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Interdisciplinary application of ferromagnetic features on supply chain networks
Sophia Katharina Baum
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Physics
Betreuer*in
Peter Klimek
DOI
10.25365/thesis.77206
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-18714.57404.211586-8
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Der Bereich komplexer Systeme stützt sich stark auf Physik, deren Ziel es ist, auf der Grundlage experimenteller Beobachtungen der Materie und ihrer Wechselwirkungen präzise Vorhersagen zu treffen. Die Verwendung von Konzepten und Theorien aus der Physik zum Verständnis der Eigenschaften und des Verhaltens komplexer Netze oder Systeme hat bereits einen bemerkenswerten Aufschwung erlebt und deckt ein breites Spektrum von Anwendungen ab. Handels- und Produktionsbeziehungen schaffen ebenso ein komplexes globales Versorgungsnetz zwischen Ländern, das mit Methoden aus der Physik modelliert werden kann. Hier lassen wir uns von Hysterese, einem vielseitigen Konzept aus dem Ferromagnetismus, inspirieren, um einen Schock in der Lebensmittelversorgungskette und das darauf folgende Ausgleichsverhalten zu modellieren. In unserem globalen Lebensmittelproduktions- und -handelsnetz wird mikroskopischen Einheiten, die LänderProdukt-Kombinationen darstellen, eine Handels- und Produktionsfunktion mit knotenspezifischen Parametern zugewiesen, die den Wert dieses Knotens bestimmen. Wenn ein Schock, der die exogene Variable darstellt, eingeführt wird, wandert er durch die Produktions- und Handelsfunktion zu anderen Knoten, was zu einer Verringerung der verfügbaren Waren führt. Komplexe Systeme, wie das von uns untersuchte Versorgungsnetz, sind anpassungsfähig und ermöglichen es den Akteuren, ihre Interaktionen zu adaptieren. Der Mechanismus, der hinter unseren Anpassungsregeln steht, ist vom Voter-Modell inspiriert, wird aber im Detail durch Daten globaler Lieferkettendaten bestimmt. Anhand von multiregionalen Input-Output- und Supply-Use-Tabellen für den Agrarsektor aus 35 Jahre und einem Modell für die Ausbreitung von Schocks bei der Nahrungsmittelversorgung leiten wir länder- und produktspezifische Anpassungsregeln ab. Wir wenden das erweiterte Modell mit diesen Anpassungsmöglichkeiten auf zwei isolierte Schockszenarien an, die von den jüngsten Ereignissen, betreffend indischen Reis und ukrainischen Weizen, inspiriert sind. Außerdem untersuchen wir die Überlagerung von Schocks und die nichtlinearen Auswirkungen auf Verluste im Nahrungsmittelnetz. Indem wir kompensatorische Maßnahmen als Reaktion auf Schocks berücksichtigen, bieten wir ein besseres Verständnis der komplexen systemischen Risiken, die dem globalen Lebensmittelhandel und der Produktion innewohnen, und können die Entwicklung widerstandsfähigerer Lieferketten unterstützen.
Abstract
(Englisch)
The field of complex systems draws heavily on physics, which aims to make precise predictions based on experimental observations of matter and its interactions. The use of concepts and theories borrowed from physics to understand the properties and behaviour of complex networks or systems has experienced a remarkable surge, covering a wide range of applications. Trade and production relationships create a complex global supply network between countries that can be modelled using methods from physics. Here we take inspiration from hysteresis, a versatile concept derived from ferromagnetism, to model a shock to food supply chains and the subsequent compensatory behaviour. In our global food production and trade network, microscopic entities representing country-product combinations are assigned a trade and production function with node-specific parameters that inherently determine the value of that node. When a shock representing the exogenous variable is introduced, it iterates through the production and trade function to other nodes, resulting in a reduction in available commodities. Complex systems, such as the supply network we study, are adaptive, allowing entities to adjust their interactions. The mechanism behind the adaptation rules is inspired by the voter model, but fully determined in detail by global supply chain data. Using multi-regional input-output and supply-use tables for the agricultural sectors over 35 years and a model for the propagation of food supply shocks, we derive country- and product-specific adaptation rules. We apply the extended model with these adaptation capabilities to two isolated shock scenarios inspired by recent events involving Indian rice and Ukrainian wheat. We further explore the superposition of shocks and the non-linear effects on losses in the food network. By allowing for compensatory efforts in response to shocks, we offer an improved understanding of the complex systemic risks inherent in global food trade and production can inform the development of more resilient supply chains.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Komplexe Systeme Lebensmittelsicherheit Lieferkettennetzwerk Adaptives System Ökonophysik Dynamisches System
Schlagwörter
(Englisch)
Complex Systems Food security Supply network Adaptative network Econophysics Dynamic network
Autor*innen
Sophia Katharina Baum
Haupttitel (Englisch)
Interdisciplinary application of ferromagnetic features on supply chain networks
Paralleltitel (Deutsch)
Interdisziplinäre Anwendung von ferromagnetischen Eigenschaften auf Lieferkettennetzwerke
Publikationsjahr
2024
Umfangsangabe
63 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Peter Klimek
Klassifikation
33 Physik > 33.99 Physik. Sonstiges
AC Nummer
AC17385892
Utheses ID
73181
Studienkennzahl
UA | 066 | 876 | |