《Journal of Cleaner Production》：Multi-objective supply chain optimization for cost reduction and environmental sustainability in porcelain manufacturing
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该研究针对伊朗陶器制造业，开发了一个多目标优化模型，通过混合整数线性规划（MILP）和ε约束法，在GAMS环境中实现了成本最小化、环境影响降低与健康合规产品交付的最大化。案例研究验证了可持续生产方法（M2）在降低成本（19.91亿美元）、减少生态足迹（75.91万单位）同时确保1586件健康合规产品交付的有效性，展示了可持续制造的经济与环境协同效益。
Maryam Yaghoubi | Fatemeh Dadmand
伊朗德黑兰Payame Noor大学（PNU）数学系
摘要
目的
陶瓷制造业面临着在成本效率与日益增长的环境关切以及消费者对健康意识产品的需求之间取得平衡的关键挑战。尽管多目标优化（MOO）提供了一种潜在的解决方案，但许多现有模型未能整合产品质量，未能明确比较生产方法，且很少用真实世界数据对其进行验证。本研究通过开发一个多目标优化模型来同时最小化总成本、减少环境影响，并在陶瓷供应链中最大化符合健康标准产品的交付量，从而填补了这些空白。
设计/方法论
本研究开发了一个多目标混合整数线性规划（MILP）模型，用于优化战略和战术决策，包括原材料采购、传统生产方法（M1）与可持续生产方法（M2）的选择、生产调度、库存控制以及多期分销计划。该模型在GAMS（通用代数建模系统）环境中使用ε约束方法进行实现和求解。通过一个基于详细运营数据的伊朗陶瓷制造商（“Taqdis品牌”）的全面案例研究，证明了该模型的有效性和实际相关性。
研究结果
研究结果表明，所提出的模型能够有效找到最优解，在所有目标上实现了平衡，综合得分为0.397。重要的是，仅选择了可持续生产方法（M2），总成本为19,906,710，环境影响为759,100，交付了1,586件符合健康标准的产品。这一结果表明，转向可持续生产方式可以在不显著增加成本的情况下显著减少生态足迹（根据行业基准估计可减少20-30%），同时保持产品质量。
引言
供应链是现代工业的基础基础设施，支持材料、信息和产品从供应商到最终用户的有效流动（Pasandideh等人，2015；Tang和Musa，2011）。这些网络包括相互关联的利益相关者、供应商、制造商、物流提供商和分销商，他们在生产和分销过程中共同创造价值（Wu等人，2021）。面对市场波动性和运营复杂性的增加，分布式制造系统（DMS）已成为集中式模型的战略替代方案。通过分散生产单元，DMS使企业能够利用区域资源，降低运输成本，并增强对自然灾害等中断的抵御能力（Badhotiya等人，2020；Shabbir等人，2021）。
同时，环境可持续性已成为当代供应链管理（SCM）和制造策略的核心支柱，这是全球努力缓解气候变化、保护有限资源和履行社会责任的结果（WCED，1987）。可持续制造旨在减少产品、过程和系统层面的排放、能源消耗和浪费（Kishawy等人，2018；Dey等人，2019）。除了满足监管要求外，可持续性越来越被视为提高竞争力和增强消费者吸引力的来源（Alinezhad等人，2022；Riera等人，2023）。随着对环保产品的需求增长，将可持续性目标纳入供应链决策变得至关重要。
在像陶瓷制造这样资源密集型行业中，这种需求尤为迫切，因为该行业严重依赖自然资源和能源，因此对环境退化有显著贡献（Robinson，2020）。关键工艺，包括原材料提取、高温烧制和废物产生，与温室气体排放和生态损害密切相关（Salonitis和Ball，2013）。伊朗的背景进一步说明了这些挑战。尽管伊朗的制造业多样化且资源丰富，但它面临高能源消耗、过时的生产基础设施和对外部冲击的脆弱性等结构性问题（见图1）。该国的地理和经济多样性使得DMS特别具有吸引力（Badhotiya等人，2020）。同时，工业排放、资源利用效率低下和废物管理不善对伊朗的生态系统造成了巨大压力（Modares等人，2024）。因此，扩大可持续制造实践代表着提高运营效率、降低成本、增强全球市场竞争力以及满足不断变化的消费者期望的机会（Cachón-Rodríguez等人，2022；S?derholm，2020）。
尽管人们对可持续策略的认识和获取途径有所增加，例如材料回收、清洁技术和能够限制环境影响同时支持经济表现的数字优化工具（Bose和Khan，2022；Jhaveri等人，2018），但它们在伊朗供应链中的整合仍然有限。对文献和行业实践的仔细审查揭示了三个相互关联的空白，这些空白激发了本研究。
首先，尽管许多行业，包括陶瓷行业，仍然依赖限制运营灵活性、提高物流成本并导致环境退化的传统生产方法（Emelogu等人，2016），但现有的优化框架很少提供传统生产技术和可持续生产技术之间的直接运营比较。这种遗漏限制了管理者通过量化经济-环境权衡来进行数据驱动的投资的能力。
其次，当代系统往往缺乏同时平衡成本效率、环境可持续性和服务质量的整体框架，特别是交付符合健康标准的产品。这在可持续SCM中构成了一个理论空白，必须超越经济和环境维度，包括产品安全等社会考虑因素。在实践中，确保餐具产品不含有害物质是消费者关心的关键问题，也是竞争优势的来源，但在优化模型中很少作为明确的目标。
第三，基于真实世界数据的实证验证模型严重不足，尤其是在陶瓷制造领域。这种缺乏情境化的实证分析限制了现有研究的适用性，留下了一个关键空白，需要一个能够应对真实世界复杂性的决策支持工具，例如能源密集型工艺、多样的生产技术和地区特定的需求波动，这些特征定义了这一行业。
为了解决这些空白，本研究提出了一个专门针对伊朗陶瓷制造供应链的多目标优化模型。该模型旨在系统地解决每个具体问题。
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解决第一个空白：它引入了一个二进制决策变量来选择生产方法，从而可以直接比较传统（M1）和可持续（M2）技术。
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解决第二个空白：它引入了一个新的第三个目标函数，旨在最大化交付符合健康标准的产品，从而建立一个同时最小化总成本和环境影响的三元目标框架。
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通过一个伊朗陶瓷生产商（“Taqdis品牌”）的真实世界案例研究进行验证，该研究基于多个时间段和不同客户群体的详细运营数据。
该模型在GAMS环境中实现和求解，展示了集成规划和环境负责的做法如何提高运营和生态结果。通过提供一个全面且基于实证的建模框架，本研究为寻求现代化伊朗制造业的供应链管理者和政策制定者提供了宝贵的见解，从而在理论和实践上推动了可持续SCM的发展。
文献综述
可持续供应链的优化经历了几个方法论阶段，每个阶段都增加了在平衡经济效率与环境管理方面的复杂性和真实性。本综述不仅按主题综合了文献，还按主导的方法论方法进行了综合，对优化框架的制定和求解方式进行了批判性审视。三个特别相关的研究方向显现出来：
数学模型的定义
供应链优化问题使用全面的多目标混合整数线性规划（MILP）框架进行建模。该模型战略性地管理多个时间段（T）内的原材料采购、库存和分销，明确比较传统（M1）和可持续（M2）生产方法。该模型寻求在三个主要且相互冲突的目标之间实现帕累托最优的权衡：最小化总成本（Z1）和最大化符合健康标准产品的交付量（Z2和Z3）。
案例研究
本研究探讨了陶瓷餐具制造供应链中的优化挑战，重点关注可持续生产技术。本案例研究是位于伊朗Gonabad的“Taqdis品牌”陶瓷餐具制造供应链。关键决策包括：
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从两个供应商处采购原材料，
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使用M1和M2方法生产产品P1、P2和P3。
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在两个时间段内满足三个零售商K1、K2和K3的需求
需求对Z1、Z2和Z3影响的统计和回归分析
表3显示了需求（D）与每个目标函数之间的关系。
为了量化需求（D）与每个响应变量（Z1、Z2和Z3）之间的关系，拟合了回归模型，并使用R平方（R2）评估了它们的拟合优度。需求（D）与Z1、Z2和Z3之间的关系呈现出非线性、加速的趋势。二次回归模型提供了最佳拟合：
这表明需求与成本之间存在非线性关系。
结论
本研究开发了一个多目标优化模型，证明了在陶瓷供应链中实现可持续转型的可行性，在经济、环境和产品健康维度上实现了平衡的表现。实证发现直接转化为企业和政策决策者的可操作策略。
模型的结果显示，90%的采购依赖于供应商S1，这表明存在定量风险。
建议
为了增强供应链的韧性，企业应多样化其供应商组合，以减少对单一来源的过度依赖所带来的风险。采用灵活的采购合同可以进一步提高对需求变化和供应中断的适应能力。在可持续生产技术（如节能窑炉、废物最小化系统和可再生能源集成）上的战略投资可以显著提高环境可持续性。
CRediT作者贡献声明
Maryam Yaghoubi：撰写——原始草案、验证、监督、软件、项目管理、调查、资金获取、数据整理、概念化。
Fatemeh Dadmand：撰写——审阅与编辑、可视化、资源管理、方法论、形式分析。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。
