第七章 供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)優(yōu)化模型

第七章 供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)第二節(jié)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)基本理論——含義供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì),又稱設(shè)施決策或設(shè)施選址,是指制造工廠、倉庫及運(yùn)輸?shù)认嚓P(guān)設(shè)施節(jié)點(diǎn)的選址和流量配置(ChopraandMeindl,2007)。供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和優(yōu)化需要從整體來考慮供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)的構(gòu)架和布局,確定每個(gè)設(shè)施節(jié)點(diǎn)的功能、角色和位置,再確定最優(yōu)的運(yùn)輸路徑。供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和優(yōu)化是企業(yè)的一項(xiàng)重要戰(zhàn)略性決策,主要考慮的問題是如何構(gòu)建一個(gè)有效的供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò),確定供應(yīng)鏈的配置和各個(gè)節(jié)點(diǎn)需執(zhí)行的業(yè)務(wù)過程,具體包括以下決策:（1）選擇供應(yīng)商;（2）設(shè)施選址(包括核心企業(yè)制造商和配送中心的選址);（3）供需流量的分配。第二節(jié)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)基本理論——主要決策供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)屬于企業(yè)的戰(zhàn)略層次,主要考慮的問題是如何構(gòu)建一個(gè)有效的供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò),確定供應(yīng)鏈的配置和各個(gè)節(jié)點(diǎn)需執(zhí)行的業(yè)務(wù)過程,具體包括以下決策:(1)選擇供應(yīng)商；(2)設(shè)施選址(包括核心企業(yè)制造商和配送中心的選址)；(3)供需流量的分配。這些決策主要包括兩類問題:(1)供應(yīng)商決策問題,包括供應(yīng)商選擇和供應(yīng)商流量決策問題；(2)設(shè)施決策問題,包括設(shè)施選址和流量規(guī)劃問題。第二節(jié)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)基本理論——供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成1.供應(yīng)鏈成員供應(yīng)鏈基本成員是指在專門為顧客或市場提供專項(xiàng)輸出的業(yè)務(wù)流程中，所有能進(jìn)行價(jià)值增值活動(dòng)自治公司或戰(zhàn)略企業(yè)單元。相反，支持成員是指那些簡單地提供資源、知識(shí)以及設(shè)施的供應(yīng)鏈成員。2.供應(yīng)鏈

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變量水平結(jié)構(gòu)、垂直結(jié)構(gòu)和核心企業(yè)的水平位置，構(gòu)成供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的三維結(jié)構(gòu)。第一維，水平結(jié)構(gòu)是指供應(yīng)鏈范圍內(nèi)的層次數(shù)目。第二維，垂直結(jié)構(gòu)是指每一層中供應(yīng)商或顧客的數(shù)目。第三維，指的是供應(yīng)鏈范圍內(nèi)核心企業(yè)的水平位置。核心企業(yè)能最終被定位在供應(yīng)源附近、終端顧客附近或供應(yīng)鏈終端節(jié)點(diǎn)間的某個(gè)位置。3.供應(yīng)鏈供需連接的方式增加或減少供應(yīng)商/顧客的數(shù)目將會(huì)影響供應(yīng)鏈的結(jié)構(gòu)。當(dāng)一個(gè)公司從多源頭供應(yīng)商向單一源頭供應(yīng)商轉(zhuǎn)變時(shí)，供應(yīng)鏈可能變得越來越窄。開放物流、制造、銷售以及產(chǎn)品開發(fā)活動(dòng)是另一個(gè)很可能改變供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)的決策實(shí)例。第二節(jié)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)基本理論——供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)優(yōu)化的目標(biāo)盡量提高供應(yīng)鏈服務(wù)產(chǎn)生的收入,并降低該服務(wù)所需的成本,從而增加利潤,即求得企業(yè)獲取最大利潤的一個(gè)服務(wù)水平,使供應(yīng)鏈對(duì)利潤的貢獻(xiàn)最大。（1）成本最小化滿足供應(yīng)鏈客戶服務(wù)水平等約束條件的同時(shí),使所有相關(guān)供應(yīng)鏈總成本最小化。（2）服務(wù)最優(yōu)化在保持總成本一定的情況下,使供應(yīng)鏈客戶服務(wù)水平最優(yōu)化。（3）利潤最大化第二節(jié)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)基本理論——供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)優(yōu)化的步驟第一步確定供應(yīng)鏈設(shè)計(jì)優(yōu)化的戰(zhàn)略目標(biāo)第三步確定備選的合作伙伴和設(shè)施選址地點(diǎn)第四步確定供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案確定供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的基本架構(gòu)第二步供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的主要目標(biāo)可以是成本最小化、服務(wù)最優(yōu)化利潤最大化,若戰(zhàn)略目標(biāo)是服務(wù)最優(yōu)化,則節(jié)點(diǎn)設(shè)施應(yīng)考慮在離客戶較近的地方設(shè)置。確定設(shè)施布局模式是采用相對(duì)集中的布局還是采用較小的地區(qū)性設(shè)施布局,確定供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的成員組成及其角色、大致確定設(shè)施布局的備選區(qū)域和服務(wù)的客戶與市場等。選出合適的供應(yīng)商、配送中心等合作伙伴,并確定備選的設(shè)施(指制造商和配送中心)地址。從備選合作伙伴、地點(diǎn)中剔選出最終的合作成員和數(shù)量、設(shè)施地點(diǎn)和數(shù)量、各產(chǎn)品的分銷渠道,從而確定最終的供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案。第二節(jié)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)基本理論——供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)優(yōu)化應(yīng)考慮的因素宏觀環(huán)境的影響不確定性的影響供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)優(yōu)化應(yīng)考慮的因素運(yùn)營的影響成本企業(yè)的影響戰(zhàn)略第三節(jié)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)優(yōu)化模型針對(duì)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)優(yōu)化問題,進(jìn)行以下幾方面的工作:(1)通過分析問題、描述問題,指出供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)優(yōu)化中各個(gè)子問題的重要性,即供應(yīng)商決策問題和設(shè)施決策問題的重要性；(2)提出建立模型的假設(shè),建立了基于利潤最大化的供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)優(yōu)化模型；(3)設(shè)計(jì)案例,應(yīng)用上述供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)優(yōu)化模型,并對(duì)模型進(jìn)行求解,確定選擇的供應(yīng)商、生產(chǎn)與分銷設(shè)施的位置和流量分配。第三節(jié)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)優(yōu)化模型——問題描述供應(yīng)商決策，是從多個(gè)備選供應(yīng)商中選擇產(chǎn)品生產(chǎn)所需原料的提供者并確定提供量,這類問題的解決方法常使用運(yùn)籌學(xué)中的數(shù)學(xué)模型,從而求出問題的最優(yōu)解。供應(yīng)商的決策主要是兩個(gè)方面:一是決定選擇哪個(gè)供應(yīng)商為企業(yè)提供原材料,二是決定各個(gè)供應(yīng)商為企業(yè)提供的原材料數(shù)量為多少。一、問題描述根據(jù)前述供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的定義來看,供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和優(yōu)化實(shí)際包括兩個(gè)子問題,即供應(yīng)商決策和設(shè)施決策,

第三節(jié)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)優(yōu)化模型——基本假設(shè)二、基本假設(shè)1.供應(yīng)商的供給能力、制造商的生產(chǎn)能力、配送中心的配送吞吐量是確定的,各節(jié)點(diǎn)的活動(dòng)不能超過其最大能力;2.采購成本、生產(chǎn)成本、運(yùn)輸成本等參數(shù)確定,不存在模糊參數(shù);3.制造商的原料供應(yīng)源點(diǎn)和客戶的產(chǎn)成品供應(yīng)源點(diǎn)不是單一的,是可以選擇的多個(gè)源點(diǎn)供應(yīng);4.參數(shù)的資料來源于歷史資料或預(yù)測;5.不存在規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng),即批量大小對(duì)單位成本無影響,運(yùn)輸成本、購買成本為線性函數(shù),且供應(yīng)商到制造商的單位運(yùn)輸成本是已知的;6.供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是按照流程進(jìn)行層級(jí)劃分的,確定各節(jié)點(diǎn)的設(shè)施選址范圍,并從選址范圍內(nèi)進(jìn)行選址決策;7.為計(jì)算方便,不考慮工廠和設(shè)施中心的初始投資成本,只考慮相應(yīng)的固定運(yùn)營成本,因?yàn)槌跏纪顿Y成本只是一個(gè)時(shí)點(diǎn)數(shù),而企業(yè)的戰(zhàn)略是要長期發(fā)展,二者沒有可比性;8.假設(shè)不存在庫存,即為理想狀態(tài),節(jié)點(diǎn)間的流量是平衡的——流入量等于流出量。9.原材料的運(yùn)輸成本由制造商承擔(dān),但不由配送中心負(fù)責(zé)運(yùn)輸,故原材料運(yùn)輸不考慮在配送中心的吞吐量中。第三節(jié)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)優(yōu)化模型——符號(hào)定義集合下標(biāo)符號(hào)定義符號(hào)定義M供應(yīng)商集合m可能選擇的供應(yīng)商編號(hào),m=l,2,3,……N備選制造商集合n可能開設(shè)工廠的地點(diǎn)編號(hào),n=l,2,3,……P備選配送中心集合P可能開設(shè)的配送中心編號(hào),p=l,2,3,……Q備選客戶集合q服務(wù)的客戶編號(hào),q=l,2,3,……A原材料集合a生產(chǎn)產(chǎn)品所需的原材料編號(hào),a=l,2,3,……B產(chǎn)成品集合b生產(chǎn)的產(chǎn)成品編號(hào),b=l,2,3,......第三節(jié)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)優(yōu)化模型——符號(hào)定義集合下標(biāo)符號(hào)定義SCMma從供應(yīng)商m購買原材料a的單位購買成本YSMma從供應(yīng)商m向工廠n運(yùn)輸原材料a的單位運(yùn)輸成本GDMma從供應(yīng)商m購買原材料a的固定間接成本PBba生產(chǎn)一單位產(chǎn)成品b所需原材料a的數(shù)量CMAma供應(yīng)商m提供原材料a的供給能力CNnb工廠n生產(chǎn)產(chǎn)品b的最大能力CPpb配送中心的吞吐能力GDNn工廠n的固定運(yùn)營成本GDPp配送中心P的固定運(yùn)營成本SCNnb工廠n對(duì)產(chǎn)成品b的單位生產(chǎn)成本SNPpb配送中心P對(duì)產(chǎn)成品b的單位作業(yè)成本YSNnpb從工廠n到配送中心P的產(chǎn)成品b的單位運(yùn)輸成本YSPpqb從配送中心P到客戶q的產(chǎn)成品b的單位運(yùn)輸成本XQqb客戶q對(duì)產(chǎn)成品b的需求量eQHpqb配送中心P對(duì)客戶q產(chǎn)品b的單位缺貨成本Yrpqb配送中心P對(duì)客戶q銷售產(chǎn)成品b的單價(jià)第三節(jié)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)優(yōu)化模型——符號(hào)定義集合下標(biāo)決策變量符號(hào)定義Xma是否選擇供應(yīng)商m供應(yīng)原材料a,如果是,則,否則Yn是否開設(shè)工廠n,如果是,則,否則Zp是否開設(shè)配送中心p,如果是,則,否則Imna供應(yīng)商m向工廠n提供原材料a的數(shù)量Jnpb工廠n向配送中心P提供產(chǎn)成品b的數(shù)量Kpqb配送中心P為客戶q提供產(chǎn)成品b的數(shù)量Lpqb配送中心P對(duì)客戶q產(chǎn)成品b的缺貨量第三節(jié)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)優(yōu)化模型——符號(hào)定義圖7-3供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)符號(hào)圖示1、單位購買成本SCMma2、固定間接成本GDMma3、供給能力CMAma1、單位原材料耗費(fèi)PBba2、最大生產(chǎn)能力CNnb3、固定運(yùn)營成本GDNn4、單位生產(chǎn)成本SCNnb1、吞吐能力CPpb2、固定運(yùn)營成本GDPp3、單位作業(yè)成本SNPpb4、銷售單價(jià)rpqb1、需求量XQqb單位運(yùn)輸成本YSMma單位運(yùn)輸成本YSNnpb1、單位運(yùn)輸成本YSPpqb2、單位缺貨成本QHpqbXma是否選擇？Yn是否開設(shè)？Zp是否開設(shè)？第三節(jié)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)優(yōu)化模型——目標(biāo)函數(shù)1.供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)收入=產(chǎn)成品銷售收入2.獲得成本=原材料購買成本+運(yùn)輸成本+間接成本3.工廠和配送中心成本工廠和配送中心的成本=工廠和配送中心固定成本+產(chǎn)成品生產(chǎn)成本+產(chǎn)成品作業(yè)處理成本+產(chǎn)成品運(yùn)輸成本+產(chǎn)成品缺貨成本第三節(jié)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)優(yōu)化模型——目標(biāo)函數(shù)4.供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的總成本主要包括四大部分:設(shè)施的固定運(yùn)營成本、產(chǎn)成品生產(chǎn)作業(yè)成本、節(jié)點(diǎn)設(shè)施間的運(yùn)輸成本以及缺貨成本,為:第三節(jié)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)優(yōu)化模型——目標(biāo)函數(shù)5.供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)總收益為:第三節(jié)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)優(yōu)化模型——約束條件1.能力上限約束原材料的采購量不能超過供應(yīng)商的供給能力工廠的出貨量不得超過其生產(chǎn)能力配送中心的吞吐量不能超過其吞吐能力(相當(dāng)于考慮運(yùn)輸能力)2.流量平衡約束工廠中原材料與產(chǎn)成品數(shù)量存在一定的配比關(guān)系配送中心的進(jìn)貨量等于其出貨量第三節(jié)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)優(yōu)化模型——約束條件3.需求量約束4.節(jié)點(diǎn)設(shè)置約束至少有一個(gè)供應(yīng)商為企業(yè)提供原材料

至少設(shè)置一個(gè)工廠至少有一個(gè)配送中心5.決策變量約束第三節(jié)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)優(yōu)化模型——約束條件6.0-1變量與流量變量間的約束第四節(jié)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)模型應(yīng)用

——四級(jí)煤炭供應(yīng)鏈原煤開采礦井精煤生產(chǎn)企業(yè)煤炭運(yùn)銷企業(yè)客戶煤礦1煤礦2配送中心2煤礦3煤炭加工廠1煤炭加工廠2配送中心3配送中心1客戶3客戶2客戶1圖7-5昔陽煤炭公司的供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)圖圖7-4煤炭企業(yè)供應(yīng)鏈第四節(jié)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)模型應(yīng)用

——四級(jí)煤炭供應(yīng)鏈原煤熱量水分可揮發(fā)性a140003%27%a250008%24%a360004%22%表7-2各種原煤的指標(biāo)情況商品煤熱量水分可揮發(fā)性b145005%26%b252006%25%b358005%23%表7-3各種商品煤的指標(biāo)情況第四節(jié)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)模型應(yīng)用