基于供应链的网络设计优化模型

第四节基于供应链的物流网络设施决策在供应链中的作用网络设计决策的影响因素网络设计决策步骤网络设计优化模型

有何区别？对网络设计有何要求？请思考两个供应链系统对于60小时之内所收到的订单可以满足90%以上的客户的95%的需求在24小时之内满足90%的客户的97%的需求对响应时间的要求不同网络设计可以更加集中，存储成本可以更小，运输费用较省网络设计应该适当分散，存储成本可能增大，运输费用较多一、设施决策在供应链中的作用设施决策的概念设施决策的内容设施决策的作用1、设施决策的概念设施供应链设施包括对材料、在制品、产成品进行物料处理作业和进行存储作业的一切设施所有的零售商店、成品仓库、制造工厂和材料储备仓库都属于供应链设施设施与设施网络的选择，决定了供应链在成本与服务方面的竞争能力供应链设施决策也称供应链网络设计决策包括生产、储藏或运输相关设施的区位及每样设设施的容量和作用2、设施决策的内容设施功能设施区位容量配置市场和供给配置设施应布局何处？

每一设施应配置多大容量？

每一设施有何作用？在每一设施中将进行哪些作业流程？

每一设施应服务于哪些市场？每一设施由哪些供给源供货?3、设施决策的作用设施功能决策决定了供应链在满足客户需求中的灵活性大小。设施区位决策对供应链的运营有长期影响，废弃或迁移设施的代价是十分昂贵的。好的设施区位能帮助企业在较低成本下保证供应链的运营。容量配置决策不易改变，合理的容量配置能降低成本，提高设施利用效率，提升对需求的反应能力。设施的供应源及市场配置决策会影响供应链为满足客户需求所引发的生产、运输、库存等成本。二、网络设计决策的影响因素战略性因素技术因素

宏观经济因素

政治因素

基础设施因素

竞争性因素

对顾客需求的反应时间

物流和设施成本

1、战略性因素强调生产成本的企业强调反应能力的企业全球化的供应链网络在成本最低的区位布局生产设施，即便会使生产工厂远离其市场区在市场区附近布局生产设施，有时甚至不惜以高成本为代价通过在不同国家或地区布局职能设施，来支持其不同战略目标的实现集中建立分散建立规模效应易享受难享受经验效果易享受难享受协同作用效果易享受难享受生产费用小多管理费用小多运送费用多小交货期长短公司内的经验等易共有难共有协作设施的组织化容易困难事故等风险大小集中建立与分散建立设施的一般性特征2、技术因素生产技术能带来显著的规模经济效益布局少数大容量的设施设施建设的固定成本较低建立为数众多的地方性生产设施以降低运输成本生产技术很稳定，而且不同国家对产品的要求不同在每一个国家建立地方性基地为该国市场服务。生产技术富有灵活性，在较少的几个大基地进行生产。3、宏观经济济因素关税水平税收减让汇率风险需求波动关税高关税供应链网络在在更多的地方方进行生产，，配置在每个个地方的工厂厂生产能力较较小低关税减少生产基地地、每一生产产基地扩大生生产能力税收减让指关税或税收收的削减企业布局于税税收减让地区区可获得成本本优势汇率风险供应链的利润润有显著影响响。良好的供应链链网络能利用用汇率波动增增加利润可以在供应链链网络中多规规划一部分生生产能力，以以使生产能力力具有灵活性性，满足不同同市场的需求求，从而在当当前汇率下使使成本较低的的基地生产更更多的商品。。需求波动供应链网络设设计还必须考考虑由于经济济波动而导致致的需求波动动。4、政治因素素企业倾向于将将企业布局在在政局稳定的的国家，这些些国家的经济济贸易规则较较为完善政治稳定很难难量化，所以以企业在设计计供应链时只只能进行主观观的评价政治稳定因素素在供应链网网络布局中起起着重要作用用5、基础设施施因素良好的基础设设施是在特定定区域进行布布局的先决条条件基础设施的好好坏影响供应应链运营的成成本场地的供给劳动力的供给给交通密集地方性公用事事业关键的基础设施靠近运输枢纽纽、靠近机场场和码头、、高速公路入入口、铁路服服务6、竞争性因因素设计供应链网网络，必须考考虑竞争对手手的战略、规规模和布局诸如原材料和和劳动力等外外部因素是否否迫使其相互互靠近企业如何进行行竞争企业间的积极极外部性许多企业临近近布局使他们们均受益为瓜分市场而布局一项基本的决策企业是临近还是远离竞争对手布局如果企业在价格上进行竞争，而且承担向客户送货的成本，那么最优的布局是二者尽可能离得远些当企业不能控制价格，而只是在与客户距离的远近上相互竞争时，他们就能通过相互接近的布局获取最大的市场份额。——豪特灵(HOTELLING)模型两家企业在直直线上的布局局假设客户均匀匀地分布在(0，1)这个区间上，，两个企业通通过与客户距距离的远近进进行竞争，客客户总是光顾顾最近的一家家企业，而且且与两家企业业距离相等的的客户则在二二者之间平均均分配。如果总需求为为1，企业1布局在点a，企业2布布局在点1——b，那么两两个企业的需需求d1和d2分别是：：01a1-b显然，如果两两家企业能更更近地布局，，最终使得a=b=1／／2时，两家家企业就能将将自身的市场场份额最大化化7、对顾客需需求的反应时时间企业的目标客客户若能容忍忍较长的反应应时间，企业就能集中中力量扩大每每一设施的生生产能力。企业的客户群群认为较短的的反应时间很很重要必须布局在离离客户较近的的地方。这类企业就应应当设有许多多生产基地，，每个基地的的生产能力较较小，由此来来缩短对客户户的反应时间间，增加供应应链中设施的的数量。必需的设施数数量要求的反应时时间顾客要求的反反应时间与设设施数量之间间的关系8、物流和设设施成本(1)库存成成本(2)运输成成本(3)设施（（建设和运营营）成本(1)库存成成本在仓储网络中中，库存由在在途库存、安安全库存和基基础库存组成成L=Σ（（Qi/2+Ssi）+ΣΣQi’’/2L——整整个网络中的的平均库存Qi——第i次订货的的运输批量Qi’——第第i次订货的的订货批量SSi——第第i次订货的的安全库存量量在途库存随着网络中仓仓库设施的增增加，网络中中在途的运输输时间将不断断减少，在途途库存的量也也会不断减少少例一个产品在A、B市场销销售，目前由由仓库X负责责供货。假设设平均每天A市场的销售售额为6个，，B市场的销销售额为7个个，两市场的的运送周期分分别为6天、、10天若其他因素不不变的情况下下，增加一个个仓库供应B市场，B市市场的运送周周期减少为4天。这时的在途存存货水平如何何呢？不同网络下的的在途存货仅用一个仓库两个仓库同时使用平均每日销售额市场仓库X仓库X仓库Y总和6A3636-367B70-2828A+B10664La1818Lb3514La+Lb5332网络中的平均均在途库存水水平将会随着着新仓库的增增加而减少安全库存当供应链中设设施数目增加加时，平均安安全库存及由由此引起的库库存成本就会会增加安全库存成本设施数量设施数量和库存成本之间的关系(2)运输成成本例生产商的平均均单票货量为为500磅，，运输费率为为7.28美美元/百磅,那么直接运运费为36.4美元;假设单票运送送20,000磅以上的的运输费率为为2.40美美元/百磅;在市场场区域的本地地运送费率为为1.35美美元/百磅;所以,总总费率约为3.75美元元/百磅;运运送500磅,需要18.75美美元那么,如果建建立仓库的运运作成本低于于:36.4--18.75=17.65美美元/百磅该仓库在经济济上就具有合合理性设Pv——批批量运输的操操作成本Tv——批批量运输的运运输成本Wx——平平均每票货物物的仓储成本本Lx——平平均每票货物物的本地送货货成本Nx——每每个批量运输输所含平均的的单票运输的的数量Px——平平均每票货物物的操作成本本Tx——平平均每票货物物的直接运输输成本Σ（Pv+Tv）/Nx+Wx+Lx<=Σ(Px+Tx)运输成本设施数量设施数量和运输成本之间的关系在图的左边，，直接从生产产地到达客户户的小批量运运输成本是成成本曲线的起起始点随着仓库数量量的增加，运运输的总成本本不断减少；；运输成本的的降低源于在在某个设施对对货物的集并并运输与短途途运输的相互互结合成本曲线的最最低点，表示示获得最大的的货物集并所所需的设施的的数量如果设施数量量的扩张超出出了货物集并并的最大值，，每个设施所所承担的进货货集并运输的的数量减少了了，成本将增增加(3)设施（（建设和运营营）成本固定成本固定成本是指指短期内不随随设施的货流流量的改变而而改变的成本本，如建设成成本和租赁成成本可变成本与生产或仓库库运营相关的的随着加工数数量的变化而而变化的成本本被成为可变变成本如果设施的设设立，可以为为供应链提供供成本或服务务的优势，则则该设施的设设立就是必要要的设施成本设施数量设施数量和设施成本之间的关系物流成本和反反应时间变动动与设施数量量的关系反应时间设施数量物流总成本物流总成本随着设施数目目的增加，总总成本先减后后增设施数量成本设施数量和总总成本之间的的关系图总成本库存成本运输成本设施成本三、网络设计计决策步骤1、明确供应应链战略2、明确地区区性设施的构构架3、选择合适适的地点4、选择布局局区位竞争战略内部限制资本、增长战略、现存网络第一步供应链战略全球竞争生产技术资本、规模/范围的影响、需要的支持、灵活性竞争环境第二步地区性设施构架关税和税收激励区域性需求规模、增长、一致性、地方特色政治、汇率和需求风险生产方法需要的技能、反应时间第三步理想的选址基础设施要素成本劳动力、原材料、具体地点第四步区位选择物流成本运输、库存和协调网络设计决策策框架1、明确供应应链战略详细说明供应应链应该具备备哪些功能，，以支持企业业竞争战略的的实现。管理者必须在在企业竞争战战略、竞争分分析、以及所所有的限制条条件基础上决决定供应链战战略。2、明确地区区性设施的构构架目标是：选择择设施布局的的区域，明确确设施的潜在在作用及其最最大容量。(1)需求预预测(2)分析规规模经济的作作用(3)明确需需求风险、汇汇率风险、政政治风险(4)掌握关关税和税收减减免情况(5)竞争环环境分析3、选择合适适的地点目标是：在将将要布局设施施的区域范围围内选择一系系列的地点。。地点的选择应应当依据基础础设施的状况况进行，以便便确保预想的的生产方式能能正常进行。。硬件设施要求求包括供应商商的存在、运运输服务、通通讯、公用事事业以及仓储储设施。软件设施要求求包括可供雇雇佣的熟练劳劳动力、劳动动力转换以及及当地社区对对工商业的接接受程度。4、选择布局局区位目标是：选择择精确的设施施布局区位，，并为每以设设施配置容量量。从第三步选出出的一系列理理想的地点中中进行筛选，，找出布局区区位。网络设计是为为了实现供应应链总利润最最大化，并考考虑每个市场场的预期边际际效益和需求求以及不同的的物流和设施施成本。重力区位模型型选择出使供应应商处运来原原材料的运输输成本和向市市场运送最终终产品的运输输成本之和最最小网络优化模型型四、网络设计计优化模型管理者进行设设施布局和容容量配置的目目标应当是，，使整个供应应链网络的利利润最大化。。在制定这一一决策前，应应该掌握供应源和市场场的位置潜在的设施地地点的区位市场需求预测测每一地点的设设施成本、劳劳动力成本和和原材料成本本每两个设施布布局地点之间间的运输成本本每一地点的库库存成本及其其与设施数量量的关系供应链网络的的最小总成本本设计变量：订货量、发运运量、运输方方式、选定位位置约束条件：市场需求所期望的库存存服务水平设施备选位置置供应链网络设设计的其他模模式最大限度的服服务水平差异化的竞争争优势最大利润最小化的资产产配置网络优化模型型的运用1、需求量在在工厂之间的的分配模型2、生产能力既定定的工厂布局局模型3、工厂和仓仓库同时布局局模型例题吉百利(TelecomOne)和和哈奥普蒂克克(Highoptic)公司都是是新一代通讯讯设备制造商商。吉百利着眼于于美国东半部部的市场，它它在巴尔的摩摩(B)、孟孟菲斯(M)和堪萨斯州州的威奇托(W)都有自自己的生产厂厂，服务的市市场包括亚特特兰大、波士士顿和芝加哥哥。哈奥普蒂克公公司瞄准美国国西半部的市市场，服务的的市场包括丹丹佛、内布拉拉斯加州的奥奥马哈和俄勒勒冈州的波特特兰。哈奥普普体克公司的的几个工厂分分别位于怀俄俄明州的肖肖肖尼(CHEYENNE)(C)和和盐湖城(S)。工厂的生产能能力、市场需需求、每1000单位产产量的生产成成本和运输成成本以及每个个工厂每月的的固定成本见见下表。供应城市需求城市每1000单位的生产和运输成本（千美元）生产能力Ki（千单位）月固定成本Fi（千美元）亚特兰大波士顿芝加哥丹佛奥马哈波特兰巴尔的摩（B1675400685163011602800187650肖肖尼（C）146019409701004951200243500盐湖城（S）192524001425500950800275000孟菲斯（M）380135554310456652321224100威奇托（W）92216467005083111797312200月需求量（千单位）Dj108146711表吉百利利公司和哈奥奥普蒂克公司司的生产能力力、市场需求求和成本1、需求量在在工厂之间的的分配两个公司都必必须考虑在工工厂之间进行行需求分配。。这一模型需需要输入以下下数据：n=工厂区位位的数目；m=市场或需需求地的数量量；Dj=市场j的年年需求量；Ki=工厂i的年年生产能力；；Cij=i工厂生产产一单位产品品并送到j市市场的成本(包括生产、、库存、运输输和设施成本本)向不同工厂分分配不同市场场和需求的目目标是使设施施成本、运输输成本和库存存成本之和最最小。对决策变量做做如下定义：：=每年从工厂厂i到市场j的运量这一问题构成成了下面这一一线性模型：：限制条件为j=1,…,m该限制保证每每一市场的需需求得以满足足i=1,…,n该限制保证每每一工厂不能能超过其生产产能力进行生生产

亚特兰大波士顿芝加哥丹佛奥马哈波特兰吉百利公司

巴尔的摩（B）

孟菲斯（M）

威奇托（W）哈奥普蒂克公司

盐湖城（S）

肖肖尼（C）01008002120

06

07

110吉百利公司和和哈奥普蒂克克公司的最优优需求配置表给出的需求求分配表明，，吉百利每月月消耗的可变变成本是14886000美元，月固定定成本为13950000美元，，月总总成本本为28836000美元；；哈奥奥普蒂蒂克公公司的的月可可变成成本为为12865000美元，，月固固定成成本为为8500000美元，，月总总成本本为21365000美元。。2、工工厂布布局：：生产产能力力既定定的工工厂布布局模模型吉百利利公司司和奥奥普蒂蒂克公公司已已经决决定将将这两两家公公司合合并成成一个个名为为吉百百利奥奥普蒂蒂克的的新公公司。。管理理者正正在讨讨论是是否每每个工工厂都都是必必需的的，哪哪些工工厂应应当关关闭。。这一一模型型需要要输入入以下下数据据：n=潜潜在的的工厂厂布局局区位位数量量；m=市市场或或需求求点的的总数数量；；Dj=市场场j的的年需需求量量；Ki=工厂厂i的的潜在在年生生产能能力；；fi=工厂厂i运运营中中按年年分摊摊的固固定成成本；；Cij=工厂厂i生生产一一单位位产品品并将将之送送到j市场场的成成本(包括括生产产、库库存、、运输输、设设施成成本)目标是是决定定工厂厂的区区位，，然后后将市市场需需求分分配到到每一一个正正在运运营的的工厂厂中去去，以以减少少设施施成本本、运运输成成本和和库存存成本本。决策变变量的的定义义如下下：yi=1如如果工工厂i运营营，否否则为为0xij=每年年从工工厂i运送送到市市场j的货货物数数量然后，，这一一问题题构成成以下下模型型：限制条条件为为：j=1,……,m(保保证所所有需需求得得到满满足)i=1,……,n(确确保每每一工工厂的的生产产不超超过生生产能能力)i=1,……,n(将将工厂厂分为为运营营(yi=1)或关关闭(yi=0)两类类)

运营/关闭亚特兰大波士顿芝加哥丹佛奥马哈波特兰巴尔的摩（B）1082000肖肖尼（C）10006711盐湖城（S）0000000孟菲斯（M）110012000威奇托（W）0000000合并后后的新新公司司吉百百利奥奥普蒂蒂克的的最优优需求求配置置通过求求解，，得出出结论论：吉吉百利利奥普普蒂克克的最最佳选选择是是关闭闭在盐盐湖城城和威威奇托托两地地的工工厂，，而继继续运运行在在巴尔尔的摩摩、肖肖肖尼尼和孟孟菲斯斯的工工厂。。每月月的网网络和和运营营成本本为47401000美元。。这一一成本本比吉吉百利利公司司和哈哈奥普普蒂克克公司司独立立运营营时成成本节节省了了近3000000美元。。3、工工厂和和仓库库同时时布局局如果要要没计计从供供应商商到顾顾客的的整个个供应应链网网络：：供应应商向向工厂厂提供供原材材料，，工厂厂设有有为市市场服服务的的仓库库，必必须为为工厂厂和仓仓库同同时做做出布布局和和容量量配置置决策策。在这一一模型型中，，我们们假设设计算算单位位被适适当调调整，，因而而来自自供应应商的的每1单位位的投投入，，能生生产出出1单单位的的最终终产品品。这一模模型要要求输输入以以下数数据：：m=市场场或需需求点点的数数量n=潜在在的工工厂区区位数数量l=供应应商的的数量量t=潜在在的仓仓库区区位数数量Dj=顾客客j的的年需需求量量Ki=布局局于i点的的工厂厂的生生产能能力Sh=供应应商h的年年供应应能力力We=布局