یکی از فعالیت های مؤثر در مدیریت زنجیره تأمین سازمان ها طراحی یک ساختار شبکه زنجیره کارآ و کاربردی است که نقش مهم و به سزایی در موفقیت آنها ایفا می کند. با افزایش ملاحظات زیست محیطی و قوانین اجتماعی، سازمان ها ملزم می شوند که در طراحی زنجیره تأمین خود، علاوه بر اهداف اقتصادی، این گونه ملاحظات پایداری را نیز در نظر گیرند. با این رویکرد، در مطالعه حاضر، یک مدل برنامه ریزی ریاضی با در نظر گرفتن معیارهای پایداری در شبکه زنجیره تأمین حلقه بسته صنایع لبنی ارائه شد. نخست، مهم ترین شاخص های پایداری با ابعاد سه گانه اقتصادی، زیست محیطی و اجتماعی استخراج و اثرگذارترین شاخص ها به روش تصمیم گیری چندمعیاره دیمتل (DEMATEL) انتخاب شدند. سپس، برای طراحی زنجیره پایدار، یک مدل عدد صحیح مختلط چند هدفه ارائه شد که اهداف آن همان شاخص های حاصل از روش دیمتل بودند. شاخص های حاصل از تکنیک دیمتل، شامل هزینه کل از بعد اقتصادی، مصرف آب و مصرف انرژی از بعد زیست محیطی و فرصت های شغلی از بعد اجتماعی می باشد که به عنوان توابع هدف مدل پیشنهادی تعریف شده اند. در ادامه، این مدل به کمک روشL-P متریک و با استفاده از نرم افزار GAMS حل شد و مجموعه جواب های بهینه پارتویی به دست آمد. در پایان، پیاده سازی مدل پیشنهادی در صنایع شیر پگاه اصفهان در سال 1398 صورت گرفت. اجرای مدل منجر به یافتن هفت دسته جواب بهینه پارتویی شد که از آن میان، کمترین میزان هزینه حدود هفتاد میلیون ریال در ماه، کمترین میزان مصرف آب حدود 760 مترمکعب در ماه، کمترین میزان مصرف انرژی حدود 963 مگاوات در ماه و بیشترین میزان فرصت های اشتغال حدود 39 هزار نفرساعت در ماه به دست آمد.