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物流网络设计

  《现代物流丛书》 第3章 物流网络设计 《物流与供应链管理》 高等教育出版社 顾客服务战略 供应链协调 ?物流网络设计 的一般程序 ?物流设施选址 的影响因素 ?物流网络设计的准备 ?综合因素评价方法 ?选址模型 ?供应链网络设计 供应链集成 网络设计 信息技术 运输管理 库存管理 辅助活动 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 2 ? 物流网络由供应商、仓库/物流中心、和零售网点组成,原材料、 在制品和成品库存在各环节流动。 ? 物流网络规划是战略决策的一个重要方面。随着人口变化、市场发 展趋势的变化和其它环境因素的变化,物流网络还可能需要不断进 行调整,以保证能够应对环境的变化。 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 3 ? 物流网络规划的一个核心问题就是设施的选址问题。物 流设施选址问题需要做出两方面决策: ? 一是决定设施的位置、数量、容量; ? 二是确定产品和客户在各设施之间的分派。 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 4 工厂 工厂 工厂 工厂的配置 物流中心 物 流 阶 段 物流中心的 配置 零售 零售 零售 零售网点 的配置 顾客 顾客 顾客 顾客 市场 工厂 零售网点 物流中心 客户 设施 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 5 3.1 物流网络规划的一般程序 (1)评价现有网络的业绩 (2)确定物流网络中各种设施选址所要考虑的重要因素 (3)找出各种设施可供选择的地点 (4)对各个位置进行初步评估、筛选,排除完全不可行的方案,剩下的 地点我们称为预选地址。 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 6 (5)确定物流网络设计方案 (6)对得出的方案进行可行性评价。 (7)计算出依据可行方案重新布置物流网络的成本和收益。 (8)做出决策。 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 7 3.2 物流设施选址的影响因素 ? 1.原材料供应 ? 2.市场的位置 韦伯的工业分类(Alfred Weber) 生产过程中原材料的重量 生产类型 失重 生产过程 之前的重量 生产过程 之后的重量 原料产地 选址 市场 增重 既不失重也不 增重 生产过程前后的产品重量对比对工厂选址的影响 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 8 3.地理环境和气候 4.当地政府的政策 5.社区情况 6.环境保护 7.动力、能源的供应量和成本 8.劳动力因素 9.建筑成本和土地成本 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 9 ? 10.物流和设施成本 ? ? ? 库存成本 运输成本 设施(建设和运营)成本 成 本 总成本 物流中心固定成本 库存持有成本与仓储成本 运输成本 生产/采购与订单处理成本 物流中心数量 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 10 3.3 物流网络规划的准备 一、物流网络规划数据收集 1、所需数据 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 11 2、数据汇集 数据汇集包括对客户的汇集和产品的分组。 (1)客户汇集 (2)产品分组 ? 配送模式 ? 产品类型 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 12 ?数据汇集的影响 年份 顾客1 1992 22346 1993 28549 两个顾客的历史数据 1994 19567 1995 25457 1996 31986 1997 21897 1998 19854 顾客2 总计 17835 40181 21765 50314 19875 39442 24346 49803 22876 54862 14653 36550 24987 44841 历史数据汇总 统计量 顾客1 顾客2 总计 年均需求量 24237 20905 45142 年需求标准差 4658 3427 6757 变差系数 0.192 0.173 0.150 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 13 3、运输费率 在现代物流系统的运输体系下,企业的运输需求可以通过选择以下两种基 本方式实现。第一,使用自营车队;第二,与专业运输公司或第三方物流 企业签订运输服务合同。 在模型中考虑外部车队的运输费率要复杂的多,因为可能有许多种不同的 运输费率。对于只有2类产品、5种运输批量、200个客户,5座仓库、2个 工厂的小型网络而言,所有产品流组合的运输费率就可能有 (2×5×200×5×2)种=20000种。 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 14 4、里程估计 ? 直线距离 y yj yj 起点i 折线距 离 x 终点j 直线距 离 O ? ? ? 拆线距离 xi xj 球面坐标 地理信息系统 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 15 5、设施成本 与设施相关的成本包括:1)固定成本;2)存储成本;3) 搬运成本 6、设施的生产能力 7、服务水平需求 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 16 8、其它因素和限制条件 ? 未来需求 ? 资金限制,如:可用于新设施的最高投资额。 ? 法律和政治限制,如:在评估某潜在选址点时,应避 开某些区域 ? 人员限制,如:现有的为新设施配套的人员的数量和 质量。 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 17 二、解决技术 ? 数学优化技术 ? 精确算法 ? 启发式算法 ? 仿真模型 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 18 启发式算法与对精确算法的比较 单个产品 两个工厂p1和p2 工厂p1每年的生产能力为20万单位 工厂p2每年的生产能力为6万单位 两个工厂的生产成本相同 两个仓库w1和w2的装卸成本相同 3个市场区域的需求量分别为5万、10万、5万单位 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 19 $0 产能 = 200,000 $5 $4 $3 $4 $5 $2 $2 $1 $2 需求 = 50,000 需求= 100,000 产能 = 60,000 需求= 50,000 生产成本相同,库存成本相同 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 20 启发式算法1: 将每个市场指派给最近的仓库,然后根据成本指定相应的工厂 需求= 50,000 产能 = 200,000 $5 x 140,000 $2 x 50,000 $1 x 100,000 $2 x 50,000 需求= 100,000 产能 = 60,000 $2 x 60,000 需求= 50,000 总成本 = $1,120,000 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 21 启发式算法2: 根据总到岸成本分配市场 $0 产能 = 200,000 $5 $4 $3 需求 = 50,000 P1 to WH1 P1 to WH2 P2 to WH1 P2 to WH 2 $3 $7 $7 $4 $4 $5 $2 $2 $1 $2 需求 = 100,000 P1 to WH1 P1 to WH2 P2 to WH1 P2 to WH 2 $4 $6 $8 $3 产能 = 60,000 需求 = 50,000 P1 to WH1 P1 to WH2 P2 to WH1 P2 to WH 2 $5 $7 $9 $4 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 22 启发式算法2(续): 根据总到岸成本分配市场 $0 产能 = 200,000 $5 $4 $3 需求 = 50,000 P1 to WH1 P1 to WH2 P2 to WH1 P2 to WH 2 $3 $7 $7 $4 $4 $5 $2 $2 $1 $2 需求 = 100,000 P1 to WH1 P1 to WH2 P2 to WH1 P2 to WH 2 $4 $6 $8 $3 产能 = 60,000 需求 = 50,000 P1 to WH1 P1 to WH2 P2 to WH1 P2 to WH 2 $5 $7 $9 $4 市场1由仓库1提供服务,市场2和市场3由仓库2提供服务 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 23 启发式算法2(续): 根据总到岸成本分配市场 $0 x 50,000 产能 = 200,000 $3 x 50,000 需求 = 50,000 P1 to WH1 P1 to WH2 P2 to WH1 P2 to WH 2 $3 $7 $7 $4 $5 x 90,000 $1 x 100,000 $2 x 50,000 需求 = 100,000 P1 to WH1 P1 to WH2 P2 to WH1 P2 to WH 2 $4 $6 $8 $3 产能 = 60,000 $2 x 60,000 需求 = 50,000 P1 to WH1 P1 to WH2 P2 to WH1 P2 to WH 2 $5 $7 $9 $4 总成本 = $920,000 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 24 精确式算法 令: x x pw ij wm jk ? 从工厂 i 流向仓库 j ? 从仓库 j流向市场 k 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 25 什么是 LP? pw pw pw wm wm m in : 0 x1pw ,1 ? 5 x1, 2 ? 4 x2 ,1 ? 2 x2 , 2 ? 3 x1,1 ? 4 x1, 2 wm wm wm ? 5 x1 ? 2 x ? 2 x ,3 2 ,1 2,3 s.t . pw pw x2 ? x ,0 00 ,1 2, 2 ? 6 0 pw wm wm wm x1pw ,1 ? x2 ,1 ? x1,1 ? x1, 2 ? x1, 3 pw wm wm wm x1pw ? x ? x ? x ? x ,2 2, 2 2 ,1 2, 2 2,3 wm wm x1 ? x ,0 00 ,1 2 ,1 ? 5 0 wm wm x1 ? x ,0 00 ,2 2 , 2 ? 1 00 wm wm x1 ,0 00 , 3 ? x2 , 2 ? 5 0 All flows n on - n egat iv e 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 26 最优战略 配送战略 仓库 W1 W2 P1 140000 0 P2 0 60000 C1 50000 0 C2 40000 60000 C3 50000 0 最优战略的总成本是 740,000. 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 27 3.4 综合因素评价方法 设施选址的影响因素可以根据它们与成本的关系分类。与成本有直接关 系的因素,称为成本因素,也可称为客观因素,可以用货币单位来表示 各可行位置的实际成本。与成本无直接关系,但能间接影响产品成本和 未来企业发展的因素称为非成本因素,也可称为主观因素。按照所考虑 因素的不同,选址方法可以分为两类。一类是同时考虑成本和非成本因 素的综合因素评价方法;另一类是以成本因素为核心的成本因素方法。 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 28 综合因素评价方法中有一种位置量度法,该方法先对成本因素和非成本因素 分别进行评价,然后再将两者综合评价。步骤如下。 确 定 必 要 因 素 分为 成本 因素 和非 成本 因素 两大 类 确 定 客 观 量 度 值 确 定 主 观 评 比 值 确 定 主 观 量 度 值 确 定 位 置 量 度 值 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 29 第一步:确定必要因素。研究所要考虑的各种因素,从中确定哪些是必要的。假若某一处 位置无法满足任意一项必要因素,则应将它删除。 第二步:将各种必要因素分为客观因素(成本因素)和主观因素(非成本因素)两大类。 客观因素应能用货币来评价。主观因素相对而言是定性的,无法用货币单位表示。同时确 定主观因素与客观因素的比重,以反映其相对重要性。如果主观和客观因素同样重要时, 则其比重均为0.5。 X=主观因素的比重值 1-X=客观因素的比重值 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 30 第三步:确定客观量度值。这个值的大小受该位置的各项成本的大小而影响。其计算方 法用数学方程式可表示为: Ci? ?C j ?1 M Cij—i可行位置的第j项成本 Ci—第i可行位置的总成本 ij ? OM i ? ?Ci ? ? ? ? i ?1 N ? 1 ? Ci ? ? ?1 OMi—第i可行位置的客观量度值 各可行位置的量度值相加,总和必等于1 M—客观因素数目,N为可行位置数 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 31 第四步:确定主观评比值。得用强迫选择法来衡量各位置的优劣。强迫选择法是将每一 可行位置与其他位置分别作出成对的比较。较佳位置配以比重值为1,较差的位置的比 重值则为0。然后。依据各位置所得到的比重与总比重的比例来计算该位置的主观评比 值(Sik)。以数学方程式表示,则为: Sik ? Wik ?W i ?1 N Sik—i位置对K因素的主观评比值 Wik—i位置在K因素中的比重; ik 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 32 第五步:确定主观量度值。首先对各主观因素配上一个重要指数(Ik)。此指数的分配方 法可应用第四步中描述的强迫选择法来确定。然后,再以每因素的主观评比与该因素的 重要指数,分别计算每一可行位置的主量度值(SMi)。 SMi—i位置的主观度量值 SM i ? ?(I k ?1 M k ? Sik ) Ik—k主观因素的重要指数 Sik—i位置对于k因素的评比 M—主观因素的数目 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 33 第六步:确定位置量度值。位置量度值(LMi)为对一处可行位置的整体评估,其计算方程式为 LMi=X·(SMi)+(1-X)·(OMi) LMi—i位置的位置量度值 X—主观比重值 (1-X)—客观比重值 SMi—i位置的主观量度值 OMi—i位置的客观量度值 位置量度值最大的为最佳选择方案 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 34 讨 论 某公司筹建物流中心,合适的地点有甲、乙、丙三处。各种生产成本因地址的不同而有 区别。每年的费用归纳如下表。 成本(千元) 甲 工资 运输费 租金 其它费用 250 181 75 17 乙 230 203 83 9 丙 248 190 91 22 在决定之前,该公司还考虑了一些主观因素,如当地的竞争能力、气候变化 和周围环境等。就竞争能力来说,丙地最强,甲乙两地相平;就气候来说,甲比 乙好,丙地最好。至于环境,乙地最优,其次为丙地、甲地。如果各主观因素的 重要指数依次为0.6、0.3和0.1,试以位置量度法,找出一个合适的位置。 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 35 3.5 选址模型 一、单设施选址模型 单设施选址模型的代表就是重心法。重心法用于一个已定地区内设置一个服 务中心的定位问题,目标是服务中心到各客户之间的运输费用为最小。设有 几个客户,各客户的坐标为(xj,yj)(j=1,2,…,n),服务中心的坐标为(x0,y0)。 服务中心到客户j的运输费用为Cj,总运输费用为TC,则有 TC ? ? C j j ?1 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 n C j ? h jWj d j 36 TC ? ? C j j ?1 n C j ? h jWj d j 式中:hj—从服务中心到用户的运输费率; Wj—向用户j的货物运输量; dj—从服务中心到用户j的直线距离; 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 37 TC ? ? h jW j ( x0 ? x j ) ? ( y 0 ? y j ) 2 j ?1 n ? 2 1/ 2 ? 为了求出使总运输费用最小的服务中心位置,将上式分别对x0,y0求偏 导数,并令其等于零。 n ?TC ? ? h jW j ( x 0 ? x j ) / d j ? 0 ?x0 j ?1 n ?TC ? ? h jW j ( y 0 ? y j ) / d j ? 0 ?y 0 j ?1 * x0 ? ?h W j ?1 j n j ?1 j n j xj /d j j ?h W , /d j * y0 ? ?h W j ?1 j n j ?1 j n j yj /d j j ?h W /d j 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 38 例 如下表所示,有4个用户和一个服务中心配送货物,4个 用户的物资需求量和坐标均是已知的,现在用重心求解物流 中心的最佳位置。 坐标 用户 需求量 运输费率 xj 1 2 3 2 3 2.5 5 5 5 2 11 10 yj 2 3 8 4 1 5 4 9 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 39 二、多设施选址模型 对于大多数企业而言,往往需要同时决定两个或多个设施的位置。在物流网 络规划中,最常见的多设施选址问题就是对物流中心的选址。 由于物流中心选址问题是企业普遍遇到的问题,所以我们将该问题作为多设 施选址的一类普遍问题来加以研究。物流中心选址一般可以归为这样几个基 本的问题: 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 40 ① 物流网络中应该有多少个物流中心,这些物流中心该有多大规模, 应位于什么地点? ② 哪些客户指定由物流中心负责供应?各个工厂、供应商应指定由 哪些物流中心负责? ③ 各个物流中心中应该存放哪些产品?哪些产品应从工厂、供应商 或港口直接运送到客户手中? 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 41 1、Baumol-Wolfe模型 这个模型所考虑的问题: 各个工厂向哪些仓库运输多少货物? 各个仓库向哪些用户发送多少货物? 然后根据物流量的大小,来决定仓库的容量。 目标:在满足供应及需求约束下,追求由运输费(工厂到仓库的运输费用)、 输送费(仓库到客户的运输费用)及可变费组成的总费用最低,以此选定物 流中心。 优点:将物流中心运营时的可变费表示为凹函数,即考虑了批量效益;可以估 计选定的物流中心的流量。 不足:未考虑物流中心的固定费用及容量限制。 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 42 2、P-中值模型 在一个给定数量和位置的需求集合和一个候选设施的集 合下,分别为P个设施找到合适的位置并指派每个需求点 到一个特定的设施,使之达到在工厂和需求点之间的运 输费用最低。 P-中值模型一般适用于工厂或者仓库的选址问题,例如 要求在它们和零售商或者顾客之间的费用最小。 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 43 3、ELSON混合整数规划模型 ? ? ? ? ? ? 该模型有以下假设条件: 仅在一定的备选地点范围内考虑新的物流中心的位置; 用户的需求量按区域总计; 用服务水平来表示不同的运输手段; 运费和运输量成正比; 对于需要扩建的仓库,首先扩建到预先确定的最小扩建容量,然后,根据 提高经济效益的要求,允许在最小扩建容量与最大扩建容量之间继续扩建, 这时所需的扩建费与扩建容量成正比; 新建仓库应确保开业时的容量,允许以后扩大到预定的最大可能容量为止; 对于计划投资,按投资收益率来判断其是否合理。 ? ? 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 44 三、零售设施选址模型 重力模型基本思想:两座相互竞争的城市从一座介于其间的小 镇吸引的贸易量与每座城市的人口成正比例,而与城市与小镇之间 的距离的平方成反比例。尽管该模型相当简单,但在使用过程中却 不断丰富起来,零售网点带来的“公众”代替了“人口”。公众变 量指商店、在库品种数、库存保有水平、或其他能吸引顾客特性的 平方根。最初公式里的“距离”变成了顾客驾车到竞争性零售网点 和到规划地的距离或时间。距离或驾车时间的影响可以根据经验获 得以更好地反映距离或时间对贸易的排斥作用。 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 45 Eij ? Pi j Ci ? 式中: ? ? ? ? ? ? ? ?S j S j / Tijd j / Tij ? Ci Eij—从人口中心i被吸引到零售点j的预期需求; Pij—顾客从人口中心i出行到零售点j的概率; Ci—人口中心i的客户需求; Sj—零售点j的规模; Tij—从人口中心i到零售点j的出行时间; n—零售点j的数量; α—经验估计参数; 46 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 3.6 供应链网络规划 一、 供应链网络规划的困难 供应商 生产厂 仓库 市场 供应网络中的阶段 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 47 有三种因素导致全球供应链设计模型非常复杂,且难求 出最优解。 ? 全球供应链模型中的税收、关税及本地化要求和法规、条例都使得 供应链非常复杂。 ? ? 供应链中产品周转速度的加快和生命周期的缩短。 全球供应链模型对跨越国界的各种经济条件都要同样有效,并且要 有足够的灵活性和健壮性,能够应对突发的意外事件和变化,且能 够适应不断变化的产品、客户和供应商。 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 48 二、 供应链网络规划的影响因素 1、政治经济因素 ? 关税和税收减让 ? 汇率和需求风险 ? 政治因素 ? 对顾客需求的反应时间和地方性设施 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 49 2、战略性因素 设计全球网络的过程中,明确每一设施的使命和战略作用也是 非常重要的。 ? 沿海设施 ? 原料地设施 ? 地区性设施 ? 贡献者设施 ? 前哨性设施 ? 领先性设施 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 50 3、技术因素 ? 产品技术特征 ? 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是最有效 的。 ? ? 如果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。 生产技术灵活性 ? 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 地方性基地为该国的市场服务。 生产技术富有灵活性—在较少的几个大基地进行集中生产。 ? 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 51 三、 供应链网络规划框架 ?竞争战略 ?内部限制 资本、增长战略、现有网络 供应链战略 ?全球竞争 ?生产技术 成本、规模/范围的影响、灵活性 ?竞争环境 ?关税和税收鼓励 ?区域性需求 规模、增长、一致性、地方特色 地区性的设施构 架 ?政治、汇率和需求风险 ?生产方法 需要的技能、反应时间 预选地址 ?基础设施状况 ?物流成本 运输、库存和协调等 ?要素成本 劳动力、原材料等 设施位置决策 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 52 第一步,明确供应链战略 ? 管理者必须在企业竞争战略、内部限制和全球竞争这 些限制条件基础之上决定供应链战略,这样的供应链 才会有效。 第二步:明确地区性设施的架构 ? 目标:选择设施布局的区域,明确设施的潜在作用及 其最大容量。 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 53 第三步:选择合适的地点 ? 目标:在将要布局设施的区域范围内选择一系列的地 点。理想的地点数量比将要建立的设施数量要多,以 便第四点找出精确的区位。 第四步:设施位置决策 ? 目标:选择精确的设施布局位置,并决定每个设施的 容量。应从第三步选出的一系列理想的地点中进行筛 选,找出最优方案。 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 54 四、全球供应链模型 Arntzen等(1995)提出了一个全球供应链模型。 模型的目标:作业时间和总系统成本的加权和最小化。 总系统成本:包括传统的成本因素,还包括主要生产方式、税收和 退税的成本。 限制条件:包括产能限制和连接点限制,平衡实物流的限制、本地 化要求和补偿贸易的限制。 现代物流丛书---《物流与供应链管理》 55

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