사과 공급망의 지역화와 순환성 알고리즘 기반 최적화 연구

초록

본 논문은 영국 사과 공급망을 대상으로, 가격, 수량, 신선도, 거리 네 가지 운영 기준에 가중치를 부여한 혼합정수선형계획(MILP) 모델을 제시한다. 가중치 조정을 통해 경제성과 지속가능성 사이의 균형을 투명하게 설정하고, 할당되지 않은 공급을 다음 사이클로 순환시키는 메커니즘을 구현한다. 실험 결과는 우선순위 설정과 네트워크 구조가 할당 결과에 큰 영향을 미치며, 완전 최적 할당이 현실적으로 어려움을 보여준다.

상세 분석

이 연구는 기존의 다목적 최적화 접근법이 전략·전술 수준에 머무는 한계를 지적하고, 운영 단계에서 실시간 할당 결정을 지원할 수 있는 가중합(Weighted‑Sum) 방식의 MILP 모델을 설계하였다. 모델은 네 개의 정규화된 점수 함수 f price, f quantity, f freshness, f distance를 정의하고, 각각에 정책적·사업적 의미를 반영한 가중치 w₁~w₄를 부여한다. 가격 정렬 점수는 제시가격과 주문가격의 상대적 차이를 백분율로 환산해 매칭 품질을 평가하고, 수량 정렬 점수는 공급량과 요구량의 비율 차이를 통해 규모 적합성을 촉진한다. 신선도 점수는 유통기한 차이를 1년 기준으로 정규화해 FEFO(First‑Expire‑First‑Out) 원칙을 구현하며, 거리 점수는 물류 배출량 감소와 지역화 목표를 동시에 반영한다. 이러한 점수들을 선형 가중합으로 결합함으로써 단일 스칼라 목표 함수를 만들고, 공급·수요 제약, 가격 구간, 유통기한 선행조건 등을 포함한 제약식 집합 X 내에서 최적 할당 x* 를 구한다.

실험에서는 영국 사과 생산·소비 데이터를 기반으로 여러 가중치 시나리오를 적용하였다. 가중치를 지역화(거리) 중심으로 높게 설정하면 할당이 지리적으로 집중되어 운송 거리가 감소하지만, 가격·수량 불일치가 증가해 전체 매출이 감소한다. 반대로 가격·수량 가중치를 강조하면 매출과 거래량은 향상되지만, 장거리 운송이 늘어나 탄소 배출이 증가한다. 신선도 가중치를 높이면 유통기한이 짧은 공급이 우선 배정돼 폐기량이 감소하지만, 일부 대규모 구매자는 필요한 양을 확보하지 못해 할당률이 떨어진다. 또한, 모델은 할당되지 않은 잉여를 다음 사이클에 재투입하는 순환 메커니즘을 제공하여, 단일 사이클에서 발생하는 비효율을 장기적으로 완화한다.

중요한 통찰은 두 가지이다. 첫째, 네트워크 구조—예를 들어 공급이 특정 지역에 집중되거나 수요가 계절에 따라 변동하는 경우—가 가중치 설정에 따라 목표 달성 가능성을 크게 좌우한다. 둘째, 현실적인 운영 환경에서는 제약 조건(가격 구간, 유통기한, 물류 용량) 때문에 완전 최적(즉, 모든 공급을 매칭) 해를 찾는 것이 이론적으로는 가능하더라도 계산 시간과 데이터 정확도 측면에서 비현실적이다. 따라서 디지털 거래 플랫폼은 “충분히 좋은(good‑enough)” 할당을 목표로 하고, 남은 불일치를 진단 정보로 제공해 의사결정자가 정책·가격 조정을 할 수 있게 해야 한다.