供应链的网络设计

供应链管理——战略、规划与运作同济大学赵晋zj@tongji.edu.cn2013版Ⅱ篇设计供应链网络第五章供应链的网络设计5.1网络设计在供应链中的作用供应链网络设计决策包括：设施作用的分配，制造、仓储或运输等等相关设施的布局，以及每个设施的产能和市场的分配。设施角色/设施作用：每个设施应该起什么作用？在每个设施中有哪些流程或操作？设施布局/设施选址：设施应该设置在哪个位置？产能分配/处理能力设置：每个设施应该分配多大的产能？市场和供应分配：每个设施应该服务哪些市场？每个设施有哪些供应源？举例：（1）丰田公司在全世界每一主要市场都设有工厂，在1997年以前，每一工厂只能满足当地市场，这在后来的亚洲经济危机中给公司带来了很大的损失。亚洲地区的工厂大量闲置而又不能用于其它供小于求的市场。丰田公司现已对每一工厂实行灵活生产，而不仅局限于当地市场。这一决策大大改善了其全球市场状况。1988年丰田公司在美国肯塔基州的列克星敦(Lexington)设立装配厂并沿用至今。该装配厂在日元升值的时候利润特别大，而在日本本土生产的汽车由于价格太高而无法和在美国生产的汽车进行竞争，在减低成本的同时，通过装配厂也能对美国市场做出灵活的反应。（2）相反，亚马逊公司发现，当它在美国只有一个库房时，很难在全美国的范围内做到减低成本的同时做出灵活反应。最终，公司在美国其它地方增加了库房。在一个区位配置过高的容量，会导致设施利用率低下，成本过高。相反，在一个区位配置过低的容量，又会导致对需求的反应能力过低（需求得不到满足时），或成本过高（需求由远处的工厂满足时）。该决策应当经合理论证，反复研究，这样其配置就会随市场状况或工厂容量的变化而变化。例如，亚马逊公司已增加了它的顾客基数，公司也建设了新的库房且市场得到了改善，其成本也大大减低，反应能力则明显提高。5.2影响网络设计决策的因素5.2.1战略因素一个企业的竞争战略对供应链的网络设计决策有重要的影响。强调生产成本的企业，趋向于在成本最低的区位布局生产设施，即使这样做会使生产工厂远离其市场区。f.e.美国许多服装生产厂80年代迁到了其它国家。强调反应能力的企业，趋向于在市场区附近布局生产设施。如果这种布局能使他们对市场需求变化迅速做出反应，他们甚至不惜以高成本为代价。f.e.注重反应能力的公司不惜以较高的成本购进意大利生产厂商的服装。因为他们已开发出了弹性生产设施，使他们能够迅速提供种类繁多的服装。全球化的供应链网络，通过在不同国家布局不同的职能设施，能更好的支持其战略目标的实现。f.e.耐克公司在亚洲的很多国家和地区都有生产厂，在中国和印尼的厂家注重成本节约，着眼于大批量的廉价产品的生产；在韩国和台湾的厂家则注重反应能力，着眼于价格较高的新型号产品的生产。这些区别使耐克能够满足变化的市场需求并获得高额利润。设计全球网络过程中，明确每一设施的使命和战略的作用也是非常重要的。弗尔道斯(Ferdows)将全球供应链网络中的不同设施分为以下几类：（1）离岸设施(offshorefacility)——以出口为目的的低成本生产工厂。（2）原料地设施(sourcefacility)——着眼于全球的低成本工厂。（3）服务者设施(serverfacility)——地区性生产厂。（4）贡献者设施(contributorfacility)——拥有技术开发能力和地区性生产基地。（5）前哨性设施(outpostfacility)——为获取地方技术而建立的区域性生产基地。（6）领先性设施(leadfacility)——在技术开发和加工中起先导作用的生产基地。5.2.2技术性因素生产技术特征对网络设计有显著影响。如果生产技术能带来显著的规模经济效应，布局少数大容量的设施是最有效的。f.e.芯片生产相反，如果设施建设的固定成本较低，就应该建立为数众多的地方性生产设施，因为这样有助于降低运输成本。f.e.可口可乐生产厂生产技术的柔性影响到网络进行联合生产的集中程度。5.2.3宏观经济因素（1）关税和税收减让关税是指当产品和设备经过国界、州界和城市边界时必须支付的税收。对全球企业来说，关税降低导致了生产基地的减少和每一基地生产能力的扩大。税收减让是指国家、州和城市的关税或税收的削减，以鼓励企业布局于某一特定区域。发展中国家通常建立自由贸易区。在自由贸易区里，只要产品主要用于出口，就免收关税。这大大地吸引了全球化企业在些国家设立工厂，以充分利用这里的廉价劳动力。许多发展中国家给工人训练、吃住，交通运输等方面的优惠，此外还给予一定的税收减免，依据技术水平的不同制定差异性关税。很多国家同样也设置了对本地话含量的最低要求以及对进口的限定。这些政策使企业在当地建立许多基地，并从当地供应商那里获取原料。为此企业在许多国家建立供应厂，以便达到来自任何一个国家的限制 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 。于是，对从不同国家进口的限制导致了供应链中生产基地的增多。（2）汇率和需求风险汇率波动对服务世界市场的供应链的利润有显著影响。20世纪80年代，日元升值时许多日本厂商都面临着这样的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，那时他的生产力大部分布局在日本并服务于广阔的海外市场。日元升值减少了他们的收益，利润也随之下降。为此，大多数日本厂商需要在世界各地建立生产基地，来对日元升值做出回应。人们可以运用金融工具化解汇率风险，因为金融工具可以限制或规避汇率波动带来的损失。此外，设计良好的供应链网络，能够提供利用汇率波动增加利润的机会。一个有效的方法是，在网络中多规划一部分生产能力，以使产能具有灵活性，从而能满足不同市场的需求。这种灵活性使企业可以在供应链中改变产品的流向，并在当前汇率下成本较低的基地生产更多的商品。5.2.4政治因素对象国家的政治稳定性在选址决策中具有关键作用。政治稳定很难量化，所以企业在设计供应链时只能进行主观评价。5.2.5基础设施因素关键的基础设施因素包括：场地的可获性；劳动力的可获性；临近运输站点、有铁路服务、临近机场和港口、高速公路入口、交通密集的地方性公共设施等。5.2.6竞争性因素设计供应链时，公司必须考虑到竞争对手的战略、规模和布局。一项基本的决策便是：企业是临近还是远离竞争对手布局。企业的竞争模式以及诸如原材料和劳动力的可获性等对此有影响。竞争模式：1）企业之间积极的外部关联：产业集群，竞争对手聚集在同一个地点能促进行业的需求聚集。2）分割市场的选址（Hotelling模型）：在积极外部性不存在时，企业也可以集中布局，以攫取最大可能的市场份额。当企业不能控制价格，而只是在与客户距离远近上相互竞争时，他们就能通过相互接近的布局获取最大的市场份额。假设客户均匀的分布在（0，1）这个区间上，如果总需求为1，企业1布局在点a，企业2布局在点1-b，那么两家企业的需求为d1和d2。显然，如果两家企业能更近的布局，最终使得a=b=1/2时，两家企业就能将自身的市场份额最大化。假设企业布局在（0，1）的中间，那么客户的平均距离是1/4，如果一家企业布局在1/4，而另一家企业布局在3/4，则与客户的平均距离减少到1/8。因此竞争的结果使得两家企业在直线的中央邻近布局，尽管这样做增加了与客户之间的平均距离。如果企业在价格上进行竞争，而且承担向客户送货的成本，那么最优的布局可能是二者尽可能离得远些。相互远离的布局模式减少了价格的竞争，有助于企业瓜分市场并实现利润最大化。0a1-b15.2.7对顾客需求的反应时间和地方性设施设计供应链网络时，企业必须考虑到客户需求的反应时间。企业的目标客户若能容忍较长的反应时间，那么企业就能集中力量扩大每一设施的生产能力。相反，如果企业的客户群认为较短的反应时间很重要，那么就必须布局在离客户较近的地方。这类企业就应当设有许多生产基地，每个基地的生产能力较小，由此来缩短对客户需求的反应时间，增加供应链中设施的数量。必须的设施数量需求的反应时间图5-1顾客需求的反应时间与设施数量之间的关系5.2.8物流和设施成本供应链中的物流和设施成本会随着设施的数量、布局以及产能设置的变化而变化。企业在设计其供应链网络时必须考虑库存、运输、设施和其他成本。总体因素和物流成本5.3供应链网络设计决策的框架全球化供应链网络设计决策分为四个阶段，见图5-2。阶段Ⅰ供应链战略内部约束资本、增长战略、现有网络生产方式需要的技能、相应时间要素成本劳动力、原材料、地点细节阶段Ⅱ区域设施配置全球竞争关税和税收激励区域需求规模、增长、同质性、地方特色政治、汇率和需求风险基础设施状况物流成本运输、库存和协调阶段Ⅲ理想的候选点竞争战略图5-2供应链网络设计决策的框架竞争环境生产技术成本、规模/范围效应、所需支持、柔性阶段Ⅳ选址决策阶段Ⅰ：明确供应链战略（设计）包括决定供应链的环节，以及每个供应链的功能（或职责）是有自己执行还是外包（见第四章）。基于企业的竞争战略、相应的供应链战略、对竞争的 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 、规模或范围经济效应，以及任何的约束条件，管理者必须确定企业的供应链设计。阶段Ⅱ：明确区域设施配置即确定设施将要选址的区域、它们潜在的作用（功能）以及大概的产能。（1）预测地区的需求：需求量、需求是同质的还是具有地区差异的；（2）确定：在可获得的生产技术条件下，数量或范围的规模经济是否对降低成本起到显著的作用；如果显著，则采用少数设施的效果可能更好。反之，则应在每个市场建设相应的设施。（3）识别不同地区的市场存在的需求风险、汇率风险以及政治风险，以及区域关税、任何有关当地生产的要求、税收激励以及每个市场的任何出口或进口的限制；一般来说，税率低的地方有利于获得更多的利润。（4）识别每一地区内的竞争者并分析设施应当靠近或者远离竞争者布局的理由；（5）分析每一市场的理想响应时间和总体物流成本。依据阶段Ⅱ中的信息，管理者将勾勒出供应链网络中区域设施的构架。这种区域构架将决定网络中设施的数量和设施的布局区位，并决定某项设施应当为网络中某个特定市场生产全部产品，还是生产所有市场需求产品的一部分。阶段Ⅲ：选择一组理想的候选点在将要布局设施的区域范围内选择一系列的地点，理想的地点的数量比将要建立的设施的数量要多，以便阶段Ⅳ找出精确的区位。硬件基础设施要求：供应商的可获性、运输服务、通信、公共设施以及仓储基础设施。软件基础设施要求：熟练劳动力的可获性、劳动力的更替、社会对工商业的接受能力。阶段Ⅳ：选址为每一个设施选择一个精确的位置，并为每一设施配置处理能力（产能）。网络设计的目标：在考虑每个市场所期望的毛利和需求、各种物流和设施成本以及每个地址的税收和关税的基础上，使得总的利润最大化。5.4设施选址和能力配置的模型管理者进行设施布局和能力配置的目标：使整个供应链网络的利润最大化。在制定这一决策前，我们应当获得以下信息：供应源和市场的位置；潜在的设施地点的区位；市场的需求预测；每一地点的设施成本、劳动力成本、原材料成本；每两个设施布局地点之间的运输成本；每一地点的库存成本及其与设施数量的关系；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，等。在拥有这些信息的基础上，可以运用优化模型（如重力区位模型、网络优化模型）进行网络设计。5.4.1网络规划模型——阶段Ⅱ：配置区域设施例题5.1：Sunoil的网络规划Sunoil公司是一个在全世界销售石化产品的制造商。公司的供应链副总裁考虑有几种不同的 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 来满足需求。一种方案是在每个地区建一个设施。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。缺点是工厂的规模按满足当地需求来规划，可能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。Sunoil公司的需求分为五个区域：北美、南美、欧洲、非洲和亚洲。Sunoil公司给每个地址准备了两种不同的工厂规模方案。低产能工厂一年生产1000万单位产品，而高产能工厂一年生产2000万单位产品。假设所有可变成本与所生产或运输的数量呈线性正相关关系。有关数据如表5-1所示。Sunoil公司的副总裁想知道最低成本的网络方案是怎样的。表5-1Sunoil公司的成本和需求　　需求区域生产和运输成本（千美元/百万单位）固定成本（美元/年）低产能（百万单位）固定成本（美元/年）高产能（百万单位）供应区域北美南美欧洲非洲亚洲北美8192101130115600010900020南美1177710898100450010675020欧洲10210595119111650010975020非洲115125905974410010615020亚洲14210010310571400010600020需求12814167　　　　案例分析：给定产能的工厂选址模型（1）已知信息（2）决策变量yi：工厂i开工时为1，否则为0；xij：从工厂i运到市场j的数量。（3）目标函数（4）约束条件如何确定？按图索骥。决策变量：就是会影响决策目标的量，并且可以被控制。采用Excel中的“规划求解”软件包求解该选址模型求解过程：>>>例题5.1求解步骤：步骤1：将已知条件、决策变量、约束条件、目标函数在Excel的单元格中呈现；步骤2：在Excel中加载一个“规划求解”宏（软件包）；步骤3：采用“规划求解”求得最后结果。关键点：约束条件在Excel中的表达形式。将等式或不等式中不为0的一端（表达式）置于excel的单元格中。求解结果（1）成本最低的网络选址方案：在南美、非洲和亚洲的3个工厂以高产能开工；（2）南美工厂供给北美区域12、供给南美区域8；（3）非洲工厂供给欧洲区域4、非洲区域16；（4）亚洲工厂供给欧洲区域10、亚洲区域7；（5）该选址方案对应的最小化成本为：23751。　需求区域-生产分配（百万单位）工厂（低产能）工厂（高产能）供应区域北美南美欧洲非洲亚洲（1=开工）（1=开工）北美0000000南美12800001欧洲0000000非洲00416001亚洲001007015.4.2选址模型——阶段Ⅲ：选择理想的候选点在阶段Ⅲ，管理者将在公司已决定设施工厂的每个区域内确定潜在的选址位置。作为初始步骤，管理者需要确定可能被考虑的潜在地点的具体地理位置。例题5.2SA公司选址（重心法选址模型）钢铁设备公司(SA)是一家生产高品质电冰箱和烹饪系列产品的制造商。SA公司在美国丹佛附近有一个装配工厂，一直由它来供应美国的市场。由于市场需求增长迅速，SA决定另外建立一个工厂以服务其东部市场。公司要求供应链管理者去找到一个适合于新工厂的选址。三个坐落于布法罗、孟菲斯和圣路易斯的零部件工厂将为新工厂供应零部件。该工厂将服务于亚特兰大、波士顿、杰克逊维尔、费城和纽约的市场。候选点的坐标、每个市场的需求量、每个零部件工厂的零部件需求量，以及每个供应商或市场的运输成本见表5-2。　供应源/市场运输成本美元/吨英里数量吨坐标xnyn供应源布法罗0.95007001200孟菲斯0.95300250600圣路易斯0.85700225825市场亚特兰大1.5225600500波斯顿1.515010501200杰克逊维尔1.5250800300费城1.5175925975纽约1.530010001080表5-2SA公司的供应源和市场信息案例分析（重心法选址模型）（1）已知信息见表5-2。（2）决策变量（3）目标函数采用Excel中的“规划求解”软件包求解该选址模型求解过程：>>>例题5.2求解步骤：步骤1：将已知条件、决策变量、约束条件、目标函数在Excel的单元格中呈现；步骤2：在Excel中加载一个“规划求解”宏（软件包）；步骤3：采用“规划求解”求得最后结果。求解结果最优选址坐标为（681.3,882.0），使得总成本TC取最小值1265235；从地图上看，这个坐标靠近北卡罗来纳州和弗吉尼亚州的边界。重心法模型的原理与步骤对每个供应源或市场n，首先求出dn；通过以下公式获得一个新位置（x’,y’）如果新位置（x’,y’）与位置（x,y）几乎相同，则停止；否则，令（x’,y’）=（x,y），重复以上步骤。5.4.3网络优化模型——阶段Ⅳ：网络优化在阶段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，管理者还需要决定如何将市场分配给设施。这种分配必需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。例题5.3-1：TelecomOne公司和HighOptic公司都是最新一代的光纤通信设备制造商。T公司专注于美国的东半部市场，在巴尔的摩、孟菲斯和威奇托市拥有制造工厂，并服务于亚特兰大、波士顿和芝加哥的市场。H公司的目标市场在美国的西半部，在夏延和盐湖城拥有工厂，并服务于丹佛、奥马哈赫伯特兰的市场。每个工厂的产能、市场需求、每千单位产品的可变生产和运输成本，以及每月的固定成本见表5-3。T公司和H公司的管理层共同决定将公司合并为一家，命名为TelecomOptic公司。管理层感到如果将两个网络做适当的合并将会带来相当大的利益。TelecomOptic公司将会有5个工厂，由它们来服务6个市场。管理层在讨论是否5个工厂都需要。　需求城市每千单位生产和运输成本（千美元）月产能月固定成本供应城市亚特兰大波士顿芝加哥丹佛奥马哈波特兰（千单位）Ki（千单位）fi巴尔的摩1675400685163011602800187650夏延146019409701004951200243500盐湖城192524001425500950800275000孟菲斯380135554310456652321224100威奇托92216467005083111797312200月需求量（千单位）Dj108146711　　表5-3T公司和H公司的产能、需求和成本数据案例分析选择最优的选址和产能分配问题，与阶段Ⅱ讨论过的区域配置问题很相似。仅有的差别在于我们现在用的不是一个区域所发生的成本和税负，而是具体选址的成本和税负。所以管理层需要利用前面讨论过的给定产能工厂选址模型来解决阶段Ⅳ中的问题。理想上，该问题应该表述为在综合考虑选址的成本、税收和关税之后，使得总利润最大化。假设税收和关税在不同的选址之间不存在差异，那么管理层对工厂的选址和将需求分配到开工的工厂的决策目标在于使总的设施、运输和库存成本最小。（1）已知信息见表5-3。（2）决策变量yi：工厂i开工时为1，否则为0；xij：从工厂i运到市场j的数量。（3）目标函数（4）约束条件采用Excel中的“规划求解”软件包求解该选址模型求解过程：>>>例题5.3求解步骤：步骤1：将已知条件、决策变量、约束条件、目标函数在Excel的单元格中呈现；步骤2：在Excel中加载一个“规划求解”宏（软件包）；步骤3：采用“规划求解”求得最后结果。关键点：约束条件在Excel中的表达形式。将等式或不等式中不为0的一端（表达式）置于excel的单元格中。求解结果TelecomOptic公司应该关闭威奇托、盐湖城的工厂；该方案相应的最优成本为47401。　需求城市-需求分配　供应城市亚特兰大波士顿芝加哥丹佛奥马哈波特兰是否选中巴尔的摩0820001夏延00067111盐湖城0000000孟菲斯100120001威奇托0000000例题5.3-2：（单一供应源、给定产能的工厂选址模型）在某些情形下，企业会期望所涉及的供应链网络中一个市场只有一个工厂来供应，称之为单一供应源。TelecomOptic公司考虑采用这种形式，因为它能够降低网络协调的复杂性，对每个设施的柔性要求较少。管理层需要确定，在单一供应源的约束下，工厂选址需要如何调整。案例分析（1）已知信息见表5-3。（2）决策变量yi：如果工厂选址在地点i则扥与1，否则为0；xij：从市场j由工厂i来供应则为1，否则为0。（3）目标函数（4）约束条件求解结果TelecomOptic公司应该关闭巴尔的摩、夏延的工厂；该方案相应的最优成本为49717千美元；尽管单一供应源模式似的协调更加容易，并且对工厂的柔性要求更少，但供应链网络的成本每月增加了大约230万美元。　需求城市-需求分配　供应城市亚特兰大波士顿芝加哥丹佛奥马哈波特兰是否选中巴尔的摩0000000夏延0000000盐湖城00060111孟菲斯10800001威奇托001407015.4.4供应链网络设计：工厂与仓库同时选址为图5-3所示的供应链中的工厂和仓库构建相应的选址模型。图5-3一个典型供应链网络工厂供应商仓库市场（1）符号定义与已知信息（2）决策变量yi：如果工厂选址在地点i则等于1，否则等于0；ye：如果仓库选址在地点e则等于1，否则等于0；xhi：从供应商h运送到地点i的工厂的数量；xie：从地点i的工厂运到仓库e的数量；xej：从仓库e运到市场j的数量。（3）目标函数使整个供应链的固定和可变成本最小化。（4）约束条件前面所讨论的模型可以进行修改以允许工厂和市场之间的直接运送；我们也可以对先前讨论过的所有模型进行修改，以适应在生产、运输、库存成本上所存在的规模经济效应的情形。随着问题进一步变得复杂，模型的求解成为难题。Excel的规划求解工具难以胜任，需要引入更强的软件如GUROBI、ILOG的CPLEX、LINGO等优化器，或者设计算法、开发软件求解。5.4.5考虑税收、关税和顾客需求从本质上看，企业决策追求的是利润最大化。前述模型可以转化为利润最大化模型。给定rj是在市场j卖出一个单位产品的收入，则给定产能的工厂选址模型（节5.4网络规划模型，pq.21）的目标函数可以修改为：在追求利润最大化的目标下，应允许市场需求不必全部满足（因为满足它无法获利），故约束条件应做如下修改：客户的要求或者喜好，如期望的响应时间、对运输方式或者运输承运商的选择等，会对方案产生影响。例如，假设在工厂选址点i和市场j之间有两种运输方式：1是海运，2是空运，那么，可以在选址模型中进行修正：定义两个独立的决策变量xij和yij，分别对应从工厂选址点i和市场j之间采用方式1和方式2所运送的数量。5.5IT在网络设计中的作用一个好的网络设计IT系统（决策支持系统）：（1）可以使网络设计问题的建模比使用一个通用工具如Excel要容易得多。能便利的对一个大型的供应链网络做精确的描述；（2）所含的高性能优化技术，能在合理的时间内给出大型复杂问题的一个高质量的解；（3）能够进行各种模拟情景的分析；由于预测中往往存在不确定性，因此对于设计者来说，对多种不同的情境进行网络设计评估的能力将是非常强大的工具；在各种情境中均能保持较好绩效的方案比在一种情景中最优但是在其他情景表现低劣的方案更加合理；这对IT系统的速度进一步提出了挑战。（4）易于与企业所使用的 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 和操作系统做接口。这使得IT系统更加方便的获取了企业数据，从而进一步提高了速度。另一方面，值得注意的是，网络设计决策是战略性的，并且涉及很多难以定量化的因素。很多因素，如文化、生活质量、协调成本等问题，对于IT系统是难以处理的，但是在网络设计决策中可能是非常重要的，所以，在做网络设计决策时，对于IT系统的输出还必须考虑这些相关的不可量化的因素。5.6网络设计决策的实践不要低估设施的生命周期在大多数供应链中，生产设施比仓储设施更难改变，运作时间通常超过10年。不要忽略企业文化的影响选址点与总部之间的举例远近的不同考量。不要忽视生活质量问题对顾客的关系关注关税和税收减让在国际化选址中，税收减让驱动着选址决策，压倒其他成本因素。5.7案例分析《管理体育用品网络公司的增长》5.8学习目标小结（1）理解网络设计在供应链中的作用（2）明确供应链网络设计决策的影响因素（3）建立网络设计决策的框架（4）利用优化算法来解决设施布局和产能分配的决策Theend演讲完毕，谢谢观看！