimisation model is replicated in a simulation model with which possible supply chain disruption scenarios were studied to analyse the resilience of the supply chain.