第七章 供应链网络设计优化模型

第七章 供应链网络设计第二节供应链网络设计基本理论——含义供应链网络设计,又称设施决策或设施选址,是指制造工厂、仓库及运输等相关设施节点的选址和流量配置(ChopraandMeindl,2007)。供应链网络设计和优化需要从整体来考虑供应链节点的构架和布局,确定每个设施节点的功能、角色和位置,再确定最优的运输路径。供应链网络设计和优化是企业的一项重要战略性决策,主要考虑的问题是如何构建一个有效的供应链网络,确定供应链的配置和各个节点需执行的业务过程,具体包括以下决策:（1）选择供应商;（2）设施选址(包括核心企业制造商和配送中心的选址);（3）供需流量的分配。第二节供应链网络设计基本理论——主要决策供应链网络设计属于企业的战略层次,主要考虑的问题是如何构建一个有效的供应链网络,确定供应链的配置和各个节点需执行的业务过程,具体包括以下决策:(1)选择供应商；(2)设施选址(包括核心企业制造商和配送中心的选址)；(3)供需流量的分配。这些决策主要包括两类问题:(1)供应商决策问题,包括供应商选择和供应商流量决策问题；(2)设施决策问题,包括设施选址和流量规划问题。第二节供应链网络设计基本理论——供应链网络的构成1.供应链成员供应链基本成员是指在专门为顾客或市场提供专项输出的业务流程中，所有能进行价值增值活动自治公司或战略企业单元。相反，支持成员是指那些简单地提供资源、知识以及设施的供应链成员。2.供应链

网络结构变量水平结构、垂直结构和核心企业的水平位置，构成供应链网络的三维结构。第一维，水平结构是指供应链范围内的层次数目。第二维，垂直结构是指每一层中供应商或顾客的数目。第三维，指的是供应链范围内核心企业的水平位置。核心企业能最终被定位在供应源附近、终端顾客附近或供应链终端节点间的某个位置。3.供应链供需连接的方式增加或减少供应商/顾客的数目将会影响供应链的结构。当一个公司从多源头供应商向单一源头供应商转变时，供应链可能变得越来越窄。开放物流、制造、销售以及产品开发活动是另一个很可能改变供应链结构的决策实例。第二节供应链网络设计基本理论——供应链网络设计优化的目标尽量提高供应链服务产生的收入,并降低该服务所需的成本,从而增加利润,即求得企业获取最大利润的一个服务水平,使供应链对利润的贡献最大。（1）成本最小化满足供应链客户服务水平等约束条件的同时,使所有相关供应链总成本最小化。（2）服务最优化在保持总成本一定的情况下,使供应链客户服务水平最优化。（3）利润最大化第二节供应链网络设计基本理论——供应链网络设计优化的步骤第一步确定供应链设计优化的战略目标第三步确定备选的合作伙伴和设施选址地点第四步确定供应链网络设计优化方案确定供应链网络的基本架构第二步供应链网络的主要目标可以是成本最小化、服务最优化利润最大化,若战略目标是服务最优化,则节点设施应考虑在离客户较近的地方设置。确定设施布局模式是采用相对集中的布局还是采用较小的地区性设施布局,确定供应链网络的成员组成及其角色、大致确定设施布局的备选区域和服务的客户与市场等。选出合适的供应商、配送中心等合作伙伴,并确定备选的设施(指制造商和配送中心)地址。从备选合作伙伴、地点中剔选出最终的合作成员和数量、设施地点和数量、各产品的分销渠道,从而确定最终的供应链网络设计优化方案。第二节供应链网络设计基本理论——供应链网络设计优化应考虑的因素宏观环境的影响不确定性的影响供应链网络设计优化应考虑的因素运营的影响成本企业的影响战略第三节供应链网络设计优化模型针对供应链网络设计优化问题,进行以下几方面的工作:(1)通过分析问题、描述问题,指出供应链网络设计优化中各个子问题的重要性,即供应商决策问题和设施决策问题的重要性；(2)提出建立模型的假设,建立了基于利润最大化的供应链网络设计优化模型；(3)设计案例,应用上述供应链网络设计优化模型,并对模型进行求解,确定选择的供应商、生产与分销设施的位置和流量分配。第三节供应链网络设计优化模型——问题描述供应商决策，是从多个备选供应商中选择产品生产所需原料的提供者并确定提供量,这类问题的解决方法常使用运筹学中的数学模型,从而求出问题的最优解。供应商的决策主要是两个方面:一是决定选择哪个供应商为企业提供原材料,二是决定各个供应商为企业提供的原材料数量为多少。一、问题描述根据前述供应链网络设计的定义来看,供应链网络设计和优化实际包括两个子问题,即供应商决策和设施决策,

第三节供应链网络设计优化模型——基本假设二、基本假设1.供应商的供给能力、制造商的生产能力、配送中心的配送吞吐量是确定的,各节点的活动不能超过其最大能力;2.采购成本、生产成本、运输成本等参数确定,不存在模糊参数;3.制造商的原料供应源点和客户的产成品供应源点不是单一的,是可以选择的多个源点供应;4.参数的资料来源于历史资料或预测;5.不存在规模经济效应,即批量大小对单位成本无影响,运输成本、购买成本为线性函数,且供应商到制造商的单位运输成本是已知的;6.供应链网络节点是按照流程进行层级划分的,确定各节点的设施选址范围,并从选址范围内进行选址决策;7.为计算方便,不考虑工厂和设施中心的初始投资成本,只考虑相应的固定运营成本,因为初始投资成本只是一个时点数,而企业的战略是要长期发展,二者没有可比性;8.假设不存在库存,即为理想状态,节点间的流量是平衡的——流入量等于流出量。9.原材料的运输成本由制造商承担,但不由配送中心负责运输,故原材料运输不考虑在配送中心的吞吐量中。第三节供应链网络设计优化模型——符号定义集合下标符号定义符号定义M供应商集合m可能选择的供应商编号,m=l,2,3,……N备选制造商集合n可能开设工厂的地点编号,n=l,2,3,……P备选配送中心集合P可能开设的配送中心编号,p=l,2,3,……Q备选客户集合q服务的客户编号,q=l,2,3,……A原材料集合a生产产品所需的原材料编号,a=l,2,3,……B产成品集合b生产的产成品编号,b=l,2,3,......第三节供应链网络设计优化模型——符号定义集合下标符号定义SCMma从供应商m购买原材料a的单位购买成本YSMma从供应商m向工厂n运输原材料a的单位运输成本GDMma从供应商m购买原材料a的固定间接成本PBba生产一单位产成品b所需原材料a的数量CMAma供应商m提供原材料a的供给能力CNnb工厂n生产产品b的最大能力CPpb配送中心的吞吐能力GDNn工厂n的固定运营成本GDPp配送中心P的固定运营成本SCNnb工厂n对产成品b的单位生产成本SNPpb配送中心P对产成品b的单位作业成本YSNnpb从工厂n到配送中心P的产成品b的单位运输成本YSPpqb从配送中心P到客户q的产成品b的单位运输成本XQqb客户q对产成品b的需求量eQHpqb配送中心P对客户q产品b的单位缺货成本Yrpqb配送中心P对客户q销售产成品b的单价第三节供应链网络设计优化模型——符号定义集合下标决策变量符号定义Xma是否选择供应商m供应原材料a,如果是,则,否则Yn是否开设工厂n,如果是,则,否则Zp是否开设配送中心p,如果是,则,否则Imna供应商m向工厂n提供原材料a的数量Jnpb工厂n向配送中心P提供产成品b的数量Kpqb配送中心P为客户q提供产成品b的数量Lpqb配送中心P对客户q产成品b的缺货量第三节供应链网络设计优化模型——符号定义图7-3供应链网络各节点符号图示1、单位购买成本SCMma2、固定间接成本GDMma3、供给能力CMAma1、单位原材料耗费PBba2、最大生产能力CNnb3、固定运营成本GDNn4、单位生产成本SCNnb1、吞吐能力CPpb2、固定运营成本GDPp3、单位作业成本SNPpb4、销售单价rpqb1、需求量XQqb单位运输成本YSMma单位运输成本YSNnpb1、单位运输成本YSPpqb2、单位缺货成本QHpqbXma是否选择？Yn是否开设？Zp是否开设？第三节供应链网络设计优化模型——目标函数1.供应链网络收入=产成品销售收入2.获得成本=原材料购买成本+运输成本+间接成本3.工厂和配送中心成本工厂和配送中心的成本=工厂和配送中心固定成本+产成品生产成本+产成品作业处理成本+产成品运输成本+产成品缺货成本第三节供应链网络设计优化模型——目标函数4.供应链网络结构的总成本主要包括四大部分:设施的固定运营成本、产成品生产作业成本、节点设施间的运输成本以及缺货成本,为:第三节供应链网络设计优化模型——目标函数5.供应链网络结构总收益为:第三节供应链网络设计优化模型——约束条件1.能力上限约束原材料的采购量不能超过供应商的供给能力工厂的出货量不得超过其生产能力配送中心的吞吐量不能超过其吞吐能力(相当于考虑运输能力)2.流量平衡约束工厂中原材料与产成品数量存在一定的配比关系配送中心的进货量等于其出货量第三节供应链网络设计优化模型——约束条件3.需求量约束4.节点设置约束至少有一个供应商为企业提供原材料

至少设置一个工厂至少有一个配送中心5.决策变量约束第三节供应链网络设计优化模型——约束条件6.0-1变量与流量变量间的约束第四节供应链网络设计模型应用

——四级煤炭供应链原煤开采矿井精煤生产企业煤炭运销企业客户煤矿1煤矿2配送中心2煤矿3煤炭加工厂1煤炭加工厂2配送中心3配送中心1客户3客户2客户1图7-5昔阳煤炭公司的供应链结构图图7-4煤炭企业供应链第四节供应链网络设计模型应用

——四级煤炭供应链原煤热量水分可挥发性a140003%27%a250008%24%a360004%22%表7-2各种原煤的指标情况商品煤热量水分可挥发性b145005%26%b252006%25%b358005%23%表7-3各种商品煤的指标情况第四节供应链网络设计模型应用