An optimization of a multi-period single-item capacitated lot-sizing problem with remanufacturing and outsourcing

An optimization of a multi-period single-item capacitated lot-sizing problem with remanufacturing and outsourcing. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF (Thesis Accepted Report (Omar Hamdy))
ISE-610 Thesis Report (Omar Hamdy) (g201375270).pdf - Accepted Version
Restricted to Repository staff only until 6 January 2023.

Download (1MB)

Arabic Abstract

نظرًا لخصائص سلاسل الإمداد المختلفة في الوقت الحاضر، فقد جذبت الخدمات اللوجستية العكسية الكثير من انتباه الباحثين مؤخرًا. وفي هذا السياق، تسعى العديد من الصناعات للحصول على نظام إنتاج مستدام وصديق للبيئة. لذلك، فإنه يتعين على هذه الصناعات التعامل مع المنتجات التي يتم إرجاعها من قبل العملاء والتي لها أنواع عدة. تقوم هذه الدراسة ببحث وتحسين نماذج البرمجة الخطية الصحيحة المختلطة لحل مشكلة تعيين الكميات المناسبة لمسألة محدودة متعددة الفترات أحادية المنتج باستخدام إعادة التصنيع وبعض الإمدادات الخارجية. يعد الاستعانة بمصادر إمداد خارجية أحد خيارات خفض التكلفة المستخدمة لتلبية جزء من طلبات العملاء عندما تواجه الشركة قدرة إنتاجية محدودة، ويتم إجراؤها عن طريق تعيين طرف خارجي لأداء بعض الخدمات المتعلقة بتصنيع المنتجات الجديدة. تم تطوير أربعة نماذج مختلفة من البرمجة الخطية الصحيحة المختلطة في هذه الدراسة مع مراعاة معايير وأبعاد مختلفة، كما تم إجراء مقارنة بين نتائجها المختلفة. تتفاقم هذه المشكلة من حيث محدودية الإنتاج ومحدودية التخزين. تم التغلب على الطاقة الإنتاجية المحدودة من خلال السماح ببعض أوقات العمل الإضافي وبعض الإمدادات الخارجية في بعض الفترات. علاوة على ذلك، يتم تلبية طلبات العملاء المحددة إما عن طريق إنتاج عناصر جديدة أو إعادة تصنيع المنتجات التي تم إرجاعها. هذه النطاقات المختلفة تم أخذها بعين الاعتبار في صيغة نماذج رياضية، وتم دمج كل تلك المعايير المختلفة في نموذج واحد. الهدف من هذه النمذجة هو الحصول على خطة مثالية في فترة زمنية محدودة. في هذه الدراسة، تم الأخذ بعين الاعتبار تكاليف تجهيزية منفصلة مع السماح بالعمل الإضافي إضافة إلى مراعاة الجانب البيئي مما يجعل هذه المسألة تتزايد صعوبتها بشكل فائق. وقد تم تطوير نهج اجتهادي مختصر وعلى أحدث طراز، وتم فحصه عن طريق اختبار أمثلة مختلفة متعددة الأحجام. كما تم تطوير منهجية بحث فعالة جديدة لهيكلة الحلول القريبة والتي تسمى طريقة البحث المتغيرة لإيجاد الحلول القريبة، وقد تم استخدامها لإيجاد الحلول القريبة على اعتبار المسافة الفاصلة بينهم وذلك لحل مسألة تعيين الكميات المناسبة هذه. تم استخدام برنامج تحسين رياضي قوي يسمى (جامز) وبداخله تم اختيار (سيبلكس) في حل نماذج التحسين هذه. وقد تمت مقارنة النتائج التي تم الحصول عليها من الطريقة المختصرة المقترحة مع كل نتائج النماذج الرياضية الأصلية تلك. وقد تفوقت الطريقة الاجتهادية المختصرة المقترحة على كل تلك النماذج الرياضية الأصلية من حيث قربها من الحل الأمثل ووصولها إليه في فترة زمنية أقل بكثير.

English Abstract

Due to the characteristics of the different supply chains nowadays, reverse logistics has attracted a lot of researchers’ attention lately. In this context, many industries seek for acquiring a sustainable production system that is environmentally friendly. Therefore, these industries have to deal with the customer returned items which have several types. This study investigates and optimizes Mixed Integer Linear Programming (MILP) models for a single-item multi-period capacitated lot-sizing problem with remanufacturing and outsourcing. The outsourcing is one of the cost reduction options used to satisfy a part of the customer demands when the company encounters a limited capacity, and it is performed by hiring an outside party to perform some of the services related to the manufacturing of new products. Four different MILP models were developed in this study considering different criteria and extensions, and a comparison between their outputs was also accomplished. This problem is capacitated in terms of production and in terms of storage. The production capacity was overcome by allowing for some overtime and outsourcing in some periods. Moreover, the customer deterministic demands are satisfied by either producing new items or remanufacturing returned items. These different scopes were considered in the models’ formulations, and the combination of all those criteria was merged in one single model. The objective is to obtain an optimal plan on a limited period of time. In this study, separate set-up costs with overtime were considered along with the environmental aspect, which make this problem strongly NP-hard problem. A state-of-art metaheuristic approach was developed, and different multi-sizes of instances were examined. An efficient search methodology of neighborhood structures was implemented which is called Variable Neighborhood Search (VNS) and it was used to build up distance-based neighborhood structures for this lot sizing problem. A powerful mathematical and optimization software program called GAMS with built-in CPLEX solver were used to solve these optimization models. The results obtained from the metaheuristic approach were compared with each original analytical model formulations. The proposed metaheuristic method outperformed all those original mathematical models in terms of solutions gaps and in terms of computational time deductions.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Computer
Systems
Engineering
Research
Math
Department: College of Computing and Mathematics > lndustrial and Systems Engineering
Committee Advisor: Abdel-Aal, Mohammad
Committee Members: Al hanbali, Ahmad and Attia, Ahmed
Depositing User: OMAR EL DALGAMOUNY (g201375270)
Date Deposited: 09 Jan 2022 04:57
Last Modified: 09 Jan 2022 04:57
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142022