International Science and Technology Journal

Home < Articles < Article Details

Mathematical Modeling and Exact Optimization of a Sustainable Cross-Docking Transportation System Considering CO₂ Emissions

الملخص
تتناول هذه الدراسة مشكلة تحسين متعددة الأهداف ضمن سلسلة إمداد مستدامة، حيث يتم الدمج بين عمليات النقل والعبور المباشر (Cross-Docking) في ظل قيود زمنية وبيئية صارمة. تم اقتراح نموذج برمجة خطية مختلطة بالأعداد الصحيحة (MILP) يهدف إلى التحسين المشترك لمسارات المركبات، وتفعيل الأسطول، وعمليات المناولة، واحترام نوافذ الزمن، مع الأخذ صراحةً في الاعتبار تكاليف انبعاثات ثاني أكسيد الكربون (CO₂). يعكس النموذج تخطيطًا متعدد الأيام، ويفرض تزامنًا دقيقًا بين تدفقات الموردين ومنصة العبور المباشر والعملاء. وقد تم اعتماد مقاربة حل دقيقة بالاعتماد على المحلّل IBM ILOG CPLEX باستخدام مكتبة DOcplex، وذلك للتحقق من سلامة البنية الرياضية للنموذج وتوليد حلول مثلى مرجعية.تُظهر التجارب الحسابية المنجزة على حالات صغيرة الحجم متانة الصياغة المقترحة، وتبرز هيمنة التكاليف الثابتة لتفعيل المركبات في أنظمة العبور المباشر، كما تؤكد فعالية دمج البعد البيئي ضمن دالة الهدف. ورغم الحصول على حلول مثلى بكفاءة عالية للحالات ذات الحجم المحدود، إلا أن النتائج تكشف عن قيود حسابية متزايدة مع توسع حجم المشكلة، مما يبرر الحاجة إلى اعتماد خوارزميات تقريبية أو ميتاهيوريستية لمعالجة الحالات الكبيرة............. الكلمات المفتاحية: ...........سلسلة إمداد مستدامة؛ العبور المباشر (Cross-Docking)؛ التحسين الدقيق؛ البرمجة الخطية المختلطة؛ النقل.
Abstract
This paper addresses a multi-objective sustainable supply chain optimization problem integrating transportation and cross-docking operations under strict temporal and environmental constraints. A mixed-integer linear programming (MILP) formulation is proposed to jointly optimize vehicle routing, fleet activation, handling operations, and time-window compliance while explicitly accounting for CO₂ emission costs. The model captures multi-day planning and enforces synchronization between supplier, cross-dock, and customer flows. An exact solution approach based on IBM ILOG CPLEX is implemented using the DOcplex library to validate the structural feasibility of the model and to generate optimal benchmark solutions. Computational experiments on small-scale instances demonstrate the robustness of the proposed formulation, highlight the dominance of fixed vehicle costs in cross-docking systems, and confirm the effectiveness of the integrated environmental modeling. While exact solutions are obtained efficiently for modest instance sizes, the results also reveal computational limitations as problem size increases, thereby motivating the use of metaheuristic approaches for large-scale applications......... Keywords:.......Sustainable supply chain; Cross-docking; Exact optimization; Mixed-integer linear programming; Transportation.