A lot-sizing problem in deliberated and controlled co-production systems

We consider an uncapacitated lot sizing problem in co-production systems, in which it is possible to produce multiple items simultaneously in a single production run. Each product has a deterministic demand to be satisfied on time. The decision is to choose which items to co-produce and the amount of production throughout a predetermined planning horizon. We show that the lot sizing problem with co-production is strongly NP-Hard. Then, we develop various mixed-integer linear programming (MILP) formulation of the problem and show that LP relaxations of all MILPs are equal. We develop a separation algorithm based on a set of valid inequalities, lower bounds based on a dynamic lot-sizing relaxation of our problem and a constructive heuristic that is used to obtain an initial solution for the solver, which form the basis of our proposed Branch & Cut algorithm for the problem. We test our models and algorithms on different data sets and provide the results.WOS:000754103800001Scopus - Affiliation ID: 60105072Science Citation Index ExpandedQ2-Q3Article; Early AccessUluslararası işbirliği ile yapılan - HAYIRŞubat2022YÖK - 2021-22Aralı

Integrating Long-Term and Short-Term Contracting in Beef Supply Chains

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Coproducción: Una revisión de la literatura

[ES] El objetivo del presente artículo es analizar la literatura existente en el entorno de la coproducción. De acuerdo con Deuermeyer y Pierskalla (1978), es posible afirmar que existe coproducción cuando un proceso productivo da como resultado más de un producto de manera simultánea. La coproducción aparece en ambientes de alta y baja tecnología de producción. La coproducción, suele ocurrir en entornos de producción en los que algunos procesos no se conocen/comprenden perfectamente y/o no están totalmente bajo control (coproducción incontrolada). Sin embargo, tal y como, se ha podido constatar en la realidad industrial, en ocasiones el proceso de coproducción, si se conoce/comprende perfectamente (coproducción controlada). La coproducción puede ser un fenómeno intrínseco al propio proceso productivo (coproducción no deliberada). Aunque en ocasiones puede ser escogida por el gestor del proceso (coproducción deliberada). Así, resulta interesante clasificar la literatura respecto a estas variables, pues hasta la fecha no se había realizado, proporcionando al lector una visión clara de la literatura existente en torno a la coproducción.Este trabajo ha sido realizado gracias a la financiación del Ministerio de Ciencia e Innovación a través del proyecto CORSARI MAGIC: Coordinación de operaciones en redes de suministro/demanda ajustadas, resilientes a la incertidumbre: modelos y algoritmos para la gestión de la incertidumbre y la complejidad, DPI: 2010-18243.Vidal Carreras, PI. (2011). Coproducción: Una revisión de la literatura. Working Papers on Operations Management. 2(1):11-17. doi:10.4995/wpom.v2i1.810SWORD111721BITRAN, G. B., & LEONG, T.-Y. (1995). Co-production of substitutable products. Production Planning & Control, 6(1), 13-25. doi:10.1080/09537289508930249Bitran, G. R., & Dasu, S. (1992). Ordering Policies in an environment of Stochastic Yields and Substitutable Demands. 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International Journal of Flexible Manufacturing Systems, 11(4), 371-377. doi:10.1023/a:1008131213614GERCHAK, Y., TRIPATHY, A., & WANG, K. (1996). Co-production models with random functionality yields. IIE Transactions, 28(5), 391-403. doi:10.1080/07408179608966286Grosfeld-Nir, A., & Gerchak, Y. (2004). Multiple Lotsizing in Production to Order with Random Yields: Review of Recent Advances. Annals of Operations Research, 126(1-4), 43-69. doi:10.1023/b:anor.0000012275.01260.f5LISBONA, P., & ROMEO, L. (2008). Enhanced coal gasification heated by unmixed combustion integrated with an hybrid system of SOFC/GT. International Journal of Hydrogen Energy, 33(20), 5755-5764. doi:10.1016/j.ijhydene.2008.06.031Mcgillivray, R., & Silver, E. (1978). Some Concepts For Inventory Control Under Substitutable Demand*. INFOR: Information Systems and Operational Research, 16(1), 47-63. doi:10.1080/03155986.1978.11731687Nahmias, S., & Moinzadeh, K. (1997). Lot Sizing with Randomly Graded Yields. 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Management Science, 54(3), 522-537. doi:10.1287/mnsc.1070.0807Vidal-Carreras, P. I., & Garcia-Sabater, J. P. (2009). Comparison of heuristics for an economic lot scheduling problem with deliberated coproduction. Journal of Industrial Engineering and Management, 2(3). doi:10.3926/jiem.2009.v2n3.p437-463Yano, C. A., & Lee, H. L. (1995). Lot Sizing with Random Yields: A Review. Operations Research, 43(2), 311-334. doi:10.1287/opre.43.2.31

Simulation combinée des processus de production et des processus de pilotage : analyse comparative de stratégies de pilotage pour la production de bois d'oeuvre

Dans le cadre de ce travail de thèse, nous avons conçu une plateforme de simulation permettant l’évaluation comparative de stratégies de pilotage pour la production de bois d’œuvre dans les scieries nord-américaines. Dans notre contexte, une stratégie de pilotage est composée de plusieurs paramètres tels que le choix des politiques d’acceptation des commandes, permettant d’accepter ou de refuser une commande en fonction de règles mises en place, le choix des modèles et algorithmes de planification utilisés à chaque étape de la production de bois d’œuvre, le choix du modèle au niveau tactique, les mécanismes de coordination utilisés, permettant de mieux coordonner les opérations de plusieurs entités distinctes ou de plusieurs niveaux de planification ; on parle notamment d’échange d’informations circulant entre les niveaux de planification tactique et opérationnel ou encore entre les entités/modèles utilisés au niveau opérationnel pour planifier la production de bois d’œuvre. Lors de la planification des opérations, les industriels doivent mettre en place ces stratégies de pilotage. Aujourd’hui, il est extrêmement compliqué de savoir quelle stratégie de pilotage mettre en place en fonction de son propre contexte de marché et de ses paramètres de production. L’objectif général est donc est de permettre d’évaluer et comparer des stratégies de pilotage aux niveaux tactique et opérationnel pour la production de bois d’œuvre, tout en tenant compte du contexte de marché de l’entreprise ainsi que de ses paramètres de production. Pour atteindre cet objectif, nous l’avons divisé en quatre objectifs spécifiques qui ont donnés lieu à trois publications. Pour notre premier objectif spécifique, nous avons développé un modèle de simulation permettant de représenter la génération, l’acceptation et la vente d’une commande pour une entreprise de sciage. Un module de planification de la production a également été couplé et est responsable de la gestion des stocks et de la génération des plans de production. Pour notre deuxième objectif spécifique, nous avons utilisons ce modèle de simulation pour pouvoir évaluer l’impact de politiques d’acceptation des commandes (telles que Availableto-promise (ATP), Capable-to-promise (CTP) ou encore On-Stock) sur les performances de l’entreprise en termes de volume de commandes acceptées dans un environnement à flux de produits divergent avec co-production. Bien que ces politiques d’acceptation des commandes aient été largement étudiées dans un contexte manufacturier traditionnel, le choix d’une politique plutôt qu’une autre est loin d’être trivial dans un tel contexte de divergence de flux physique. Nous montrons dans cette première contribution que dans ce type de contexte, le choix d’une politique d’acceptation de commande plutôt qu’une autre dépend fortement du marché et impacte fortement les performances de l’entreprise, en termes de commandes acceptées et de stock moyen annuel. Cet objectif spécifique a entrainé l’écriture d’un premier article. Pour notre troisième objectif spécifique, nous avons évalué des mécanismes de coordination mis en place au niveau opérationnel entre les différentes activités du processus de transformation de bois d’œuvre, qui est un processus décentralisé. La précédente plateforme de simulation a donc été adaptée et des mécanismes de coordination déjà publiés tels que « Twophases planning », ou « bottleneck-first planning » y sont évalués en utilisant un horizon roulant dans un environnement où les commandes sont générées dynamiquement. Nous montrons que les mécanismes de coordination déjà publiés et testés dans un environnement statique performent mal dans un environnement dynamique. Nous proposons donc un autre mécanisme de coordination « hybride flux poussé / flux tiré » exploitant le concept de point de découplage. Ce mécanisme s’avère meilleur que les précédents en permettant un plus grand nombre de ventes, ainsi qu’une réduction des stock moyens. Cet objectif spécifique a entrainé l’écriture d’un deuxième article. Enfin, pour notre quatrième objectif spécifique, nous nous intéressons à la planification de la production aux niveaux tactique et opérationnel. Nous utilisons le modèle de simulation pour comparer et évaluer l’impact de différents types d’informations transmises du niveau tactique au niveau opérationnel. Le niveau de planification tactique est alors pris en compte pour établir une planification à plus long terme. Nous montrons que le choix du type d’informations à transmettre du niveau tactique au niveau opérationnel varie selon plusieurs facteurs, tels que : la politique d’acceptation des commandes (ATP, CTP) utilisée par l’entreprise, l’ampleur de la saisonnalité des prix de vente, ou le fait d’être ou non dans un marché en surcapacité. Cet objectif spécifique a entrainé l’écriture d’un troisième article.In this thesis, we designed a simulation platform to compare and evaluate production planning and order management strategies for lumber production in North American sawmills. In our context, a strategy is composed of several parameters such as the choice of order acceptance policies, allowing to accept or refuse an order based on implemented rules, the choice of planning models and algorithms used at each stage of timber production, the choice of model at the tactical level, the coordination mechanisms used, to better coordinate the operations of several distinct entities or of several planning levels; this includes the exchange of information between tactical and operational planning levels or between entities / models used at the operational level to plan timber production. Today, it is extremely difficult for a company to know which management strategy to put in place. The general objective is then to evaluate and compare tactical and operational planning strategies for timber production, taking into account the company's market context and its production parameters. To achieve this goal, we divided it into four specific objectives that resulted in three publications. In the first specific objective, we developed a simulation model to represent the generation, acceptance and sale of an order for a sawmill. We coupled a production planning module to this simulation model that is responsible for inventory management and the generation of production plans. In a second objective, we use this simulation model to be able to evaluate the impact of order acceptance policies such as Available-to-promise (ATP), Capable-to-promise (CTP) and Stock policies on the company’s performance in terms of volume of accepted orders in a product flow environment diverge with co-production. Although these order acceptance policies have been widely studied in a traditional manufacturing context, the choice of one policy over another is far from being trivial in such a context of divergence flow. We show that in this type of context, the choice of an order acceptance policy rather than another depends strongly on the market and impacts the performance of the company, in terms of accepted orders and average annual inventory. This specific objective leads to the first publication. In a third specific objective, we evaluated coordination mechanisms used at the operational level between the different activities of the timber processing process, which is a decentralized process. The previous simulation platform has been adapted and previously published coordination mechanisms such as "Two-phase planning" or "bottleneck-first planning" are evaluated using a rolling horizon in an environment where orders are generated dynamically. We show that coordination mechanisms already published and tested in a static environment perform poorly in a dynamic environment. We therefore propose another "hybrid push / pull" coordination mechanism exploiting the decoupling point concept. This mechanism is better than the previous ones by allowing a greater number of sales, as well as a reduction in average inventory. This specific objective leads to a second publication. Finally, in a fourth specific objective, we are interested in production planning at the tactical and operational levels. We use the simulation model to compare and evaluate different information transmitted from the tactical level to the operational level by simulating the production system, the planning process and the market behavior. The tactical planning level is then taken into account to establish longer-term production planning. We show that the choice of the type of information to be transmitted from the tactical level to the operational level varies according to several factors, such as: the order acceptance policy (ATP, CTP) used by the company, the extent of seasonality selling prices, or whether or not being in an overcapacity market. This specific objective leads to third publicatio

Production planning mechanisms in demand-driven wood remanufacturing industry

L'objectif principal de cette thèse est d'étudier le problème de planification de la production dans le contexte d'une demande incertaine, d’un niveau de service variable et d’approvisionnements incontrôlables dans une usine de seconde transformation du bois. Les activités de planification et de contrôle de production sont des tâches intrinsèquement complexes et difficiles pour les entreprises de seconde transformation du bois. La complexité vient de certaines caractéristiques intrinsèques de cette industrie, comme la co-production, les procédés alternatifs divergents, les systèmes de production sur commande (make-to-order), des temps de setup variables et une offre incontrôlable. La première partie de cette thèse propose une plate-forme d'optimisation/simulation permettant de prendre des décisions concernant le choix d'une politique de planification de la production, pour traiter rapidement les demandes incertaines, tout en tenant compte des caractéristiques complexes de l'industrie de la seconde transformation du bois. À cet effet, une stratégie de re-planification périodique basée sur un horizon roulant est utilisée et validée par un modèle de simulation utilisant des données réelles provenant d'un partenaire industriel. Dans la deuxième partie de cette thèse, une méthode de gestion des stocks de sécurité dynamique est proposée afin de mieux gérer le niveau de service, qui est contraint par une capacité de production limitée et à la complexité de la gestion des temps de mise en course. Nous avons ainsi développé une approche de re-planification périodique à deux phases, dans laquelle des capacités non-utilisées (dans la première phase) sont attribuées (dans la seconde phase) afin de produire certains produits jugés importants, augmentant ainsi la capacité du système à atteindre le niveau de stock de sécurité. Enfin, dans la troisième partie de la thèse, nous étudions l’impact d’un approvisionnement incontrôlable sur la planification de la production. Différents scénarios d'approvisionnement servent à identifier les seuils critiques dans les variations de l’offre. Le cadre proposé permet aux gestionnaires de comprendre l'impact de politiques d'approvisionnement proposées pour faire face aux incertitudes. Les résultats obtenus à travers les études de cas considérés montrent que les nouvelles approches proposées dans cette thèse constituent des outils pratiques et efficaces pour la planification de production du bois.The main objective of this thesis is to investigate the production planning problem in the context of uncertain demand, variable service level, and uncontrollable supply in a wood remanufacturing mill. Production planning and control activities are complex and represent difficult tasks for wood remanufacturers. The complexity comes from inherent characteristics of the industry such as divergent co-production, alternative processes, make-to-order, short customer lead times, variable setup time, and uncontrollable supply. The first part of this thesis proposes an optimization/simulation platform to make decisions about the selection of a production planning policy to deal swiftly with uncertain demands, under the complex characteristics of the wood remanufacturing industry. For this purpose, a periodic re-planning strategy based on a rolling horizon was used and validated through a simulation model using real data from an industrial partner. The computational results highlighted the significance of using the re-planning model as a practical tool for production planning under unstable demands. In the second part, a dynamic safety stock method was proposed to better manage service level, which was threatened by issues related to limited production capacity and the complexity of setup time. We developed a two-phase periodic re-planning approach whereby idle capacities were allocated to produce more important products thus increasing the realization of safety stock level. Numerical results indicated that the solution of the two-phase method was superior to the initial method in terms of backorder level as well as inventory level. Finally, we studied the impact of uncontrollable supply on demand-driven wood remanufacturing production planning through an optimization and simulation framework. Different supply scenarios were used to identify the safety threshold of supply changes. The proposed framework provided managers with a novel advanced planning approach that allowed understanding the impact of supply policies to deal with uncertainties. In general, the wood products industry offers a rich environment for dealing with uncertainties for which the literature fails to provide efficient solutions. Regarding the results that were obtained through the case studies, we believe that approaches proposed in this thesis can be considered as novel and practical tools for wood remanufacturing production planning

Algoritmo heurístico basado en listas tabú para la planificación de la producción en sistemas multinivel con listas de materiales alternativas y entornos de coproducción

Maestría en IngenieríaEn esta investigación se presenta el desarrollo un algoritmo heurístico basado en los principios de búsqueda tabú para la solución del problema de lotificación multinivel con restricciones de capacidad, listas de materiales alternativas y entornos de coproducción, basado en la estructura del modelo de Planificación de Materiales y Operaciones Genéricas GMOP propuesto en el año 2013. El algoritmo propuesto utiliza el mecanismo de memoria a corto plazo (Lista Tabú) para la selección de Strokes alternativos para la fabricación de cada producto. La validación del algoritmo se realizó analizando la calidad y los tiempos de obtención de las soluciones. El algoritmo demostró potencial al alcanzar porcentajes de diferencia entre el 10% y 17% con respecto a las soluciones óptimas en los problemas de mayor tamaño y un equilibrio entre calidad y tiempos de solución problemas relativamente pequeños.This research shows the development process of a heuristic algorithm based on the principles of taboo search for the solution of the capacitated multilevel lot sizing problem with alternate bill of materials and co-production environments, based on the structure of the Generic Materials and Operations Planning model (GMOP). The proposed algorithm uses the short-term memory mechanism (Taboo List) for the selection of alternate strokes to produce each product. The validation of the algorithm was carried out analyzing the quality and the solution times. The algorithm demonstrated potential by reaching difference percentages around 10% and 17% compared with optimal solutions in large problems and a balance between quality and solution times when is used in relatively small problems

The Value of Supply Chain Visibility when Yield is Random

This dissertation focuses on supply chains with uncertainty due to random yields. A common assumption in such systems is that the yields are observable only after all transportation or production steps are completed. The actual yield realization however happens earlier during the process. Technological advances and stronger supply chain collaboration make it possible to observe yield realization in real time and therefore close the time gap between the event and the observation. Within this thesis optimal and heuristic policies are developed that make use of this new type of information in various supply chain settings. These policies are used to identify conditions under which real time yield information is particularly beneficial