پژوهش های نوین در تصمیم گیری

بهینه‌سازی تصمیمات سه‌حالته (نگه‌داشت، جایگزینی، بازگشت) برای کالاهای فصلی با کیفیت نامطمئن: چارچوب شبیه‌سازی-بهینه‌سازی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

الهام محمودی نژاد 1
میثم شهبازی 2
سید حسین رضوی حاج آقا 3

1 دانشجوی دکتری، گروه مدیریت صنعتی،دانشکده مدیریت و حسابداری،دانشکدگان فارابی، دانشگاه تهران،قم،ایران.

2 دانشیار، گروه مدیریت صنعتی، دانشکده مدیریت و حسابداری، دانشکدگان فارابی، دانشگاه تهران، قم، ایران.

3 استادیار، گروه مدیریت، دانشکده مدیریت و علوم مالی، دانشگاه خاتم، تهران، ایران.

چکیده
مدیریت موجودی کالاهای فصلی باکیفیت نامطمئن معمولاً با چالش عدم قطعیت هم‌زمان تقاضا و کیفیت روبه‌رو است، درحالی‌که اغلب رویکردهای موجود پس از بازرسی به‌قاعده‌ی دودویی و غیر منعطف «پذیرش/بازگشت کامل» متکی‌اند. این پژوهش یک مدل روزنامه‌فروش سه‌حالته‌ی آستانه‌ای (نگه‌داشتن، جایگزینی سقف دار، بازگشت) برای کالای فصلیِ فسادپذیر ارائه می‌کند که در آن خطای بازرسی، مرجوعی مشتری، محدودیت لجستیکی جایگزینی و تقاضای دوکاناله‌ی حساس به تخفیف به‌صورت یکپارچه لحاظ شده و قید مشارکت تأمین‌کننده نیز در طراحی سیاست بهینه اعمال می‌شود. به دلیل غیرخطی بودن و حضور عملگرهای min/max، تابع سود انتظاری به‌صورت بسته قابل‌حل نیست؛ بنابراین از رویکرد ترکیبی شبیه‌سازی–بهینه‌سازی استفاده می‌شود که در آن سود انتظاری با شبیه‌سازی مونت‌کارلو برآورد و سیاست بهینه‌ با کمک بهینه‌سازی بیزی و مقایسه با الگوریتم‌های فرا ابتکاری به دست می‌آید. نتایج مثال عددی نشان می‌دهد نسبت به سیاست پذیرش/بازگشت، به‌کارگیری مکانیسم جایگزینی در چارچوب سه‌حالته سود مورد انتظار خرده‌فروش را حدود ۱۴٫۳٪ و سود تأمین‌کننده را حدود ۶٫۲٪ افزایش می‌دهد و هم‌زمان کمبود و ضایعات را به‌طور معناداری کاهش می‌دهد. تحلیل سناریوهای بحرانی (شوک‌های هزینه‌ای و اختلالات لجستیکی) نشان می‌دهد عملکرد مدل نسبت به تغییر پارامترهای مدل پایدار است و جایگزینیِ مدیریت‌شده به‌عنوان ابزار مؤثر پوشش ریسک عمل می‌کند. همچنین تحلیل حساسیت نشان می‌دهد علاوه بر قیمت خریدوفروش، متغیرهای عملیاتی مانند کارایی جایگزینی و دقت بازرسی نقش مستقیمی در کنترل کمبود و ضایعات دارند و گذار از قراردادهای سنتی بازگشت کامل به قراردادهای حاوی مکانیسم جایگزینی سقف دار می‌تواند سودآوری و عملکرد عملیاتی زنجیره تأمین کالاهای فصلی فسادپذیر را بهبود دهد.

کلیدواژه‌ها

کالای فصلی با چرخه عمر کوتاه
کالا معیوب
کالا فسادپذیر
مونت کارلو
بهینه سازی بیزی

عنوان مقاله English

Optimization of Three-State Decisions (Hold, Replacement, Return) for Seasonal Goods with Uncertain Quality: A Simulation-Optimization Framework

نویسندگان English

Elham Mahmudi nejad 1
meisam shahbazi 2
Seyed Hossein Razavi Haj Agha 3
1 Faculty of Management and Accounting, Farabi Campus, University of Tehran, Qom, Iran.
2 Department of Industrial Management, Faculty of Management and Accounting, Farabi Campus, University of Tehran, Qom, Iran.
3 Department of Management, Faculty of Management and Financial Sciences, Khatam University, Tehran, Iran
چکیده English

Inventory management of seasonal products with uncertain quality involves challenging decisions under simultaneous demand and quality uncertainty, while most existing approaches, after inspection, still rely on a rigid binary “accept-or-return” rule. This study develops a three-state threshold newsvendor model for a seasonal perishable product, in which inspection errors, customer returns, logistical limits on replacement, and two-channel discount-sensitive demand are incorporated in an integrated way, and the supplier’s participation constraint is explicitly enforced in designing the optimal policy. Owing to nonlinearity and the presence of min/max operators, the expected profit function is not analytically tractable; therefore, a combined simulation–optimization framework is adopted, where expected profit is estimated via Monte Carlo simulation and the optimal policy is obtained using Bayesian optimization and benchmarked against standard metaheuristics. Numerical results show that, relative to the accept/return policy, activating the replacement mechanism within the three-state framework increases the retailer’s expected profit by about 14.3% and the supplier’s profit by about 6.2%, while simultaneously reducing shortages and waste significantly. Scenario analysis under critical conditions indicates that model performance is robust to parameter changes and that managed replacement acts as an effective risk-hedging instrument. Sensitivity analysis further reveals that, in addition to purchase and selling prices, operational variables such as replacement effectiveness and inspection accuracy have a direct impact on shortages and waste. These findings suggest that moving from traditional full-return contracts toward “smart” contracts embedding a capped replacement mechanism can substantially improve both profitability and operational performance in seasonal perishable supply chains.

کلیدواژه‌ها English

seasonal short-life products
defective items
perishable goods
Monte Carlo simulation
Bayesian optimization
[1]    Zhou H, Chen K, Wang S. Two-period pricing and inventory decisions of perishable products with partial lost sales. Eur J Oper Res. 2023;310(2):611–26. Https://doi.org/ 10.1016/j.ejor.2023.03.010
[2]    Moussawi-Haidar, L., Salameh, M., & Nasr, W. (2014). Effect of deterioration on the instantaneous replenishment model with imperfect quality items. Applied Mathematical Modelling, 38(24), 5956-5966. Https://doi.org/10.1016/j.apm.2014.05.003 
[3]    Gautam P, Maheshwari S, Kausar A, Jaggi CK. Inventory models for imperfect quality items: a two-decade review. Adv Interdiscip Res Eng Bus Manag. 2021;185–215. Https://doi.org/10.1007/978-981-16-0037-1_16
[4]    Khan, M., Ahmad, A. R., & Hussain, M. (2019). Integrated decision models for a vendor–buyer supply chain with inspection errors and purchase and repair options. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 104(9), 3221-3228 Https://doi.org/10.1007/s00170-017-1137-9
[5]    Hsu JT, Hsu LF. An EOQ model with imperfect quality items, inspection errors, shortage backordering, and sales returns. Int J Prod Econ. 2013;143(1) Https://doi.org/10.1016/j.ijpe.2012.12.025
[6]    Khan M, Jaber MY, Guiffrida AL, Zolfaghari S. A review of the extensions of a modified EOQ model for imperfect quality items. Int J Prod Econ. 2011;132(1):1–12. Https://doi.org/10.1016/j.ijpe.2011.03.009
[7]    Jaggi CK, Mittal M. Economic order quantity model for deteriorating items with imperfect quality. Investig Operacional. 2011;32(2):107–13. Https://doi.org/10.5267/j.ijiec.2010.07.003
[8]    Sekar T, Uthayakumar R, Mythuradevi P. Three levels of sustainable production inventory model for defective and deteriorating items with rework under marketplace selling price. International Journal of Applied Operational Research.. 2023;11(2):1–20 Https://doi.org/10.71885/ijorlu-2023-1-617
[9]    Liao JJ, Huang KN, Chung KJ, Lin SD, Chuang ST, Srivastava HM. Optimal ordering policy in an economic order quantity (EOQ) model for non-instantaneous deteriorating items with defective quality and permissible delay in payments. Rev la Real Acad Ciencias Exactas, Físicas y Nat Ser A Matemáticas. 2020;114:1–26. Https://doi.org/10.1007/s13398-019-00777-3
[10]    Bhavani, G. D., Georgise, F. B., Mahapatra, G. S., & Maneckshaw, B. (2022). Neutrosophic cost pattern of inventory system with novel demand incorporating deterioration and discount on defective items using particle swarm algorithm. Computational Intelligence and Neuroscience, 2022(1), 7683417. Https://doi.org/10.1155/2022/768341
[11]    Tiwari, S., Cárdenas-Barrón, L. E., Malik, A. I., & Jaggi, C. K. (2022). Retailer’s credit and inventory decisions for imperfect quality and deteriorating items under two-level trade credit. Computers & Operations Research, 138, 105617. Https://doi.org/10.1016/j.cor.2021.105617
[12]    Cárdenas-Barrón, L. E., Plaza-Makowsky, M. J. L., Sevilla-Roca, M. A., Núñez-Baumert, J. M., & Mandal, B. (2021). An inventory model for imperfect quality products with rework, distinct holding costs, and nonlinear demand dependent on price. Mathematics, 9(12), 1362. Https://doi.org/10.3390/math9121362
[13]    Lok YW, Supadi SS, Wong K Bin. EOQ models for imperfect items under time varying demand rate. Processes. 2022;10(6):1220. Https://doi.org/10.3390/pr10061220
[14]    Jafari Eskandari, M., Ebrahimi, R., & Molaei, E. (2017). A fuzzy multi-product production–inventory model with shortage, rework, and limited production rate, storage space and capital, solved by metaheuristic algorithms. Journal of modern research in decision making, 2(4), 81–104. (In Persian)
[15]    Barman, D., & Mahata, G. C. (2022). Two-echelon production inventory model with imperfect quality items with ordering cost reduction depending on controllable lead time. International Journal of System Assurance Engineering and Management, 13(5), 2656-2671. Https://doi.org/10.1007/s13198-022-01722-1
[16]    Alamri OA, Lamba NK, Jayaswal MK, Mittal M. A sustainable inventory model with advertisement effort for imperfect quality items under learning in fuzzy monsoon demand. Mathematics. 2024;12(15):2432. Https://doi.org/10.3390/math12152432
[17]    Pal, S., & Mahapatra, G. S. (2017). A manufacturing-oriented supply chain model for imperfect quality with inspection errors, stochastic demand under rework and shortages. Computers & Industrial Engineering, 106, 299-314. Https://doi.org/10.1016/j.cie.2017.02.003
[18]    Budania M, Mishra NK. Inventory Model for Defective and Deteriorating Items With Two Production Rates, Stochastic Demand, and Payment Delay Within A Finite Horizon. Malaysian J Math Sci. 2025;19(1). Https://doi.org 10.47836/mjms.19.1.08
[19]    Dhaiban, A. K. (2020). An optimal production policy of stochastic inventory system with and without lost sales. Int. J. Inform. Manag. Sci, 31, 353-374.Https://doi.org 10.6186/IJIMS.202012
[20]    Bhowmick J, Samanta GP. Optimal inventory policies for imperfect inventory with price dependent stochastic demand and partially backlogged shortages. YUJOR. 2012;22(2):199–223. Https://doi.org 10.2298/YJOR101011007B
[21]    Chen L, Sapra A. Joint inventory and pricing decisions for perishable products with two‐period lifetime. Nav Res Logist. 2013;60(5):343–66. Https://doi.org 10.1002/nav.21538
[22]    Chen, K., Xiao, T., Wang, S., & Lei, D. (2021). Inventory strategies for perishable products with two-period shelf-life and lost sales. International Journal of Production Research, 59(17), 5301-5320. Https://doi.org 10.1080/00207543.2020.1777480
[23]    Liao, C., & Lu, Q. (2022). Coordinating a Three‐Level Fresh Agricultural Product Supply Chain considering Option Contract under Spot Price Uncertainty. Discrete Dynamics in Nature and Society, 2022(1), 2991241. Https://doi.org 10.1155/2022/2991241
[24]    Song Z, He S. Contract coordination of new fresh produce three-layer supply chain. Ind Manag Data Syst. 2019; Https://doi.org 10.1108/IMDS-12-2017-0559
[25]    Amouzad Mahdiraji, H., Modarres Yazdi, M., Mohaghar, A., & Jafarnejad, A. (2014). Designing a cooperative model for three-echelon unlimited supply chains: A cooperative game theory approach. Management Research in Iran, 18(1), 171–191. (In Persian)
[26]    Ahmadi E, Masel DT, Hostetler S, Maihami R, Ghalehkhondabi I. A centralized stochastic inventory control model for perishable products considering age-dependent purchase price and lead time. Top. 2020;28(1):231–69. Https://doi.org 10.1007/s11750-019-00533-1
[27]    Efrilianda DA, Rahman MKA. A Periodic Review Inventory Control of Medicine at Hospital. J Adv Inf Syst Technol. 2024;6(1):19–27. Https://doi.org 10.15294/jaist.v6i1.5954
[28]    Islam MM, Khan AM, Khan MMR. Minimization of reworks in quality and productivity improvement in the apparel industry. Int J Eng. 2013;1(4):2305–8269. 
[29]    Azimi, P., & Sajjadi, S. K. (2014). Optimizing the number of bank branch equipments using simulation and simulated annealing. Management Research in Iran, 18(4), 65–86. (In Persian)
[30]    Mohammadi Balani, A., Dehghan Niri, M., & Taghizadeh Yazdi, M. R. (2023). Modeling the supply strategy of gas turbine spare parts using a simulation-based optimization approach. Journal of modern research in decision making, 8(2), 47–70(In Persian)    
پژوهش های نوین در تصمیم گیری
دوره 10، شماره 5
زمستان 1404
صفحه 92-126

صفحه اصلی

راهنمای نویسندگان

ارسال مقاله

داوران

تماس با ما