نوآوری‌های صنعتی

نوآوری‌های صنعتی

چارچوب تصمیم‌یار هوشمند برای برنامه‌ریزی تولید زیست‌دارو با رویکرد داده‌محور: تلفیق شبکه عصبی مصنوعی، الگوریتم‌های فراابتکاری و تحلیل مونت‌کارلو

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه فناوری اطلاعات و مدیریت عملیات، دانشکده مدیریت و حسابداری، دانشگاه علامه طباطبایی، تهران، ایران.
2 گروه مدیریت فناوری و کارآفرینی، دانشکده مدیریت و حسابداری، دانشگاه علامه طباطبائی، تهران، ایران.
چکیده
رشد فزاینده صنعت زیست‌دارو و پیچیدگی زنجیره‌های تأمین آن، نیازمند توسعه مدل‌های هوشمند تصمیم‌یار است که بتوانند در محیط‌های پویا، اهداف اقتصادی، زیست‌محیطی و پایداری را به‌صورت هم‌زمان بهینه‌سازی کنند. پژوهش حاضر یک مدل داده‌محور بهینه‌سازی چندهدفه برای برنامه‌ریزی تولید پایدار در صنعت زیست‌دارو ارائه می‌دهد که در آن از ترکیب شبکه عصبی مصنوعی (ANN)، الگوریتم‌های فراابتکاری ژنتیک (GA) و ازدحام ذرات (PSO)، به‌همراه روش محدودیت اپسیلون (ε-Constraint) و تحلیل مونت‌کارلو (Monte Carlo Simulation) استفاده شده است. در گام نخست، تقاضای محصولات زیست‌دارویی با بهره‌گیری از مدل ANN مبتنی بر داده‌های واقعی تاریخی پیش‌بینی شد که با مقدار خطای RMSE ≈ ۸۶۹، دقت پیش‌بینی مطلوبی حاصل گردید. سپس نتایج پیش‌بینی در قالب یک مدل ریاضی چندهدفه شامل حداکثرسازی سود اقتصادی و حداقل‌سازی اثرات زیست‌محیطی به کار رفت. این مدل با استفاده از الگوریتم‌های GA و PSO حل شد و در نهایت، برای استخراج مجموعه‌ای از جواب‌های کارای پارتو از روش ε-Constraint استفاده گردید. نتایج نشان داد که الگوریتم PSO از نظر سرعت همگرایی و کیفیت پاسخ، عملکرد بهتری نسبت به GA دارد. همچنین تحلیل حساسیت مبتنی بر شبیه‌سازی مونت‌کارلو نشان داد که مدل پیشنهادی از پایداری و تاب‌آوری بالایی در برابر نوسانات تقاضا و پارامترهای محیطی برخوردار است. منحنی پارتو حاصل، تعادل پویایی میان سود و پایداری زیست‌محیطی را آشکار ساخت. درمجموع، مدل توسعه‌یافته با تلفیق یادگیری ماشین، بهینه‌سازی هوشمند و تحلیل عدم‌قطعیت، چارچوبی قدرتمند برای تصمیم‌سازی داده‌محور و پایدار در صنعت زیست‌دارو فراهم می‌آورد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

An Intelligent Data-Driven Framework for Biopharmaceutical Production Planning: Integrating ANN, GA, PSO, and Monte Carlo Uncertainty Analysis

نویسندگان English

seyed ghasem salimi zaviyeh 1
Abolfazl Kazazi 1
Iman Raeesi Vanani 1
Soroush Ghazinoori 2
1 Department of Information Technology and Operations Management, Faculty of Management and Accounting, Allameh Tabataba'i University, Tehran, Iran.
2 Department of Management of Technology and Entrepreneurship, Faculty of Management and Accounting, Allameh Tabataba’i University, Tehran, Iran.
چکیده English

The increasing complexity of biopharmaceutical production systems and the growing emphasis on sustainability necessitate the development of intelligent, data-driven decision-making frameworks capable of handling multiple conflicting objectives under uncertainty. This study proposes a data-driven multi-objective optimization model for sustainable biopharmaceutical production planning by integrating Artificial Neural Networks (ANN), Genetic Algorithm (GA), Particle Swarm Optimization (PSO), the ε-Constraint method, and Monte Carlo Simulation. In the first phase, an ANN-based model was employed to forecast product demand using real industrial data, achieving a promising accuracy with RMSE ≈ 869. The forecasted demand was then embedded into a multi-objective mathematical model designed to maximize economic profit while minimizing environmental impacts. The model was solved using GA and PSO, and the Pareto-efficient solutions were generated through the ε-Constraint technique to visualize trade-offs between objectives. Results indicated that PSO outperformed GA in both convergence speed and solution quality, particularly for large-scale and nonlinear decision spaces. Furthermore, Monte Carlo simulation was utilized to perform uncertainty and sensitivity analysis, confirming the robustness of the proposed model against fluctuations in demand and environmental parameters. The Pareto frontier revealed a dynamic and controllable trade-off between profitability and ecological sustainability. Overall, the integration of machine learning, metaheuristic optimization and probabilistic analysis provides a comprehensive intelligent framework for data-driven, sustainable and resilient production planning in the biopharmaceutical industry.

کلیدواژه‌ها English

Data-driven production planning
Biopharmaceutical demand forecasting
Artificial Neural Networks (ANN)
Multi-objective optimization
Metaheuristic algorithms&epsilon
-Constraint method
Monte Carlo Simulation

  • تاریخ دریافت 10 شهریور 1404
  • تاریخ بازنگری 04 آذر 1404
  • تاریخ پذیرش 04 آذر 1404