Essays on supply chain's flexibility: a real options approach

Abstract

A presente tese investiga o processo de tomada de decisão na gestão de cadeias de abastecimento, utilizando um quadro de análise de opções reais. Especificamente, estudamos tópicos como o nível de inventário ideal para protecção contra a incerteza da procura, o momento para implementação de capacidade flexível em mercados onde existe complexidade no mix de produtos, o tempo para o reforço do factor trabalho visando requisitos de serviço ao mercado, e as decisões entre integração e outsourcing num ambiente de incerteza. Foram usadas metodologias de tempo discreto e contínuo para identificar o valor ideal e o calendário das opções a adoptar, quando a procura é estocástica. Além disso, foram considerados os efeitos dos requisitos dos mercados, como a complexidade na oferta de produtos e o nível de serviço. A procura é representada recorrendo a diferentes processos estocásticos, o impacto de saltos inesperados também é explorado, reforçando a generalização dos modelos a diferentes condições de negócio. A aplicabilidade dos modelos que apresentamos permite a diversificação e o enriquecimento da literatura sobre a abordagem de opções reais, no âmbito das cadeias de abastecimento. Níveis de inventário flexíveis e capacidades flexíveis são característicos das cadeias de abastecimento e podem ser usados como resposta à incerteza do mercado. Esta tese é constituída por ensaios que suportam a aplicação dos modelos, e consiste num capítulo introdutório (designado por ensaio I) e mais seis ensaios sobre factores que discutem o uso de medidas de flexibilidade nas cadeias de abastecimento, em ambientes de incerteza, e um último ensaio sobre a extensão do conceito de flexibilidade ao tratamento da avaliação de planos de negócio. O segundo ensaio que apresentamos é sobre o valor do inventário num único estádio, enquanto medida de flexibilidade, sujeita ao crescente condicionalismo dos custos com posse de activos. Introduzimos uma nova classificação de artigos para suportar o indicador designado por overstock. No terceiro e quarto ensaio ampliamos a exploração do conceito de overstock, promovendo a interacção e o balanceamento entre vários estádios de uma cadeia de abastecimento, como forma de melhorar o desempenho global. Para sustentar a aplicação prática das abordagens, adaptamos o ensaio número três à gestão do desempenho, para suportar o estabelecimento de metas coordenadas e alinhadas; e adaptamos o quarto ensaio à coordenação das cadeias de abastecimento, como auxiliar ao planeamento integrado e sequencial dos níveis de inventário. No ensaio cinco analisamos o factor de produção “tecnologia”, em relação directa com a oferta de produtos de uma empresa, explorando o conceito de investimento, como medida de flexibilidade nas componentes de volume da procura e gama de produtos. Dedicamos o ensaio número seis à análise do factor de produção “Mão-de-Obra”, explorando as condicionantes para aumento do número de turnos na perspectiva económica e determinando o ponto crítico para a tomada de decisão em ambientes de incerteza. No ensaio número sete exploramos o conceito de internalização de operações, demarcando a nossa análise das demais pela definição do momento crítico que suporta a tomada de decisão em ambientes dinâmicos. Complementamos a análise com a introdução de factores temporais de perturbação, nomeadamente, o estádio de preparação necessário e anterior a uma eventual alteração de estratégia. Finalmente, no último ensaio, estendemos a análise da flexibilidade em ambientes de incerteza ao conceito de planos de negócio. Em concreto, exploramos a influência do número de pontos de decisão na flexibilidade de um plano, como resposta à crescente incerteza dos mercados. A título de exemplo, usamos o mecanismo de gestão sequencial do orçamento para suportar o nosso modelo. A crescente incerteza da procura obrigou a um aumento da agilidade e da flexibilidade das cadeias de abastecimento, limitando o uso de muitas das técnicas tradicionais de suporte à gestão, pela incapacidade de incorporarem os efeitos da incerteza. A flexibilidade é claramente uma vantagem competitiva das empresas que deve, por isso, ser quantificada. Com os modelos apresentados e com base nos resultados analisados, pretendemos demonstrar a utilidade da consideração da incerteza nos instrumentos de gestão, usando exemplos numéricos para suportar a aplicação dos modelos, o que claramente promove a aproximação dos desenvolvimentos aqui apresentados às práticas de negócio.

The present thesis researches the process of decision making in supply chain management using a real options analysis framework. Specifically, we address issues regarding the optimal inventory level to hedge against demand uncertainties; the timing for equipment capacity implementation under market product mix complexity; the timing for workforce capacity reinforcement aiming market service requirements; and the decisions between integration and outsourcing in an uncertainty environment. Discrete and continuous time methodologies were used to identify the optimal value and timing of the options to adopt, when the demand is stochastic. Additionally, the effect of market requirements, such as product mix complexity and service level, were also taken into consideration. The demand is modelled under different stochastic processes; the impact of unexpected shocks is also explored, which enhances the generalization of the models to different business conditions. The applicability of the models enables the diversification and enrichment of the literature on the real options approach, within supply chain concept. Flexible inventory levels and the flexible capacity are supply chain features that can be used to deal with demand uncertainty. The thesis is organized by essays that support the application of the models, and consists of an introductory chapter (essay I) and six trials on factors that enhance the use of supply chain flexibility measures in uncertainty environments and an extended essay on the concept of flexibility to the evaluation of business plans. The second essay we present refers to the inventory value in a single echelon, as a measure of flexibility, subject to cost constraints. We introduce a new items’ classification to support the indicator designated as overstock. In the third and fourth experiments we extend the concept of overstock, promoting the interaction and balance between supply chain echelons in order to improve overall performance. For a practical application of the approaches, we adapted the third essay to the performance management, to support the establishment of coordinated and aligned goals, and used the fourth essay to the coordination of supply chains, supporting the integrated and sequential inventory planning. In the fifth essay we analyse manufacturing technology features in connection with the company's product mix, exploring the concept of investment as a flexible measure to deal with uncertain demand volume and product range flexibility. We dedicate the sixth essay to the analysis of the input "workforce", exploring the economic conditions for increasing the number of work shifts and determining the critical point for decision making in uncertainty environments. In the essay number seven, we explore the concept of internalisation of operations, focusing our analysis in the trigger moment that supports decision making in dynamic environments. We complement the analysis by introducing temporal factors that could disturb the change, including the preparation stage prior to any strategic alternative. Finally, in the last essay, we extend the concept of flexibility in uncertainty environments to the business plans analysis. Specifically, we explore the influence of the number of decision points in the flexibility of a plan in response to increasing market uncertainty. As an example, we use the mechanism of sequential budget to support the model. The increasing uncertainty in demand has promoted supply chains agility and flexibility, limiting the use of many of the traditional management techniques, because of their inability to incorporate the effects of uncertainty. Flexibility is clearly a competitive advantage that companies should have and therefore must be quantified. With the models developed and results that are presented, this thesis aims to demonstrate the usefulness of considering the uncertainty impact in management tools, using numerical examples to support the application of the models and the interpretation of the results, which clearly seek to bring the developments to the actual business practices.