第5章供应链中的网络设计

第5章供应链中的网络设计内容提要网络设计在供应链中的作用影响网络设计决策的因素网络设计决策的框架设施选址和产能分配的模型IT在网络中的作用网络设计决策的实践如何在全球范围内选定工厂和仓库的位置学习目标阅读完本章，你将能够：理解网络设计在供应链中的作用；识别影响供应链网络设计的因素；建立一个制定网络设计决策的框架；利用优化模型来解决设施布局和产能分配的决策。5.1网络设计在供应链中的作用供应链设施决策包括生产、储藏或运输相关设施的区位及每样设备的容量和作用。设施决策也称供应链网络设计决策，包括：⑴设施功能。每一设施有何作用？在每一设施中将进行那些流程？⑵设施区位。设施应布局何处？⑶容量配置。每一设施应配置多大容量？⑷市场和供给配置。每一设施应服务于哪些市场？每一设施由哪些供给源供货？5.2设施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和地方性设施物流和设施成本5.3设施决策框架阶段Ⅰ：明确供应链战略阶段Ⅱ：明确区域设施配置阶段Ⅲ：选择一组理想的潜在的地点阶段Ⅳ：选址图5-2网络设计决策的框架阶段Ⅰ供应链战略全球竞争竞争战略内部约束资金、增长战略、现有网络生产方式技能要求、响应时间要素成本劳动力、原材料、地点细节阶段Ⅲ理想的地点阶段Ⅳ选址决策可获得的基础设施条件物流成本运输、车库、协调生产技术成本、规模/范围效应、所需支持、柔性竞争环境总体因素和物流成本阶段Ⅱ区域设施配置关税和税收激励区域需求规模、增长、同质性、当地的具体要求政治、汇率和需求风险5.4设施选址和产能分配模型在做设计决策时，以下的信息应该是可获得的：供应源和市场的位置；潜在的设施地点的区位；市场需求预测；每一地点的设施成本、劳动力成本和原材料成本；每两个设施布局地点之间的运输成本；每个地点的库存成本和作为数量的函数；不同地区产品的销售价格；理想的响应时间和其他服务要素。管理者进行设施布局和容量配置的目标是使整个供应链网络的利润最大化。5.4.1阶段Ⅱ：网络优化模型在网络设计框架的阶段Ⅱ中，管理者将考虑区域的需求、关税、规模经济效应，以及总的要素成本以决定设施选址的区域。以SunOil公司为例进行分析。SunOil公司是一个在全世界销售石化产品的制造商。SunOil公司的供应链副总裁考虑有几种不同的方案来满足需求。一种方案是在每个区域建一个设施。这种方案的好处是可以降低运输成本，同时能避免产品从其他的区域进口时可能征收的税负。这种方案的缺点是工厂的规模是按满足当地需求来规划的，可能有不能充分利用规模经济效应。另一种方案是将工厂合并在少数区域，这可以提高规模经济效应，但将会增加运输成本和税负。在阶段Ⅱ，管理者必须考虑可量化的权衡以及一些不可量化的因素，例如竞争环境和政治风险等。参见第5章.xls文件5.4.2阶段Ⅲ：重力区位模型重力区位模型能使从供应商处运来原材料的运输成本和向市场运送最终产品的运输成本之和最小。重力区位模型假定无论是市场还是供应商都可以在坐标系中用点表示出来，所以两点之间的距离都可以像坐标系中两点之间的距离一样计算出来。假定运费随着运量的增加呈线性增加。重力区位模型可以用来为生产工厂选择区位。如果（x,y）是为工厂选定的位置，则在点（x,y）布局的工厂与市场或供应源n的距离为：22nnnyyxxd公式推导：.:.:.:),(与工厂之间的运输数量市场或供应源每英里的运输成本与工厂之间每单位货物在市场或供应源的坐标市场或供应源nDnFnyxnnnn因而总的运输成本TC可表述为：knnnnFDdTC1通过循环以下三个步骤，就可以得到使总运输成本TC最小的区位：.,,,,.,,,.3:,,.2..1''''11'11'''22重新从第一步开始设否则则停止运算几乎相同与原有区位如果新区位和其中位为工厂求得一个新的区的距离市场或计算工厂到每一供应源利用公式yxyxyxyxyxyxDnyyxxdkndFDkndyFDkndFDkndxFDnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn实例：（参见教材P350）计算过程参见第十一章的Excel文件补充材料：厂址选择的方法——重心法（我国许多教材提供的计算方法）在数学上，所谓重心意为到多边形各顶点皆等距的内点，且为到各顶点距离总和最小的点。重心法即采用此种数学意义上的技巧，以求出使运输成本为最小的配送中心地址。这里的重心并不是严格意义上的重心，因为其用这种方法选址，不仅与工厂的相对距离有关，还与装运量有关。装运量可视为对距离进行加权的权重。所以用重心法来选址需要考虑市场的位置、运送到市场上的商品数量以及运输费用。重心法的第一步是将所有地址放在一个坐标系中来考虑。这个坐标系的原点与长度单位是任意给定的，并与现实中各地点相互间距离保持一致的比例，一般在地图上设置一个坐标系就很容易做到这一点。重心由下列两个等式来确定。iiiiixxwwdCiiiiiyywwdCxyixiyicxcydixdiywii其中重心的轴坐标重心的轴坐标地址的轴坐标地址的轴坐标运往地或运出地的产品数量范例：说明如何使用重心法选址范例2：奎因（Quain）折扣百货商店在芝加哥、匹兹堡、纽约和亚特兰大都设有分店。每个分店的商品需求量资料如表所示。商店位置每月运送的货物量（车）芝加哥匹兹堡纽约亚特兰大2，0001，0001，0002，000表：奎因折扣商店的需求量这家公司决定寻找一个中心地址来建立一个新的仓库。公司目前分店的分布如图5.4所示，例如第一个在芝加哥。将数据从表5.3转换到图5.4上，我们可以发现：11130,120,2,000xyddw用同样的方法还可以给出其他各个分店的坐标。图四家奎因百货商店的二维坐标位置北东芝加哥（30，120）亚特兰大（60，40）306012090301506090120匹兹堡（90，110）纽约（130，130）+重心（66.7,93.3）0用表中的资料来研究其它几个城市，并用计算公式来求解，我们可以得出：于是，这个理想选址的坐标为（66.7,93.3），并且可以在上图中用+字形标出。这时再将一张美国地图放在坐标系中，我们会发现，这个地址大约在俄亥俄的中部。所以，公司可以考虑是否应该将俄亥俄的哥伦布城或者其他附近城市作为一个适当选址。30200090100013010006020004000002000100010002000600066.7xc1202000110100013010004020005600002000100010002000600093.3yc5.4.3阶段Ⅳ：网络优化模型在阶段Ⅳ，管理者将决定每个设施的位置和产能分配。除了对设施进行选址，管理者还要决定如何将市场分配给设施。这种分配必须考虑在响应时间方面的顾客服务约束。需求量分配决策可以随成本的变化和市场的演变做定期的调整。在设计网络时，通常是共同作出选址和分配的决策。。思考题：设施选址决策和产能配置决策各解决网络设计中的什么问题？1.需求量在工厂之间的分配由多个生产工厂向多个销售点供应产品，目标是使设施成本、运输成本和库存成本之和最小。这类问题实际上是《运筹学》中所说的运输问题，可以用线性规划来进行求解。运输问题的一般数学模型目标函数：nimjijijxCZ11min约束条件：niKxmjDximjijjniij,,1,,,1,11实例1：吉百利和哈奥普蒂克公司的网络优化决策（参见教材P131）计算过程参见第5章的Excel文件2.工厂选址：给定产能的工厂选址模型有多个生产工厂可以向多个销售点供应产品，且产量和销量都已知，问应该确定在哪几个工厂投资建厂进行生产。这类问题常常被称为工厂选址问题，涉及固定成本投入问题，因为如果不在某地设厂就不用投入固定成本，需要引入逻辑变量来鉴定是否在某地建立工厂。这类问题可以用《运筹学》中的混合整数规划来进行求解。混合整数规划问题的一般数学模型目标函数：nimjijijniiixCyfZ111min约束条件：niyniyKxmjDxiiimjijjniij,,1,1,0,,1,,,1,11实例2：吉百利和哈奥普蒂克公司的经理们已经决定两家公司合并为一个名为吉百利哈奥普蒂克的新公司，原有的工厂是否都有必要存在，问为了使新公司的运营成本最低，应如何进行网络优化决策？（参见教材P133）计算过程参见第5章的Excel文件3.工厂选址：单个供应源、给定产能的工厂选址模型为了降低供应链网络协调的复杂性，公司规定每个销售点只能由一个生产工厂进行供应产品，且产量和销量都已知，问应该确定在哪几个工厂投资建厂进行生产。这类问题也是工厂选址问题，只不过比第2小节的问题增加了每个销售点只能由一个生产工厂供应产品的约束条件而已。这类问题可以用《运筹学》中的0~1整数规划来进行求解。0~1整数规划问题的一般数学模型目标函数：nimjijijjniiixCDyfZ111min约束条件：1,0,,,1,,,1,111iijiimjijiniijyxniyKxDmjx实例3：吉百利和哈奥普蒂克公司的经理们已经决定两家公司合并为一个名为吉百利哈奥普蒂克的新公司，且为了降低供应链网络协调的复杂性，公司规定每个销售点只能由一个工厂提供产品，问为了使新公司的运营成本最低，应如何进行网络优化决策？（参见教材P135）计算过程参见第5章的Excel文件4.工厂和仓库同时选址如果要设计从供应商到顾客的整个供应链网络，就要考虑这样的一个供应链网络：供应商向工厂提供原材料，工厂设有为市场服务的仓库，我们必须为工厂和仓库同时做出布局和容量配置决策。这种问题同样可以运用《运筹学》中的整数模型进行求解。（具体模型请参见教材P137）供应网络中的环节供应链网络设计通常有几个阶段，包括供应商、生产厂、仓库和市场。一个典型的供应网络通常如下图所示：供应商生产厂仓库市场5.考虑税收、关税和顾客需求供应链网络中的设施布局和容量配置决策在几年内可能难以改变，而需求、价格、成本和其他经济因素在几年中都会波动。因此，在网络设计中考虑这些因素的不确定性是很重要的。5.4.4IT在网络设计中的作用一个好的网络设计IT系统可以使网络设计问题的建模比使用一个通用的工具如Excel要容易得多。一个IT系统往往含有高性能的优化技术，能在一个合理的时间内级出大型问题的一个高质量的解。一个好的网络设计应用系统往往也能做各种模拟情景的分析。网络设计应用系统往往能够很容易地与企业所使用的计划和操作系统做接口。5.5在实践中制定网络设计决策不要低估设施的生命周期不要忽略文化的影响不要忽视生活质量问题进行设施布局时关注关税和税收减让