Reverse Blending: an efficient answer to the challenge of obtaining required fertilizer variety

Mass customization, a major trend in modern economy, relies on components assembly in discrete production, while in continuous production, it consists in a sequence of batches of different products. This limits achievable diversity and multiplies transportation issues. This situation is addressed by the fertilizer industry which, to enable sustainableagriculture, must deliver fertilizers tailored to soil and crops characteristics. We are now proposing a new approach to handle this situation, with a solution called reverse blending, which involves delayed differentiation performed near end-users. This consists in defining the components for a very limited number of inputs whose blend exactly matches the characteristic of the required fertilizers. In this solution, the problem is modelled by a quadratic program used to define input optimal composition, respect fertilizer components constraints and cater to any type of demand. Reverse blending may have a major impact on supply chain organization. A short case study of this new approach is provided

A Reverse Blending approach for mass customization in the chemical industries : the case of OCP's supply chain

Depuis quelques décennies, la production de masse de produits personnalisés (mass customization) est une réalité dans l’industrie manufacturière (production industrielle discrète). Elle a été rendue possible par la conjonction d’efforts portant sur la standardisation, la commonalité, la conception modulaire et celle de plateformes permettant d’assembler facilement des modules venant d’ensembles exclusifs de modules alternatifs (par exemple, moteurs, boîtes de vitesse...). Dans l'industrie manufacturière, la différenciation retardée, qui permet de fournir au client le produit qu'il souhaite (production à la commande), dans un ensemble pouvant comporter des centaines de milliers de produits possibles, est réalisée au niveau des lignes d'assemblage. Cette solution n’est pas envisageable dans la production de process (processus de flux) qui transforme des flux de matières premières pour obtenir des lots de produits homogènes se présentant sous forme de poudres, de granules ou de liquides. Une très forte diversité pour ce type de produits ne peut être obtenue en usine car elle implique la fabrication successive de lots de produits différents. Dans ce contexte, la diversité offerte est limitée en raison de l’inertie temporelle que cette production séquentielle implique. De plus, la diversité croissante des flux à produire et à transporter empêche toute économie d'échelle. Cette situation est celle que rencontre OCP, leader mondial dans le secteur des engrais, dont la mission est aujourd'hui de promouvoir une agriculture durable en offrant à ses clients des formules d'engrais adaptées aux besoins de leurs sols et de leurs cultures ; tout écart par rapport à la formule recommandée pour un couple "sol-culture", se traduit par une perte de productivité et/ou un appauvrissement des sols. Nous proposons une approche innovante à ce problème, qualifiée de Reverse Blending, qui repose sur une logique de personnalisation de masse à travers une différenciation retardée réalisée à proximité du client final (l'agriculteur) et non sur les lieux de production. C’est une extension du problème de blending (problème de mélange) dans laquelle les inputs ne sont pas préexistants et doivent être définis, en nombre et en composition, simultanément à leur utilisation pour produire les engrais désirés. Les inputs font ici référence à des produits semi-finis communs dont les combinaisons possibles de mélanges et doivent satisfaire une grande variété de fertilisants personnalisés. Le modèle d'optimisation de ce nouveau problème repose sur un programme quadratique visant à minimiser le nombre des inputs pour une massification maximale des flux. Grâce à cette massification de flux, le Reverse blending pourrait être une méthode efficace pour fournir des engrais personnalisés qui répondent aux besoins d'une agriculture durable tout en réduisant les problèmes de production et de transport. Enfin, les gains de performance induits par le Reverse Blending ne jouent pas seulement sur la rentabilité de l'entreprise : ses conséquences sur une agriculture durable à coûts maîtrisés ont une dimension éthique qui relève de la responsabilité sociétale des entreprises (RSE) de ce secteur, en raison des enjeux de survie alimentaire de l'humanité dans les prochaines décennies.Mass customization has been a reality in the manufacturing industry (production of objects) for a few decades, the automobile being the most emblematic example. It has been made possible by a combination of efforts focused on standardization, commonality, modular design and platforms enabling the easy assembly of different alternative modules (e.g. engines, gearboxes...). In the manufacturing industry, delayed differenciation, which makes it possible for the customer to choose the product he or she wants (make-to-order production), from a set that can include hundreds of thousands of possible products, is carried out on the assembly lines. This solution is not conceivable in process production (flow processes), which transforms raw material flows into batches of homogeneous products presented in the form of powders, granules or liquids. A very high diversity for this type of products cannot be obtained within the factory because it implies the successive manufacturing of different product batches, which limits the diversity offered because of the temporal inertia involved by this sequential production. In this context, the growing diversity of flows to be produced and transported prevents any economy of scale. This is the same situation faced by OCP Group, a world leader in the fertilizer industry, whose mission today is to promote sustainable agriculture by offering its customers fertilizer formulas that are adapted to the needs of their soils and their crops; any deviation from the recommanded formula for a "soil crop" pair, resulting in a loss of productivity and or/ soil impoverishment. We propose an innovative approach to this problem, called Reverse Blending, based on a logic of mass customization through delayed differentiation carried out near the final customer (the farmer) and not at the production site. It is an extension of the blending problem in which the inputs are not pre-existing and must be defined, in number and composition, simultaneously with their use to produce the desired fertilizers. The inputs here refer to common semi-finished products whose possible combinations of mixtures must satisfy a wide variety of customized fertilizers. The optimization model of this new problem is based on a quadratic program aiming at minimizing the number of inputs for a maximum massification of the flows. Through this massification of flows, Reverse blending could be an effective method to provide customized fertilizers that meet the needs of sustainable agriculture while reducing production and transportaion problems. Finally, the performance gains induced by Reverse Blending do not only concern the company's financial situation: its consequences on a sustainable agriculture under controlled costs have an ethical dimension which is part of the corporate social responsibility (CSR) of this sector, given the stakes involved in the survival of mankind in the coming decades

Reverse Blending: an efficient answer to the challenge of obtaining required fertilizer variety

International audienceBlending problems aim to select a subset of inputs from a set of existing ones and to define the input quantities to be mixed in order to produce a particular output using a predefined set of outputs. The structure of these existing inputs, defined by the % of some components in their total weight, is known. The structure of an output varies according to the chosen mixture which is constrained by % ranges that must be respected for each component. Reverse blending is an extension of the blending problem in which the set of inputs does not preexist but must be defined to be able to produce any output. In this problem, never addressed to our knowledge, the number of inputs to be produced must be as small as possible and the composition of each input is to be defined. This problem arises in the context of a growing diversity of fertilizers to be managed both in production and in distribution logistics. A real-life application example of this new approach is provided

Reverse blending : une réponse efficace au défi de la personnalisation de masse dans la production de granulés

International audienceMass customization, a major trend in modern economy, relies, in discrete production, on the alternative components assembly while it consists, in the continuous one, in the production of a sequence of batches of different products, which limits feasible diversity, increases transportation issues and therefore prevents economies of scale. In the context of sustainable agriculture, fertilizer producers must significantly increase the variety of their produced fertilizers; any deviation from the recommended formula, for a certain crop on a given soil, results in a loss of productivity and/or soil depletion. The disruptive solution of the Reverse Blending (RB) that we are proposing for this problem, is based on a delayed differentiation performed nearby end-users. It is an extension of the blending problem where inputs does not pre-exist and are to be defined, in number and composition, simultaneously with their use in blending to satisfy exactly outputs requirement. Of course, the number of the inputs to be produced must be as small as possible. RB formulation lays on a parametric quadratic problem. A real case study of this approach is provided.Dans la production manufacturière, la personnalisation de masse s’effectue par une combinaison de composants alternatifs montés sur une ligne d’assemblage. Dans l’industrie de process, elle est plus difficile car elle implique la fabrication successive de lots de produits différents, ce qui limite la diversité offerte en raison de l’inertie temporelle que cette production séquentielle implique. Dans ce contexte, la diversité croissante des flux à produire et transporter empêche toute économie d’échelle. Dans le cadre d’une agriculture durable, les producteurs d’engrais doivent accroître considérablement la variété des engrais produits, tout écart par rapport à la formule recommandée pour un couple « sol - culture », se traduisant par une perte de productivité et/ou un appauvrissement des sols. La solution disruptive du Reverse Blending (RB) que nous apportons à ce problème, repose sur une différenciation retardée réalisée à proximité des lieux de distribution et non sur les lieux de production. C’est une extension du problème de blending dans laquelle les inputs ne sont pas préexistants et doivent être définis, en nombre et en composition, simultanément à leur utilisation pour produire les engrais désirés. Sa formulation repose sur un programme quadratique paramétrique. Une illustration numérique de ce modèle est proposée sur un jeu de données réel