[논문]배출권거래제 하에서 2단계 공급사슬에서 다품목의 통합재고모형

김대홍

doi:10.11627/jkise.2019.42.4.061

배출권거래제 하에서 2단계 공급사슬에서 다품목의 통합재고모형
An Integrated Multi-Product Inventory Model for a Two-Echelon Supply Chain under Cap-and-Trade Mechanism 원문보기

Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering = 한국산업경영시스템학회지, v.42 no.4, 2019년, pp.61 - 68

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Currently many companies are interested in reduction of the carbon emissions associated with their supply chain activities such as transportation and operations. Operational decisions, such as modifications in order quantities could an effective way in reducing carbon emissions in the supply chain. Cap-and-trade regulation, sometimes called emissions trading, is a market-based tool to limit greenhouse gas emissions. Under cap-and-trade regulation, emission credits are allocated to the firms and the firms trades emissions under cap-and-trade schemes. In this paper, we propose a single-manufacturer single-buyer two-echelon supply chain problem under the cap-and-trade mechanism incorporating the carbon emissions caused by transportation and warehousing activities where a single manufacturer produces a family of items in order to deliver a family of items to a single buyer at a fixed interval of time for effective implementation of Just-In-Time (JIT) Purchasing. An integrated multi-product lot-splitting model of facilitating multiple shipments in small lots between buyer and manufacturer is developed in a JIT Purchasing environment. Also, an iterative heuristic algorithm is developed to derive the common order interval, the number of intervals for each product and the number of shipments between the buyer and the manufacturer during the common interval. A numerical example is given to illustrate the savings in reduction of total cost and carbon emissions by the inventory model incorporating cap-and-trade mechanism compared to the classical inventory model. The proposed inventory model could be useful for the practical solution of two-echelon supply chain inventory problem under cap-and-trade mechanism.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구의 수학적 모형에 포함되는 관련 비용요소로는 구매업자에게서 발생하는 공동발주비용, 품목별 발주비용 및 재고유지비용, 그리고 제조업자가 구매업자에게 다빈도로 운송하는데 소요되는 공동운송비용, 제조업자의 각 품목별 재고유지비용, 제조업자의 각 품목별 생산을 위한 생산준비비용이 있다. 그리고 환경적 요인과 관련하여 운송 및 재고보관과 관련한 탄소배출권 거래와 관련하여 발생하는 수입 또는 비용을 모두 고려하여 공급사슬 전체의 통합총비용을 나타내는 수학적 모형을 유도하고 또한 손쉽게 해를 찾을 수 있는 발견적 해법을 제시하고자 한다.
통합 총비용인 식 (12)를 최소화하는 T, , N을 찾는 것은 비선형 정수계획법문제로 최적해를 발견하는 것은매우 어려운 문제이다. 따라서 본 연구에서는 실용적으로 쉽게 해를 찾을 수 있는 발견적 해법을 제시하는데 중점을 두었으며 다음의 반복적 해법을 이용하여 해를 계산 할 수 있으며, 엑셀에서 계산 가능하다.
[3]는 물류 및 생산재고관리 정책을 통하여 통합총비용을 증가시키지 않으면서 동시에 탄소배출을 줄이는 방안에 대한 연구를 하였으며, 1회 발주량을 변경하여 탄소배출량을 줄일 수 있는 수학적인 조건에 대한 분석적인 연구를 수행하였다. 또한 배출권거래제도에 대한 연구뿐만 아니라 탄소세 제도하에서의 경제발주량에 대한 연구도 수행하였다.
특히 공급사슬전 영역에서의 생산 및 물류관련 의사결정에 환경과 관련한 탄소배출에 대한 고려를 하지 않을 수 없다. 본 논문에서는 탄소배출권 거래제 하에서 기업의 운송활동 및 재고보유로 발생하는 탄소배출을 고려한 2단계 공급사슬에서의 다품목의 재고모형을 수립하였다.
본 연구에서는 탄소배출권 거래제 하에서 단일 제조업자와 단일 구매업자를 포함하는 공급사슬에 대한 연구이며, 단일 제조업자가 다품목을 각 품목별 주기로 제조하여 단일 구매업자에게 공동운송기간마다 운송하는 경우로, JIT구매 하의 단일 구매업자와 단일 제조업자를 포함하는 2단계 공급사슬의 통합재고모형을 수립하고자 한다.
기업의 탄소배출량을 저감하는 다른 방법으로는 환경을 고려한 생산 및 물류관리 정책을 활용하는 것으로, 탄소배출에 영향을 주는 의사결정변수로는 1회 발주량과 1회 운송량이다. 즉, 물류 및 재고관리 측면에서 1회 발주량이나 1회 운송량의 결정 시 탄소배출과 관련한 환경적 요인을 고려하는 것이다. 최근에 탄소배출과 관련된 환경요인을 고려한 연구가 활발히 진행되고 있으며 최근의 연구에서는 생산관리나 물류관리에 대한 의사결정이 기업의 재고보관비용이나 운송비용을 줄이면서 동시에 탄소배출량을 감축시킬 수 있음을 입증하였다[1, 2, 5, 15].
탄소배출을 고려한 통합재고모형의 유용성을 보이기위하여 수치 예제를 활용하여 보기로 하겠다.

가설 설정

(1) 각 품목별 수요와 조달기간이 일정하고 확정적이다.
(1) 운송횟수의 초기치로는 N=1로 한다.

제안 방법

탄소배출권 가격에 대한 통합총비용의 민감도를 알아보기 위하여 톤당 탄소가격 C의 증가에 따른 탄소배출권 거래제 하에서 통합 총비용과 탄소배출을 고려하지않고 재고정책을 수립할 때의 통합총비용을 비교하여 계산하였으며, 그 결과가 [Table 4] 에 나와 있다.

성능/효과

(2) 각 품목은 재고부족이 발생하지 않으며, 품절비용은 고려하지 않는다.
즉, 의사결정변수인 m_i 값들 간에서로 상호작용이 있다. (2) 의사결정변수인 N 및 m_i는 정수이어야 한다. 식 (15)를 최소화하는 것은 비선형 정수계획법(nonlinear integer programming) 문제이며, 따라서 손쉽게 해를 찾을 수 있는 발견적 해법을 이용하기로하자.
(3) 1회 운송 시 발생하는 탄소 배출량은 운송 시 발생하는 고정배출량과 운송량에 정비례하는 변동배출량의 합이다.
(4) 각 품목별 재고를 보관 하는데 따르는 탄소배출량은 재고보관량에 상관없이 발생하는 고정배출량과 재고보관량에 정비례하는 변동배출량의 합이다.
04%의 통합총비용이 감소되었다. 그리고 통합총비용의 절감과 더불어 연간 탄소배출량 감소량은 1,924.57-921.44 = 1,169.03(톤)이며, 연간 52.12%의 탄소배출량이 줄어들었음을 알 수 있다.
탄소배출을 고려한 통합재고 모형의 유용성을 보이기 위하여 위의 예제의 결과를 비교하면 통합총비용 절감액은 JTC(T0 , #, N0) - JTC(T*, #, N*) = $48,802.28-$29,751.75 = $19,051.53이며, 39.04%의 통합총비용이 감소되었다.

후속연구

앞으로 공급사슬관리에서 운송 및 재고와 관련된 탄소배출 등 환경에 대한 고려의 중요성은 더욱더 커질 것으로 예상하고 있으며, 보다 복잡하고 현실적인 상황에서의 추가 연구가 필요하다. 대다수의 선행연구들이 수요가 확실한 상황에서의 연구이며, 수요가 불확실한 상황에서의 통합재고모형에 대한 연구가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	탄소 배출권 거래제는 무엇인가?	탄소 배출권 거래제는 정부가 온실가스를 배출할 수있는 총량을 설정하고 기업들에게 일정한 규칙에 의하여할당하면 기업들은 직접적인 감축뿐만 아니라 온실가스배출권의 매매를 통하여 비용 효과적으로 탄소배출량을 감축하는 제도이다. 온실가스를 줄이는데 비용이 상대적으로 많이 드는 기업은 배출권거래시장을 통해 배출권을구매하여 비용을 절감하고, 비용이 상대적으로 적게 드는 기업은 감축활동을 통해 확보한 잉여배출권을 시장에 판매하여 수익을 얻을 수 있는 것이다.
	우리나라의 2030년까지 온실가스 배출량 절감 목표는 무엇인가?	2030년까지 온실가스 배출량을 “전망치(BAU, BusinessAs Usual) 대비 37% 줄이겠다”고 발표한 우리나라는 산업별 온실가스 감축 계획 등 후속 방안을 마련하고 있으며, 2018년에 발표한 환경부의 온실가스 로드맵보고서에 따르면 37% 중 32.5%는 산업계 등 국내에서 감축하고, 4.
	탄소 배출권 거래제를 활용하여 수익을 얻는 방식은 무엇인가?	탄소 배출권 거래제는 정부가 온실가스를 배출할 수있는 총량을 설정하고 기업들에게 일정한 규칙에 의하여할당하면 기업들은 직접적인 감축뿐만 아니라 온실가스배출권의 매매를 통하여 비용 효과적으로 탄소배출량을 감축하는 제도이다. 온실가스를 줄이는데 비용이 상대적으로 많이 드는 기업은 배출권거래시장을 통해 배출권을구매하여 비용을 절감하고, 비용이 상대적으로 적게 드는 기업은 감축활동을 통해 확보한 잉여배출권을 시장에 판매하여 수익을 얻을 수 있는 것이다. 다른 온실가스 규제정책은 감축을 아무리 많이 하더라도 인센티브가 없는데 반해, 배출권거래제는 배출권을 판매하여 수익을 얻을 수 있는 것이다[10, 15].

참고문헌 (15)

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Hovellaque, V. and Bironneau, L., The Carbon-constrained EOQ Model with Carbon Emission Dependent Demand, International Journal of Production Economics, 2015, Vol. 164, pp. 285-291.

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Kim, D.H. and Kim, Y.C., An Integrated Inventory Model for Multi-Item in Just-In-Time Purchasing, Journal of Society of Korea Industrial and Systems Engineering, 2002, Vol. 25, No. 1, pp. 42-48.
Kim, D.H., Generalized Single Manufacturer and Multiple Retailers Supply Chain Model in JIT Purchasing, Journal of Society of Korea Industrial and Systems Engineering, 2011, Vol. 34, No. 4, pp. 25-34.
Kim, D.H., Multi-Product Inventory Model with Carbon Footprints under Cap-and-Trade Mechanism, Journal of the Korean Institute of Plant Engineering, 2016, Vol. 21, No. 4, pp. 85-95.
Kim, D.H., Single Manufacturer and Multiple Retailers Multi-Product Inventory Model under Cap-and-Trade Mechanism, Journal of Society of Korea Industrial and Systems Engineering, 2019, Vol. 42, No. 1, pp. 158-166.

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Kim, H.C. and Kim, S.E., How To Cope with Capand-Trade Mechanism, InfotheBooks, 2014, pp. 18-22.
Road Map of Greenhouse Gas Reduction, Ministry of Environment, 2018.
Shin, H.J. and Ahn, B.J., Collaborative Vendor Managed Inventory Models for managing 2-Echelon Supply Chains with the Consideration of Shortage in Demand, Journal of the Korea Academia-Industrial Cooperation Society, 2008, Vol. 9, No. 2, pp. 556-563.

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Shin, S.C., Kim, Y.K., Han, J.H., and Park, H.Y., Environmental Management, KEI, 2010, pp. 169-170.
Statistical Review of World Energy, BP, 2019.
Tang, S., Wang, W., Cho, A., and Yan, H., Reducing in Transportation and Inventory Management : (R,Q) Policy with Considerations of Carbon Reduction, European Journal of Operational Research, 2018, Vol. 269, pp. 327-340.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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