طراحی مدل توسعۀ پایدار بازیافت زباله‌های الکترونیکی

طراحی مدل توسعۀ پایدار بازیافت زباله‌های الکترونیکی

سجاد شکوهیار^1*، عیسی اکبری²

1- استادیار، گروه مدیریت فن‌آوری اطلاعات - دانشگاه شهید بهشتی – تهران - ایران

2- دانشجوی کارشناسی‌ارشد مدیریت MBA-عملیات، دانشکدۀ مهندسی صنایع- دانشگاه سمنان – سمنان - ایران

چکیده

زبالۀ تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی یکی از بزرگ‌‌ترین جریان‌های روبه‌رشد زباله در مقیاس جهانی. این زباله‌ها حاوی مواد خطرناکی هستند که اگر به‌درستی مدیریت نشوند، ممکن است بر محیط‌زیست و سلامت انسان اثر بگذارند. بنابراین برای حفاظت از محیط‌زیست نیاز است زباله‌های الکترونیکی به سمت یک فرایند پایان عمر مناسب مانند بازیافت و دفع، هدایت شوند. هدف این مقاله طراحی شبکۀ بازیافت زباله‌های الکترونیکی مبتنی بر اهداف توسعۀ پایدار، در سطح کشوری است که در آن مسائل اقتصادی، زیست‌محیطی و اجتماعی مدنظر هستند. مدل توسعه‌یافتۀ بهینه‌سازیِ شبیه‌سازی به‌منظور تعیین بهترین مکان برای کارخانه‌های بازیافت برای مدیریت کلی زباله‌های الکترونیکی در ایران استفاده شد‌ه است؛ به‌طوری‌که دولت بتواند همزمان یک هم‌پوشانی بین مسائل زیست‌محیطی، اثرات اجتماعی و اقتصادی ایجاد کند.

واژه‌های کلیدی: بهینه‌سازیِ شبیه‌سازی، توسعۀ پایدار، زباله‌های الکترونیکی، لجستیک معکوس.

1- مقدمه

نیاز به تغییر و تحول و توسعه از عمده‌ترین نیازهای فطری انسان است و در طول تاریخ همراه با رشد فکری، فرهنگی، ارتقای سطح علمی و اجتماعی بشری، این نیاز به توسعه نیز افزایش می‌یابد. توسعۀ پایدار با کیفیت زندگی در یک جامعه در ارتباط کامل است و ازآنجاکه سیستم‌های اقتصادی، اجتماعی و زیست‌محیطی، جامعه را می‌سازند و زندگی سالم، ایمن و لذت‌بخشی را برای همۀ جوامع در حال و آینده فراهم می‌‌کنند، لذا پایداری با سیستم‌های اقتصادی، اجتماعی و زیست‌محیطی در ارتباط کامل است. توسعۀ پایدار بدون تردید یک مفهوم پیچیده است که ابعاد مختلفی را در بر می‌گیرد. اما اغلب محققان توسعۀ پایدار را در سه محور اصلی زیست‌محیطی، اجتماعی و اقتصادی بررسی می‌کنند. شکل (1) ارتباط سه بعد توسعۀ پایدار را نشان می‌دهد.‏

شکل (1) ارتباط میان سه بعد توسعۀ پایدار

توجه جداگانه به این سه بعد و بررسی مشکلات جوامع به طور جداگانه و ارائۀ راه‌حل برای مشکلات موجود در هر جنبه می‌تواند مشکلات زیادی را ایجاد کند.

 به‌طور مثال، توجه به بعد اقتصادی کارخانه‌های تولیدی می‌تواند اثرات جبران‌ناپذیری را بر محیط‌زیست به‌دلیل تولید پسماندها و ضایعات شیمیایی بگذارد. لذا باید به هم‌پوشانی مسائل در این سه بعد در توسعۀ پایدار توجه کرد (ساهو¹ و همکاران، 2005).

زبالۀ‌ تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی(WEEE)² یکی از بزرگ‌ترین جریان‌های روبه‌رشد زباله در مقیاس جهانی است. بنابراین برای حفاظت از محیط‌زیست نیاز است که زباله‌های الکترونیکی به سمت یک فرایند پایان عمر مناسب مانند بازیافت و دفع هدایت شوند. برخلاف بازیافت آسان و مناسب زباله‌های فلزی، بازیافت زباله‌های الکترونیکی بسیار پیچیده‌تر است؛ زیرا محصولات الکترونیکی که به پایان عمر خود می‌رسند، حاوی مواد مختلف زیادی هستند که به‌طور یکپارچه به یکدیگر متصل شده‌اند(تانسکینن³، 2013). با توجه به اجتناب‌ناپذیربودن تولید زبالۀ الکترونیکی توسط انسان در هر زمان، توجه به کنترل و ساماندهی آن وظیفه‌ای ملی و بااهمیت است.

امروزه برخی از دولت‌ها در تعدادی از کشورها از نظر مالی و سازمانی مسئولیت بازیافت محصولات خود را زمانی که عمر آن‌ها به پایان رسید، بر ‌عهده دارند. این موضوع با اصطلاح طراحی شبکۀ ملی لجستیک معکوس (RL)⁴ پدیدار شده است (منصور و زارعی، 2008). مرور و بازبینی در طراحی شبکۀ لجستیک معکوس عمدتاً به دو دسته تقسیم می‌شوند: به‌حداقل‌رساندن هزینه‌ها و کمینه‌کردن اثرات زیست‌محیطی. تحقیقات کمی برای تلفیق این دو رویکرد وجود دارد. بخش اجتماعی توسعۀ پایدار در شبکه‌های لجستیک معکوس همواره در ادبیات نادیده گرفته شده است (بلوم هاف روارد⁵ و همکاران، 2004). در حال حاضر حجم زیادی از زباله‌های الکترونیکی تولیدی به‌طور مستقیم و بدون هیچ بهبودی به محل‌های دفن زباله می‌روند. رسیدن به قابلیت توسعۀ پایدار در شبکۀ بازیافت زباله‌های الکترونیکی مستقیماً به مقدار کلی زباله‌های الکترونیکی تولیدشده بستگی دارد. برای بهبود این سرعت سریع و غیرقابلِ‌کنترل رشد زباله‌های الکترونیکی، به دولت ایران توصیه شده است تا شبکۀ لجستیک معکوس مؤثر و کارامدی را طراحی کنند (تقی‌پور و همکاران، 2011). نگرانی اصلی، کمبود یک سیستم جمع‌آوری و بازیافت کارآمد است. در حال حاضر هیچ بخش‌نامه‌ای برای جمع‌آوری و دفع ایمن زباله‌های الکترونیکی در کل سازمان‌های قانونی و مجاز مثل سازمان حفاظت از محیط‌زیست (EPO)⁶ ایران وجود ندارد. تنها یک مکان دفع زباله‌های الکترونیکی با ظرفیت 8/0 تن در روز موجود است که به‌وسیلۀ بخش عمومی نصب شده است(2011, EPO ). بنابراین کشور پتانسیل زیادی برای نصب و راه‌اندازی امکانات و تسهیلات جدید جهت چارهاندیشی برای لوازم الکتریکی و الکترونیکی در پایان عمر مفیدشان (EOL)⁷ دارد. در بخش بعدی این مقاله، کارهای منتشرشده برای مدل‌سازی شبکۀ لجستیک معکوس در سطح ملی و بازیافت زبالۀ الکترونیکی برای کشورهای مختلف مرور می‌شود. بخش 3 مربوط به طراحی مدل مسئله با توجه به اهداف توسعۀ پایدار است. بخش 4 به حل مدل و تحلیل نتایج می‌پردازد و سرانجام، بخش 5 به نتایج اختصاص دارد.

2- مرور ادبیات

در سال‌های اخیر محققان توجه زیادی به طراحی توسعۀ پایدار شبکۀ لجستیک معکوس داشتند (آنگاندو و همکاران، 2011). بااین‌حال کارهای اندکی روی طراحی شبکۀ لجستیک معکوس برای همۀ گروه‌های زباله‌های الکترونیکی با توجه به سه محور توسعۀ پایدار در سطح ملی منتشر شده است. دلیل اصلی مرور این ادبیات تشخیص و درک نقش‌های اصلی کارهای موجود به‌‌منظور متمایزسازی این تحقیق از آن دسته مطالعات است.

 تقی‌پور و همکاران (2011) در تحقیق خود داده‌ها را برای 8 گروه از زباله‌های الکترونیکی خلاصه کردند و توسعۀ مسئولیت‌پذیری تولیدکننده (EPR)⁸ را در بین سازمان‌های ایرانی مطالعه کردند. شکوهیار و منصور (2012) یک مدل به‌منظور تعیین بهترین مکان برای مراکز جمع‌آوری و همچنین کارخانه‌های بازیافت در ایران طراحی کردند. هیکس و همکاران⁹ (2005) وضعیت بازیافت و دفع پسماندهای الکترونیکی و اثرات آن‌ها بر محیط‌زیست، بهداشت و اقتصاد چین را بررسی کردند. کانگ و چونانگ¹⁰ (2005) در مطالعات خود به بازیافت پسماندهای الکترونیکی و بررسی زیرساخت‌ها و فن‌آوری‌ها در ایالات متحدۀ آمریکا پرداختند. همچنین در این مطالعه روش‌های جمع‌آوری و برنامه‌های بازیافت پسماند‌های الکترونیکی بررسی شد. چانگ و همکاران¹¹ (2006) روی سیستم لجستیک برای بازیافت ضایعات الکترونیکی در چین متمرکز بودند. مدلMILP¹² بر اساس مدل مکان مناسب انبار توسعه یافت و یک استان در چین مطالعه شد. کی روگا و همکاران¹³ (2008) روشی را برای انتخاب بهترین محل برای کارخانه‌های بازیافت زباله‌های الکترونیکی در اسپانیا بررسی کردند. این مطالعه را بنیاد ECOLEC که به‌وسیلۀ انجمن‌های تجاری راه‌اندازی شده است انجام داد تا بخش تولیدی و واردکنندگان وسایل الکتریکی و الکترونیکی را به نمایش گذارد. نویسندگان این مطلب را به‌عنوان یک مسئلۀ تصمیم‌گیری چندمعیاره (MCDM)¹⁴ تعریف کرده‌اند که سه معیار اصلی و مهم انتخاب شدهُ اقتصاد، زیربناهای اقتصادی و قانون می‌باشند. هدف اصلی مطالعه، پیشنهاد ساختار بهینه‌ای در قوانین کارخانه‌های بازیافت نبود بلکه پیشنهاد مجموعه‌ای از گزینه‌های خوب برای مکان‌های بالقوه جمع‌آوری بود. روزیس و همکاران¹⁵(2008) روش تصمیم‌گیری چند معیاره را برای انتخاب بهترین سناریوی حل مشکل زباله‌های الکترونیکی مبتنی بر اهداف توسعۀ پایدار در جزیرۀ قبرس به کار گرفتند. دوازده استراتژی برای حل این موضوع که مبتنی بر معیارهای فنی، زیست‌محیطی، اجتماعی و اقتصادی بودند، انتخاب شدند. گرونو و گوبی¹⁶ (2009) رویکردی مبتنی بر مدل‌سازی MILP برای بهینه‌سازی محل مراکز جمع‌آوری زباله‌های الکترونیکی در دانمارک فراهم ساختند. مدل توسعه‌یافته به سازمان‌های دولتی در واگذاری طرح‌های جمع‌آوری به شهرداری‌هایی که مصرف‌کنندگان زباله‌ها را به آن‌ها تحویل می‌دهند، کمک می‌کند. کمبرینی و همکاران¹⁷ (2010) مدلی عمومی و کلی برای بهینه‌سازی تعداد وسایل نقلیۀ موردنیاز، حداکثر ظرفیت پرشدنآن‌ها و مطلوبیت زمان‌های کاری این وسایل برای حل‌وفصل مسئلۀ زباله‌های الکترونیکی با توجه به اهداف زیست‌محیطی و اقتصادی در شمال ایتالیا، توسعه دادند. اثرات زیست‌محیطی به‌وسیلۀ روش ارزیابی چرخۀ عمر (LCA)¹⁸ کمی شد و نتایج در یک مدل شبیه‌سازی به کار گرفته شدند. آکیلز و همکاران¹⁹ (a2010) مدل MILP را به‌عنوان ابزار پشتیبانی از تصمیم برای سیاست‌گذاران ارائه کردند تا شبکۀ لجستیک معکوس محصولات الکتریکی و الکترونیکی را در یونان بهینه کنند. مدل توسعه‌یافتۀ هزینه‌های کلی لجستیک که شامل هزینه‌های متغییر حمل‌ونقل و هزینۀ متغییر و ثابت برای ایجاد امکانات واسطه است را کمینه می‌کند. در تحقیق دیگری از آکیلز و همکاران (b2010) محل تأسیسات بازیافت زباله‌های الکترونیکی در یونان بررسی شد. روش چندمعیاره در چهارچوب تصمیم‌گیری برای انتخاب بهترین محل‌های جمع‌آوری جایگزین زباله‌های الکترونیکی اقتباس شد. سه هدف در مدلِ توسعه‌یافته درنظر گرفته شد:‌ فواید و مزایای اجتماعی (توسعۀ محلی، جمعیت بیکار)، اقتصاد (ارزش زمین و وضعیت مالی جمعیت محلی) و معیارهای قابلیت دسترسی (قابلیت دسترسی به محل و فاصله از: نزدیک‌ترین بندر، پایتخت منطقه و دیگر امکانات موجود). شین فنگ و همکاران²⁰ (2010) یک شبکۀ لجستیک معکوس برای مدل‌سازی زباله‌های الکترونیکی در استان گوآنگ‌ژو در چین پیشنهاد کردند. در این شبکه، تابع هدف، کمینه‌‌کردن هزینه‌های کلی حمل‌ونقل بود. به این منظور مدل برنامه‌ریزی خطی (LP)²¹ برای تعیین بهترین مراکز جمع‌آوری زباله‌های الکترونیکی به کار گرفته شد. سپس از مدل شبیه‌سازی برای تحلیل نتایج مدل LP استفاده شد. کالانا²² (2010) به بررسی روش‌های دفع پسماند‌های الکترونیکی در مالزی پرداخت. اطلاعات به‌دست‌آمده نشان داد که مقدار تجهیزات الکترونیکی ذخیره‌شده و تجهیزات الکترونیکی دسته‌دوم فروخته‌شده به‌ترتیب حدود 48٪ و 37٪ بود و فقط 27٪ زباله‌های الکترونیکی بازیافت می‌شدند. آساواپکی و وانگست سنکرون²³ (2011) یک راه‌‌حل برای طراحی زیرساخت‌های اقتصادی تولید معکوس در ایالت تگزاس برای زبالۀ تلویزیون‌ها، ‌CPU‌‌ها و مانیتورها پیشنهاد کردند. در این راه‌حل˚ محل جمع‌آوری عادی، محل جمع‌آوری هاب، محل فرآوری عادی، محل فراوری هاب و محلی برای جمع‌آوری موقت̊ به‌وسیلۀ مطلوب‌سازی مدل MILP تعیین شدند. گومز و همکاران²⁴(2011) یک مدل MILP عمومی را برای نشان‌دادن شبکۀ بازیافت زباله‌های الکترونیکی در پرتغال پیشنهاد دادند. در مدل آن‌ها، بهترین محل‌ها برای جمع‌آوری و دسته‌بندی‌کردن مراکز به‌طور هم‌زمان انتخاب شدند. اولا ملا و همکاران²⁵ (2014) در مطالعات خود دستورالعمل توسعه و اجرای زیرساخت‌های بازیافت زباله‌های الکترونیکی در فنلاند را تشریح کردند. آن‌ها همچنین چالش‌‌های مدیریت اثر بخش سیستم بازیافت زباله الکترونیکی در فنلاند را بررسی کردند. راموس و همکاران²⁶(2014) نگرانی‌های اقتصادی و زیست‌محیطی را در برنامه‌ریزی سیستم‌‌های جمع‌آوری زباله‌های قابل بازیافت بررسی کردند. مطالعۀ آن‌ها برای شبکه‌های لجستیک با انبارهای متعدد که در آن محصولات مختلف جمع‌آوری می‌شوند انجام شد. همچنین در آن تحقیق شش سناریو دربارۀ مناطق مختلف سرویس‌دهی و توابع هدف (حداقل‌کردن فاصله و میزان انتشار گاز دی‌اکسیدکربن) مطالعه شد.

براساس مرور ادبیات انجام‌شده، مشاهده می‌شود که تاکنون تحقیق جامع و به‌روزی درخصوص طراحی شبکۀ بازیافت انواع مختلف زباله‌های محصولات الکترونیکی انجام نشده است. در این تحقیق سعی خواهد شد چنین شبکه‌ای برای این دسته از زباله‌های الکترونیکی مدل‌سازی و سپس با جمع‌آوری داده و پیاده‌کردن در مدل بهینه‌سازی شود. بدین‌ترتیب که ابتدا شبکۀ بازیافت براساس نوع زباله‌های الکترونیکی تولیدی و حجم زباله‌ها طراحی خواهد شد. به‌منظور پیاده‌‌کردن مدل، داده‌های مربوط به زباله‌های الکترونیکی در ایران جمع‌آوری و سپس با استفاده از ابزار بهینه‌کردن، شبیه‌سازی مدل طراحی‌شده، بهینه خواهد شد.

در این تحقیق فرضیات زیر لحاظ شده است که به تفضیل در ادامه نحوۀ مدل‌سازی و جزئیات آن‌ها توضیح داده خواهد شد:

- چهار نوع کارخانه برای بازیافت زباله‌های الکتریکی در نظر گرفته شده است.

- اثرات زیست‌محیطی مربوط به حمل‌و‌نقل و آلودگی ناشی از کارخانه‌های بازیافت، مدل شده است.

- سه شاخص اجتماعی برای بررسی اثرات اجتماعی در مدل لحاظ شده است.

- مراکز استان‌ها به‌عنوان مبدأ تولید زباله‌های الکترونیکی و مبانی سنجش مسافت حمل در نظر گرفته شده است.

3- طراحی مدل مسئله

به‌منظور مدل‌سازی مسئلۀ مطرح‌شده در بخش پیشین، ابتدا انواع زباله‌های الکتریکی و الکترونیکی بررسی و دسته‌بندی شده‌اند. بر‌اساس تحقیقی که هوسیمان و همکاران²⁷(2007) انجام داده‌اند این دسته از زباله‌ها در 13 گروه دسته‌بندی شده‌اند که براین‌اساس باتوجه به توانمندی جمع‌آوری داده از مراکز مختلف 10 گروه زباله الکترونیکی لحاظ شده است (جدول 1). به‌منظور طراحی شبکۀ بازیافت این دسته از محصولات، فرآیندهای اصلی زیر در نظر گرفته شده است (فلایشمن²⁸ و همکاران، 2003):

- حمل‌و‌نقل: شامل حمل مواد جمع‌آوری‌شده به مراکز بازیافت است.

- جداسازی و بازیافت اولیه: در این فرایند قطعات محصولات الکتریکی دمونتاژ می‌شود و براساس نوع دسته‌بندی می‌شود.

- بازیافت: مواد و قطعات محصولات با توجه به نوع آن در کارخانه‌های بازیافت می‌شوند.

جدول (1) دسته‌بندی زباله‌های الکتریکی و الکترونیکی

شکل (2) شبکۀ بازیافت زباله‌های الکترونیکی

براین ‌اساس شبکه بازیافت محصولات الکترونیکی به‌صورت شکل (2) طراحی شده است. زباله‌های تولیدشده جمع‌آوری و براساس نوع مواد تشکیل‌دهندۀ هر بخش، به کارخانه‌های بازیافت مختلف در سراسر کشور فرستاده شدند. این کارخانه‌های در چهار دسته طبقه‌بندی شده‌اند:

- بازیافت فلوروسنت

- بازیافت عمومی

- بازیافت محصولات پیشرفته

- بازیافت خنک‌کننده‌ها

با توجه به ترکیبات محصولات الکتریکی و الکترونیکی و اطلاعات جمع‌آوری‌شده از مرکز آمار و گمرک ایران، فرضیات و اطلاعات زیر برای طراحی مدل در نظر گرفته شده است:

- در مدل طراحی‌شده فرض شده است کارخانه‌های بازیافت می‌توانند در مرکز هر استان بنا شوند. لذا 31 استان کشور به‌عنوان مراکز پیشنهادی جمع‌آوری و بازیافت در مدل لحاظ شده است.

- نرخ تولید زباله‌های الکترونیکی از سال 1375 تا 1392 محاسبه شده است و این داده‌ها به‌منظور محاسبۀ نرخ تولید زباله‌های الکترونیکی در مدل استفاده شده‌اند.

- کارخانه‌های بازیافت: در مدل فرض شده است که ظرفیت کارخانه‌های بازیافت 2000، 8000، 12000و 20000 تن در سال طراحی شود. این ظرفیت‌ها بر اساس استعلام انجام‌شده از سازندگان این کارخانه‌های در دنیا در مدل لحاظ شده است. فرض شده است این کارخانه‌های 8 ساعت در روز و 250 روز در سال فعال هستند.

- حمل‌ونقل: هزینه‌های حمل و نقل بر اساس هزینۀ حمل یک تن زباله و فواصل مراکز استان‌ها محاسبه شده است.

براساس این فرضیات و توضیحات داده شده در خصوص اهداف توسعۀ پایدار، در ادامه ابتدا پارامترها و متغیرهای مدل، به‌ترتیب در جداول (2) و (3) ارائه شده و سپس توابع هدف مدل بررسی‌شده طراحی شده است.

جدول (2) اندیس‌ها و پارامترهای مدل

جدول(3) متغیرهای مدل

3-1- اهداف اقتصادی

زباله‌های محصولات الکترونیکی با توجه به مواد تشکیل‌دهندۀ خود پس از بازیافت، دارای ارزش اقتصادی فراوانی هستند. از طرفی به‌منظور بازیافت و استفادۀ مجدد از این مواد، باید سرمایه‌گذاری لازم به‌منظور طراحی شبکۀ بازیافت انجام شود و هزینه‌های مربوط به حمل‌ونقل این مواد را پرداخت کرد.

در مدل توسعه‌داده‌شده، هدف اقتصادی حداکثرکردن سود شبکه است. براین‌اساس رابطۀ ریاضی این تابع هدف به‌صورت زیر خواهد بود:

(1)

در رابطۀ (1) بخش اول مربوط به محاسبۀ سود ناشی از فروش مواد تشکیل‌دهندۀ کارخانه‌های بازیافت، بخش دوم مربوط به قیمت خرید زباله‌های الکترونیکی، بخش سوم مربوط به هزینه‌های احداث کارخانه‌های بازیافت و بخش آخر مربوط به هزینه‌های حمل‌ونقل میان مراکز تولید و کارخانه‌های است.

3-2- اهداف زیست‌محیطی

مقالات فراوانی تا‌‌کنون اثرات زیست‌محیطی شبکۀ بازیافت زباله‌های الکترونیکی را بررسی کرده‌اند (هوسیمان و همکاران،2007). واگر و همکاران ترکیبی از جریان مواد و LCA را در یک شبکه بازیافت بررسی کردند. در این تحقیق با توجه به تنوع زباله‌های الکترونیکی و همچنین فرضیات مدل طراحی‌شده، از نرم‌افزار Simapro7.0 استفاده شده است. بدین‌منظور اثرات زیست‌محیطی حمل یک تن زباله برای یک کیلومتر کمی شده است. همچنین اثرات زیست‌محیطی هریک از کارخانه‌های به‌صورت مقایسه‌ای محاسبه شده است. براین‌اساس تابع ریاضی اثرات زیست‌محیطی شبکه بازیافت به‌صورت زیر خواهد بود:

(2)

رابطه (2)، اثرات زیست‌‌محیطی حمل‌ونقل زباله‌ها را به کارخانه‌های بازیافت محاسبه می‌کند.

3-3- اهداف اجتماعی

همان‌طور که در مرور ادبیات نیز عنوان شد، مقالات اخیر تنها اثرات زیست‌محیطی و اقتصادی ناشی از شبکۀ بازیافت را مدل‌سازی کرده‌اند و تنها تعداد معدودی به مدل‌سازی اثرهای اجتماعی پرداخته‌اند (موریس و برون،2004)²⁹. در این تحقیق مسئولیت اجتماعی در شبکۀ بازیافت و شاخص‌های مؤثر اجتماعی بر توسعۀ شبکه (کارتر و همکاران،2002)³⁰ بررسی و نهایتاً شاخص‌های جدول (4) انتخاب شده است:

جدول (4) مسئولیت اجتماعی در شبکۀ بازیافت و شاخص‌های مؤثر بر توسعۀ شبکه

براساس این شاخص‌ها با استفاده از روشAHP  و انجام مقایسات زوجی، وزن نسبی هریک از شاخص‌ها نسبت به شاخص دیگر در جدول (5) محاسبه شده است.

جدول(5) محاسبۀ وزن نسبی شاخص‌ها

براساس توضیحات داده شده، مدل ریاضی تابع هدف اجتماعی به صورت مدل (3) خواهد بود:

(3)

رابطۀ (3)، محاسبۀ اثرهای اجتماعی مربوط به احداث کارخانه‌های بازیافت است.

3-4- محدودیت‌های مدل

به‌منظور پیاده‌کردن مدل (3) محدودیت‌های ذیل نیز به مدل اضافه شده است:

(4)

(5)

(6)

محدودیت شمارۀ (4) مربوط به محدودیت ظرفیت کارخانه‌های بازیافت است. محدودیت شمارۀ (5) شرط تخصیص تنها یک ظرفیت به کارخانه‌های بازیافت را رعایت می‌کند. محدودیت (6) شرایط صفرویک‌بودن متغیرهای صفرویک مدل را رعایت می‌کند.

4- حل مدل و تحلیل نتایج

4-1- طراحی روش حل

براساس مدل طراحی‌شده در بخش پیشین، با توجه به قطعیت‌نداشتن موجود در نرخ ورود زباله‌های الکترونیکی و همچنین درصد تشکیل‌دهندۀ مواد هر یک از زباله‌ها، در این تحقیق از ترکیب روش‌های شبیه‌سازی و مدل‌سازی ریاضی استفاده شده و مدل طراحی‌شده با استفاده از روش بهینه‌سازی شبیه‌سازی حل شده است. ساختار روش حل استفاده‌شده در شکل (3) نمایش داده شده است.

همچنین در این مقاله از نرم‌افزار OptQuest که یک ابزار تجاریARENA  است و در قالب ابزار بهینه‌ساز این نرم‌افزار به کار می‌رود، استفاده شده است. اجزای این نرم‌افزار در شکل (4) نمایش داده شده است. در نرم‌افزار گفته‌شده با ایجاد ارتباط با مدل شبیه‌سازی سعی شده است تابع هدف تعیین‌شده برای مسئله بهبود داده شود. پس از دریافت خروجی (Y_i)، توسط نرم افزار OptQuest خروجی و متغیرهای ورودی (X_i) ارزیابی می‌شوند. سپس براساس ارزیابی انجام‌گرفته، پارامترهای جدید (X_i¢) به‌عنوان ورودی به مدل شبیه‌سازی وارد می‌شود و این چرخه تا وقوع شرط توقف ادامه می‌یابد. شکل (5) مدل شبیه‌سازی‌شده را در نرم‌افزار ذکرشده نمایش می‌دهد.

شکل (3)مدل بهینه‌سازی شبیه‌سازی توسعه‌یافته برای حل مسئلۀ تشریح‌شده

شکل (4) نمایش اجزای نرم‌افزار OptQuest

نقطۀ شروع مدل شبیه‌سازی، از مراکز استان‌ها است همان‌طور که عنوان شد، 10 نوع زبالۀ الکترونیکی براساس نرخ‌های مختلف تولید خواهد شد. سپس این زباله‌ها به یکی از کارخانه‌های بازیافت منتقل شده و در آنجا بازیافت خواهد شد. مدل، شامل 31 آلترناتیو برای کارخانه‌های است و چهار نوع کارخانۀ بازیافت در مدل لحاظ می‌شود. در نهایت، پس از بازیافت مواد بازیافت شده به فروش می‌رسد.

4-2- اجرای مدل و تحلیل نتایج

همان‌طور که در بخش پیشین عنوان شد به‌منظور حل مدل از روش بهینه‌سازی شبیه‌سازی استفاده شده است. بدین‌منظور، مدل برای 600 بار اجرا شده است. در مدل توسعه‌داده‌شده باید به‌صورت هم‌زمان سود و اثرهای مثبت اجتماعی حداکثر و اثرات منفی زیست‌محیطی حداقل شوند. لذا در ابتدا مدل به‌صورت تک‌هدفه بهینه‌سازی شده و نتایج اجرای آن در جدول(6) آمده است.

جدول (6) مدل بهینه‌شده با توجه به تابع هدف انتخابی

سپس براساس نتایج ارائه‌شده در جدول(6)، مقدار انحراف وزنی تابع هدف (WPD)، ‌طبق رابطۀ (11) محاسبه شده است:

(11)

در رابطۀ (11) W_j، وزن درنظرگرفته‌شده برای هر تابع هدف؛،مقدار تابع هدف j (سود زیست‌محیطی و اجتماعی) به‌دست‌آمده از اجرای i مدل و f_j^*، مقدار تابع هدف بهینه‌شده براساس هریک از سه تابع هدف در نظر گرفته شده در جدول(6) است. به‌منظور حل مدل، وزن‌های هریک از توابع هدف برابر هم در نظر گرفته شده و نتایج اجرای مدل در شکل(6) نمایش داده شده است.

شکل (5) نتایج اجرای مدل براساس وزن‌های درنظرگرفته‌شده

همان‌طور که در شکل(5) نمایش داده شده است، هنگامی که تعداد تکرارها افزایش می‌یابد، مقدار WPD کاهش پیدا می‌کند. این کاهش تا تکرار 500 ادامه یافته و سپس الگوریتم برای خروج از بهینۀ محلی نوسانات WPD مجدداً افزایش یافته است. جزئیات مربوط به نتایج به‌دست‌آمده در جدول (7) نمایش داده شده است.

براساس نتایج به‌دست‌آمده، شکل (7) محل مراکز بازیافت را نمایش می‌دهد. براین‌اساس هزینۀ حمل‌و‌نقل در حدود 61% کل هزینه‌ها را تشکیل می‌دهد و هزینۀ راه‌اندازی کارخانه‌های بازیافت در حدود 28% است.

جدول (7) ظرفیت بهینۀ کارخانه‌های بازیافت در هریک از شهرها

5- نتیجه‌گیری

مدیریت زباله‌های الکترونیکی در حال تبدیل‌شدن به موضوع مهمی است و چالش بزرگی برای دولت‌های کشورهای در‌حال‌توسعه و توسعه‌یافته است. بنابراین مدل توسعه‌یافته به‌عنوان ابزار مهمی برای مدیریت کارآمد زباله‌های الکترونیکی تولید‌شده در ‌نظر گرفته می‌شود. مدل توسعه‌یافته، سودهای خالص کلی و مزایای اجتماعی فراوری جریان زباله‌های الکترونیکی را حداکثر می‌کند. به‌علاوه اثرهای زیست‌محیطی شبکۀ لجستیک معکوس برای زباله‌های الکترونیکی را حداقل می‌کند. اثرات زیست‌محیطی هر یک از تنظیمات شبکه، با به‌کارگیری یک شاخص سازگار با محیط‌زیست کمی شدند. همچنین اثرات اجتماعی هر تصمیم به‌وسیلۀ روش AHP کمی شد. روش بهینه‌سازی شبیه‌سازی برای بهینه‌کردن مدل توسعه‌یافته به‌ کار گرفته شد و نتایج تحلیل شدند.

با توجه به تحقیق حاضر تحقیقات آتی زیر پیشنهاد می‌شود:

- در این تحقیق در بعد توسعۀ اجتماعی سه شاخص اشتغال، آسیب به کارگران و توسعۀ محلی مدل شد. پیشنهاد می‌شود در تحقیقات آتی سایر شاخص‌های اجتماعی بررسی و مدل‌سازی شوند.

- همچنین در این تحقیق از ابزار بهینه‌سازی شبیه‌سازی استفاده شد؛ پیشنهاد می‌شود از سایر ابزارها و روش‌های مدل‌سازی چند‌هدفه مانند الگوریتم‌های فرا‌ابتکاری استفاده شود.

شکل7 . محل جغرافیایی هریک از کارخانه‌های بازیافت به تفکیک نوع کارخانه

منابع

1-      Achillas, C., Vlachokostas, Ch., Aidonis, D., Moussiopoulose, N., Lakovou, E., & Banias, G.(2010a). "Optimizing reverse logistics network to support policy-making in the case of electrical and electronic equipment". Waste Management, 30(12), 2592–2600.

2-      Achillas, C., Vlachokostas, Ch., Moussiopoulose, N., & Banias, G. (2010b). "Decision support system for the optimal location of electrical and electronic waste treatment plants: a case study in Greece". Waste Management, 30 (5), 870–879.

3-      Assavapokee, T., & Wongthatsanekorn, W., 2011. "Reverse production system infrastructure design for electronic products in the state of Texas". Computers and IndustrialEngineering, 62 (1), 129–140.

4-      Bloemhof-Ruwaard,  J.M., Krikk, H., & Van Wassenhove, L.N.( 2004). OR models for eco closed-loop supply chain optimization. Reverse logistics: quantitative models for closed-loop supply chains. 1st ed. Berlin: Springer.

5-      Carter, C.R., & Jennings, M.M. (2002). "Logistics social responsibility: an integrative framework". Journal ofBusiness Logistics, 23 (1), 145–180.

6-      Chang, X., Huo, J., & Chen, S., (2006). "Study on integrated logistics network model and network design for waste electrical and electronic equipment. In: IEEE international conference on service operations and logistics and informatics, Shanghai". New Jersey: Institute of Electricaland Electronics Engineers, 654–658.

7-      EPO, 2011 [online]. Available from: http://www.irandoe.org [Accessed 10 January 2011].

8-      Fleischmann, M., Van Nunen, J.A.E.E., & Grave B. (2003). "Integrating closed-loop supply chains and spare-parts management at IBM". Interfaces, 33 (6), 44–56.

9-      Gamberini, R., Gebennini, E., Manzini, R., & Ziveri, A. (2010). "On the integration of planning and environmental impact assessment for a WEEE transportation network– a case study Resources".Conservation and Recycling, 54, 937–951.

10-  Gomes, M.I., Barbosa-Povoa, A.P., & Novais, A.Q. (2011)." Modelling a recovery network for WEEE: a case study in Portugal". Waste Management, 31, 1645–1660.

11-  Grunow, M. & Gobbi, C. (2009). "Designing the reverse network for WEEE in Denmark". CIRP Annals-ManufacturingTechnology, 58 (1), 391–394.

12-  Hicksa, C., Dietmar R., & Eugster M. (2005). "The recycling and disposal of electrical and electronic waste in China-legislative and market responses". Environmental Impact Assessment Review, 25, 459– 471.

13-  Huisman, J. & Magalini, F. (2007). Waste electrical and electronic equipment (WEEE) [online]. Available from: http://ewasteguide.info/files/WEEE_final_report_ unu_part1.pdf [Accessed 10 January 2011].

14-  Kalana J., (2010). "Electricalcal and Electronic Waste Management Practice by households in Shah Alam, Selangor, Malaysia". International Journal of Environmental Sciences, 1(2).

15-  Kang, H-Y, Schoenung M. (2005). "Electronic waste recycling: A review of U.S. infrastructure and technology options Resources". Conservation and Recycling 45, pp 368-400.

16-  Mansour, S. & Zarei, M. (2008). "A multi-period reverse logistics optimization model for end-of life vehicles recovery based on EU directive". International Journalof Computer Integrated Manufacturing, 21 (7), 765–777.

17-  Morrissey, A.J. & Browne, J. (2004). Waste management models and their application to sustainable waste management". Waste Management, 24 (3), 297–308.

18-  Ongondo, F.O., Williams, I.D., & Cherrett, T.J. (2011). How are WEEE doing? A global review of the management of electrical and electronic wastes". Waste Management, 31 (4), 714–730.

19-  Queiruga, D., Walter, G., Gonzales-Benito, J., & Spengler, T. (2008). "Evaluation of sites for the location of WEEE recycling plants in Spain". Waste Management, 28 (1), 181–190.

20-  Ramos, T.R.P., Priera, T.R., Gomes, M.I., & Barbosa-Povoa, A.. (2014). "Economic and environmental concerns in planning recyclable waste collection systems". Transportation Research Part E 62. 34-54.

21-  Rousis, K., Mostakas, K., Malamis, S., Papadopoulos, A., & Loizidou, M. (2008). "Multicriteria analysis for the determination of the best WEEE management scenario in Cyprus". Waste Management, 28, 1941–1954.

22-  Sahoo, S., Kim, S. Kim, B-I., Kraas, B., & Popov- Jr, A. (2005). "Routing optimization for waste management", Interfaces, 35(1), 24-36.

23-  Shokohyar, S., & Mansour, S. (2012). "Simulation-based optimisation of a sustainable recovery network for Waste from Electrical and Electronic Equipment (WEEE)", International Journal of Computer Integrated Manufacturing.

24-  Taghipour, H., Nowrouz, P., Yafar Abadi, M.A., Nazari, J., Hashemi, A.A., Mosaferi, M., & Dehghouzadeh. R. (2011). "Conditions e-waste management challenges in Iran: presenting some strategies for improvement of current". Waste Management & Research,to appear.

25-  Tanskanen, P. (2013). Management and recycling of electronic waste. Acta Materialia 61. Published by Elsevier Ltd, 1001-1011.

26-  Xianfeng, L., Jianwei, Q., & Meillan, L. (2010). "Design and simulation WEEE reverse logistics network in Guangxi.In: International conference on optoelectronics and image processing, Haiko". New Jersey: Institute of Electrical andElectronics Engineers, 403–408.

27-  Ylä-Mella, J.,Keisi, R.L., & Pongracz, E.. (2014). Implementation of Waste Electrical and Electronic Equipment Directive in Finland: Evaluation of the collection network andchallenges of the effective WEEE management". Resources, Conservation and Recycling. 86, 38-46.

1 Sahoo

2 Waste from Electrical and Electronic Equipment

3 Tanskanen

4 Reverse logistics

5 Bloemhof-Ruwaard

6 Environmental Protection Organisation

7 End of Life

8 Extended of Producer Responsibility

9 Hicksa

10 Kang & Schoenung

11 Chang

12 Mixed integer Linear Programming

13 Queiruga

14 Multicriteria Decision Making

15 Rousis

16 Grunow and Gobbi

17 Gamberini

18 Life Cycle Assessment

19 Achillas

20 Xianfeng

21 Linear Programming

22 Kalana

23 Assavapokee and Wongthatsanekorn 2011.

24 Gomes

25 Ylä-Mella

26 Ramos

27 Huisman

28 Fleischmann

29 Morrissey and Browne

30 Carter