第五章 供应链设计与优化

1、.,第五章 供应链设计与优化,5.1供应链设计概述 5.2供应链网络结构 5.3供应链设施网络决策 5.4供应链设施网络优化,.,【教学目标】 通过本章的学习，使学生了解供应链设计的基本内容与原则，熟悉基于产品的供应链设计步骤与策略，正确理解供应链网络设计决策的影响因素，重点掌握网络设计决策的内容与优化模型。,.,3.2.1供应链设计的内容,1、供应链成员及合作伙伴选择 供应链中一级级叠加起来的成员总数可能会很大，所以这样的供应链是非常复杂的。 2、网络结构设计 供应链网络结构主要由供应链成员、网络结构变量和供应链间工序连接方式三方面组成。 3、供应链运行基本规则 主要内容包括：协调机制、信息

2、开放与交互方式、生产物流的计划与控制体系、库存的总体布局、资金结算方式、争议解决机制等。,.,网络结构问题就是确定产品从供货点到需求点流动的结构，包括决定使用什么样的设施、设施的数量、设施的位置、分派给各设施的产品和客户、设施之间应使用什么样的运输服务、如何进行服务。 空间设计问题（决定各种设施（如工厂、仓库和零售点）的平面地理位置；确定各种设施的数量、规模和位置时则要在以地理特征表示的客户服务要求和成本（生产/采购成本、库存维持成本、设施成本和运输成本）之间寻求平衡）。 设计的时间问题（以满足客户服务目标而保持产品可得率问题，通过缩短生产/采购订单的反应时间或者通过在接近客户的地方保有库存可

3、以保证一定水平的产品可得率）。,.,供应链设计的步骤,第一步总结、分析企业现状。 第二步分析市场竞争环境。 第三步针对存在的问题提出供应链设计项目，分析其必要性。 第四步是根据基于产品的供应链设计策略提出供应链设计的目标。 第五步是分析供应链的组成，提出供应链组成的基本框架。 第六步是分析和评价供应链设计的技术可能性。 第七步是设计供应链。 第八步是检验供应链。 第九步比较新旧供应链 第十步完成供应链的运行,.,供应链设计的步骤,1分析市场竞争环境,2分析企业现状,3提出供应链设计,4明确供应链设计的目标,5分析供应链的组成,6提出组成供应链的基本框架,7分析和评价供应链设计的技术可能性,8设

4、计供应链,9检验已产生的供应链,比较新旧供应链,决策点,工具和 技术,反馈,.,5.2 供应链网络结构,（一）供应链的模型1：链状模型,.,（二）供应链的模型2：网状模型,.,（三）核心企业,图7 供应链核心企业示意图,.,示例：洗涤剂的供应链,图8 洗涤剂的供应链,.,第三节 供应链设施网络决策,供应链网络设计的内容 供应链网络设计( Supply Chain Network Design，又称供应链设施网络决策(Supply Chain Facility Decision)，是指供应链上的生产厂、存储库、运输相关设施等的布局架构和能力安排。与其相关的主要概念包括四项: （1）( Facil

5、ity Role)节点设施的功能设施担当角色。每一设施有何作用？在每一设施中将进行哪些作业流程？ （2）( Facility Location ) 节点设施的区位设施构建选址？设施该如何布局？ （3） (Facility Capability)节点的容量配置设施能力安排。每一设施应配置多大容量？ （4）(Facilitys Source And Market) 节点的市场和供给配置设施的需求供给分析。每一设施应服务于哪些市场？每一设施由哪些供给源供货？ 例如配送中心选址、路径选择等热门课题，是属于设施构建选址对范畴。,.,物流网络结构,图10 物流网络结构问题,.,.,（1）设施担当角色,角色

6、是指供应链上网点设施的具体用途、相应安排的工作职责和流程。设施角色的定义对整个供应链的运作弹性有至关重要的作用。 以丰田汽车公司为例，它几乎在全球的每个重要市场都安排了生产分厂。原先这些分厂的角色职责仅仅是满足所在市场的客户需要，这种性质单一的角色定义简化了分厂生产流程，便于日常管理，同时也降低了运作成本。然而，在1997年，当全球性的经济危机波及亚太地区时，当地汽车市场需求量骤然减少，随即当地生产分厂的生产力大量过剩，而它们又无法为亚洲以外市场提供产品支持，这使丰田遭受重大经济损失。 到70年代末，丰田公司对全球各分厂所担当角色做了重新定义，这些分厂以满足其所在市场需求为主，而同时又被安排了

7、额外的生产弹性，即同时也能为其他市场提供产品。这种富有弹性的设施角色定义，难免会增加各分厂的工作流程，使链上管理复杂化，但是它却更有利于丰田公司适应全球各市场的需求随机变化。,.,（2）设施构建选址,选址问题历来是各界研究的大热点。 原因首先在于选址的重要性:设施的地址一旦确定，将会在相当长的一段时间内不发生变化，因为关闭一处设施或将其迁至其他地址将是件代价高昂的事情。但是只要设施地址不发生变化，选址决策对供应链的运作影响就会一直持续。优化的选址决策便于降低供应链的流通成本，缩短运输路径，加快整个系统的反应速度，如果再考虑到土地升值，那么从长远来看其效益是无法限量的;相反，如果选址决策不够谨慎

8、，在短期来看只是多走了点路、增力了一点成本和延长了一点客户响应时间，但是从长期来看，亏损很严重。由此可见选址的重要性。 原因之二在于选址的技术性:选址问题本身有复杂性，大批学者创造了系列复杂的数学模刑和解决算法，如重心法、Baumol-Wolfe法、混合一整数线性规划方法等。随着计算机技术的高速发展、大规模运算成为可能，越来越多的研究人员趋向于采用遗传算法、进化算法、神经网络等启发式算法来达到或逼近该问题的最优解。,.,供应链的运作效率会受到选址决策的深远影响，丰田汽车公司在北美设的列克星敦汽车生产分厂是一个成功案例。在上世纪80年代末日元对美元汇率升值时期，丰田在日本本土生产的汽车由于造价过

9、高而无法在北美市场赢得竞争优势。而列克星敦分厂没有受到国际汇率的影响，它的产品延续了丰田汽车物美价廉的一贯特征，使丰田公司保持住了在北美市场的销售地位。,.,3）设施能力安排,对于生产性设施，设施能力指产品的生产供给能力； 对于存储性设施，其能力包括货物存储容量、货物保鲜能力和货物出入吞吐量； 对于运输路径上的其他设施，如销售网点等，其能力表现为商品的容纳品种和容纳量。 显而易见，对设施能力安排的变更要比设施位置的变更容易得多，但是这并不代表设施能力就可以随意变化；相反，因为对设施能力的初始安排都是通过精确估计的，所以该决策一般持续很长时间（甚至长达几年）都不会改变。给一个设施安排过多的任务内

10、容，会降低其他设施的利用率，同时可能使该设施的运营成本过度增加。给一个设施安排太少的工作同样不妥，该设施可能会因为基础太薄而无法适应所在市场的需求变化，如在缺货时，如果它向其他市场同类设施请求增援，无疑会增加产品运输成本。由此可见，设施能力的安排一定要恰到好处，它对供应链的整体绩效有重要影响。,.,（4）设施的需求供给分析,供应链上的每一个设施都有其相应固定的上游货源供应和下游市场需求，这种相对固定性并不是天生就有的，一般通过设施的供给需求分析得出的部署方案。 设施供给需求分析的出发点一端是终端客户的需求变动，然后由供应链下游设施向供应链上游设施逐级递推影响；而另一端是供应链最上游原材料供应商

11、的供给变动，然后从上游设施到下游设施逐级递推影响。 伴随设施的下游需求变化和上游供给变化，该设施的需求供给分析也应该相应更新。设施需求供给分析指导了供应链生产、库存、运输、销售的全程部署，因此它对供应链系统的整体绩效有直接影响。,.,以亚马逊网上书店的供应链网络为例。 这家总部位于美国西雅图的高科技公司，原本只在当地设有一座配送仓库。随着公司业务向全美各地的高速拓展，仓储设施匮乏成为公司发展的瓶颈，于是亚马逊公司相应在全美各主要市场新盖了一系列配送仓库。每当新盖一座仓库，公司都要对供应链全部设施重新做需求供给分析，目的是择优规划各仓库设施的供给源、需求市场和运营能力。这样做不仅降低了公司整体运

12、营成本，同时还提高了公司对终端客户的响应速度。,.,二、网络设计决策的影响因素,供应链网络设计决定了供应链体系的具体配置，对库存、运输路径、信息、资金等重要指标给以量化规定，以确保供应链整体的运作成本最低，客户响应速度最快。基于以上四点关键的概念架构，可以细分出如下几项供应链网络设计的影响因素。,.,（一）战略性因素,公司战略对供应链网络设计具有指导性作用。 基于成本战略的公司，考虑的是尽量降低公司运营成本，于是设施选址首要考虑的因素是地价和劳动力，并使其达到最低。 基于客户战略的公司，它们一般认为使客户享受最满意的服务、在最短时间内响应客户需求才是公司战略的根本，于是这类公司会把设施选址在最

13、方便到达客户的地方，即便这意味着代价较高的地租. 基于混合型战略的跨国供应链网络，可能在某些地区以成本战略为指导，而在另外一些地区则采用客户战略。公司战略指导框架见图2。,.,（二）技术因素,不同技术水平的产品，其相应的供应链网络设计侧重点也不同。 对于高科技精密制造产业，例如CPU芯片制造业，存在巨大的规模效应，这是因为产品创新的成本很高，唯有大规模生产的生产线才可以取得较低的平均成本；同时由于技术要求高，开设新厂的投资代价非常高。这类产业供应链的生产性设施具有地域高度集中的特征，主要通过原有生产设施的扩张来扩大生产能力。 技术含量相对较低产品的供应链特征，例如可口可乐的汽水灌装厂遍布全球。

14、 我们可以用经济学的“弹性”来更客观的描述技术因素对供应链网络设计的影响，如果产品技术弹性低，即不同市场对产品的技术要求各不相同（例如中国与美国的可口可乐市场在四类产品可乐、芬达、雪碧、醒目的销售组合上不同），那么这类产品的供应链就有必要在各个市场分别开办生产分厂。反之，如果产品技术弹性高，即同一种产品在不同市场都适用（全球各市场都使用相同的英特尔奔腾处理器和超威新速龙处理器），那么这类产品的生产性设施会比较集中（见图2）。,.,.,（五）基础设施因素,供应链设施理想的周边基础条件包括高素质而价格低廉的劳动力资源、充足而价格合理的土地和矿产资源、优良的海陆空交通条件以及齐备的城市基础建设。 周

15、边基础条件与设施选址倾向的关系见图4。,.,（六）竞争对手因素,企业在设计供应链网络时必须要考虑到竞争对手的战略、规模和设施布局。 如果市场竞争氛围是倡导共赢，则企业会把设施建在竞争对手的旁边，这种情况的一个好例子是思科公司，这家总部位于美国硅谷的公司是世界最大的网络产品供应商，它的竞争特点很大程度上影响了整个网络产品市场的竞争氛围。该公司并不热衷于野蛮吞并周边的中小型竞争企业，相反的，它会主动向市场上的新秀企业提供技术和财力支持，壮大起来的新秀企业都乐意与这家公司开展广泛的技术共享，结果是促进了共赢发展。 如果处在瓜分市场为主题的竞争环境下，企业会尽量把设施建在尚待开发的新市场中，这样做的目

16、的首先是避免其它已瓜分市场的进入风险，其次是尽快抢占新市场的市场份额，形成对竞争对手的无形进入壁垒。,.,两家企业在直线上的布局,假设客户均匀地分布在(0，1)这个区间上，两个企业通过与客户距离的远近进行竞争，客户总是光顾最近的一家企业，而且与两家企业距离相等的客户则在二者之间平均分配。 如果总需求为1，企业1布局在点a，企业2布局在点1b，那么两个企业的需求d1和d2分别是：,显然，如果两家企业能更近地布局，最终使得a=b=12时，两家企业就能将自身的市场份额最大化,.,客户均匀分布在01的直线上，两个企业之间的竞争与客户所在距离的远近有关，客户总是去离他最近的企业。,显然，若两个企业都想使

17、市场份额最大，有a=b=1/2。即两个企业都布置在1/2处。但是，客户的平均行走距离是1/4。 如果考虑价格竞争、运输成本等影响，两个企业离得越远越好。一个企业在0处，另一企业在1处最好。 是一个0-1分布，d1+d2=1，左边一段是a，右边一段是b，a，b分别代表企业1和2的市场份额,如果总的需求是1，企业1和企业2的需求，d1和d2, 分别是：,.,（七）客户因素对顾客需求的反应时间,企业服务市场的客户特点也是供应链网络设计的决定因素之一。 同样是在亚洲，丰田对中国大陆和对韩国、台湾的供应链构建战略就存在区别。中国大陆的居民收入水平相对较低，汽车的配套装备、设施如汽油品质、道路铺设水平都相

18、对较低，针对这个市场的生产分厂以低价位和耐磨损的产品为主打。 韩国、台湾市场的消费水平较高，客户更看重汽车的外形、时尚，针对这个市场的生产分厂以相对高档、造型豪华的产品为主打。 耐克公司在亚洲的供应链构建策略与丰田类似，中国大陆市场的销售潜力很大，但居民的平均消费水平低，耐克对这个市场采用的开发战略是成本战略，耐克还将自己在亚洲的最大生产基地设在了中国青岛，就是考虑到这里无可限量的经济潜力和充足廉价的劳动力市场。 与之形成对比的是韩国、台湾、日本市场，这里的居民更加富有，他们在消费上不仅要求满足基本的物质需要，还要求更高层次的精神需要，耐克公司对这一市场采用客户战略，产品高档、售后齐全。,.,

19、对顾客需求的响应时间因素,要求的响应时间,必要的设施数,顾客要求的反应时间与设施数量之间的关系,.,（八）物流和设施成本,伴随供应链网络的重新架构，一些设施的角色、选址、分配能力都要发生改变，这样会减去一些非优化成本，同时也造成一部分新支出。供应链网络设计需要综合考虑各类成本变化，重新设计的目的一般是要使总的运营成本降低。供应链运营成本的两个重要来源是物流成本和设施相关成本。 物流成本主要包括库存成本和运输成本，对于某些产品的供应链，仓储的特点是整批运入、分批运出，例如书籍、香烟等，这类产品仓储设备一般选在目标市场附近，尽管加长了产品运入仓库的距离从而增加运入成本，但缩短了配送商品到终端客户的

20、距离，降低了商品的运出成本；综合效应是降低成本。还有一些产品是整批运入、整批运出，例如钢铁、煤炭等，这类产品的仓储设备一般设在原材料产地，邻近生产加工厂，仓库输入成本低，输出成本高，但综合效应也是降低了成本。,.,设施相关成本包括设施新建成本、设施运营成本等，从根本上可以把这类成本分为两类：固定成本和可变成本。固定成本具有一次性投入、数额巨大、长期返本的特点，如新建设施的购买土地、厂房、机器等成本；可变成本则是伴随产品的每一个流动周期发生的生产、加工、包装、售后服务等成本，具有反复性投入、数额较小、短期返本的特点。对设施相关成本的评估一定要把眼光放长远，全面考虑投入产出比。 以客户服务外包作为

21、案例，美国许多企业鉴于国内薪资水平较高，纷纷在海外英语国家开办客户服务分公司，招用当地员工从事电话咨询工作，从而降低了薪酬成本；但是，经过一段时间的考察显示许多公司的发展速度放慢了，客户服务状况令人堪忧，客户生源大大减少。原因在于海外员工与本国客户之间的巨大文化差异造成了严重的沟通障碍，员工在这方面的素质不是短期可以提高的，而客户对此极为不满。从长远来看，这些公司做了错误的决策。,.,物流总成本因素,.,5.4 供应链设施网络优化,网络优化模型 供应链网络设计通常有四个环节，包括供应商、生产厂、仓库和市场。除了进行设施布局以外，管理者还要考虑市场在仓库之间的划分以及仓库在市场之间的分配。配制决

22、策将随着不同成本变化和市场发展而进行有规律的调整。进行网络设计时，区位决策和配置决策是联合进行的，而网络优化模型是进行配置决策的基本模型。,.,多级的供应链系统设计举例假设：单个产品两个工厂P1和P2工厂P2的年生产能力是6万个产品两个工厂的生产成本相同两个分销中心W1、W2，具有相同的库存成本有三个市场C1、C2、C3，需求量分别为5万、10万、5万个产品。,.,方法一： 对每一个市场，选择从分销中心到需求地成本最低的方案。即C1、C2和C3由W2供应。 为每一个分销中心选择成本最低的工厂，即从P2得到6万，剩余的14万从P1得到。 总成本是 (单位万) 25+1 10+2 5+2 6+5

23、14 = ￥112.00 （万元）,.,方法二： 对每一个市场，选择不同的分销中心，使从分销中心获得产品的总成本最低。如对C1，有P1W1 C1， P1W2 C1， P2W1 C1， P2W2 C1。当然，成本最低的是P1W1 C1，即用W1供应C1。同样可决定，选择W2供应C2和C3。 P2W2 C2， P2W2 C3 考虑到P2只有6万，所以剩余的9万由P1供应。 总成本是： （5 3） + （ 1 10 + 2 5 ） + （ 6 2 + 9 5 ）=￥92.00 （万元） 。,.,方法三： 一种优化算法得出的结果,目标函数： MIN=0P11+5P12+4P21+2P22+3W11+4

24、W12+5W13+2W21+1W22+2W23; 需求约束：W11+W21=50000; W12+W22=100000; W13+W23=50000; 供应约束： P11+P12 =140000; P21+P22 =60000; 分销中心不存留产品： P11+P21-W11-W12-W13=0; P12+P22-W21-W22-W23=0; 所有变量大于等于零： P11P22=0; W11W23=0.,.,总成本是：￥740000.00 比方法一节约34% 比方法二节约20%,以上例子说明，供应链系统的设计是非常重要的，应该借助先进的技术与方法解决供应链设计中的问题。,14 0 +6 2 +3 5 +4 4 +6 1 +5 5=74万,.,算例分析2 算例：某一多元化制造企业准备进行海外扩张，已选定三家供应商和两个市场，需要在A、B、C三个备选区域进行工厂和仓库选址布局，要求仓库建设在新建工厂的区域，图3.5显示了各节点及运输成本（元/单位）。,供应链网络潜在