دانلود رایگان مقاله مجازی سازی زنجیره های تامین مواد غذایی با اینترنت اشیا

چکیده 

          تکنولوژی‌ اینترنت به زنجیره ‌تامین مواد غذایی اجازه می‌دهند که از مجازی سازی پویا در فرآیندهای مدیریت عملیات استفاده کنند. این پشتیبانی شرکت‌های غذایی را در مقابله با محصولات فاسد شدنی، تغییرات غیر قابل پیش بینی تامین و ایمنی مواد غذایی و پایداری مورد نیاز بهبود می‌بخشد. مجازی سازی عامل‌های زنجیره تامین را قادر می‌سازد که فرآیندهای کسب و کار را از راه دور به صورت بلادرنگ از طریق اینترنت، به عنوان اشیای مجازی به جای مشاهده در محل نظارت کنند، برنامه ریزی کنند و بهینه سازی کنند. این مقاله مفهوم زنجیره‌های ‌تامین مواد غذایی را از چشم انداز اینترنت اشیا تحلیل می‌کند و یک معماری را برای پیاده سازی سیستم‌های اطلاعاتی پیشنهاد می‌کند. به عنوان اثبات قضیه، معماری به مطالعه موردی یک زنجیره تامین ماهی اعمال می‌شود. این بسط انتظار می‌رود که مبنایی را برای بهینه سازی زنجیره تامین مجازی، شبیه سازی و پشتیبان تصمیم بر اساس داده عملیاتی آنلاین ایجاد کند. در اینترنت اشیا، زنجیره‌های تامین مواد غذایی می‌توانند به یک سیستم خود تطبیق تبدیل شوند که اشیای هوشمند در آن می‌توانند به کار گرفته ‌شوند، تصمیم بگیرند و به صورت خودکار مسائلی را یاد گیرند.

1. مقدمه 

          در بخش غذا دامنه‌ای از چشم انداز مدیریت زنجیره تامین یک بخش چالش برانگیز است. نیازمند سیستم‌های کنترلی پیشرفته است که می‌تواند با محصولات فاسد شدنی، تغییرات پیش بینی نشده تامین و سرسختی در ایمنی مواد غذایی و پایداری مورد نیاز مقابله کند. مجازی سازی یک رویکرد امیدوارکننده برای برآورده کردن این چالش‌ها است. این شبیه سازی و بهینه سازی فرآوری‌های مواد غذایی را با استفاده از سیستم‌های نرم افزاری به جای انجام آزمایشات فیزیکی اجازه می‌دهد (Singh and Erdogdu, 2004). مجازی سازی تکنولوژی‌ اینترنت فعلی را می‌توان در مدیریت عملیاتی زنجیره‌های ‌تامین مواد غذایی استفاده کرد (Saguy et al., 2013; Porter and Heppelmann,2014; Verdouw et al., 2015). در نتیجه، زنجیره‌های ‌تامین مواد غذایی می‌توانند به صورت بلادرنگ با اینترنت مبتنی بر اشیای مجازی به جای مشاهده در محل به صورت راه دور نظارت شوند، کنترل شوند، برنامه ریزی شوند و بهینه سازی شوند. 

         زنجیره‌های تامین مجازی، سیستم‌های قابل ردیابی غذا را ایجاد کردند که اطلاعاتی را در مورد محل آیتم‌های اصلی و ردیابی سوابق آن فراهم می‌کند (Thakur et al., 2011; Storøy et al., 2013; Kassahun et al., 2014). تکنولوژی‌های حسگر برای ثبت اطلاعات مربوط به حالت شی در چرخه عمر مورد نظر استفاده می‌شوند. ممکن است شامل نظارت دما، اطلاعات میکروبیولوژی و دیگر پارامترهای کیفیت غذا باشد (Abad et al., 2009; Heising et al., 2013; Jedermann et al., 2014). نمایش داده و اطلاعات در اشیای مجازی قابلیت‌های پیشرفته‌ای را ورای ردیابی و پیگیری، مانند مدیریت انحراف کیفیت مواد غذایی، برنامه ریزی و برنامه ریزی مجدد و بهینه سازی عملکردها را اجازه می‌دهد (Verdouw et al., 2015). مجازی سازی، هوش (کامپیوتری) را به زنجیره اضافه می‌کند، برای مثال: هشدارهای زود هنگام در مورد حوادث مربوط مواد غذایی، زمان بندی مجدد انحراف از کیفیت غیرمنتظره مواد غذایی و شبیه سازی کیفیت محصول بر اساس شرایط محیطی نتیجه می‌شود. 

         این نوع مجازی سازی در مراحل اولیه زنجیره‌های تامین مواد غذایی رخ می‌دهند. نمونه‌های اولیه‌‌‌ای در شرکت‌های مواد غذایی وجود دارند که از ICT به صورت پیشرفته استفاده می‌کنند و با برنامه‌های کاربردی مجازی تست می‌شوند. برای مثال: ماهی تازه می‌تواند از کشتی‌های ماهیگیری در دریای باز در یک حراج مجازی فروخته شود و مستقیماً بعد ورود به بندر به مشتری نهایی منتقل شود. به هر حال، همچین مثال‌هایی تنها شروعی برای آنچه می‌تواند به یک انقلاب در صنعت غذایی تبدیل شود هستند. کاربرد وسیعی که از اپلیکیشن‌های اینترنتی آینده انتظار می‌رود این است که روش زنجیره‌های تامین مواد غذایی قبلی را تغییر دهد. تاکنون بیشتر تمرکز بر تکنولوژی‌هایی مانند شناسایی با استفاده از فرکانس رادیویی (RFID) و حسگرها بوده است، اما بر اینکه چگونه اطلاعات تولید شده می‌توانند برای کنترل در سطح زنجیره تامین استفاده شوند تمرکز نکردند. برای کسب حداکثر سود، نیاز است تکنولوژی‌ها به صورت متناسبی در زنجیره غذایی تعبیه شوند و با فرآیندهای کسب و کاری تنظیم شوند، که این مسئله تا به حال در پژوهش‌ها بررسی نشده است. به ویژه، مفهوم مجازی سازی مدیریت زنجیره ‌تامین مواد غذایی نیاز است که بیشتر شفاف سازی شود. 

        این مقاله نقش مجازی سازی را در زمینه مدیریت زنجیره ‌تامین مواد ‌غذایی تحلیل می‌کند و یک معماری سیستم اطلاعاتی را برای پیاده سازی آن پیشنهاد می‌کند. اولین بخش زنجیره‌های ‌تامین مواد ‌غذایی مجازی از چشم انداز اینترنت اشیا مشخص می‌شود. دومین بخش معماری سیستم‌های اطلاعاتی را که برای پیاده سازی این مفهوم پیشنهاد شده است را توضیح می‌دهد. سرانجام، سومین بخش توضیح می‌دهد که چگونه معماری اعمال شود و در یک مطالعه موردی از زنجیره تامین ماهی اعتبار آن تایید می‌شود. 

2. متدلوژی 

         تحقیق بر اساس یک متدلوژی‌ طراحی گرا است، که بر ساخت محصول مصنوعی هدفمند که مسائل حل نشده را بررسی می‌کنند و با توجه به سودمندی‌های ارائه شده در حل این مسائل ارزیابی می‌شوند تمرکز می‌کنند (March and Smith, 1995;Hevner et al., 2004). محصول مصنوعی طراحی توسعه یافته در این مقاله یک معماری سیستم اطلاعاتی برای مجازی سازی زنجیره‌های تامین مواد غذایی است. پژوهش‌های طراحی گرا معمولآ با سوال "چگونه" درگیر هستند، برای مثال، چگونه یک مسئله خاص با ایجاد محصول مصنوعی جدید حل می‌شود (March and Storey, 2008; van Aken,2004). استراتژی مطالعه موردی معمولآ بهترین تناسب را با این نوع سوال دارد، چرا که محصولات مصنوعی مسائل واقعی، تحت تاثیر عوامل زیادی هستند (van Aken, 2004). مطالعات موردی می‌توانند به پدیده پیچیده‌ای بپردازند، که نمی‌تواند خارج از زمینه جهان واقعی، و غنی مطالعه شود (Eisenhardt, 1989; Benbasat et al., 1987; Yin, 2002). در راستای هدف این مقاله، مورد باید استفاده پویا از مجازی سازی در مدیریت زنجیره ‌تامین مواد ‌غذایی را برجسته سازد، برای مثال، انتخاب ناهمگن بر اساس منطق تکرار نظری (Eisenhardt, 1989; Yin, 2002). بنابراین یک زنجیره تامین ماهی طوری انتخاب شده است که باید با قابلیت پیش بینی پایین تقاضای حمل و نقل و لغو رزرو در مراحل پایانی حمل و نقل مقابله کند. واحد تحلیل یک زنجیره تامین برای صادرات ماهی از نروژ به برزیل، و محموله‌های کانتینری از نروژ به بندر Rotterdam در هلند بوده است. شرکت‌های مورد نظر یک اپراتور کشتی کانتینر دار(شرکت کانونی)، یک بندرگاه، یک بارفرابران و یک اپراتور ترمینال هستند. 

         پژوهش در چهار فاز سازمان داده می‌شود: 1) بررسی ادبیات موضوعی، 2) تعریف نیازمندی‌ها، 3) طراحی و پیاده سازی، و 4) اعتبارسنجی. 

          در ابتدا، مجازی سازی زنجیره‌های ‌تامین مواد ‌غذایی به صورت مفهومی با شناسایی اشیا، فرآیندها، ذی نفعان، و روابطی که باید مجازی سازی شوند تعریف می‌شود. این روند بر اساس بررسی ادبیات موضوعی مجازی سازی، مدیریت زنجیره تامین، و صنعت مواد غذایی است. 

Abstract

         Internet technologies allow supply chains to use virtualizations dynamically in operational management processes. This will improve support for food companies in dealing with perishable products, unpredictable supply variations and stringent food safety and sustainability requirements. Virtualization enables supply chain actors to monitor, control, plan and optimize business processes remotely and in realtime through the Internet, based on virtual objects instead of observation on-site. This paper analyses the concept of virtual food supply chains from an Internet of Things perspective and proposes an architecture to implement enabling information systems. As a proof of concept, the architecture is applied to a case study of a fish supply chain. These developments are expected to establish a basis for virtual supply chain optimization, simulation and decision support based on on-line operational data. In the Internet of Things food supply chains can become self-adaptive systems in which smart objects operate, decide and learn autonomously.

1. Introduction

         The food sector is a challenging domain from a supply chain management perspective. It needs advanced control systems that can deal with perishable products, unpredictable supply variations and stringent food safety and sustainability requirements. Virtualization is a promising approach to meet these challenges. It allows for simulation and optimization of food processes using software systems instead of conducting physical experiments (Singh and Erdogdu, 2004). With current Internet technologies virtualization can also be used dynamically in the operational management of food supply chains (Saguy et al., 2013; Porter and Heppelmann, 2014; Verdouw et al., 2015). Consequently, food supply chains can be monitored, controlled, planned and optimized remotely and in real-time via the Internet based on virtual objects instead of observation on site.

         Virtual supply chains build on food traceability systems that provide the information to track the location of certain items and trace its history (Thakur et al., 2011; Storøy et al., 2013; Kassahun et al., 2014). Sensor technologies are utilized to record state information over the lifecycle of the objects of interest. This may include the monitoring of temperature, microbiological information and other food quality parameters (Abad et al., 2009; Heising et al., 2013; Jedermann et al., 2014). The representation of these data in virtual objects allows for advanced capabilities that go beyond tracking and tracing, such as food quality deviation management, (re)planning and optimization functionalities (Verdouw et al., 2015). As such, virtualization adds (computer) intelligence to the chain, for example: early warning in case of food incidents, rescheduling in case of unexpected food quality deviations and simulation of product quality based on ambient conditions (resulting in e.g. dynamic best-before dates). 

         This type of virtualization is at an early stage in food supply chains. There are some preliminary examples of food companies that make advanced use of ICT and that are experimenting with virtualization applications. For example: fresh fish can be sold from the fishing vessel on the open sea in a virtual auction and directly shipped to end customers after arrival in the harbor. However, such examples are just the start of what could become a revolution in the food industry. A broad application of future Internet applications is expected to change the way food supply chains are operated in unprecedented ways. Until now the focus is very much on enabling technologies, such as Radio Frequency Identification (RFID) and sensors, but not on how the generated information can be used for control at a supply chain level. To gain a maximum profit, technologies need to be properly embedded into the food chain and aligned with business processes, which is currently not well addressed in research. Especially the implications of virtualization on food supply chain management need to be further clarified.

         This paper analyses the role of virtualization in the context of food supply chain management and proposes an information system architecture to implement this. The first part defines virtual food supply chains from an Internet of Things perspective. The second part proposes the information system architecture that is designed to implement this concept. Finally, the third part describes how the architecture is applied to and validated in a case study of a fish supply chain.

2. Methodology

        The research is based on a design-oriented methodology, which focuses on building purposeful artefacts that address heretofore unsolved problems and which are evaluated with respect to the utility provided in solving those problems (March and Smith, 1995; Hevner et al., 2004). The design artefact developed in this paper is an information system architecture for the virtualization of food supply chains. Design-oriented research is typically involved with ‘how’ questions, i.e. how to solve a certain problem by the construction of a new artefact (March and Storey, 2008; van Aken, 2004). A case study strategy usually fits best for this type of questions, because artefacts intended for real-life problems are influenced by many factors (van Aken, 2004). Case studies can deal with such complex phenomena, which cannot be studied outside their rich, real-world context (Eisenhardt, 1989; Benbasat et al., 1987; Yin, 2002). For the purposes of this paper, the case should highlight the dynamic usage of virtualizations in food supply chain management, i.e. a heterogeneous selection based on theoretical replication logic (Eisenhardt, 1989; Yin, 2002). Therefore a fish supply chain was chosen that has to deal with a low predictability of transport demand and late shipment booking cancellations. The unit of analysis is a supply chain for the export of fish from Norway to Brazil, focusing on container shipments from Norway to the port of Rotterdam in the Netherlands. The case companies are a container ship operator (focal company), a port, a freight forwarder and a terminal operator.

        The research was organized in four phases: (i) literature review, (ii) requirements definition, (iii) design and implementation, and (iv) validation.

        Firstly, virtualization of food supply chains was conceptually defined by identifying the objects, processes, stakeholders and their relationships that have to be virtualized. This was based on a review of the literature on virtualization, supply chain management and the food industry.

چکیده 

1. مقدمه 

2. متدلوژی 

3. مجازی سازی کنترل زنجیره‌های تامین مواد غذایی

3.1 مجازی سازی چیست؟

3.2 مجازی سازی از چشم انداز اینترنت اشیا 

3.3 مجازی سازی زنجیره‌های ‌تامین مواد غذایی 

3.4 پیچیدگی شبکه غذایی

3.5 پیچیدگی شی غذا 

3.6 پیچیدگی پردازش مواد غذایی 

3.7 پیچیدگی کنترل فرآیند غذایی

4. معماری سیستم‌های اطلاعاتی برای مجازی سازی زنجیره تامین 

5. مورد کاربرد توزیع ماهی 

6. بحث و نتیجه گیری

Abstract

1. Introduction

2. Methodology

3. Control virtualization of food supply chains

3.1. What is virtualization?

3.2. Virtualization from an internet of things perspective

3.3. Virtualization of food supply chains

3.4. Food network complexity

3.5. Food object complexity

3.6. Food process complexity

3.7. Food process control complexity

4. Information systems architecture for supply chain virtualization

5. Use case fish distribution

6. Discussion and conclusions

References