Localisation and Circularity in Apple Supply Chains: An Algorithmic Exploration

Dit artikel presenteert een gewogen lineair optimalisatiemodel voor de Britse appelsupplyketen dat lokale distributie en circulariteit bevordert door prijs, hoeveelheid, versheid en afstand in te wegen om voedselverspilling en emissies te verminderen.

De kern

Stel je voor dat de Britse appelmarkt een enorm, drukke markt is waar boeren hun verse appels verkopen en winkels of fabrieken ze kopen. Het probleem is dat appels niet eeuwig meegaan; ze worden snel zacht, rotten en verliezen hun waarde. Als ze niet snel genoeg verkocht worden, worden ze weggegooid. Dat is zonde voor het milieu en voor de portemonnee.

Dit artikel beschrijft een slimme rekenmachine (een algoritme) die helpt om deze appels op de juiste manier te verdelen. Het doel is tweeledig:

1. Lokaal: Zorg dat appels niet over de hele wereld hoeven te reizen (minder vrachtwagens, minder uitstoot).
2. Circulair: Zorg dat niets verloren gaat. Als een appel niet direct verkocht kan worden, moet hij een tweede kans krijgen in een volgende ronde, in plaats van in de prullenbak te belanden.

Hier is hoe het werkt, vertaald in alledaags taal:

1. De "Scorebord"-Methode

Stel je voor dat je een matchmaker bent tussen boeren (aanbieders) en kopers (bestellingen). Je wilt niet alleen kijken naar de prijs, maar ook naar hoe vers de appel is, hoe ver hij moet reizen en of de hoeveelheid past.

De rekenmachine gebruikt een scorebord met vier categorieën:

• Prijs: Past het aanbod bij de vraag?
• Hoeveelheid: Past de zak appels bij de bestelling?
• Versheid: Is de appel nog vers genoeg voor de koper? (Deze "verlooptijd" is cruciaal).
• Afstand: Hoe ver moet de vrachtwagen rijden?

De slimme truc is dat je kunt wieggen met deze scoreborden.

• Wil je liefst goedkoop? Dan geef je de prijs een zware weging. De computer zoekt dan de goedkoopste deals, zelfs als de appels verder weg komen.
• Wil je liefst lokaal? Dan geef je de afstand een zware weging. De computer zoekt dan de dichtstbijzijnde boer, zelfs als de prijs iets hoger is.
• Wil je liefst vers? Dan geef je de houdbaarheid de hoogste prioriteit. De computer pakt eerst de appels die bijna rotten, zodat ze niet weggegooid worden.

2. De "Ronde" van de Appel

In het echte leven kun je niet alles in één keer perfect verdelen. Soms past de hoeveelheid niet, of is de prijs te laag.

• Ronde 1: De computer probeert zo veel mogelijk appels te verkopen.
• Ronde 2: Wat overblijft (de appels die in ronde 1 geen koper vonden), wordt niet weggegooid. Ze krijgen een tweede kans. De computer kijkt opnieuw of ze ergens anders passen.
• Ronde 3 & 4: Dit gaat door totdat er niets meer te matchen valt of de appels te oud zijn.

Dit is het "circulaire" deel: in plaats van dat restanten direct afval zijn, worden ze door de computer als "reserves" bewaard voor de volgende ronde. Alleen als ze echt te oud zijn, worden ze omgezet naar iets anders (bijv. appelsap of veevoer), in plaats van in de vuilnisbak.

3. Wat leerden ze uit de proef?

De auteurs hebben dit getest met echte data van de Britse appelmarkt. Hieruit kwamen een paar verrassende lessen:

• Er is geen "perfecte" stand: Je kunt niet één instelling kiezen die altijd het beste is. Als je kiest voor "liefst lokaal", reizen de appels minder ver, maar krijgen sommige winkels minder appels dan ze willen. Als je kiest voor "liefst veel verkopen", reizen de appels verder. Het is een afweging (een trade-off), net als bij het kiezen van een auto: snelheid versus brandstofverbruik.
• De kaart bepaalt de route: De resultaten hangen sterk af van waar de boeren wonen. In Engeland zitten veel appels in bepaalde provincies. Als je "liefst lokaal" kiest, werkt dat daar geweldig, maar in andere gebieden minder goed. De software moet dus flexibel zijn.
• Goed genoeg is beter dan perfect: Het is onmogelijk om in een grote markt elke appel perfect te verdelen. De computer moet soms kiezen voor een "goed genoeg" oplossing die snel klaar is, in plaats van urenlang te zoeken naar de ultieme perfecte match.
• Transparantie is key: De software vertelt niet alleen wat er verkocht wordt, maar ook waarom bepaalde appels niet verkocht zijn (bijvoorbeeld: "De prijs van de boer en de winkel kloppen niet"). Dit helpt mensen om hun prijzen aan te passen zodat er minder verspilling is.

Conclusie

Dit onderzoek laat zien dat we met slimme software de voedselketen duurzamer kunnen maken. Door de regels van de computer aan te passen (meer gewicht geven aan afstand of versheid), kunnen we bewust kiezen voor een schonere of eerlijkere markt. Het belangrijkste idee is: laat niets verloren gaan door het slim te herverdelen, en wees eerlijk over de keuzes die we maken tussen geld, milieu en versheid.

Technische samenvatting

Hier is een gedetailleerde technische samenvatting van het artikel "Localisation and Circularity in Apple Supply Chains: An Algorithmic Exploration" in het Nederlands.

Titel: Lokalisatie en Circulariteit in Apple Supply Chains: Een Algorithmische Verkenning

Auteurs: Baraa Alabdulwahab en Ruzanna Chitchyan (Universiteit van Bristol, UK)

---

1. Probleemstelling

Perishable voedselketens, zoals die voor verse appels, kampen met aanzienlijke uitdagingen op het gebied van duurzaamheid en efficiëntie. Slechte toewijzing van tijdsgevoelige producten leidt tot voedselverspilling, hogere transportemissies en onnodige langeafstandslogistiek. Hoewel digitale handelsplatforms steeds vaker worden gebruikt, missen veel bestaande optimalisatiemodellen de transparantie en operationalisering van circulaire-economiedoelen (zoals lokale sourcing en het hergebruik van niet-toegewezen voorraad).

De kernvraag is hoe men appels van leveranciers naar vraag kan toewijzen binnen een circulaire economie, waarbij lokale productie, versheid en economische levensvatbaarheid voor alle partijen in evenwicht worden gebracht, zonder dat dit leidt tot onoplosbare complexiteit of verspilling van niet-toegewezen voorraad.

2. Methodologie

De auteurs presenteren een gewichtssom-mixed-integer lineaire programmering (WS-MILP) model voor de toewijzing van vraag en aanbod. In plaats van een Pareto-benadering (die meerdere oplossingen genereert), kiest het model voor een enkele, uitvoerbare oplossing die geschikt is voor operationele, korte-termijn beslissingen.

A. Het Optimalisatiemodel

Het doel is om een totale score te maximaliseren die is samengesteld uit vier genormaliseerde criteria, elk gewogen met een parameter $w_k$:

1. Prijsalignering ($f_{price}$): Een maat voor de overeenkomst tussen de vraagprijs en de aanbodprijs.
2. Kwantiteitsalignering ($f_{quantity}$): Een maat voor de compatibiliteit tussen het aangeboden volume en de gevraagde hoeveelheid.
3. Versheidsalignering ($f_{freshness}$): Een lineaire maat voor het verschil in houdbaarheidsdatum (FEFO-principe: First-Expired-First-Out).
4. Geografische afstand ($f_{distance}$): Een exponentiële verval-functie die lokale toewijzingen beloont om transportkosten en emissies te minimaliseren.

De objectieve functie is:
$$\text{score} = w_1 f_{price} + w_2 f_{quantity} + w_3 f_{freshness} + w_4 f_{distance}$$

B. Implementatie en Cyclus

Het systeem is geïmplementeerd in Java met de ojAlgo bibliotheek voor de MILP-oplosser. Het proces verloopt in vier fasen:

1. Haalbaarheidsfiltering: Er wordt een bipartiete graaf opgebouwd waarbij alleen geldige koppelingsmogelijkheden worden overwogen (gebaseerd op producttype, tijdvensters, prijsbereiken en logistieke beperkingen).
2. Scoring: Voor elke haalbare koppeling wordt de gewogen som berekend.
3. MILP-Optimalisatie: De toewijzing wordt opgelost als een lineair programma. Om de rekentijd te beperken bij grote datasets, worden technieken zoals candidate pruning (top-K matches) en LP-screening toegepast.
4. Residucirculatie: Een cruciaal circulaire component. Niet-toegewezen voorraad (die nog niet is verlopen) wordt niet weggegooid, maar meegenomen naar de volgende iteratie van het optimalisatieproces. Verlopen voorraad wordt gesignaleerd voor downgraden (bijv. naar sap of veevoer).

3. Evaluatie en Resultaten

Het model is getest met een realistische dataset van de Engelse appelmarkt (2302 aanbodrecords en 262 vraagrecords, gefilterd naar eetbare appels voor de simulatie). Zeven verschillende prioriteitsstrategieën (gewichtensets) zijn getest, variërend van "Gelijke Weegsommen" tot extreme prioritering van prijs, kwantiteit, houdbaarheid of afstand.

Belangrijkste bevindingen:

• Hoge Utilisatie: Het framework slaagt erin om ongeveer 95,5% tot 96,7% van de binnenlandse voorraad te benutten, inclusief een circulatiepercentage van ongeveer 2-5% via herhaalde iteraties.
• Invloed van Weegsommen:
  • Prijs-gedreven: Leidt tot de beste economische uitkomsten voor verkopers en hoge benutting, maar verbetert lokale afstand of versheid niet significant.
  • Kwantiteit-gedreven: Maximaliseert het aantal volledig vervulde bestellingen, maar resulteert in meer ongebruikte voorraad en langere transportafstanden.
  • Houdbaarheid-gedreven (Expiry First): Bereikt de beste FEFO-uitkomsten (kortste houdbaarheidsverschil), maar vereist soms langere transporten om de versste appels te vinden.
  • Afstand-gedreven (Localisation): Minimaliseert transportafstanden aanzienlijk (van ~865 km naar ~670 km gemiddeld per bestelling) en verhoogt de lokale benutting, maar leidt tot minder volledig vervulde bestellingen en een verspreidere toewijzing.
• Trade-offs: Er is geen universeel optimale strategie. De resultaten worden sterk beïnvloed door de structuur van het leveranciersnetwerk (bijv. geografische concentratie in graafschappen zoals Kent).
• Circulatie: Het mechanisme voor het meenemen van residu's naar de volgende cyclus blijkt effectief om de totale verspilling te minimaliseren.

4. Belangrijkste Bijdragen

1. Operationeel Framework: Een implementeerbaar, gewogen-sum MILP-model dat circulaire doelen (lokaliteit, versheid) expliciet en transparant integreert in dagelijkse toewijzingsbeslissingen.
2. Transparantie en Controle: Door het gebruik van expliciete gewichten kunnen platformbeheerders en beleidsmakers de afweging tussen economische en duurzaamheidsdoelen dynamisch aanpassen.
3. Residucirculatie: Een architecturale benadering die "niet-toegewezen" niet als afval ziet, maar als input voor de volgende toewijzingscyclus, waardoor verspilling wordt geminimaliseerd.
4. Diagnostische Informatie: Het systeem levert feedback over waarom een match faalt (bijv. prijsverschil), wat stakeholders helpt hun aanbod of vraag aan te passen.

5. Betekenis en Conclusie

De studie concludeert dat er geen statische optimalisatieformulering bestaat die voor elke context optimaal is. De uitkomsten worden gezamenlijk bepaald door het optimalisatiemodel én de structurele eigenschappen van het specifieke leveranciersnetwerk.

Voor digitale handelsplatforms in de voedselketen betekent dit dat ze niet moeten streven naar "exhaustieve optimalisatie" (wat computatief onhaalbaar en operationeel onpraktisch is), maar moeten focussen op "goed genoeg"-toewijzingen. Deze moeten:

• Interpreteerbaar zijn.
• Onopgeloste incompatibiliteiten blootleggen.
• Systematisch omgaan met niet-toegewezen hoeveelheden via circulatie.

Dit onderzoek biedt een blauwdruk voor het bouwen van ICT-systemen die de circulaire economie in de praktijk brengen voor bederfelijke goederen, waarbij economische haalbaarheid en duurzaamheid hand in hand gaan.