Application of Models for Safeguarding the Milk Supply Chain

Abstract

The objective of this thesis was to develop a simulation model in order to identify actors and flows of goods, which can promote the spread of a hypothetical contamination in the dairy industry. Based on the model results, strategies to safeguard the milk supply chain were derived for decision-makers.<br /> The first step for creating a simulation model was to develop a conceptual model, in which the actors and the structural trade links between the actors are described. For quantifying these trade links a substantial amount of data about the real flow of goods in the dairy industry could be used. Based on the conceptual model, an economic model for predicting trade relations was newly combined with optimization algorithms. On the one hand, for simulating the spatial distribution of a hypothetical contamination, taking into account various flows of goods between the actors. The simulated damage situation was quantified in terms of the distinctive model parameters virulence, resistance and vulnerability of actors as well as the geographical range of a contamination. In particular, it was necessary to assess the impact of trade between the dairies on the spatial spread of a contamination. The basis for the carried out modeling formed 500 trade networks that represent 61.43% of the existing flows of goods of processed milk in Germany. These networks comprise varying trade relations between 294 milk producers, 80 dairies and 12,223 consumers. On the other hand, a management plan for decision-makers was designed, where surveillance measures for minimizing the size of damage were derived from. <br /> The model results indicate that actors and structures exist that promote the spread of a hypothetical contamination in the dairy industry. First, the risk for the consumer to be supplied with hypothetical contaminated milk is up to three times higher on average, if a trade between dairies exists, compared to the neglect of the trade. In this context, also the spread of contaminated milk through the milk producers can be up to four times higher on average. Second, under consideration of the predetermined scenario, the management plan shows that control measures should be introduced on 40% of the milk producers in order to minimize the damage.

<strong>Anwendung von Modellen zur Sicherung der Milchversorgungskette</strong><br /> Ziel der vorliegenden Arbeit war es, ein Simulationsmodell zu entwickeln, um ausbreitungsfördernde Akteure und Warenströme für den Fall einer hypothetischen Kontamination in der Milchwirtschaft zu identifizieren. Basierend auf den Modellergebnissen wurden Strategien zur Sicherung der Milchversorgungskette für Entscheidungsträger abgeleitet. Der erste Schritt für die Erstellung eines Simulationsmodells war die Entwicklung eines konzeptionellen Modells, in dem die Akteure und die handelsstrukturellen Verknüpfungen zwischen den Akteuren beschrieben werden. Bei der Quantifizierung dieser Handelsbeziehungen konnte auf umfangreiche Datensätze über die realen Warenströme in der Milchwirtschaft zurückgegriffen werden. Aufbauend auf dem konzeptionellen Modell wurde im zweiten Schritt ein Modell aus der Wirtschaftswissenschaft zur Vorhersage von Handelsbeziehungen mit Optimierungsalgorithmen neu kombiniert, um einerseits die räumliche Ausbreitung einer hypothetischen Kontamination, unter Berücksichtigung divergierender Warenströme zwischen den Akteuren, zu simulieren. Die simulierte Schadenslage wurde durch die charakteristischen Modellgrößen Virulenz, Vulnerabilität und Resistenz der Akteure sowie die geografische Reichweite einer Kontamination quantifiziert. Insbesondere galt es, den Einfluss des Handels zwischen den Molkereien auf die räumliche Ausbreitung einer Kontamination abzuschätzen. Die Grundlage für die durchgeführte Modellierung bildeten 500 Handelsnetzwerke, die 61,43% der existierenden Warenflüsse von Konsummilch in Deutschland abbilden. Diese Netzwerke umfassen variierende Handelsbeziehungen zwischen 294 Milcherzeugern, 80 Molkereien und 12223 Konsumenten. Anderseits wurde ein Managementplan für Entscheidungsträger konzipiert, aus welchem Überwachungsmaßnahmen zur Minimierung der Schadenslage abgeleitet wurden. Die Modellergebnisse zeigen Akteure und Strukturen auf, die fördernd für die Ausbreitung einer hypothetischen Kontamination in der Milchwirtschaft sind. Zum einen kann bei stattfindendem Handel zwischen den Molkereien das Risiko für den Verbraucher im Mittel bis zu dreimal höher sein mit der hypothetisch kontaminierten Milch beliefert zu werden bzw. die Ausbreitung durch den Milcherzeuger kann im Mittel bis zu viermal höher sein, als ohne diesen Handel. Zum anderen zeigt der erstellte Managementplan, dass unter dem vorgegebenen Szenario, Kontrollmaßnahmen für 40% der Milcherzeuger eingeleitet werden müssten, um die Schadenslage zu minimieren.