供应链管理教学课件第2章物流网络构造供应链管理

1、第二章 物流网络构造Logistics Network Configuration,供 应 链 管 理Supply Chain Management,2,本章内容,数据搜集 模型和数据验证 求解技术 网络构造DSS的关键特征 资源配置,数据汇总 运输费率 里程估计 仓储费用 仓库容量 潜在的仓库位置 服务水平需求 未来需求,启发式算法和精确算法 仿真模型和优化技术,3,案例：比斯公司（1）,成立于1964年 制造并分销软饮料 两家制造厂，位于亚特兰大、丹佛 三个仓库，位于芝加哥、达拉斯、萨克拉门托 面向遍布全美的12万个零售商或店铺 目前公司使用的配送策略是15年前设计的。新上任的CEO注意到

2、公司的配送网络已不是最有效的，决定再造整个物流网络 要求：交货时间不超过48小时，即仓库到客户区的距离不超过900英里,4,案例：比斯公司（2）,将所有客户划分成250个客户区，将所有产品分成5个产品系列 已知数据： 过去一年中每个客户区对每种产品系列的需求量，以及接下来两年不同客户区和不同产品系列的估计年增长系数 每个制造厂的年生产能力 每个仓库的最大容量，包括新仓库和现有的仓库 从制造厂到仓库以及从仓库到客户，每种产品系列每英里的运输成本 建造仓库的准备成本 不考虑建造新的工厂，但根据需要可在现有工厂基础上扩大生产能力，单位产品的扩建成本已知,5,案例：比斯公司（3）,比斯公司提出以下问题

3、： 开发出的模型是否如实反映公司的物流网络？如何验证该模型？将客户和产品数据进行汇总对模型的精度有何影响？ 需要建立多少个仓库？分别设置在何处？ 工厂生产出的产品在仓库之间如何分配？ 生产能力是否需要扩大？如果需要，那么将在何时何处扩大？ 学完本章之后，您将能够回答上述问题！,6,Introduction,The Logistics Network consists of Facilities: Suppliers, Manufactures, Warehouse / Distribution Centres, Retail Outlets, and Customers Raw materia

4、ls, work-in-process inventory, and finished products that flow between the facilities,7,The Logistics Network,8,物流网络构造战略决策（1）,物流网络构造可能涉及工厂、仓库、零售商的选址。它对公司有长远影响，因而属于战略性决策 假定工厂和零售商的位置不变，物流网络构造战略决策问题包括： 确定适当数量的仓库 确定每个仓库的位置 确定每个仓库的规模 在每个仓库中为产品分派空间 确定顾客将从哪个仓库收到何种产品,9,The objective is to balance service le

5、vel against Production/ purchasing costs Inventory holding costs Facility costs (store, handling, and fixed costs) Transportation costs That is, we would like to find a minimal-annual-cost configuration of the distribution network that satisfies product demands at specified customer service levels,物

6、流网络构造战略决策（2）,10,权衡（Trade-Offs）,仓库数量增加将造成如下结果： 因减少了到顾客的平均运输时间，服务水平得到提高 为保证每个仓库应对顾客需求的不确定性，需增加安全库存量，致使库存成本增加 管理费用及准备成本增加 外向运输成本（从仓库到顾客的运输成本）降低 内向运输成本（从供货商/制造商到仓库的运输成本）增加 公司必须在新建仓库的成本和接近顾客的优势之间进行权衡。仓库选址决策是决定产品配送渠道是否有效的重要因素,11,物流网络构造问题涉及大量数据 Location of customers, retailers, existing warehouse and distr

7、ibution centres, manufacturing facilities, and suppliers All products, including volumes, and special transport modes Annual demand for each product by customer location Transportation rates by mode Warehousing costs, including labor, inventory carrying charges, and fixed operating costs Shipment si

8、zes and frequencies for customer delivery Order processing costs Customer service requirements and goals,资料搜集（Data Collection）,12,数据汇总（Data Aggregation）（1）,以网格或其他聚类方法将邻近的顾客汇总一起，同一单元格或同一簇中的所有顾客被位于此单元格或簇中心的单一顾客所代替，这些单元格或簇称为顾客区 一种有效的方法是根据邮政编码来汇总顾客 将产品汇总成合理数量的群组，依据： 配送模式 产品类别 以汇总数据代替原本详细的数据会对模型的效果造成什么影响

9、？ 通过数据汇总可以减少需求的变动性，在汇总层面上预测需求会更精确 大量研究表明，将数据汇总成150200个点，对总运输成本的估计误差不会超过1%,13,顾客需求量历史数据,ExampleTesting Customer Aggregation（1）,顾客需求量历史数据汇总,14,1 Plant; 1 Product Considering transportation costs only Customer data Original Data had 18000 ship-to locations Aggregated Data had 800 ship-to locations Tota

10、l demand was the same in both cases,ExampleTesting Customer Aggregation（2）,15,Total Cost:$5,796,000 Total Customers: 18,000,Total Cost:$5,793,000 Total Customers: 800,Cost Difference 0.05%,Comparing Output,16,数据汇总（Data Aggregation）（2）,实际中通常使用以下方法汇总数据： 将需求点汇总为150200个区域 若依顾客服务水平或配送频率分类，则每一类将有150200个汇总

11、点 确保每个区域的总需求量大致相等（每个区域的地理面积可能并不相等） 在区域的中心放置汇总点 将产品汇总成2050个产品组,17,Product Grouping,Companies may have hundreds to thousands of individual items in their production line Variations in product models or style Same products are packaged in many sizes Collecting all data and analyzing them is impractical

12、 for so many product groups,18,A Strategy for Product Aggregation,Place all SKUs (Stock-Keeping Units，最小存货单位) into a source-group A source group is a group of SKUs all sourced from the same place(s) Within each of the source-groups, aggregate the SKUs by similar logistics characteristics Weight Volu

13、me Holding Cost,19,Within Each Source Group, Aggregate Products by Similar Characteristics,20,ExampleTesting Product Aggregation,5 Plants 25 Potential Warehouse Locations Distance-based Service Constraints Inventory Holding Costs Fixed Warehouse Costs Product Aggregation 46 Original products 4 Aggre

14、gated products were created,21,Total Cost:$104,564,000 Total Products: 46,Total Cost:$104,599,000 Total Products: 4,Cost Difference : 0.03%,Sample Aggregation Test:Product Aggregation,22,运输费率（Transportation Rates）（1）,运输费率估计是构建有效配送网络设计模型的重要环节 大多数运输费率（包括卡车、铁路及其他运输方式）与运输距离呈线性关系，而不与运量呈线性关系 运输费率估计 公司内部车队

15、，涉及每辆卡车的年费用、年行驶里程、年运量、有效运力 公司外部车队，分为整车运输和零担运输,23,整车运输（TL: Truck Load） TL 承运人为顾客提供区域间的运输费率表，费率表中列有任意两区域间每辆卡车每英里的运输费用 零担运输（LTL: Less Than Truck Load） LTL 运输费率有三种：等级（Class）费率、特价（Exception）费率、特定商品（Commodity）费率,运输费率（Transportation Rates）（2）,24,运输费率(Transportation Rates)（3）,等级（Class） 是标准费率，几乎所有的产品或商品都有相应的

16、标准费率。它们可根据分类费率表（Classification Tariff）被分类，每种商品都有一个类别（Rating or Class） 如火车运输采用 Uniform Freight Classification，含31种等级（从400到13） 而卡车运输采用 National Motor Freight Classification，含23种货物等级（从500到35） 等级越高，其运输费率就越高 A number of factors are involved in determining a products specific class. These include Density

17、Ease or difficulty of handling and transporting Liability for damage,25,运输费率(Transportation Rates)（4）,特价（Exception）费率 用来提供较低费率 特定商品（Commodity）费率 提供特定商品的运输费率 LTL 计费工具：基于邮政编码的LTL费率计算系统CZAR-Lite 为货主提供一个公平的计价系统，并防止任何承运人偏离市场的行为而影响货主的选择,26,Freight (LTL) Rates for Shipping 4000 Pounds,27,里程估计,运输成本是运输距离的一个函

18、数，因此我们需要一个工具来估计距离 69：美国地区一个纬度的大约英里数 绕行系数（Circuity Factor）：都市区=1.3；美国大陆=1.14（乘上Dab，以考虑实际的道路距离） 地理信息系统（GIS）的应用,28,仓储成本,搬运成本（Handling Costs） 包括劳工及公用设施成本 与仓库年物流量成比例 固定成本（Fixed Costs） 包括所有不与仓库年物流量成比例的成本 通常固定成本与仓库大小（容量）成比例，但不是线性的 持有成本（Carrying Costs） 代表库存持有成本，与平均库存水平成比例,29,仓库容量,有了仓库年货物流量后，该如何估计实际需要的空间（100

19、0单位） 仓库年货物流量除以库存周转率可得平均库存水平（周转率=10；AI=100） 需要的储存空间约为平均库存的两倍 将所需的储存空间乘上一大于1的系数，通常为3 即：估计容量 = 单位储存空间 X 平均库存水平 X 2 X 3,30,潜在的仓库位置,好的位置必须满足下列条件： 地理及基础设施条件 自然资源及劳力的可得性 当地产业及税收制度 公共利益,31,服务水平需求,定义服务水平有许多方法，例如我们可在每个顾客与提供其服务的仓库间限定一个最大距离，这可以保证仓库能在一合理的时间内服务顾客 但是我们较难提供给那些位于偏远地区的顾客与其它顾客相同水平的服务。因此，常定义服务水平为某一比例的顾

20、客距离提供其服务的仓库不可超过某一距离 例如要求95%顾客所在的位置距离提供其服务的仓库不可超过200英里,32,未来需求,战略层次的决策（包括设计分销网络）对公司而言有长期的影响，特别是与仓库的数量、位置、大小有关的决策，对公司的影响将长达3-5年，也就是说设计网络时要考虑未来几年顾客需求的变化 通常会用基于情景（Scenario-Based）的方法来解决,Number of Warehouses,Industry Benchmarks:Number of Distribution Centers,Avg. # of WH,3,14,25,Pharmaceuticals,Food Compa

21、nies,Chemicals,- High margin product - Service not important (or easy to ship express) - Inventory expensive relative to transportation,- Low margin product - Service very important - Outbound transportation expensive relative to inbound,35,模型及数据的验证（1）,确保数据及模型正确地反映网络设计问题的程序，称为模型及数据的验证（Model and Data

22、 Validation） 通常利用模型和搜集的数据重构现有的网络结构，并将模型的输出结果与现有的数据作比较,36,模型及数据的验证（2）,这些数据与公司的会计信息相比较，通常是找出数据、有问题的假设、建模缺陷等方面错误的最佳方法。例如在某一个案中，经验证程序计算出来的运输成本与会计数据建议的成本相比较，一直被低估 经仔细检查后，咨询人员下结论说是卡车的有效承载量只有可载重量的30%，也就是说卡车以很少的承载量运送 对网络结构做局部或小的改变，看系统如何评估对成本及服务水平的影响（灵敏度分析）。此步骤包括提出一些假设性的问题，例如： 如果关闭系统中某一现有的仓库有什么影响 或者变换现存网络中的物

23、料流程，成本会有何改变,37,求解技术（Solution Techniques）,使物流网络架构最优化的技术 数学上的最优化方法（Mathematical Optimization Techniques） 精确算法（Exact Algorithms）：一定能找出最佳解 启发式算法（Heuristics）：能找出好的解，但未必是最优解 仿真模型（Simulation Models） Provide a mechanism to evaluate specified design alternatives created by the designer,38,Heuristics and the

24、Need for Exact Algorithms,Single product Two plants p1 and p2 Plant p1 has an unlimited capacity Plant p2 has an annual capacity of 60,000 units The two plants have the same production costs There are two warehouses w1 and w2 with identical warehouse handling costs There are three markets areas c1,c

25、2 and c3 with demands of 50,000, 100,000 and 50,000, respectively,39,Table: Distribution Costs per Unit,Heuristics and the Need for Exact Algorithms,40,D = 50,000,D = 100,000,D = 50,000,Cap = 60,000,$4,$5,$2,$3,$4,$5,$2,$1,$2,$0,Production costs are the same, warehousing costs are the same,Why Optim

26、ization Matters?,41,D = 50,000,D = 100,000,D = 50,000,Cap = 60,000,$5 x 140,000,$2 x 60,000,$2 x 50,000,$1 x 100,000,$2 x 50,000,Total Costs = $1,120,000,Heuristic Approach #1,Assign each market to closet warehouse. Then assign each plant based on cost.,42,Heuristic Approach #2（1）,Assign each market

27、 based on total delivery cost,D = 50,000,D = 100,000,D = 50,000,Cap = 60,000,$4,$5,$2,$3,$4,$5,$2,$1,$2,$0,P1 to WH1$3 P1 to WH2$7 P2 to WH1$7 P2 to WH 2$4,P1 to WH1$4 P1 to WH2$6 P2 to WH1$8 P2 to WH 2$3,P1 to WH1$5 P1 to WH2$7 P2 to WH1$9 P2 to WH 2$4,Market #1 is served by WH1, Markets 2 and 3 ar

28、e served by WH2,43,D = 50,000,D = 100,000,D = 50,000,Cap = 60,000,$5 x 90,000,$2 x 60,000,$3 x 50,000,$1 x 100,000,$2 x 50,000,$0 x 50,000,P1 to WH1$3 P1 to WH2$7 P2 to WH1$7 P2 to WH 2$4,P1 to WH1$4 P1 to WH2$6 P2 to WH1$8 P2 to WH 2$3,P1 to WH1$5 P1 to WH2$7 P2 to WH1$9 P2 to WH 2$4,Total Cost = $

29、920,000,Heuristic Approach #2（2）,44,The Optimization Model（1）,The problem described earlier can be framed as the following linear programming problem Let x(p1,w1), x(p1,w2), x(p2,w1) and x(p2,w2) be the flows from the plants to the warehouses x(w1,c1), x(w1,c2), x(w1,c3) be the flows from the wareho

30、use w1 to customer zones c1, c2 and c3 x(w2,c1), x(w2,c2), x(w2,c3) be the flows from warehouse w2 to customer zones c1, c2 and c3,45,The Optimization Model（2）,The problem we want to solve is: min 0 x(p1,w1) + 5x(p1,w2) + 4x(p2,w1) + 2x(p2,w2) + 3x(w1,c1) + 4x(w1,c2) + 5x(w1,c3) + 2x(w2,c1) + 2x(w2,

31、c3) Subject to the following constraints: x(p2,w1) + x(p2,w2) = 60000 x(p1,w1) + x(p2,w1) = x(w1,c1) + x(w1,c2) + x(w1,c3) x(p1,w2) + x(p2,w2) = x(w2,c1) + x(w2,c2) + x(w2,c3) x(w1,c1) + x(w2,c1) = 50000 x(w1,c2) + x(w2,c2) = 100000 x(w1,c3) + x(w2,c3) = 50000 All flows greater than or equal to zero

32、,46,Table: Distribution Strategy,The total cost for the optimal strategy is 740,000.,The Optimal Strategy,47,仿真模型与优化技术,前述最优化技术处理的是静态模型，通常考虑年需求量或平均需求量，不考虑需求随时间变化的问题 以仿真模型为基础的工具可考虑动态系统，且能表达出给定设计的系统绩效。但是，仿真模型只能仿真预定的物流网络设计。 换言之，当你提供某一结构的仓库、零售商等数据，仿真模型可帮助你估计出运作这个结构的成本 如果考虑变换结构（例如：有几个顾客要改换其它仓库提供服务），则要重新运行

33、此模型 一个详细的仿真模型（包含每个客户的订单、具体的库存和生产策略、每日配送策略等），可能需要非常多计算时间来让系统执行到某一精确度 这意味着使用仿真模型通常只有非常少的方案可以选择,48,二阶段解法,如果系统动态性不是关键问题，则用静态模型较为适当，且可应用数学最优化方法 静态模型几乎考虑了实际中的所有网络结构模型 如果系统动态性是关键问题，可利用两阶段方法 考虑最重要的成本组成元素，在宏观层面用最优化模型找出几个最低成本的解 用仿真模型评估前面求得的解,49,网络构造DSS的主要特征（1）,网络设计DSS的要求 柔性（Flexibility）：系统能将公司现存网络的多数特性纳入考虑的能力

34、 对于某个特殊应用，可能一系列设计方案都是合适的 这些方案中的一个极端是对现存网络进行完全重新优化：表示每个仓库可以建立或关闭，且所有运送流量都可改变其流程 另一个极端是有必要将下述特征纳入最优化模型,50,网络构造DSS的主要特征（2）,下列特征可纳入最优化模型中考虑 顾客对服务水平的特殊要求 现有的仓库：大部分的个案中，仓库是已经存在的，且租赁权还未到期，因此不允许关闭仓库 扩建现有仓库：现有仓库可以扩建 特殊流量型态：在许多情况下，特殊流量型态（例如：从某个仓库到一系列顾客）不能改变，或是某工厂不生产或不能生产某种SKU 仓库到仓库的流程：有时候物料会在两仓库间流动 物料清单（BOM）：

35、有时候最后的组合（零件装配）是在仓库中进行的，模型必须将此纳入考虑。因此，使用者必须提供组装最后成品的部件信息,Global Optimization and DSSFACTORS TO CONSIDER,Facility locations: plants, distribution centers and demand points Transportation resources including internal fleet and common carriers Products and product information Production line information

36、 such as min lot size, capacity, costs, etc. Warehouse capacities and other information such as certain technology (refrigerators) that a specific warehouse has and hence can store certain products Demand forecast by location, product and time.,Resource Allocation,Supply chain master planning The pr

37、ocess of coordinating and allocating production, and distribution strategies and resources to maximize profit or minimize system-wide cost Process takes into account: interaction between the various levels of the supply chain identifies a strategy that maximizes supply chain performance,Focus of the

38、 Output,Sourcing Strategies: where should each product be produced during the planning horizon, OR Supply Chain Master Plan: production quantities, shipment size and storage requirements by product, location and time period.,The Extended Supply Chain: From Manufacturing to Order Fulfillment,FIGURE 3-19: The extended supply chain: from manufacturing to order fulfillment,Questions to Ask During the Planning Process,Will leased warehouse space alleviate capacity problems? When and where should the inventory for seasonal or promotional demand be built and stored? Can capacity pro