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优化新鲜食品物流加工：在智利大型苹果供应链中的应用
文章信息
文章历史：
2016年7月21日收到
修订版 2017年2月17日
接收日期：2017年2月19日
关键词：
农产品购买 新鲜农产品存储 混合整数线性规划 战术规划 农业供应链
摘要
本文提出了一种适合我国新鲜农产品采购、运输和储存三类相关决策的优化模型。该研究旨在协助新鲜苹果加工厂的决策，以确保其年度供应。首先，提出了一种新鲜农产品采购模式，以最大限度地降低采购成本、生产商管理成本和运输至分类中心的成本，同时考虑到每个生产商提供的新鲜农产品、储存容量和水果的储存类型。这些参数将有助于选择为购买提供最佳价格存储时间-距离组合的生产商。其次，提出了一种新鲜农产品存储模型，以最大限度地降低每种新鲜产品的存储成本，并将其运输到分类中心（位于实际加工厂）。最后，提出了第三个集成模型，对新鲜农产品的采购、运输和储存提出了联合解决方案。该模型应用于智利毛勒地区苹果脱水工厂的实际案例研究中，相对于在加工期间购买、储存和运输新鲜农产品的实际成本，平均节省了8%左右。
1.引言
2010年，智利园艺产品出口额增至7亿美元，其中脱水产品占36％（Chilealimentos, 2010)。智利脱水产品出口在过去三十年中迅速增长，从80年代初的约2000万美元和1.3万吨增加到2010年的2.51亿美元和12.2万吨，其中7％相当于脱水苹果的总数（Chilealimentos, 2010)。智利是世界上脱水苹果出口量最大的国家（2016年），占世界出口总量的33.3％（Redagriacute;cola, 2016)。
该国最大的农业工业加工厂中有八家位于该国区域中央的OHiggins和Maule地区。过去五年中，这些公司对新鲜苹果的年需求约占产量的35％（INE, 2010）2005年至2010年期间保持不变，约为100万吨（Oliva， 2011)。使得购买新鲜苹果的竞争非常激烈，需要做出快速决策以及计划存储以供全年后续处理。
选择购买新鲜苹果的供应商是农业工业供应链中的一个重要阶段，因为它代表了生产过程的主要成本（Oliva，2011年)。因此，在获得脱水苹果的直接成本中，新鲜苹果（加工的原料）占85％，材料占5％，能源占5％，劳动力占剩余的5％。新鲜苹果的相关成本包括购买（70％），存储（25％）和运输（5％）。
在水果脱水行业中，购买和后续储存优质新鲜产品对供应链至关重要，因为这两项活动都与获得良好的最终产品和经济回报有关（Oliva，2011年)。
图1概述了农业供应链不同阶段到生产阶段所涉及的主要决策。
如图1所示，农业供应链中的相关决策包括收获规划、运输、供应商选择、冷藏选择和生产，以及这些决策的组合。
为了支持文献中关于收获阶段的决策，有可能找到不同的优化模型来改进收获的协调、规划和管理，其中可以提到Ferrer等人（2007年）、Arnaout和Maatouk（2010年）、Morande和Maturana（2010年）、Bohle等人（2010年），van der Merwe等人（2011）和Ampatzidis等人（2013）。提出了葡萄采收的优化模型。此外，其他为园艺产品开发优化模型的作者是cittadini等人（2008）提出了樱桃收获规划模型；Caixeta Filho（2006）和Munhoz和Morabito（2013）提出了橙子收获规划模型；Ahumada和Villalobos（2011）提出了番茄收获战术模型；Higgins和Laredo（2006）提出了甘蔗收获模型；Gonz_lez Araya等人（2015）为苹果收获计划开发了一个优化模型。在这些研究人员中，Ferrer等人的工作（2007）和除了优化收割成本外，还寻求减少因收割时未达到要求品质而造成的水果损失。
在农业中，供应商选择（农民）是收获季节之前和/或期间的主要问题之一。在计划购买新鲜农产品时，加工厂需要识别具有高质量原料的生产商。通过这种方式，才可能减少损失，将原材料储存更长时间并在加工过程中获得最佳生产率。关于这个问题，Narasimhan等人 （2004）和CHEN和LI（2005）提到,良好的长期供应策略可以为公司提供竞争优势，因为它可以确保质量和数量随着时间的推移。因此Zutshi和Creed（2009）指出，客户供应商关系的构建和管理是创造可持续竞争优势的主要支柱之一。然而Anojkumar等人（2014）认为这种供应商选择很复杂，需要相当长的时间来构建稳定的关系。
与供应商选择相关的文献主要集中在使用不同技术的选择方法上：其中包括数学规划和多准则分析（Hammervoll，2009年)。在供应商选择中，许多标准用于区分一组供应商中哪些是最合适的。使用的一些主要标准如下：质量、交货时间、价格、制造能力、服务、管理、技术、研发、灵活性、声誉、关系、风险、安全和环境（Guneri等，2009)。关于这个问题，Anojkumar等人 (2014) 表明，有必要确定简单且符合逻辑的选择标准，以便在尽可能短的时间内做出有效的决策。Guner等人（2009）和Terrazas等人（2009）对供应商选择方法的进行了回顾，重点是使用的分类标准。后来，Chai等人（2013）对2008年至2012年期间发表的123篇关于供应商选择技术的文章进行了回顾。在这篇综述中，作者发现大多数文章都提出了多准则模型（59％），其次是数学规划模型（26％），最后是人工智能技术（15％）。另一方面，Zimmer等人（2015）对供应商选择方法进行了文献综述，将社会和环境影响标准纳入评估。据我们所知，目前没有一个数学模型能够支持脱水加工行业的新鲜水果供应商的选择。
在冷藏决策方面，一系列关于冷链管理（CCM）的研究在过去几年中已经出现，它涉及使用冷藏规划、实施和控制易腐产品的高效和有效流动（Bogataj等人2005)。对于这类产品，有效的管理各个链条的温度条件，可以延长产品的数量和质量（Aung和 Chang，2014)。冷链主要应用于涉及农产品的食品工业。在这方面，Blackburn和 Scudder (2009) 提到,为易腐食品选择一个好的冷藏策略可以延长其保质期，并在贮藏期结束时的使用。Verdouw等人（2010年）指出了为了延长水果保质期。良好的储存处理，以及更多的水果控制条件的必要性。
一些用于支持冷链管理决策的运营研究模型可以在文献中找到。例如
图1 农业供应链中的决策图（基于Higging等 2010）
Broekmeulen (1998年) 提出了一种数学规划模型，用于在存储在不同类型的冷藏库中时最小化果实品质的损失。Wang等人（2011年）提出了一种混合线性数学规划模型，以优化具有不同类型包装和交付时间的超冷产品规划，以改善传统冷链下的产品分布。Rong等人（2011年）拟议了行动计划，以保持新鲜农产在生产和分配过程中的质量，提出了一种数学规划模型，该模型考虑了供应链质量的下降。Aung和Chang（2014）开发了一个仿真模型，以确定冷藏中易腐食品的最佳温度，以估算维持产品质量的储存时间。此外，还有一些研究人员致力于在冷藏室内保存冷冻水果的质量。在这个领域，可以找到Pittia等人（1999年）， McHugh和Senesi（2000）和Roth等（2007年）的文章。在这篇文献综述中，没有发现在考虑不同冷技术的情况下，支持在冷藏中分配新鲜农产品的决策的研究。
关于农业或园艺的运输决定，Eskigun等人（2005）提出了一种整数线性规划数学模型，该模型试图最小化满足加工厂各种需求点相关的运输成本，同时考虑到配送中心。Kawamura等人（2006年）提出了一种多周期线性规划模型，旨在最大限度地降低成品的运输和储存成本。Osvald和Stirn（2008）提出了一种具有时间窗口的易腐食品配送路径模型，该模型用于规划新鲜蔬菜的分布，其中易腐成分是一个关键因素。Gorman等人（ 2010 年）提出的模型是对Eskigun等人（2005年）提出的模型的简化，这是一种混合整数线性公式，可最大限度地降低配送中心的配送成本。在水果行业，Nadal Roig和 Pla (2015) 提出了一种线性规划模型，在不考虑购买新鲜水果的情况下，以最大限度地降低与各种储存中心和物流配送中心之间运输水果相关的成本。此外，这些作者揭示了不同决策者之间在生产，加工，储存和分配方面的协调和规划的复杂性。Soto-Silva等（2016b） 提出了一个数学模型，用于规划从不同冷室到加工厂的日常新鲜农产品运输，以满足工厂对新鲜农产品的需求。这些作者指出了根据制冷技术协调开闭室的重要性。Lamsalet等人 (2016) 提出了一种优化模型，用于从生产者处提取易腐产品并将其运送到加工厂，以优化运输的使用（卡车行程的次数）。该模型在具有两个主要特征的供应链中非常有用：存在多个独立供应商且生产者没有存储容量。该模型分别应用于甘蔗、甜菜和蔬菜生产者的三个案例。Bortolini等人（2016）提出了一种设计易腐食品配送网络优化模型，以最大限度地降低运营成本，碳足迹和交付期限。该模型应用于一家公司，该公司提供六种意大利供应商的水果品种，他们需要将产品分销给欧洲零售商。Nakandala等人（2016）提出了一种从生产者运往零售商的过程中保持易腐产品的质量的优化模型，它旨在最大限度地降低成本，并使产品质量保持在一个确定的标准之上。
Mula等人(2010)从支持交通决策的模型的概述中提出了供应链中运输优化的研究综述。这些作者强调，大多数审查模型最小化总成本，他们是整数线性规划模型。然而，他们确实声称，这些模型中没有一个包括用于加工的原材料供应商，他们得出结论，未来的研究应该同时整合战术和行动决策模型。在随后的运输模型回顾中，Diaz Madro_ero等人（2015）得出的结论是，整合生产、运输和路线规划战术决策的模型仍然缺乏。此外，他们还提到，应用于实际案例的运输模型更为有限。
Catala等人（2013）认为，近年来，支持供应链规划的优化模型的开发有所增加，但这一增长并未反映在农业产业区的研究中。这一观点在各种参考文献中得到了证实，其中提到了该领域缺乏研究的模型适用于一般供应链（Lucas和Chhajed，2004年）或农业产业（Lowe和Preckel，2004年；Weintraub和Romero，2006年；Ahumada和Villalobos，2009年；Audsley和Sandars，2009年；Sotosilva等人，2016a）。特别是，农业工业加工厂目前没有工具来选择新鲜水果供应商或将新鲜产品分配给最合适的仓库（Soto Silva等人，2016b）。目前，这些决策是根据决策者的经验做出的，通常会导致系统效率低下（Oliva，2011年）。为此，本研究提出了协助购买、运输和储存新鲜农产品的战术决策的优化模型，以使这些活动的成本降到最低。这些模型是用混合整数线性规划法建立的。
第一个模型旨在改善从中购买新鲜水果的选择生产者，寻求最小化采购，生产者管理和水果运输的成本。第二种模型将最小化从不同生产商购买的新鲜农产品的储存和运输成本，分配适当的冷室来保持水果新鲜，直至加工完成。第三个模型集成了前两个模型，使所有成本同时降到最低。这些模型是为了改善智利苹果供应链的物流而开发的。然而，这些模型可用于任何种类的水果和蔬菜供应链，在加工前必须考虑将它们在冷室中的储存，以使其生理特征不会随着时间的推移而迅速恶化。该模型用于实际案例研究，涉及位于智利Maule地区的脱水苹果加工厂的运作。
在第2节中介绍了针对智利脱水过程购买和储存新鲜农产品的活动。在第3节中建立了购买和储存新鲜农产品的数学模型，以及由此产生的两者的整合。在第4节中，案例研究的结果显示了从智利Maule地区的脱水公司获得的数据。最后，第5节重点介绍了智利公司的反馈，第6节中给出了研究结论，并为未来的研究提出了建议。
2 智利苹果供应链用于脱水过程
图2是一个供应链图，包括购买、运输和储存运往智利加工厂的新鲜苹果。这条链条与其他作为农业工业原料的水果和蔬菜产品类似。该图显示了所有相关的参与者，以及他们之间的流动，即使这条链的最后一部分处理的是将水果从仓库运送到加工厂，不作为本研究的目标。
图2：智利加工苹果供应链的总体结构
接下来，是供应链元素之间的相互作用（图2）简要描述。收获是由生产者进行的，通常是
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