20 research outputs found
Supply Chain
Traditionally supply chain management has meant factories, assembly lines, warehouses, transportation vehicles, and time sheets. Modern supply chain management is a highly complex, multidimensional problem set with virtually endless number of variables for optimization. An Internet enabled supply chain may have just-in-time delivery, precise inventory visibility, and up-to-the-minute distribution-tracking capabilities. Technology advances have enabled supply chains to become strategic weapons that can help avoid disasters, lower costs, and make money. From internal enterprise processes to external business transactions with suppliers, transporters, channels and end-users marks the wide range of challenges researchers have to handle. The aim of this book is at revealing and illustrating this diversity in terms of scientific and theoretical fundamentals, prevailing concepts as well as current practical applications
Simultaneous process and molecular design/selection through property integration
The overall purpose of this work is to develop systematic methodology for the
simultaneous design and selection of processes and molecules (materials). A propertybased
approach is used to develop an interface between process and molecular
design/selection. In particular, we focus on the problem of designing/selecting materials
that are used in the context of a recycle/reuse system of process streams and for energy
applications. Fresh and recycled resources (e.g., process streams, biomass, solvents, etc.)
are integrated with the process to satisfy property-based constraints for the process units
and to optimize the usage of the resources and the design of the process. For molecular
design, property operators for mixing streams and group contribution methods (GCM)
are used to consistently represent process sources, sinks, and different functional groups
on the same property-base. For material selection, property based criteria (e.g., heat rate,
high heating value, etc.) are used to bridge the process with material. This consistent
representation enables the definition of the optimization problem formulation for product
design while taking into consideration the recycle/reuse of process streams. In particular,
this dissertation addresses four integrated topics. First, a new graphical approach for
material targeting and substitution is presented. This graphical approach offers initial
solutions and valuable insights that can be effectively used for conceptual design and for
initializing mathematical programming techniques. Second, a mathematical optimization
approach is developed along with a decomposition-based global solution procedure for
material targeting and substitution using property integration. Third, an implementation
approach is developed to synthesize the details of a recycle/reuse process network design based on the targets identified through the graphical and/or the mathematical approaches.
Finally, property integration techniques are extended to a broader scope which deals with
the lifecycle analysis of biomass utilization for energy generation. A generic model is
developed to optimize the types and quantities of the feedstocks used to optimize power
generation with biomass-fossil fuel co-fed system. Important issues of biomass growth,
harvesting, transportation, processing, and disposal are included. Property-based tracking
and constraints are included in the analysis. Also, the issues associated with greenhouse
gas (GHG) emissions are incorporated in the analysis. Case studies are solved throughout
the dissertation to demonstrate the applicability of the developed procedures
Joint optimization of location and inventory decisions for improving supply chain cost performance
This dissertation is focused on investigating the integration of inventory and facility
location decisions in different supply chain settings. Facility location and inventory
decisions are interdependent due to the economies of scale that are inherent in transportation
and replenishment costs. The facility location decisions have an impact
on the transportation and replenishment costs which, in turn, affect the optimal inventory
policy. On the other hand, the inventory policy dictates the frequency of
shipments to replenish inventory which, in turn, affects the number of deliveries, and,
hence, the transportation costs, between the facilities. Therefore, our main research
objectives are to:
• compare the optimal facility location, determined by minimizing total transportation
costs, to the one determined by the models that also consider the
timing and quantity of inventory replenishments and corresponding costs,
• investigate the effect of facility location decisions on optimal inventory decisions,
and
• measure the impact of integrated decision-making on overall supply chain cost performance.
Placing a special emphasis on the explicit modeling of transportation costs, we
develop several novel models in mixed integer linear and nonlinear optimization programming.
Based on how the underlying facility location problem is modeled, these
models fall into two main groups: 1) continuous facility location problems, and 2)
discrete facility location problems. For the stylistic models, the focus is on the development
of analytical solutions. For the more general models, the focus is on the
development of efficient algorithms. Our results demonstrate
• the impact of explicit transportation costs on integrated decisions,
• the impact of different transportation cost functions on integrated decisions in
the context of continuous facility location problems of interest,
• the value of integrated decision-making in different supply chain settings, and
• the performance of solution methods that jointly optimize facility location and
inventory decisions
Design for Flexibility in the Forest Biorefinery Supply Chain
Le climat d’affaires de industrie papetière nord américaine et européenne change présentement.
La baisse de la demande, la volatilité des prix, l’augmentation de la compétition pour l’accès aux
matières premières et le contrôle du marché, ainsi que des couts énergétiques passablement
élevés poussent les entreprises forestières à rechercher de nouveaux modèles d’affaires afin
d’être plus compétitives sur le long terme.
Une des alternatives pour ces entreprises est de se tourner vers le secteur Ă©mergent de la
bioéconomie et du bioraffinage. Possédant déjà un système d’utilité, un réseau
d’approvisionnement de matières premières, un réseau de distribution de produits ainsi qu’un
savoir-faire technique ouvrant la porte à de nombreuses possibilités d’intégration massique et
énergétique, l’industrie forestière possède plusieurs avantages compétitifs pouvant améliorer la
performance économique de l’implantation du bioraffinage.
Plusieurs stratégies différentes peuvent être adoptées pour implanter des activités de bioraffinage
au sein d’une entreprise. Par contre, en raison des risques technologiques et des risques de
marché associés aux nouveaux procédés et produits, et le manque en capital des entreprises
forestières, l’implantation du bioraffinage devrait être effectuée par phase. Des outils d’analyse
appropriés sont toutefois requis afin d’identifier les stratégies possibles et les phases
d’implantation.
Puisque la chaine logistique (SC) d’une entreprise est critique pour la compétitivité à long terme
des bioraffineries, un outil d’analyse de la SC peut donc jouer un rôle clé pour une
transformation d’entreprise réussie. Une analyse de la SC calcule le bénéfice pour l’ensemble de
la chaine logistique et prend en compte les différents contributeurs de couts qui sont typiquement
ignorés dans les analyses économiques, tel que les couts d’inventaire, de transition, etc. Elle peut
aussi être utilisée pour prendre en considération la volatilité du marché, et détermine comment la
flexibilité inhérente d’un système de production peut être exploitée pour atténuer les risques et
maximiser le profit. À cet effet, une analyse de la SC peut aussi être utilisée pour cibler le niveau
de flexibilité souhaité d’un système afin d’atténuer les risques de volatilité du marché. De plus,
cette analyse offre une meilleure compréhension des couts et de la rentabilité d’une stratégie
d’implantation donnée. Ainsi, une analyse de la SC peut être utilisée à deux fins différentes :
v
• Pour la prise de décision au niveau de conception, et plus précisément, pour cibler le
niveau de flexibilité d’un procédé de fabrication,
• Pour comparer différentes stratégies pouvant être poursuivies par une entreprise, en
évaluant leur performance selon différentes conditions de marché.
L’objectif de cette recherche est d’illustrer une telle méthodologie de conception, soit une
mĂ©thodologie qui cible un niveau de flexibilitĂ© manufacturière prĂ©fĂ©rable Ă avoir, qui aide Ă
concevoir le réseau de la SC, et qui permet d’évaluer différentes stratégies de bioraffinage pour
transformer une entreprise forestière. Cette méthodologie est démontrée en utilisant une étude de
cas qui inclut deux options de produits/procédé, dont des procédés thermochimiques et
biochimiques, et plusieurs stratégies d’implantation à implanter au fil du temps.
Le point d’ancrage de cette méthodologie est basé sur les principes de gestion de la chaine
logistique centrée sur les marges. Plutôt que d’appliquer une approche traditionnelle centrée sur
la production, où la gestion de la capacité des équipements et la minimisation des couts de
production prime, une approche centrée sur les marges vise plutôt à maximiser le profit. Pour ce
faire, tous les couts encourus au long de la SC doivent être considérés de façon intégrée. De
même, le potentiel de flexibilité au sein de la SC, particulièrement au niveau de la production,
doit être exploité pour maximiser le profit.
Une formulation mathématique d’optimisation est développée pour représenter une telle
mentalité. Selon cette dernière, une méthodologie de conception est proposée afin d’aider le
processus de prise de décision stratégique reliée au design de la chaine logistique du
bioraffinage. Cette méthodologie est alimentée par d’autres méthodologies qui identifient un
ensemble d’options de procédés/produits prometteurs. Elle comprend quatre étapes principales :
1. La définition des alternatives de procédés représentant différents potentiels de flexibilité,
2. La définition d’options de réseau de SC, en tenant compte des caractéristiques des
alternatives de procédés, de même que les politiques, les forces et les faiblesses de
l’entreprise étudiant ces alternatives procédés/produits,
3. Le ciblage d’un degré de flexibilité manufacturière et d’un réseau de SC associé,
4. L’analyse de stratégies d’implantation des alternatives procédés/produits retenues
vi
Un ensemble d’indicateurs de performance représentant la rentabilité de la SC, la robustesse et la
flexibilité des différentes options de bioraffinage est utilisé pour évaluer la performance de
stratégies de bioraffinage selon différents scénarios de marchés.
Les résultats montrent que lorsque la flexibilité d’un système est améliorée, le profit augmente.
Cependant, cela ne mène pas nécessairement à une amélioration de la rentabilité. Pour que la
rentabilité d’un système flexible augmente, les investissements supplémentaires déboursés pour
augmenter le degré de flexibilité doivent être compensés par une amélioration au niveau des
profits. Ainsi, pour certains cas, la rentabilité augmente avec la flexibilité du procédé, et dans
certains cas non. De plus, la robustesse d’une option est directement liée à sa flexibilité. Plus le
degré de flexibilité augmente, plus le système devient robuste envers la volatilité du marché.
De même, les résultats montrent l’importance de l’analyse de la SC lors de la prise de décision
reliée à la conception. Ils illustrent le fait qu’un changement dans le degré de flexibilité
manufacturière d’un procédé affecte directement les opportunités de l’entreprise. Ainsi, des
stratégies de marché et des degrés de flexibilité différents impliquent une configuration de réseau
de SC et une stratégie de gestion spécifiques. Il devrait donc y avoir une intégration entre la
conception de procédés et la conception du réseau de la SC.
Il est aussi montré que les produits chimiques à valeur ajoutée sont prometteurs pour le succès
futur du bioraffinage. Les options de procédés fabriquant ces derniers obtiennent une rentabilité
en termes de taux de retour interne considérablement plus élevée que les options fabriquant des
produits de commodités.----------
The pulp and paper industry business environment in North-America and Europe is changing.
Declining and volatile product price and demand, increased competition for feedstock and
market share, growing competition from global low-cost producers and considerably high energy
cost are driving companies to seek alternative business models to be competitive over the longer
term. One alternative is to enter the bio-energy and biorefinery sectors that have been emerging
in recent years. Having the required utility systems in place and the engineering know-how,
existing feedstock supply chain networks and product delivery systems as well as the potential
for mass and/or energy integration between existing processes and new processes imply
competitive advantages for the forestry companies to improve their economic performance via
implementing biorefinery.
Many different strategies can be pursued for implementing the biorefinery. Due to a lack of
capital for implementing such strategies, technological risks and product market immaturities,
the implementation should be executed in a phase-wise manner. Proper analysis tools are
required to identify feasible strategies and their implementation phases.
The design and management of supply chain (SC) is critical for the long-term competitive
advantage of companies who would like to implement the biorefinery. In this regard, SC analysis
can be used to evaluate the potential SC performance of different biorefinery strategies. It
calculates the profit across the entire SC and accounts for cost contributors that are typically
ignored in economic analyses, e.g. inventory cost, changeover cost, etc. It can also be used to
take into consideration market volatility, and determine how the flexibility of the manufacturing
system can be exploited to mitigate market risks in order to maximize profit. In this way, SC
analysis can be used to target the desired level of flexibility of a manufacturing system needed to
mitigate the impact of market price volatility. Moreover, these capabilities provide better insight
into the costs and profit incurred by an implemented strategy. Thus, an SC analysis can be used
for two different purposes:
• For making design decisions, and more specifically, for targeting the level of flexibility
of a system and designing the SC network configuration
• For comparing several strategies by evaluating their performance for different market
conditions
viii
The objective of this thesis is to develop a design methodology for targeting the required level of
flexibility, designing the SC network configuration, and evaluating different FBR strategies for
transforming a forest company. The methodology is demonstrated using a case study that
involves two product/process options, including thermochemical and biochemical processes,
with several implementation strategies, implemented over the years.
The pivot of this methodology is the margins-based thinking used as an operating policy. It is
discussed that, instead of applying the traditional manufacturing-centric approach in production
which focuses on capacity management and tries to minimize the costs, the margins-based policy
must be implemented, which has the following specifications:
• It maximizes the profit instead of minimizing costs
• It considers all costs incurred by SC activities in an integrated manner and doesn’t only
focus on production cost
• It exploits the potential for flexibility in the SC, especially in production, to maximize
profit
A SC optimization formulation is developed to represent such thinking. Using this formulation, a
design methodology is proposed for making strategic decisions related to biorefinery SC design.
This methodology is fed by separate methodologies which identify the most promising set of
product to produce and technologies to employ. Given that, the methodology involves four major
steps:
• Defining process alternatives representing different potentials for flexibility
• Defining SC network alternatives based on the defined process alternatives as well as the
policies, advantages and restrictions of the company
• Targeting the level of flexibility of processes and determining its associated SC network
• Analyzing different implementation strategies for the proposed product/processes with
their targeted level of flexibility and defined SC network
A set of performance metrics that represents SC profitability, robustness and flexibility is used to
evaluate the performance of biorefinery strategies for several market scenarios.
The results show that when the flexibility of a system is enhanced, its profit increases. But this
does not necessarily end in profitability improvement. For the profitability of a flexible system to
ix
improve, the extra capital cost paid for increasing the level of flexibility must be compensated by
the profit improvement. Thus, for some cases profitability increases with flexibility and for some
cases it does not. Moreover, robustness has a direct relationship with flexibility. As flexibility
increases, the system becomes more robust against market volatility.
The results reveal the importance of SC analysis in making design decisions. They illustrate that
changes in the level of flexibility will directly affect the company’s opportunities and strategies
in the market, and thus, each level of flexibility implies a specific SC network configuration and
management strategy. Therefore, there must be integration between process design and SC
network design.
It is also shown that added-value chemicals are promising for the long-term success of
biorefineries. Their profitability, in terms of internal rate of return (IRR), is considerably higher
than that of commodities