نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 کارشناسی ارشد، گروه مهندسی صنایع، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی، مشهد
2 دانشیار گروه مهندسی صنایع، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی، مشهد
3 استادیار گروه مهندسی صنایع، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی، مشهد
چکیده
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
نویسندگان [English]
In this paper, a supply chain model including production and distribution of perishable crops is introduced. Echelons of the supply chain are farms, fridges and wholesales. Furthermore, the demand can be responded by imports. The planning horizon is finite. Due to the perishable nature of the crops the harvested crops can be held no longer than pre-determined periods. The purpose of this model is to determine optimal planning for production, holding and transportation of each item in each period in order to the total cost is minimized. This model is applied for the case of potato, onion and tomato. The numerical results show that a decrease in total cost and consequently in price of each product can be made via using this model. Saving in water sources is another result of this model. Sensitivity analysis is done to investigate the effects of the key parameters on price and amount of import.
کلیدواژه‌ها [English]
کشاورزی یکی از مهم‌ترین بخشهای تأثیرگذار در اقتصاد هر کشور است که نقش مهمی در استقلال سیاسی و اقتصادی آن ایفا میکند. وجود مواهب طبیعی فراوان و موقعیت خاص اقلیمی، ایران را به سرزمینی چهارفصل تبدیل کرده است که این موضوع بسترهای لازم برای محور قرار دادن این بخش در اقتصاد کشور را فراهم میکند. با وجود این، این بخش از اقتصاد کشور با وجود استعداد بالقوه، کارایی لازم را نداشته است. یکی از بزرگ‌ترین مشکلات بخش کشاورزی در کشور، عدم آگاهی کشاورزان نسبت به کاشت متعادل محصولات کشاورزی بر حسب تقاضاست؛ که برهم خوردن این تعادل از یک سو باعث وفور یک محصول و کاهش چشمگیر قیمت آن در یک سال و متضرر شدن کشاورزان شده، و از سوی دیگر، با کاهش سایر محصولات باعث افزایش قیمت و نارضایتی مردم میگردد. ضعف مدیریتی در زنجیره تأمین محصولات کشاورزی و ورود واسطه‌ها در این عرصه را میتوان مشکل اساسی این بخش از اقتصاد کشور دانست. این امر ضرورت مطالعه مدلهای زنجیره تأمین در بخش کشاورزی و به طور خاص تولید و توزیع محصولات زراعی را ایجاب میکند.
محصولات زراعی[1] به بخشی از محصولات کشاورزی اطلاق میشوند که مدت زمان کاشت تا گل‌دهی (پایان عمر محصول) در آنها کمتر از یک سال است. در واقع، چرخه زندگی آنها کمتر از یک سال طول می‌کشد؛ در حالی که محصولات باغی چرخه زندگی طولانی دارند و پس از گل‌دهی گیاه عمر آنها به پایان نمی‌رسد و میتوان در دورههای متوالی بدون کشت مجدد، محصول برداشت نمود. تعریف دیگری که لازم است به آن بپردازیم، کشت آبی[2] و دیم[3] است. کشت آبی به نوعی از تولید محصول کشاورزی گفته میشود که در آن کشاورزان آب مورد نیاز گیاه را به موقع تأمین میکنند؛ در حالی که در کشت دیم کشاورزان در طی مراحل کاشت، داشت و برداشت، امیدوار به تأمین آب مورد نیاز گیاه از نزولات جوّی هستند.
با توجه به اینکه در حال حاضر برنامهریزی جامعی برای تولید محصولات زراعی فسادپذیر وجود ندارد؛ این مقاله به ارائه و حل یک مدل برنامهریزی ریاضی چند دورهای میپردازد که علاوه بر تعیین مقدار بهینه میزان تولید محصولات کشاورزی در مزارع به مکانیابی سردخانههای نگهداری محصولات و تخصیص محصولات کشاورزی به آنها با توجه به دوره ماندگاری محصولات میپردازد. در این مدل نقاط تقاضا به صورت میادین بار (در نقاط شهری) مشخص است و نقاط عرضه به صورت مزارع بزرگ و کوچک هستند که میتوان آنها را به شکل نقاط متمرکز در هر ناحیه از منطقه مورد بررسی در نظر گرفت.
جنبه نوآوری این مقاله به استفاده از روشی جدید در پایش فسادپذیری محصولات و تلفیق مدلهای مکانیابی با مسأله برنامهریزی تولید در مورد محصولات زراعی و همچنین، استفاده از ضریب عملکرد[4] که در صرفهجویی مصرف زمین زراعی و آب مؤثر است، مربوط میشود. تعیین محل سردخانه مربوط به مکانیابی مسأله است که انتخاب صحیح مکانها باعث کم شدن ضایعات و هزینههای انتقال میشود. مدل ارائه شده به شکلی دقیق و نوین محدودیتهای مربوط به سطح کشت و محدودیت آب را در طول دورههای مختلف در نظر میگیرد که باعث نزدیک شدن مدل به واقعیت میشود. در واقع مدل ارائه شده در این مقاله با استفاده از یک تابع هدف کمینهسازی خطی سعی دارد هزینههای دولت را به عنوان متصدی مدل بر پایه محدودیتهای زمین کشاورزی، منابع آب، تقاضای هر محصول در دورههای زمانی مختلف و ظرفیت سردخانهها کاهش دهد.
در ادامه مقاله و در بخش دوم مروری بر ادبیات مدلهای زنجیره تأمین در حوزه محصولات کشاورزی ارائه میشود و شکاف تحقیقاتی که مقاله حاضر بدان میپردازد، بیان میگردد. بخش سوم به تعریف مسأله و ارائه مدل ریاضی تخصیص داده شده است. در بخش چهارم مدل ارائه شده برای سه محصول پیاز، سیب زمینی و گوجه فرنگی به عنوان یک مطالعه موردی پیاده‌سازی میشود. تحلیل نتایج حاصل از حل مدل و تحلیل حساسیت پارامترهای مسأله موضوع بخش پنجم است. در نهایت، در بخش ششم، نتیجه‌گیری و پیشنهادها برای تحقیقات آتی ارائه میشود.
زنجیره تأمین محصولات کشاورزی امروزه به خاطر داشتن ویژگیهای منحصر به فردی مثل اهمیت کیفیت غذا، اهمیت تأمین تقاضا، تغییرات آب و هوا و تغییرات قیمت نقش بسیار مهمی در مسائل زنجیره تأمین کسب نموده است. در دستهبندی این مباحث محصولات از نظر مدت ماندگاری به دو دسته فسادپذیر و فاسدنشدنی (مانند محصولات دانهای و خشکبار) و از نظر چرخه عمر به دو دسته زراعی و باغی تقسیم‌بندی میشوند. این مقاله در حیطه زنجیره تأمین محصولات زراعی فسادپذیر قرار میگیرد.
برای آشنایی با گستره مسائل زنجیره تأمین محصولات کشاورزی میتوان به سه مقاله مروری که گلن (1987)، لو و پرسکل (2004) و آهومادا و ویلاباس (2009) تهیه کرده‌اند، اشاره کرد. گلن (1987) به جمع‌آوری و دستهبندی مقالات مربوط به مسائل زنجیره تأمین محصولات زراعی و دامی و نحوه مدلسازی آنها میپردازد. لو و پرسکل (2004) کار گلن (1987)را در زمینه دستهبندی مقالات حوزه مسائل زنجیره تأمین محصولات کشاورزی تجاری تا سال 2004 تکمیل میکند. آنها در مقاله خود به حوزه‌های تحقیقات آتی و لزوم توجه به پارامترهای نامعین و اهمیت ماهیت عمر کوتاه محصولات با توجه به مدت تولید طولانی اشاره میکنند. آهومادا و ویلاباس (2009) به مرور و ارزیابی جامعی از کاربرد و نحوه مدلسازی زنجیره تأمین محصولات کشاورزی در مقالات مختلف می‌پردازند و تحقیقات انجام شده در این حوزه را از دیدگاه‌های مختلفی تقسیم‌بندی میکنند. از دیدگاه انبارش محصولات، آنها بین مقالاتی که تمرکزشان بر روی محصولات فسادپذیر است، با مقالاتی که عمده تمرکزشان بر روی محصولات فاسدنشدنی است، تمایز قایل میشوند. از دیدگاه سطح تصمیمگیری، مقالات را به سه دسته راهبردی، تاکتیکی و عملیاتی تقسیم‌بندی میکنند. از دیدگاه ماهیت پارامترها، مقالات را به دو دسته قطعی و احتمالی تقسیم میکنند. از نظر رویکرد مدلسازی، مقالات قطعی به دو دسته برنامهریزی خطی و برنامهریزی پویا و مقالات احتمالی به دو دسته برنامهریزی احتمالی و برنامهریزی پویای احتمالی تقسیم‌بندی میشوند.
در ادامه، تعدادی از تحقیقات انجام شده در حوزه زنجیره تأمین محصولات کشاورزی را با جزئیاتبیشتر مرور میکنیم. ون برلو (1993) عملیات زنجیره تأمین فرآوری سبزیجات شامل: مراحل کاشت، برداشت، فرآوری صنعتی و ارائه به بازار را در قالب یک مدل ریاضی با استفاده از برنامهریزی آرمانی ارائه مینماید. مدل آنها تصمیمهای کشاورز در راستای کاهش هزینههای زنجیره را شامل میشود و فاقد تصمیمهای مکانیابی است.
جولایمی (1996) در مقالهای با در نظر گرفتن یک دوره مشخص کاشت به دنبال یافتن مقدار و محل کاشت محصولات با هدف حداکثر کردن سود است. در مدلی که او ارائه میدهد، مدل از بین تعداد پرشماری محصول، پرسودترین محصول را به شرط پوشش تقاضا انتخاب میکند. انتقادات مهمی به مدل او وارد است؛ از جمله این که چون مدل او چند دورهای نیست، لذا توجهی به قابلیت کاشت در زمان کشت و مدت زمان کاشت تا برداشت متفاوتِ محصولاتِ مختلف نشده است؛ یا این که در آن مدل محدودیت منابع آب منظور نشده و توجهی به فسادپذیری محصولات نشده است. همچنین، در آن ضریبی به نام تأثیرپذیری کشت مختلط[5] تعریف شده که مقدار افزایش یا کاهش سود حاصل از کاشت مختلط هر تعداد محصول را نسبت به کاشت منفرد آنها تعیین میکند؛ حال آنکه در عمل تعیین این ضریب عملی نیست.
آلن و شوستر (2004) در مقالهای به برآورد میزان سرمایهگذاری و نرخ برداشت در جهت کاهش میزان ضایعات محصول ناشی از آب و هوا یا ماندن در انبار با استفاده از یک مدل غیر خطی در تاکستانها می‌پردازند. در واقع، مدل آنها تمرکز بر روی ظرفیتهای برداشت و نگهداری دارد و از ارزیابی ریسک مربوط به شرایط آب و هوا استفاده میکند.
رانتالا (2004) یک مدل زنجیره تأمین برای نهالهایی که در نهالستان تهیه و به سردخانه منتقل میشوند، ارائه میدهد. مشتریان میتوانند نهالها را مستقیماً از نهالستان و یا سردخانهها تهیه کنند. همچنین، این مدل محدودیتهای ظرفیت و فسادپذیری را نیز در نظر میگیرد. هدف این مدل کمینه کردن هزینههای تولید و انتقال محصولات در راستای پوشش تقاضای مشتریان است.
آپیا و هندریکس (2005) در مقاله خود که درباره طراحی شبکه زنجیره تأمین غذاهای پروتئینی بر پایه نخود است، به ارائه یک مدل زنجیره تأمین متشکل از تولیدکنندگان نخود، کارخانههای خشک کردن نخود، کارخانههای پوستکنی و فرآوری، توزیع کنندگان محصول و خرده فروشان میپردازد. تابع هدف به کمینهکردن هزینههای زنجیره با توجه به محدودیتهای تعادل در زنجیره، پوشش تقاضا و ظرفیت هر یک از کارخانجات میپردازد. این مدل نیز غیرپویا و با در نظر گرفتن نحوه‌های مختلف حملونقل در زنجیره است.
فرر و همکارانش (2008) مدلی برای تصمیمگیری در مورد مقدار برداشت محصول در هر دوره، نحوه حملونقل به محل فرآوری، برنامهریزی فرآوری محصولات در کارخانه و بستهبندی را در قالب یک مدل MIP[6] برای انگور قرمز ارائه میدهند. همچنین، این مدل هزینه برداشت محصول و هزینه کاهش کیفیت محصول را در تابع هدف در نظر میگیرد. مدلی که آنها ارائه میدهند، فقط به ارائه برنامهریزی پس از برداشت تا تأمین تقاضای مشتریان میپردازد.
مانزینی و گبنینی (2008) چندین مدل برنامهریزی خطی مکانیابی– تخصیص را با توجه به برنامهریزی تولید محصولات در کارخانه و نحوه تخصیص محصولات به توزیع کنندگان در قالب یک مدل پویا ارائه میدهند. آنها با اضافه کردن محدودیتهای تأخیر زمانی در مراحل مختلف توزیع سعی در طراحی مدلی منطبق بر واقعیت دارند؛ علاوه بر این با اضافه کردن محدودیتهایی، مدل برای شرایطی از جمله توزیع چند کالایی، توزیع سه مرحلهای، و وجود چند توزیعکننده مرکزی آماده میشود.
آهومادا و ویلاباس(a2011و2012) به برنامهریزی در مورد کشت دو محصول گوجهفرنگی و فلفل قرمز در ایالت سینالوا[7] (واقع در شمال شرق مکزیک) در مزارعی با موقعیت‌های مکانی متفاوت با تمرکز بر روی برنامهریزی استخدام نیروی انسانی موقت و دائم برای مراحل کاشت، داشت و برداشت و همچنین، محدودیت آب محصولات به دو صورت قطعی و تصادفی می‌پردازند.
آهومادا و ویلاباس (b2011) با مدیریت هزینههای کارگر و با در نظر گرفتن ارزش محصولات و شیوه حملونقل آنها در قالب یک مدل MIP در چند دوره محدود زمانی (چند هفته) سعی در یافتن یک تعادل بین کیفیت و قیمت محصولات دارند؛ مهم‌ترین ویژگی مسأله آنها درنظرگرفتن چند مزرعه در مکان‌هایی مشخص است؛ به ویژه که در این مدل کیفیت محصول در طول مراحل حمل و تأخیرات کاهش مییابد. هدف این مدل، بیشینه کردن دریافتیهای کشاورز با توجه به کیفیت محصولات است. در مدل آنها نوع و محدوده زمانی کشت مشخص است.
رونژ و همکارانش (2011) یک مدل بهینهسازی برای مدیریت کیفیت محصولات فسادپذیر را در طول مراحل مختلف زنجیره تأمین ارائه میدهند. در واقع، در این مدل توجه زیادی به حفظ کیفیت محصولات شده است. در این مدل کیفیت محصولات کشاورزی با توجه به دما و زمان نگهداری در هر مرحله و شرایط انتقال محصول کم میشود. تابع هدف این مقاله به دنبال کمینه کردن تمام هزینههای زنجیره با حفظ کیفیت قابل قبول محصول است.
تیموری و همکاران (2013) یک زنجیره تأمین محصولات کشاورزی شامل تولیدکنندگان، عمده فروشان و خرده فروشان را بررسی میکنند. آنها یک مدل شبیهسازی با رویکرد تحلیل سیستمها پیشنهاد میکنند تا رفتار زنجیره را بررسی کرده و اثر سه عامل عرضه، تقاضا و قیمت را بر همدیگر تعیین نمایند. هدف اصلی آنان از این مطالعه، تعیین بهترین سیاست واردات برای کاهش تغییرات قیمت در سناریوهای مختلف عرضه و تقاضاست.
سلطانی و اسدی (1379)در مقالهای با وارد کردن شکل بسیار سادهای از برنامهریزی خطی در مسأله الگوی کشت به بررسی دشت قزوین پرداخته‌اند. آنها با تقسیم کل دشت به پنج ناحیه همگن از نظر منابع آب و در نظر گرفتن 9 محصول و همچنین، دانستن حاشیه سود فروش محصولات به تعیین مقدار کشت محصولات پرداخته‌اند. آنها با توجه به نمونه‌گیری‌هایی که انجام دادند، متوجه شدند که از بین عوامل مؤثر بر درآمد کشاورزان بر اساس آزمون دانکن تنها اندازه مزرعه تأثیر معناداری داشته و با وارد کردن آن به صورت تک دورهای در مدل به جواب‌های بهینه در مدل دست یافته‌اند. آنها در مقاله خود توجهی به تقاضا در دورههای مختلف، ذخیره محصولات در سردخانهها و محل آنها و فسادپذیری محصولات نداشته‌اند. در این مقاله به دولت پیشنهاد شده است با تعیین قیمت آب برای هر محصول در هر ناحیه به اجرای سیاست الگوی کشت اقدام نماید.
اگر چه هدف از مدل ارائه شده در این مقاله توسعه یک مدل زنجیره تأمین برای محصولات زراعی فسادپذیر به منظور ایجاد تعادل بین تولید و تقاضا و در نتیجه تثبیت قیمت محصولات زراعی در کشور بوده است؛ اما با توجه به پیشینه تحقیق، شکافهای تحقیقاتی که مدل ارائه شده در این مقاله پوشش میدهد، به شرح زیر است:
1- توسعه زنجیره تأمین سه مرحلهای برای محصولات زراعی فسادپذیر؛
2- چند دورهای بودن زنجیره تأمین؛
3- قابلیت کشت مجدد بر روی زمین زراعی پس از برداشت محصولات؛
4- استفاده از ضریب عملکرد زراعی و نیاز آبی محصول در مدلسازی.
شبکه زنجیره تأمین ارائه شده در این مقاله شامل چهار جزء اصلی است: مزارع کاشت محصولات کشاورزی که میتوان در دورههای مختلف محصولات مختلفی را در زمین کشاورزی کاشت، سردخانههای نگهداری محصولات کشاورزی که این سردخانهها باید از میان تعدادی نقاط کاندید انتخاب شوند؛ میادین بار (نقاط تقاضا) که محل عرضه محصولات به مشتری نهایی است، که از قبل مکان و میزان تقاضای آنها در هر دوره مشخص است، نهایتاً آخرین جزء مدل واردکنندگان محصولات کشاورزیاند که در صورت نیاز محصولات کشاورزی را از خارج کشور وارد کرده، مستقیماً به میادین بار میرسانند. در واقع، فرض بر این است که واردات در هر دوره زمانی امکانپذیر بوده، به نگهداری محصولات وارداتی در سردخانهها نیازی نیست.
انواع جریان محصولات در شبکه زنجیره تأمین عبارتند از (شکل 1):
شکل(1): جریان محصولات در شبکه زنجیره تأمین
در این مدل قصد داریم ضمن دستیابی به یک برنامه ایدهآل تولید، هزینههای کل زنجیره را کاهش دهیم، لذا تابع هدف را با توجه به کمینه کردن هزینههای تولید، حملونقل، اجاره سردخانهها، نگهداری و واردات محصولات در نظر میگیریم. دولت به عنوان متصدی کلیه مراحل زنجیره درنظرگرفته میشود. البته تولید محصول به عهده کشاورزان است، اما فرض بر این است که دولت هزینه تولید و سود کشاورزان را در قالب خرید تضمینی در هنگام برداشت محصول به کشاورز میپردازد و این به عنوان هزینه تولید محصول برای دولت در نظر گرفته میشود.
مدل ارائه شده به منظور کم کردن هزینهها تعیین میکند که چه محصولی در چه زمان، به چه مقدار و در چه مزرعهای کاشته شود. همچنین، از محصول برداشت شده در هر دوره چه مقدار مستقیماً به میادین بار و چه مقدار به سردخانهها ارسال شود و چند دوره در سردخانه بماند. علاوه بر این، در هر دوره برای چه محصولی و به چه مقدار واردات انجام شود. از آنجا که هزینه واردات محصولات به طور معمول بالاتر از تولید محصول است؛ مدل سعی دارد واردات محصولات را کاهش دهد.
مدل ارائه شده در این مقاله درحالی که به برنامهریزی کشت و حملونقل محصولات میپردازد، سایر الزامات فنی زراعی را نیز در نظر میگیرد؛ که در این قسمت به آنها اشاره میکنیم:
مدل ارائه شده مبتنی بر مفروضات زیر است:
1- محصولات زراعی و کاشت آنها به صورت آبی است.
2- از هر محصول، هر مقدار که کاشت میشود پس از دوره فرآوری به همان مقدار نیز برداشت میشود.
3- پس از برداشت محصول و قبل از ارسال به میادین بار یا سردخانه، ضایعات از محصول برداشت شده کم میشود.
4- افق برنامهریزی شامل تعدادی دوره زمانی مشخص است.
5- محصولات پس از اتمام مدت ماندگاری کاملاً فاسد و غیر قابل استفاده میشوند.
6- در صورتی که در یک دوره عملیات کاشت یا برداشت وجود داشته باشد، این عملیات در ابتدای دوره انجام میگیرد؛ برای مثال، اگر مدت فرآوری محصولی چهار دوره است و این محصول در ابتدای دوره اول کاشته شود، در ابتدای دوره پنجم برداشت شده و در همان ابتدای دوره پنجم زمین زراعی قابل کشت مجدد خواهد بود.
7- زمان لازم برای حملونقل محصولات ناچیز فرض میشود.
8- هزینههای حملونقل محصولات وابسته به وزن آن است.
9- هزینه نگهداری محصولات وابسته به وزن و مدت زمان انبارش آن است.
اندیسها:
|
l :1,…,L |
اندیس میادین بار(نقاط تقاضا) |
|
i :1,…,I |
اندیس مزارع کشاورزی |
|
j :1,…,J |
اندیس نقاط کاندید سردخانه |
|
t :1,…,T |
اندیس دورههای زمانی (افق زمان T) |
|
m :1,…,M |
اندیس محصول |
|
n :1,…, nm |
اندیس تعداد دورههای ماندن کالا در سردخانه |
پارامترها:
|
CPmit: هزینه تولید(قیمت خرید تضمینی) به ازای هر واحد محصول m در مزرعه i در دوره t (10 ریال بر تن)؛ |
|
CVmit: هزینه ثابت اقدام برای کاشت (راهاندازی کاشت) محصول m در مزرعه i در دوره t (10ریال)؛ |
|
CHmjt: هزینه نگهداری هر واحد محصول m در سردخانهj در دوره t (10 ریال بر تن)؛ |
|
CAmij: هزینه انتقال هر واحد محصول m از مزرعه i به سردخانه j به ازای هر واحد مسافت (10ریال بر تن بر کیلومتر)؛ |
|
CBmjl: هزینه انتقال هر واحد محصول m از سردخانه j به میدان بار l به ازای هر واحد مسافت (10ریال بر تن بر کیلومتر)؛ |
|
CCmil: هزینه انتقال هر واحد محصول m از مزرعه i به میدان بار l به ازای هر واحد مسافت (10ریال بر تن بر کیلومتر)؛ |
|
dAij: فاصله مزرعه i تا سردخانه j (کیلومتر)؛ |
|
dBjl: فاصله سردخانه j تا میدان بارl (کیلومتر)؛ |
|
dCil: فاصله مزرعهi تا میدان بار l (کیلومتر)؛ |
|
Fj: هزینه اجاره سردخانه j (هزینه ثابت در افق زمانیT) (10 ریال)؛ |
|
Wmlt: هزینه واردات هر واحد محصول m به میدان بار l در زمان t (10 ریال بر تن)؛ |
|
Ki0: حداکثر زمین در دسترس در مزرعه i در ابتدای افق برنامهریزی(هکتار)؛ |
|
αmit: درصد ضایعات محصول برداشت شده از مزرعه i در دوره t از محصول m؛ |
|
Dmlt: تقاضای میدان بار l از محصول m در دوره t (تن)؛ |
|
Sj: ظرفیت سردخانه j (تن)؛ |
|
B: حداکثر بودجه در دسترس برای اجاره سردخانهها (10 ریال)؛ |
|
Lmit: حداقل مقدار قابل قبول کشت محصول m در مزرعه i در دوره t (تن)؛ |
|
lmit: اگرقابلیت کاشت محصول m در مزرعه i در دوره t وجود داشته باشد، مقدار این پارامتر 1 است؛ در غیر این صورت صفراست؛ |
|
gmi: ضریب تبدیل مقدار محصول m (تن) به سطح اشغالی در مزرعه i بر حسب هکتار (هکتار بر تن)(این پارامتر عکس ضریب عملکرد است)؛ |
|
nm: حداکثر مدت مجاز ماندگاری محصول m در سردخانهها(ماه)؛ |
|
qm: مدت زمان لازم برای به عمل آمدن (از کاشت تا برداشت) محصول m(ماه)؛ |
|
wm: مقدار آب لازم برای به عمل آمدن محصول m (مقدار نیاز آبی محصول m) در هکتار (متر مکعب بر هکتار)؛ |
|
TWi: مقدار کل منابع آب در دسترس برای کاشت محصولات مورد نظر در مزرعه i در کل افق برنامهریزی (متر مکعب)؛ |
|
MinPi: حداقل درآمد قابل قبول برای کشاورزان مزرعه i (10 ریال)؛ |
|
M: یک عدد مثبت بسیار بزرگ.
|
متغیرهای تصمیم به صورت زیر در نظر گرفته میشود:
|
Xmit: میزان کل تولید (برداشت) محصول m در مزرعه i در زمان t(تن)؛ |
|
: میزان کل کاشت محصول m در مزرعه i در زمان t(تن)؛ |
|
xamijt: مقداری از محصولm که از مزرعه i به سردخانه j در دوره t منتقل میشود(تن)؛ |
|
xcmilt: مقداری از محصول m که از مزرعه i به میدان بار l در دوره t منتقل میشود (تن)؛ |
|
xbdmjltn: مقداری از محصول m که در دورهt وارد سردخانه j شده و پس از n دوره ماندن در سردخانه، در دوره t+n از سردخانه به میدان بار l منتقل میشود(تن)؛ |
|
xbmjlt: مقداری از محصول mکه بدون تأخیر از سردخانه j به میدان بار l در دوره t منتقل میشود(تن)؛ |
|
ymlt: میزان واردات محصول m به میدان بار l در دوره t(تن)؛ |
|
Rj: اگر سردخانه j برای کل افق زمانیT اجاره شود برابر 1 در غیر این صورت صفر؛ |
|
Vmit: اگر برای کشت محصول m در مزرعه i در دوره t اقدام شود برابر 1 در غیر این صورت صفر؛ |
|
Imjt: مقدار موجودی محصول m در سردخانه j در انتهای دوره t (تن)؛ |
|
Kit: میزان زمین در دسترس از مزرعه i ام در ابتدای دوره t (هکتار).
|
|
|
3-5-1-تابع هدف
رابطه (1) شامل هزینههای متغیر و ثابت تولید محصول، رابطه (2) مربوط به هزینه انتقال از مزرعهها به سردخانهها، رابطه (3) مربوط به هزینه انتقال از سردخانهها به میادین بار، رابطه (4) مربوط به هزینه انتقال از مزرعهها به میادین بار، رابطه (5) مربوط به هزینه اجاره سردخانهها، رابطه (6) مربوط به هزینه نگهداری محصولات در سردخانهها و رابطه (7) مربوط به هزینه واردات محصولات است. از آنجا که در بخشهای بعدی هزینههای مختلف مدل با هم مقایسه میشوند؛ مقدار رابطه (1) را هزینههای تولید، مجموع مقادیر رابطه‌های (2) تا (6) را هزینههای لجستیک و مقدار رابطه (7) را هزینه واردات می‌نامیم.
3-5-2- محدودیت ها
رابطه (8) محدودیت مربوط به تعیین سطح قابل کشت در مزرعهi در دوره t است؛ که این مقدار برابر سطح قابل کشت در دوره قبل منهای سطح اشغال شده به واسطه کشت در دوره قبل، بعلاوه سطح آزاد شده از محصولات برداشت شده در ابتدای همان دوره است. رابطه(9) بیان میکند که مقدار محصول بهدست آمده در دوره t برابر مقدار محصول کاشته شده در دوره t-qm است. رابطه (10) محدودیت ظرفیت کاشت بوده و نشان میدهد میزان کاشت از محصولات مختلف در هر مزرعه در هر دوره باید کمتر از ظرفیت سطح قابل کشت باشد. رابطه (11) محدودیت مربوط به مقدار آب در دسترس در هر مزرعه است. رابطه (12) محدودیتی است که نشان میدهد محصول تولید شده پس از کسر درصد ضایعات به سردخانهها یا میادین بار تخصیص مییابد؛ در واقع تعادل محصول را در مزارع برقرار میکند. رابطه (13) مقدار موجودی هر سردخانه، در هر دوره و از هر محصول را تعیین میکند. این مقدار برابر با موجودی دوره قبل بعلاوه کل ورودی محصول در آن دوره منهای کل خروجی محصول در آن دوره است. رابطه (14) محدودیت مربوط به تعادل در سردخانههاست. این رابطه بیان کننده آن است که در هر دوره کل محصول وارد شده از تمامی مزارع به یک سردخانه برابر با مقداری است که بدون انبار شدن به میادین بار منتقل می‌گردند؛ به علاوه مقداری که برای نگهداری وارد سردخانه میشوند.
یکی از ویژگیهای متمایز این مقاله با تحقیقات مشابه که در مرور ادبیات به آنها اشاره شد، تعریف متغیر xbdmjltn است. برخلاف مدلهای قبلی که برای مدت ماندن در سردخانه و اعمال محدودیت فسادپذیری، متغیر و محدودیتهای جداگانهای تعریف میشود؛ این متغیر میزان ارسال به سردخانه و مدت ماندن در سردخانه را توأمان در نظر میگیرد. وجود این متغیر به کاهش تعداد متغیرها و محدودیتها منجر شده و در نتیجه زمان حل مسأله کاهش مییابد.
محدودیت (15) نیز نشان میدهد که تقاضای هر میدان بار از هر محصول در هر دوره باید از طریق واردات یا مستقیماً از مزارع یا از طریق سردخانهها چه پس از انبارش یا بدون انبارش تأمین شود. رابطه (16) بیان کننده حداقل درآمد کشاورزان است. محدودیت (17) نیز بیان میکند میزان ذخیره کلیه محصولات در سردخانه j در هر دوره باید کمتر از مقدار ظرفیت آن سردخانه باشد؛ البته، در صورتی که متغیر Rj مقدار یک گرفته و آن سردخانه برای کل افق زمانی اجاره شده باشد. محدودیت (18) بیان میکند که هزینه اجاره سردخانههای انتخابی نباید از حداکثر بودجه در دسترس بیشتر شود. محدودیت(19) بیان میکند که تنها در صورت انتخاب سردخانه j میتوان به آن محصول ارسال نمود. محدودیت(20) نیز بیان میکند کاشت محصول در هر مزرعه و در هر دوره وقتی صورت میگیرد که راه اندازی کاشت انجام شده وقابلیت کاشت محصول در آن دوره و مزرعه وجود داشته باشد و در صورتی که کاشت محصول انجام شود، مقدار آن باید از حداقل مقدار تعیین شده بیشتر باشد.
رابطه‌های (21) و (22) باینری بودن دو متغیر تصمیم اجاره سردخانه و اقدام به کشت را نشان میدهند و نهایتاً رابطه‌های (23) تا (29) محدودیتهای مربوط به نامنفی بودن سایر متغیرهای تصمیم مسأله هستند.
مدل ارائه شده در این مقاله را به صورت موردی برروی سه محصول سیب زمینی، پیاز و گوجه فرنگی با هدف تأمین تقاضای کشور پیاده میکنیم. دلایل انتخاب این سه محصول به شرح زیر است:
شکل (2): قیمت فروش کشاورزان برای سه محصول سیب‌زمینی، پیاز و گوجهفرنگی در ایران
در حل مسأله مطالعه موردی، هدف ارائه برنامهای اجرایی برای استانهای کشور در سال2012(1391) است. لذا افق برنامهریزی 12ماه است. دادههای ورودی مسأله براساس اطلاعات وزارت جهاد کشاورزی[10] و سازمان حمل و نقل[11] تهیه شده است. تعداد مزارع برای کشت محصولات به تعداد استانهای کشور؛ یعنی 30 استان در نظر گرفته شده است(استان البرز و تهران با هم در نظر گرفته شدهاند). در واقع، کلیه مزارع واقع در یک استان به صورت یکپارچه در نظر گرفته شدهاند. فرض میکنیم تمام محصولات برداشت شده از هر استان از مرکز آن استان توزیع میشوند. شش محل کاندید در شهرهای مشهد، کرمان، تهران، اصفهان، شیراز و همدان برای اجاره سردخانهها در نظر گرفته شدهاند. در میان شهرهای مختلف کشور هر یک از شش شهر بالا به علت خاصی انتخاب شدهاند. شهر مشهد به علت جمعیت زیاد و برای پوشش تقاضای منطقه شمال شرق کشور، شهر کرمان به عنوان تولید کننده مهم سه محصول و به واسطه نزدیکی به جنوب و جنوب شرقی کشور برای پوشش تقاضای آن منطقه انتخاب شده است. شهر تهران نیز به عنوان مهم‌ترین نقطه تقاضای کشور و به دلیل اهمیت امنیت غذایی آن انتخاب شده است. شهرهای اصفهان و شیراز به عنوان تولیدکنندگان مهم سه محصول و موقعیت راهبرد آنها در مرکزی بودن انتخاب شدهاند. شهر همدان نیز برای پوشش منطقه غرب و شمال غرب کشور انتخاب شده است. میادین بار به عنوان نقاط تقاضا در این مدل همان مراکز استانهای سیگانه تعریف شدهاند. این به این معناست که تقاضای تمام شهرهای یک استان در مرکز آن استان در نظر گرفته میشود.
تعداد متغیرهای مطالعه موردی برابر 117085عدد است که از این تعداد 1536 مورد از آنها باینری است؛ تعداد محدودیتها 20559عدد است. مدل ارائه شده با استفاده از نرم افزار CPLEX 12.3 با رایانهای با پردازنده Intel Core i7 2.93GHz و با حافظه داخلی 3.49GB اجرا شد که زمان حل آن برابر 41/37 ثانیه بوده است.
یکی از نتایج بااهمیت مدل، زمان حلّ آن است. در مقالهای که آهوما و ویلاباس (b2011) برای طراحی زنجیره تأمین محصولات زراعی فسادپذیر ارائه کردند، زمان حل مطالعه موردی حل شده در آن مقاله که دارای ابعاد تقریباً مشابه با مطالعه موردی حل شده در این مقاله دارد، با استفاده از نرم افزاهای مشابه، 3600 ثانیه است. علت عمده کاهش زمان حل از 3600 ثانیه به 41/37 ثانیه نحوه مدل سازی فسادپذیری در این مقاله است که توضیحات آن در شرح محدودیت (14) آمده است.
مقدار تابع هدف برابر 64,138,284,297,330ریال است که به تفکیک میزان هزینه هر بخش در جدول 1 آورده شده است. نتایج جدول 1 نشان میدهد که میزان واردات صفر است؛ به عبارت دیگر، از طریق تولید داخلی تقاضای هر سه محصول برآورده میشود.
جدول (1):.تفکیک هزینه هر یک از بخش‌ها
|
هزینه |
مقدار هزینه (ریال) |
درصد از کل(%) |
|
هزینه اجاره سردخانه |
762,545,418 |
001/0 |
|
هزینه حمل و نقل مسیر A |
1,476,512,342,087 |
302/2 |
|
هزینه حمل و نقل مسیر B |
1,164,393,665,675 |
815/1 |
|
هزینه حمل و نقل مسیر C |
717,443,992,176 |
119/1 |
|
هزینه نگهداری |
652,706,160,009 |
018/1 |
|
هزینه واردات |
- |
0 |
|
هزینه تولید محصول |
60,126,465,591,965 |
745/93 |
|
جمع کل |
64,138,284,297,330 |
100 |
با توجه به جدول 1 میتوان ملاحظه نمود که 74/93% هزینه کل مربوط به هزینه تولید محصولات میشود، حدود 02/1% برای هزینههای نگهداری و کرایه سردخانه و 23/5% باقیمانده به هزینههای حملونقل مربوط هستند.
همانطور که در مقدمه مقاله اشاره شد، هدف از ارائه این مدل تعادل بین عرضه و تقاضاست. از آنجا که تابع هدف مدل به صورت کمینه کردن هزینهها است و برآوردن تقاضا در محدودیتها قرار گرفته است؛ منطقی است که میزان تولید هر محصول نزدیک به تقاضای آن باشد. جدول 2 میزان تقاضای هر محصول و میزان تولید از طریق مدل را دربردارد. نزدیکی این دو عدد نشان دهنده وجود تعادل بین عرضه و تقاضا برای هر محصول است. میزان تقاضای هر محصول که یکی از دادههای ورودی مطالعه موردی است، از طریق سرانه مصرف و پیشبینی میزان صادرات برآورد شده است. جزئیات محاسبه برآورد تقاضا در جدول 2 آمده است.
جدول(2):.مقایسه مقدار تقاضا با میزان تولید
|
محصول |
سیب‌زمینی |
پیاز |
گوجهفرنگی |
|
سرانه مصرف سالانه (کیلوگرم) |
00/51 |
30/22 |
69/63 |
|
جمعیت کشور (نفر) |
75,149,669 |
||
|
تقاضای سالانه کشور(تن) |
3,832,633 |
1,675,837 |
4,786,283 |
|
پیشبینی صادرات(تن) |
294,913 |
133,685 |
287,687 |
|
کل تقاضای سالانه(تن) |
4,127,546 |
1,809,522 |
5,073,970 |
|
کل تولید با برنامهریزی مدل(تن) |
5,291,723 |
2,319,908 |
6,505,108 |
|
خالص تولید پس از کسر ضایعات*(تن) |
4,127,546 |
1,809,528 |
5,073,984 |
* میزان ضایعات یکی از دادههای ورودی مسأله است که برای مطالعه موردی 22% درنظر گرفته شده است.
5-1-3- قیمت محصول
با توجه به هزینه کل زنجیره و میزان تولید هر محصول، قیمت تمام شده هر کیلوگرم محصول مطابق ردیف 1 از جدول 3 خواهد بود. اگر فرض کنیم دولت به عنوان متصدّی این زنجیره محصولات حاصل از برنامهریزی این مدل را با 20 % سود به فروش برساند، قیمت نهایی مطابق ردیف 2 محاسبه میشود. مقایسه قیمت نهایی با میانگین قیمت واقعی در بازار(ردیف 3) نشان میدهد که با بهرهگیری از برنامه ارائه شده در این مقاله میتوان قیمت محصولات سیب‌زمینی، پیاز و گوجهفرنگی را به یک سوم قیمت واقعی رساند.
جدول (3):.مقایسه قیمت هر کیلوگرم محصول بر اساس نتایج مدل و بازار
|
محصول |
سیب‌زمینی |
پیاز |
گوجه فرنگی |
|
قیمت مدل(کیلوگرم/ریال) |
4,794 |
4,804 |
4,245 |
|
قیمت نهایی مدل با احتساب 20%سود (کیلوگرم/ریال) |
5,753 |
5,765 |
5,094 |
|
میانگین قیمت واقعی(کیلوگرم/ریال) |
15,200 |
12,000 |
17,000 |
شکل(3):.مقایسه نتایج مدل با میزان واقعی تولید سیب‌زمینی
شکل(4):.مقایسه نتایج مدل با میزان واقعی تولید پیاز
شکل(5):.مقایسه نتایج مدل با میزان واقعی تولید گوجه فرنگی
در این بخش تحلیل حساسیت بر روی پارامترهایی انجام میشود که نتایج آن رهنمودهایی برای مدیریت تولید و توزیع این محصولات داشته باشد. بهطور کلی، هدف از تحلیل حساسیت بررسی اثرهای تغییر هر یک از پارامترها بر مقدار تابع هدف، قیمت تمام شده محصول و واردات است. در بخش 5-2-1 نتایج تحلیل حساسیت بر روی پارامترهای هزینهای، شامل هزینه تولید هر واحد محصول و هزینه حمل و نقل ارائه میشود و در بخش 5-2-2 تحلیل حساسیت بر روی منابع شامل بودجه کرایه سردخانه، منابع آب، و زمین زراعی انجام میشود.
در جدول 4 نتیجه تغییر هزینه تولید هر واحد محصول بر روی هزینههای مختلف زنجیره آورده شده است. برای تهیه این جدول با ثابت ماندن سایر پارامترهای ورودی هزینه تولید هر واحد محصول در هر استان و در هر دوره از 20 تا 1200 درصد افزایش یافته است.
جدول (4):.تحلیل حساسیت هزینههای زنجیره تأمین نسبت به تغییرات هزینه تولید هر واحد محصول
|
نسبت افزایش هزینه تولید هر واحد محصول |
مقدار تولید سه محصول (تن) |
تابع هدف (ریال) |
هزینه تولید (ریال) |
هزینه واردات (ریال) |
هزینههای لجستیکی و نگهداری (ریال) |
میانگین قیمت تمام شده هر کیلوگرم محصول (ریال) |
|
1 |
14,116,738 |
4138/6×1013 |
0126/6×1013 |
0000/0 |
0118/4×1012 |
4,543 |
|
2/1 |
14,116,738 |
6116/7×1013 |
1991/7×1013 |
0000/0 |
1249/4×1012 |
5,391 |
|
4/1 |
14,116,738 |
8093/8×1013 |
3929/8×1013 |
0000/0 |
1644/4×1012 |
6,240 |
|
6/1 |
14,116,738 |
0008/1×1014 |
5887/9×1013 |
0000/0 |
1938/4×1012 |
7,089 |
|
8/1 |
14,116,738 |
1207/1×1014 |
0786/1×1014 |
0000/0 |
2068/4×1012 |
7,938 |
|
2 |
14,005,593 |
2401/1×1014 |
1783/1×1014 |
9940/1×1012 |
1931/4×1012 |
8,784 |
|
3 |
13,836,166 |
8222/1×1014 |
7290/1×1014 |
0337/5×1012 |
2835/4×1012 |
12,907 |
|
4 |
10,996,993 |
3720/2×1014 |
7795/1×1014 |
5971/5×1013 |
2722/3×1012 |
16,802 |
|
6 |
516,143 |
5759/2×1014 |
2742/1×1013 |
4483/2×1014 |
8621/1×1010 |
18,247 |
|
8 |
386,255 |
5993/2×1014 |
2742/1×1013 |
4717/2×1014 |
0134/1×1010 |
18,412 |
|
10 |
309,698 |
6131/2×1014 |
2742/1×1013 |
4856/2×1014 |
9649/5×109 |
18,510 |
|
12 |
258,085 |
6225/2×1014 |
2742/1×1013 |
4950/2×1014 |
3249/7×109 |
18,576 |
همانطور که نتایج نشان میدهد از 20 تا 80 ٪ افزایش نتیجهای جز تغییرات جزئی هزینههای لجستیک و افزایش خطی هزینههای تولید ندارد، اما با دو برابر شدن آن برای اولین بار واردات اقتصادی شده و مقدار تولید سه محصول 110 هزار تن کاهش مییابد و این مقدار به صورت واردات تأمین میشود. واضح است که با ادامه این روند از مقدار تولید کاسته شده و واردات افزایش مییابد تا در نهایت تولید تنها به مقداری انجام پذیرد که محدودیت حداقل درآمد کل کشاورزان هر استان (محدودیت 16) را برآورده و باقیمانده تقاضا با واردات پاسخ داده میشود. از آنجا که واردات هر محصول در فصل مصرف آن انجام میشود لذا نیاز به سردخانهها و حمل و نقلهای مربوط به آن نیست و هزینههای این بخش به طور قابل توجهی کاهش مییابد.به بیان دیگر، هزینهای که قرار است به کشاورزان و عوامل درگیر در حوزه لجستیک و نگهداری محصولات کشاورزی پرداخت شود صرف واردات میگردد.نکته پر اهمیتی که از این بخش میتوان نتیجه گرفت این است که افزایش هزینه تولید هر واحد محصول تا 3 برابر مقدار فعلی به واردات انبوه منجر نخواهد؛ در حالی که اگر این پارامتر با ثابت ماندن سایر شرایط 4 برابر یا بیشتر شود میزان واردات به طور قابل توجهی افزایش مییابد. با انجام واردات اولا قیمت تمام شده هر واحد محصول بهطور چشمگیری افزایش مییابد ثانیا ضمن بیکاری کشاوران، اشتغالهای موجود در حوزه لجستیک و نگهداری نیز از بین میرود.لذا ضروریست مدیران و تصمیمگیران حوزه کشاورزی با کنترل هزینهها و قیمت نهادههای فعالیت‌های زراعی زمینه را برای تولید محصول در داخل کشور افزایش دهند.
در این بخش هزینه کرایه حملونقل بر مقدار تابع هدف و قیمت تمام شده محصول بررسی میشود. در جدول 5 نتایج تحلیل حساسیت آورده شده است. برای تهیه این جدول با ثابت ماندن سایر پارامترهای ورودی هزینه انتقال هر واحد محصول در کلیه مسیرها از 10 تا 1000 ٪ افزایش مییابد. نتایج نشان میدهد که مدل نسبت به تغییرات هزینه حمل و نقل حساس نیست؛ به طوری که با 10 برابر شدن هزینه انتقال هر واحد محصول مقدار تولید تغییر نمیکند و میزان واردات در سطح صفر باقی میماند. قاعدتا با افزایش هزینه حمل و نقل مقدار تابع هدف و هزینههای لجستیک افزایش مییابد، اما نکته قابل توجه این است که با 10 برابر شدن هزینه
حمل و نقل متوسط قیمت تمام شده محصول از 4543 ریال به 6369 ریال افزایش مییابد؛ یعنی تنها 40% افزایش مییابد.
تولید تنها به مقداری انجام پذیرد که محدودیت حداقل درآمد کل کشاورزان هر استان (محدودیت 16) را برآورده سازد و باقیمانده تقاضا با واردات پاسخ داده میشود.
از آنجا که واردات هر محصول در فصل مصرف آن انجام میشود، نیاز به سردخانهها و حمل و نقلهای مربوط به آن نیست و هزینههای این بخش بهطور درخورتوجهی کاهش مییابد. بیان دیگر این موضوع این است که آن هزینهای که قرار است به کشاورزان و عوامل درگیر در حوزه لجستیک و نگهداری محصولات کشاورزی پرداخت شود، صرف واردات میگردد.
جدول(5):تحلیل حساسیت هزینههای زنجیره تأمین نسبت به تغییرات هزینه حمل و نقل
|
نسبت افزایش هزینههای حملونقل |
مقدار تولید سه محصول (تن) |
تابع هدف (ریال) |
هزینه تولید (ریال) |
هزینه واردات (ریال) |
هزینه لجستیک و نگهداری (ریال) |
میانگین قیمت تمام شده هر کیلوگرم محصول (ریال) |
|
1 |
14,116,738 |
4138/6×1013 |
0126/6×1013 |
0000/0 |
0118/4×1012 |
4,543 |
|
1/1 |
14,116,738 |
4471/6×1013 |
0208/6×1013 |
0000/0 |
2623/4×1012 |
4,567 |
|
2/1 |
14,116,738 |
4802/6×1013 |
0210/6×1013 |
0000/0 |
5913/4×1012 |
4,590 |
|
3/1 |
14,116,738 |
5129/6×1013 |
0225/6×1013 |
0000/0 |
9033/4×1012 |
4,614 |
|
4/1 |
14,116,738 |
5456/6×1013 |
0245/6×1013 |
0000/0 |
2110/5×1012 |
4,637 |
|
6/1 |
14,116,738 |
6103/6×1013 |
0325/6×1013 |
0000/0 |
7778/5×1012 |
4,683 |
|
8/1 |
14,116,738 |
6741/6×1013 |
0373/6×1013 |
0000/0 |
3680/6×1012 |
4,728 |
|
2 |
14,116,738 |
7371/6×1013 |
0436/6×1013 |
0000/0 |
9354/6×1012 |
4,772 |
|
3 |
14,116,738 |
0429/7×1013 |
0905/6×1013 |
0000/0 |
5241/9×1012 |
4,989 |
|
5 |
14,116,738 |
6191/7×1013 |
1533/6×1013 |
0000/0 |
4658/1×1013 |
5,397 |
|
10 |
14,116,738 |
9916/8×1013 |
2149/6×1013 |
0000/0 |
7766/2×1013 |
6,369 |
نکته پر اهمیتی که از این بخش میتوان نتیجه گرفت، این است که افزایش هزینه تولید هر واحد محصول تا سه برابر مقدار فعلی به واردات انبوه منجر نخواهد شد، در حالی که اگر این پارامتر با ثابت ماندن سایر شرایط چهار برابر یا بیشتر شود میزان واردات به طور قابل توجهی افزایش مییابد. با انجام واردات اولا قیمت تمام شده هر واحد محصول بهطور چشمگیری افزایش مییابد؛ ثانیا ضمن بیکاری کشاوران، اشتغالهای موجود در حوزه لجستیک و نگهداری نیز از بین میرود. لذا ضروری است مدیران و تصمیمگیران حوزه کشاورزی با کنترل هزینهها و قیمت نهادههای فعالیت‌های زراعی زمینه را برای تولید محصول در داخل کشور افزایش دهند.
یکی دیگر از پارامترهای تأثیرگذار و مهم در این مدل، بودجه در دسترس برای اجاره سردخانه است که به نوعی تعداد سردخانههای قابل اجاره را کنترل میکند. مقدار اولیه این پارامتر 1000میلیون ریال در نظر گرفته شده است. جدول 6 نتایج تحلیل حساسیت بر روی این پارامتر را دربردارد. همانطور که مشاهده میشود، کاهش مقدار بودجه
تا 80 %مقدار اولیه هیچ تغییری در میزان تولید، قیمت تمام شده محصول و تعداد سردخانههای انتخابی نمی‌دهد. با کاهش بودجه در دسترس به کمتر از 80% تعداد سردخانههای انتخابی کاهش یافته و قیمت تمام شده هر واحد محصول اندکی افزایش مییابد؛ به طوری که وقتی این بودجه به 26/0 مقدار اولیه خود میرسد، تنها میتوان یک سردخانه اجاره کرد و به علت محدودیت ظرفیت سردخانه نمی‌توان تمام کالای مورد نیاز برای تأمین تقاضا، در فصول کمبود محصول را، از طریق تولید جبران نمود و واردات صورت میگیرد.
به عبارت دیگر، برای تأمین تقاضای کشور از طریق تولید داخل، حداقل به دو سردخانه نیاز است. در شرایطی که 5 ٪ ؛ یعنی به اندازه 50 میلیون ریال، به مقدار بودجه اضافه شود، امکان انتخاب 4 سردخانه و کاهشی معادل 164 میلیارد ریال را در مقدار تابع هدف شاهد خواهیم بود. لذا ارزش سایه این منبع بسیار بالاست و این امر ضرورت برنامهریزی در خصوص افزایش بودجه برای اجاره و حتی احداث سردخانه را ایجاب مینماید.
با توجه به این که آب از ضروری‌ترین الزامات کشاورزی محسوب میشود، توجه به اهمیت آن در برنامهریزی کاشت محصولات زراعی بسیار کلیدی است. جدول 7 نتایج تحلیل حساسیت روی منابع آب در دسترس را شامل میشود. ستون اول این جدول، کاهش نسبت منابع آب از شرایط اولیه را در بردارد. اگر مقدار منابع آب به کمتر از 30% مقدار اولیه برسد، در این شرایط مسأله نشدنی خواهد بود، چرا که کمبود منابع آب به حدی است که حتی نمی‌توان تولید را به حداقل مقدار کسب کمینه درآمد
جدول(6): تحلیل حساسیت هزینههای زنجیره تأمین نسبت به بودجه در دسترس اجاره سردخانه
|
نسبت تغییر بودجه در دسترس |
تابع هدف (ریال) |
هزینه تولید (ریال) |
هزینه واردات (ریال) |
هزینه لجستیک ونگهداری (ریال) |
میانگین قیمت تمام شده هر کیلوگرم محصول (ریال) |
تعداد سردخانههای انتخابی |
|
26/0 |
5664/7×1013 |
7027/5×1013 |
4575/1×1013 |
0616/4×1012 |
5,360 |
1 |
|
5/0 |
4685/6×1013 |
0161/6×1013 |
0000/0 |
5234/4×1012 |
4,582 |
2 |
|
75/0 |
4313/6×1013 |
0135/6×1013 |
0000/0 |
1786/4×1012 |
4,556 |
3 |
|
8/0 |
4138/6×1013 |
0127/6×1013 |
0000/0 |
0114/4×1012 |
4,543 |
3 |
|
9/0 |
4138/6×1013 |
0126/6×1013 |
0000/0 |
0118/4×1012 |
4,543 |
3 |
|
1 |
4138/6×1013 |
0126/6×1013 |
0000/0 |
0118/4×1012 |
4,543 |
3 |
|
05/1 |
3974/6×1013 |
0144/6×1013 |
0000/0 |
8296/3×1012 |
4,532 |
4 |
|
26/1 |
3946/6×1013 |
0165/6×1013 |
0000/0 |
7810/3×1012 |
4,530 |
5 |
|
55/1 |
3775/6×1013 |
0161/6×1013 |
0000/0 |
6142/3×1012 |
4,518 |
6 |
جدول (7): تحلیل حساسیت هزینههای زنجیره تأمین نسبت به کاهش منابع آب
|
نسبت آب در دسترس |
تابع هدف (ریال) |
هزینه تولید (ریال) |
هزینه واردات (ریال) |
هزینه لجستیک و نگهداری (ریال) |
میانگین قیمت تمام شده هر کیلوگرم محصول (ریال) |
|
0 |
نشدنی |
نشدنی |
نشدنی |
نشدنی |
نشدنی |
|
1/0 |
نشدنی |
نشدنی |
نشدنی |
نشدنی |
نشدنی |
|
2/0 |
نشدنی |
نشدنی |
نشدنی |
نشدنی |
نشدنی |
|
3/0 |
4173/9×1013 |
0579/5×1013 |
0902/4×1013 |
6913/2×1012 |
6,671 |
|
4/0 |
0553/7×1013 |
9384/5×1013 |
2376/7×1012 |
9315/3×1012 |
4,997 |
|
5/0 |
5101/6×1013 |
0974/6×1013 |
0000/0 |
1268/4×1012 |
4,611 |
|
6/0 |
4305/6×1013 |
0306/6×1013 |
0000/0 |
9996/3×1012 |
4,555 |
|
7/0 |
4190/6×1013 |
0172/6×1013 |
0000/0 |
0179/4×1012 |
4,547 |
|
8/0 |
4138/6×1013 |
0127/6×1013 |
0000/0 |
0105/4×1012 |
4,543 |
|
9/0 |
4138/6×1013 |
0127/6×1013 |
0000/0 |
0113/4×1012 |
4,543 |
|
1 |
4138/6×1013 |
0126/6×1013 |
0000/0 |
0118/4×1012 |
4,543 |
کشاورزان رساند و عملاً در این شرایط نمی‌توان محدودیت شماره 16 مدل را برآورده کرد. همچنین، با استفاده از مدل ارائه شده در این مقاله، با کاهش منابع آب تا 50% مقدار اولیه، میتوان تمام تقاضا را از طریق تولید داخل تأمین کرد و به واردات نیازی نیست. قیمت تمام شده هر کیلوگرم محصول نیز تنها 68 ریال افزایش مییابد.
برای درک بهتر نقش مؤثر مدل این مقاله در جهت کاهش مصرف آب، در جدول 8 به محاسبه میزان واقعی مصرف آب هر تن محصول با استفاده از اطلاعات تولید سالهای2005 تا 2010 از رابطه (30) و مصرف آب هر تن محصول با توجه به نتایج مدل از رابطه (31) پرداخته‌ایم
در واقع، این دو مقدار برابر میزان آبی است که برای تولید یک تن محصول در دو حالت واقعی و مدل مصرف میشود. نتایج بهدست آمده حاکی از کاهش مصرف آب به میزان 6/1% در سیب زمینی، 14% در پیاز و 9/14%در گوجه فرنگی است؛ یعنی به طور متوسط 2/10%. این مقدار صرفهجویی معادل 52/1 میلیارد متر مکعب آب است.
جدول(8):محاسبه میزان کاهش مصرف آب
|
محصول |
سیب‌زمینی |
پیاز |
گوجه فرنگی |
میانگین |
|
مصرف آب واقعی سال 2010 (متر مکعب بر تن) |
227/357 |
275/286 |
683/263 |
395/302 |
|
مصرف آب مدل(متر مکعب بر تن) |
497/351 |
178/246 |
294/224 |
989/273 |
|
درصد کاهش مصرف آب |
6/1% |
0/14% |
9/14% |
2/10% |
محدودیت زمین زراعی نیز یکی از حساس‌ترین و تأثیرگذارترین ورودی‌های مدل ارائه شده در این مقاله است. جدول 9 به بررسی تأثیر تغییرات زمین زراعی در دسترس بر هزینههای زنجیره تأمین میپردازد. برای این تحلیل فرض میشود که سطح زمین زراعی در هر استان با درصدی از تغییرات کاهش مییابد. دادههای جدول 9 نشان میدهد، با کاهش بیش از 5% در سطح زمین زراعی، مدل دیگر قادر به تولید کل محصول مورد نیاز نبوده، برای تأمین تقاضا واردات صورت میگیرد. در این شرایط مقدار تابع هدف به مقدار قابل توجه 22230 میلیارد ریال افزایش مییابد. این افزایش مقدار تابع هدف عمدتاً مربوط به افزایش هزینههای تولید و هزینههای حمل و نقل است؛ چرا که با کمبود زمین در استان‌هایی که هزینه تولید کمتری برای هر تن محصول دارند، مدل مجبور به تولید محصول در استان‌هایی با هزینه تولید و هزینههای حمل و نقل بیشتر خواهد شد. در نهایت، اگر سطح زمین زراعی بیشتر از 8 ٪ کاهش پیدا کند؛ مسأله بدون جواب و نشدنی خواهد بود. لذا ضروری است حفظ زمینهای کشاورزی و عدم تغییر کاربری آنها نیز یکی از اولویتهای مدیران حوزه کشاورزی قرار گیرد. یکی از ویژگیهای با اهمیت این مدل صرفهجویی در سطح زمین زراعی است. مقدار سطح زمین زراعی استفاده شده به عنوان ورودی مدل برابر میانگین سطح زیر کشت رفته سه محصول سیب‌زمینی، پیاز و گوجهفرنگی در طول پنج سال اخیر (سالهای 2005 تا 2010) در کشور بوده است. نتایج جدول 9 نشان میدهد نه تنها افزایش تولید محصول در سال 2012 که مدل برای آن برنامهریزی میکند، به مقدار 806 هزار تن نسبت به میزان تولید در سال 2010، باعث کمبود زمین نشده است؛ بلکه اگر سطح زمین زراعی 4 ٪ دیگر کاهش یابد، باز هم مشکلی در تأمین محصولات مورد نیاز کشور رخ نخواهد داد
به عبارت دیگر، مدل ارائه شده در این مقاله به خاطر بهره بردن از ضریب عملکرد زراعی محصول (gmi/1) باعث افزایش بهره‌وری استفاده از زمین زراعی میشود.
جدول(9):.تحلیل حساسیت هزینههای زنجیره تأمین نسبت به کاهش زمین زراعی
|
نسبت تغییر در زمین زراعی |
مقدار تولید سه محصول (تن) |
تابع هدف (ریال) |
هزینه تولید (ریال) |
هزینه واردات (ریال) |
هزینه لجستیک ونگهداری (ریال) |
میانگین قیمت تمام شده هر کیلوگرم محصول (ریال) |
|
9/0 |
- |
نشدنی |
نشدنی |
نشدنی |
نشدنی |
نشدنی |
|
91/0 |
- |
نشدنی |
نشدنی |
نشدنی |
نشدنی |
نشدنی |
|
92/0 |
13,780,974 |
0112/7×1013 |
0110/6×1013 |
0239/6×1012 |
9783/3×1012 |
4,967 |
|
93/0 |
13,885,431 |
8729/6×1013 |
0478/6×1013 |
1499/4×1012 |
1007/4×1012 |
4,869 |
|
94/0 |
14,002,669 |
7425/6×1013 |
1264/6×1013 |
0465/2×1012 |
1149/4×1012 |
4,776 |
|
95/0 |
14,088,182 |
6361/6×1013 |
1728/6×1013 |
1232/5×1011 |
1202/4×1012 |
4,701 |
|
96/0 |
14,116,738 |
5556/6×1013 |
1439/6×1013 |
0000/0 |
1168/4×1012 |
4,644 |
|
97/0 |
14,116,738 |
5085/6×1013 |
0932/6×1013 |
0000/0 |
1531/4×1012 |
4,610 |
|
98/0 |
14,116,738 |
4725/6×1013 |
0621/6×1013 |
0000/0 |
1045/4×1012 |
4,585 |
|
99/0 |
14,116,738 |
4413/6×1013 |
0365/6×1013 |
0000/0 |
0479/4×1012 |
4,563 |
|
1 |
14,116,738 |
4138/6×1013 |
0126/6×1013 |
0000/0 |
0118/4×1012 |
4,543 |
.
مدل ارائه شده تلفیقی از مدلهای مکانیابی و برنامهریزی تولید است که میزان و زمان کاشت محصولات در مزارع و محل اجاره سردخانه را با توجه به قابلیت‌های کاشت، محدودیتهای زمین زراعی و منابع آب تعیین میکند. همچنین، میزان انتقال محصولات به میادین و سردخانهها را در دورههای زمانی مختلف تعیین میکند. یکی از وجه تمایزات این مدل نسبت به مدلهای مشابه شیوه اعمال محدودیت فسادپذیری محصول به جهت تعداد دورههای ماندگاری آن در سردخانههاست که بدون استفاده از متغیرهای گسسته انجام شده است. همین امر به کاهش زمان حل مسأله در مقایسه با مدلهای مشابه منجر میشود.
مطالعه موردی که در این مقاله بررسی شد، به ارائه یک برنامه کشت، برداشت، حملونقل و نگهداری سه محصول سیب‌زمینی، پیاز و گوجهفرنگی میپردازد. نتایج عددی نشان میدهد که با بهرهگیری از این مدل قیمت تمام شده هر واحد محصول تا یک سوم مقدار واقعی کاهش مییابد. علت عمده کاهش قیمت این است که مدل در ارئه برنامه کاشت محصول در هر استان علاوه بر عوامل هزینهای ضریب عملکرد محصول در آن استان را نیز در نظر میگیرد؛ از این رو، کل هزینه تولید کاهش مییابد و همان طور که نتایج نشان داد، سهم هزینه تولید حدود 94% کل هزینههای زنجیره تأمین است. هزینههای حمل و نقل حدود 5% از هزینههای کل را شامل میشود و نتایج عددی نشان داد که جواب بهینه نسبت به هزینه حمل و نقل حساس نیست؛ اما توجه به این نکته ضروری است که حمل و نقل جزئی از عوامل زنجیره تأمین است و بدون آن این نتایج حاصل نمیشود. لذا علیرغم سهم اندک حمل و نقل در هزینهها و قیمت تمام شده محصول، توجه به برنامهریزی و تدارک تسهیلات حمل و نقل در حوزه کشاورزی ضروری است. تحلیل‌های انجام شده در این مقاله حاکی از نیاز کشور به حداقل دو سردخانه است؛ به نحوی که در صورت نبود این تعداد، تأمین تقاضای کل کشور عملی نیست. این در حالی است که با افزایش تعداد سردخانهها هزینههای زنجیره به طور قابل توجهی کاهش مییابد، لذا افزایش تعداد سردخانههای اختصاصی نگهداری این سه محصول به مدیران حوزه کشاورزی توصیه میشود. نتایج تحلیل حساسیت بر روی منابع آب اهمیت صرفهجویی در مصرف و استفاده بهینه آن را روشن میسازد، به طوری که اگر منابع آب به کمتر از 30% مقدار فعلی برسد، پاسخ به تقاضای محصولات از طریق تولید داخل نشدنی است. نتایج عددی نشان میدهند علیرغم این که کاهش مصرف آب به عنوان هدف مدل نبوده اما برنامه ارائه شده به صرفهجویی در میزان آب مصرفی منجر میشود. اهمیت صرفهجویی در مصرف آب کشاورزی بر اساس مدل ارائه شده در این مقاله به دو جهت قابل ملاحظه است: اول اهمیت حفظ منابع آبی که به عنوان با ارزش‌ترین سرمایه ملی کشورمان مطرحاند؛ و دوم اینکه با توجه به کاهش مقدار مصرف آب برای تولید هر تن محصول، قیمت تمام شده محصولات کاهش مییابد. نتایج تحلیل حساسیت بر روی سطح زمین زراعی نشان میدهد با کاهش این پارامتر قیمت تمام شده محصولات افزایش یافته و کاهش بیش از 8 درصدی آن، تأمین این سه محصول نیازمند واردات میشود. در این خصوص به مدیران و تصمیمگیران حوزه کشاورزی میتوان پیشنهاد داد که با افزایش سطح زمین زراعی در استان‌هایی که هزینه تولید کمتری دارند، میتوان ضمن جلوگیری از واردات، هزینه کل زنجیره تأمین را کاهش داد و در نتیجه قیمت تمام شده محصولات کاهش مییابد.
اگرچه استفاده از این مدل برای کل کشور نیازمند فرضیات و اطلاعات زیادی است، اما به دلیل تنوع آب و هوایی و قابلیت کشت متنوع در کل کشور با استفاده از نتایج این مدل استانها میتوانند نیاز یکدیگر را در فصول مختلف پاسخ دهند و از واردات محصول تا حدّ ممکن جلوگیری کنند. همچنین، تعادل بین عرضه و تقاضا که نتیجه آن ثبات قیمتهاست، ایجاد میشود. اگر از این مدل به صورت منطقهای استفاده میشود، پیشنهاد میگردد منطقه مورد مطالعه طوری انتخاب شود که در آن امکان کشت محصولات در دورههای زمانی مختلف وجود داشته باشد.
به عنوان تحقیقات آتی میتوان با در نظر گرفتن افت تدریجی کیفیت محصولات بر اثر نگهداری و قیمتگذاری آن مدل را توسعه داد. همچنین، توسعه این مدل به صورت یک مسأله تصمیمگیری چند هدفه به طوری که علاوه بر کاهش هزینهها، کاهش میزان آب مصرفی و کاهش میزان واردات نیز به عنوان توابع هدف قرار گیرند، پیشنهاد میشود.
[1]- Crops
[2]- Irrigated farming
[3] -Dry farming
[4]- Yield Factor
[5]- Effect of mixed-cropping
[6] -Mixed Integer Programming
[7]- Sinalova State
[8] -Food and Agriculture Organization of The United Nation, available atwww.fao.org.
[9]- معاونت امور برنامهریزی، اقتصادی و بین‌المللی دفتر آمار و فناوری اطلاعات، آمارنامه کشاورزی، جلد اول: محصولات زراعی
[10]- معاونت امور برنامهریزی، اقتصادی و بین‌المللی دفتر آمار و فناوری اطلاعات وزارت جهاد کشاورزی، هزینه محصولات کشاورزی، جلد اول: محصولات زراعی
)