周洪涛-物流系统规划-第2章设施选址

第2章设施选址周洪涛华中科技大学系统工程研究所18971300086zht730yahoo2.1设施选址概述2.2设施选址的影响因素与选址程序2.３设施选址方法2.4设施选址评价方法主要内容2．１设施选址概述2．1．1设施的定义“设施”是指一个企业生产系统或服务系统运行所拥有的有形资产，可分为以下四个部分：实体建筑机器设备物品资料工作人员2．１设施选址概述2．1．2设施选址设施选址(FacilityLocation)是确定在何处建厂或建立服务设施，是指运用科学的方法决定设施的地理位置，使之与企业的整体经营运作系统有机结合，以便有效、经济地达到企业的经营目的。设施选址包括两个层次的问题:选位——选择什么区域设置设施；定址——在已选定的地区内选定一片土地作为设施的具体位置。从设施功能的全面性的角度考虑，设施选址包括：小型单一设施的选址根据已有产品，新增产品，生产规模来确定，不考虑竞争力、设施间需求分配、设施成本与数量的关系。主要考虑运输成本。复合型设施的网络选址为一个企业所属的多个工厂、仓库、分销服务中心选择合适的地址，对这些设施数量、位置和规模进行优化。设施选址规划的3个方案：扩张当前设施；保留当前设施，同时另地增建新设施；放弃现有地点。2．１设施选址概述2．１设施选址概述2．1．3设施选址的意义设施选址是建立和管理企业的第一步，科学选址的重要性体现在以下几个方面：设施选址影响企业的运营成本，从而影响企业的竞争优势；设施选址影响企业制定后续经营策略；设施选址影响设施布置以及投产后的产品和服务质量。选址问题与企业未来息息相关，著名咨询公司麦肯锡甚至提出：企业选址是决定公司战略成败的因素之一。选址决策就是确定要选择的设施数量、位置和分配方案。设施主要是指物流网络中的节点（制造商、供应商、仓库、配送中心、零售商网点）。2．2设施选址的影响因素与选址程序2．2．1影响因素地区选址应考虑的因素（考虑宏观因素）：销售目标市场及客户分布资源市场及供应商分布条件交通便利条件土地条件自然条件人力资源条件社会环境与政策条件其他基础设施2．2设施选址的影响因素与选址程序2．2．1影响因素具体地点选择应考虑的因素：城市的大小地价、用地的政策限制与发展与外部的衔接设施周边自然地理环境居民的态度2．2设施选址的影响因素与选址程序2．2．1影响因素影响选址决策的内部因素：组织的性质——制造业（成本最小化）还是服务业（收入最大化）？组织的战略目标——新市场（目标市场的潜力），旧市场（降低成本，着重考察人力成本和目标地点的物流效率）。企业投资的具体项目和所生产的产品2．2设施选址的影响因素与选址程序2．2．1影响因素影响设施选址的经济因素和非经济因素：经济因素非经济因素经济因素非经济因素1.运输费用1.当地政策法规4.燃料价格4.人文环境2.土地成本和建设费用2.经济发展水平5.水、电等资源成本5.气候条件3.原材料供应价格3.环境保护标准6.劳动力价格2．2设施选址的影响因素与选址程序2．2．1影响因素施选择影响因素分析示例P32-33：某工厂厂区必要面积为60～65公顷，经选址小组工作决定，图2.3所示A、B、C三个厂址为候选位置。如何运用分析法来确定最佳厂址。2．2设施选址的影响因素与选址程序2．2．2选址程序准备阶段（选址目标要求，如产品、生产规模，运输条件，物料和人力资源等；选址所需的技术经济指标，如年供电量、运输量和用水量等）地区选择阶段（收集资料，如征询选址意见，对可供选择的地区内进行调查，比较候选地区，提出地区选择初步意见）具体地点选择阶段（对若干候选地址深入调查和勘测，查阅相关历史统计资料，收集各种现有资料，提出数个候选场址。阶段报告，最终报告及资料，图形资料）决定选址任务提出选址要求场址区域选择预选区域方案区域影响因素分析方案评价区域方案确定具体地点选择预选地点方案方案评价决定地点位置具体地点影响因素准备阶段地区选择阶段具体地点选择阶段否满意满意否2．2设施选址的影响因素与选址程序2．2．3设施选址报告场址选择的依据（如批准文件等）建设地区的概况及自然条件设施规模及概略技术经济指标各厂址方案的比较对各场址方案的综合分析和结论当地有关部门的意见附件，包括各项协议文件的抄件、区域位置图，如设施所选位置、用地、交通路线、各类管线走向等，以及设施初步总平面布置图。2．3设施选址方法1、单设施选址模型2、多设施选址模型3、动态仓库选址模型2．3设施选址方法2．3．1单设施选址单设施选址模型，又称重心模型，比较常用，可用于工厂、车站、仓库或零售服务设施选址。该模型选址因素一般只包括运输费率和货物运输量，所以方法相对简单。数学上，该模型可被归为静态连续选址模型，它是一种最常用的模型，可解决连续区域直线距离的单点选址问题。2．3设施选址方法2．3．1单设施选址重心模型式选址问题中最常用的一种模型，可解决连续区域直线距离的单点选址问题。1.问题：设有n个客户（收货单位）P1，P2，…，Pn分布在平面上，其坐标分别为（xi，yi），客户的需求量为wi，费用函数为设施（配送中心）与客户之间的直线距离乘以需求量。试确定设施P0的位置（x0，y0），使总运输费用最小。2．3设施选址方法2．3．1单设施选址2.建立模型记：αj——配送中心到收货点Pj每单位量、单位距离所需运费。wj——Pj的需货量。dj——P0到Pj的直线距离。则总运费H为求H的极小值点。由于式（2.1）为凸函数，最优解的必要条件为满足19令得20上式右端dj中仍含有未知数x0，y0，故不能一次求得显式解，但可以导出关于x和y的迭代公式：应用上述迭代公式，可采用逐步逼近算法求得最优解，该算法称为不动点算法，主要步骤如下：3.算法（单一配送中心选址的不动点算法）21输入：n——客户数；（xi，yi）——各客户点的坐标，i＝1，2，…，n；αi，wi——各客户点的单位运费和运量，i＝1，2，…，n。输出：——设施坐标；H——总运费。第1步：设取一个初始的迭代点，如：.然后计算A到各客户点的直线距离dj和费用H0：第2步：令，转第3步。第3步：若,运费已无法减小，输出最优解和，否则，转第4步。第4步：令转第2步。),(A)0(0)0(0yxnjjnjjynyxnx1)0(01)0(01,1njjjjjjjdwHyyxxd1)0(02/12)0(02)0(0,])()[(njjjjnjjjjjnjjjjnjjjjjdwdywydwdxwx11)1(011)1(0,njjjjjjjdwHyyxxd1)1(02/12)1(02)1(0])()[(及)1()0(HH)0(0)0(0,yx)1()0()1(0)0(0)1(0)0(0,,HHyyxx)0(H还有一些其他的单设施选址模型和方法，如图表技术(GraphicalTechniques)、近似法(ApproximatingMethods)等。它们的差别主要体现符合现实情况的程度、计算的速度和难度、得出最优解的能力等方面，一般说来，没有任何模型具有某一选址问题所希望的所有特点，也不可能以模型解直接作为最终决策。单设施选址模型的评述与推广单设施选址模型的评述与推广单设施选址模型的一些简化的假设条件：1、模型假设需求集中一点，实际需求来自分散的多个消费点，市场的重心通常被当作需求的集聚地，导致计算误差；2、单设施选址模型一般根据可变成本选址；3、总运输成本假设运价随运距比例增加。起码运费+运价分段；4、直线距离假设；5、静态模型。例2-3设某制造厂的工厂P10和需货地P1～P9的位置及需求货物量如表2－2所示，现要从工厂将产品送到需货地，试在需货地附近设置一个配送中心，使运费最小，并与工厂直送方式相比，哪种方式最经济？已知：从工厂到配送中心每吨货物运输费a10＝18（元），吨货直接配送费aj＝40（元）（j=1,2,…,9），配送中心的费用每吨180元，若采用直送方式，从工厂到需要地每吨运费rj＝40元。25需货地和工厂坐标需求量wjP1(150,60)15P2(130,90)5P3(60,130)18P4(100,130)7P5(70,60)12P6(30,90)15P7(50,40)13P8(65,140)10P9(110,120)5P10(工厂)(150,190)100表2－2工厂和需货地的位置及需求量26解：1.求配送中心最优地址①设初始解②令③因为H1H0，令H0=H1=386163.1，27④计算同理，再进行迭代7次，有：⑤计算⑥因为H1H0，令H0=H1=385960.5，⑦计算28⑧因为H1=H0，H0已最小，输出最优解：(x0,y0)=(96.2,125.3),H=385960.52.与工厂直送方式成本比较由配送中心配送方式的运输费为：T1=工厂到配送中心的运费+配送中心到需要地的运费+配送中心本身费用=385960.5+100*180=403960.5(元)工厂直送方式费用为：T2=工厂到需要地的运费＝（元）因为T1T2，所以，经过配送中心方式是经济的。2．3设施选址方法2．3．2多设施选址一般地，多数企业可能都有几处物流设施，可能要同时决定两个或多个设施的选址，这样，问题就变得比较复杂了，但却更实际，更普遍。由于不能将这些物流设施看成经济上相互独立的要素，因此问题自然十分复杂。网络覆盖模型集合覆盖模型最大覆盖模型线性规划模型系统仿真模型网络覆盖模型覆盖模型，是对于需求已知的一些需求点，确定一组服务设施来满足这些需求点的需求。在这个模型中，需要确定服务设施的最小数量和合适的位置。该模型适用于商业物流系统，如零售点的选择问题、加油站的选址、配送中心的选址问题等。根据解决问题的方法的不同，可以分为两种不同的主要模型：①集合覆盖模型，用最小数量的设施去覆盖所有的需求点；②最大覆盖模型，在给定数量的设施下，覆盖尽可能多的需求点。集合覆盖模型1.问题集合覆盖模型的目标是用尽可能少的设施去覆盖所有的需求点。已知若干个需求点（客户）的位置和需求量，需从一组候选的地点中选择若干个位置作为物流设施网点（如配送中心、仓库等），在满足各需求点的服务需求的条件下，使所投建的设施点数目为最小。如图所示：○○○○○□□○○○○□○○○○○○□○○○○□○○○○○○□□○□□○○□○○□集合覆盖模型2.建立模型设：N－区域中的需求点（客户）集合，N＝{1,2,…,n}；M－区域中可建设设施的候选点集合，M＝{1,2,…,m}；di－第i个需求点的需求量；Dj－若第j个候选点选中时，该设施点的服务能力；A(j)－设施节点j所覆盖的需求点i的集合；i的集合B(i)－可以覆盖需求节点i的设施节点j的集合；j的集合1在j点建立设施；j∈Mxj－xj＝0否则。yij－节点需求i中被分配给设施点j的部分。则数学模型可表示为（2－5）s.t.（2－6）（2－7）式（2－5）最小化设施的数目；式（2－6）保证每个需求点的需求得到完全的满足；式（2－7）是对每个提供服务的服务网点的服务能力的限制，变量的0-1约束和非负约束保证一个地方最多只能投建一个设施，而且允许一个设施只提供部分的需求。3.模型的求解集合覆盖模型是NP困难问题，当规模较小时，可设计枚举法或隐枚举法（如分支定界法等）。但在实际问题中，存在需求点数n和可供选择的候选点数m较大的情况（也可能n=m），这时需要设计近似算法来对模型进行求解。下面给出一个最少点覆盖的启发式算法，该算法是最常用也是最简单的一个近似算法，主要步骤如下：第一步：初始化。令所有的y0＝0，xj＝0，（已分配的需求），并确定集合A(j)和集合B(i)；35第二步：选择下一个设施点。在M中选择xj＝0，且A(j)的模为最大的点j’为设施点，即，令，并在M集合中剔除节点j’，即。第三步：确定节点j’的覆盖范围。将A(j’)中的元素按B(i)的规模从小到大的顺序指派给j’，