物流网络规划.ppt

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第2章物流网络规划 本章学习目标了解物流网络的构成、类型和结构特性掌握物流网络规划的内容和流程掌握物流网络的数学建模方法以及单设施、多设施模型的求解方法掌握动态规划在物流设施选址中的应用 2.1物流网络概述物流网络概念：物流过程中相互联系的组织和设施的集合。具体指由供应商、仓库、配送中心和零售网点等节点组成的网络，原材料、在制品和成品库存在各节点之间的链上流动。信息网络中的链由两点之间的信息传输构成。信息网络中的节点则承担采集和处理不同的数据。 物流系统网络，有时简称物流网络，就是把物流系统抽象为由节点与链连成的网络任意一对节点之间可能有多条链相连，代表不同的运输形式、不同的路线。图为UPS物流网络示意图。 物流系统网络的内涵和构成要素物流网络的基本要素：厂商客户物流节点运输线路信息系统物流网络组织 物流网络类型根据结构复杂程度，分为：点状结构—孤立的点。（封闭、自给自足）现状结构—由点和连接线组成，且2点之间只有一条线。圈状结构—至少包含一个连接成圈的线组成的物流网络。树状结构—无圈但能够连通的网络（如汽车物流、经销商）网状结构—由点点相连的线组成的网络，是复杂的网络结构。（网络连通性强，但管理难度大，需要优化） 物流网络类型根据物流网络在实际中构建的模式，分为：直接配送形式经过物流中心或者配送中心的形式或者以上2者的组合 物流系统网络结构单核心节点结构物流中心(配送中心)顾客顾客顾客顾客厂商厂商厂商厂商 物流系统网络结构双核心节点单向结构物流中心厂商厂商厂商厂商顾客顾客顾客顾客配送中心 3.2物流系统网络结构双核心节点交互式结构物配流送中中心心厂商顾客厂商顾客厂商顾客厂商顾客顾客厂商顾客厂商顾客厂商顾客厂商配物送流中中心心 物流系统网络结构多核心节点结构顾客厂商顾客厂商顾客厂商顾客厂商物流网络核心节点厂商顾客厂商顾客厂商顾客厂商顾客物流信息平台 物流网络流动示意图 LD-CED模式LD模式：Logisticscenter+DistributioncenterCED模式：C---CollectionE---ExchangeD---Delivery 2.1.3结构特性1、层次性2、多级性3、动态性4、跨地域性 物流网络规划设计内容和流程物流网络规划设计的原则:（一）按经济区域建立网络（二）以城市为中心布局网络（三）以厂商集聚形成网络（四）建设信息化的物流网络物流网络规划设计步骤:（一）组建物流网络规划设计团队（二）物流网络的数据收集（三）备选方案的提出（四）相关方案的比较（五）方案的执行实施 2.2物流网络规划内容与流程物流网络规划设计的方法（一）德尔菲法----德尔菲法（DelphiMethod）是一种常用的主观、定性的方法，不仅可以用于技术预测领域，而且可以广泛应用于各种评价指标体系的建立和具体指标的确定过程.（二）解析方法-----解析方法是通过数学模型进行物流网络规划设计的方法，是对许多定量的数学方法的一个统称.（三）模拟方法------物流网络规划设计的模拟方法是指实际问题以数学方程和逻辑语言做出对物流系统的数学表述，在计算机的帮助下，人们可以通过模拟计算和逻辑推理确定最佳设计方案.（四）启发式方法-----启发式方法是一种逐次逼近最优解的方法，是相对模拟方法而言的. 物流网络组织设计的原则有效性原则统一指挥原则合理管理幅度原则职责与职权对等原则协调原则 物流网络组织的模式功能一体化物流网络组织流程一体化的物流网络组织虚拟化物流网络组织“枢纽－辐射式”的物流网络组织 2.2.1规划内容物流网络规划要同时包括----空间和时间因素。空间---确定各种节点的地理位置。时间---保持产品的可得率以满足客户服务目标，涉及库存策略与运输管理。 主要关注问题：（1）确定合适的仓库数量（2）确定每个仓库的位置（3）确定每个仓库的规模（4）为产品分配仓库空间（5）确定各仓库为哪些客户提供产品主要考虑总成本最小。包括生产和采购成本、库存持有成本、固定设施成本、运输成本。 2.2.2规划流程（1）现状分析，确定物流网络规划的范围和目标（2）明确物流网络规划中的约束条件（3）数据资料的收集与处理（4）物流网络规划模型选择 （5）物流网络规划方案（6）物流网络规划方案评价（7）物流网络规划方案改进及得到最优方案 2.3物流网络有关数据采集及其处理2.3.1数据采集包括：产品信息信息传输与订单处理运输过程设施成本及服务能力位置客户服务需求和目标 2.3.2数据处理单纯的数据没有任何用途，必须对数据进行组织、分析、分类和汇总，将原始信息转化为支持物流活动的信息。汇集客户需求把相互临近的客户汇集在一起。按邮政编码、或者地理坐标等。 （2）产品编码有助于准确快速传输数据、对产品进行分类、分拣和重组。（3）产品分类组合根据以下方法：配送模式、产品类型 2.3.3运输费率估算首先了解运输服务车辆的类型（自有、外包）分析：行驶路程、工作时间、运输次数、司机工资、奖金、油耗、车辆折旧、维护、保险、故障处理等费用 2.3.4里程估计1、普通坐标计算公式2、弧度坐标计算公式计算的直线距离总是小于两点之间的距离。市内运输的迂回系数取1.41，一般公路运输的迂回系数取1.21，铁路运输的迂回系数取1.24等。 2.3.5设施成本仓库和配送中心成本包括：（1）固定成本---只与仓库规模有关，与库存数量无关。（2）存储成本---与平均库存水平成比例。（3）搬运成本 2.3.6设施能力限制考虑设备设施的能力如何进行扩张以满足紧急情况的需要 2.3.7库存量—周转量的关系平均库存=年周转量/年周转率最好是做出每种产品在仓库中的平均库存水平。 2.3.8需求预测要基于历史数据和当前数据进行中期或者长期预测。一般采用5年预测数据进行网络设计。 2.3.9其他因素和条件资金限制法律和政治限制自然资源和基础设施条件限制现有和预期的合同限制本地行业和税收政策的限制公共利益限制 2.4物流网络建模主要有5种模型：（1）图表技术简单实用，被广泛采用。有图表统计法、加权评分法、电子表格等。（2）计算机仿真将成本、运输方式、运输批量、库存容量与周转率等要素以合理的数量关系式表示，并通过编程把物流网络模拟进行。 （3）优化模型依赖精确的数学过程评价各种可选方案，如线性规划、非线性规划、整数规划、枚举模型和排序模型。但是只处理静态的参数，没有考虑变化。 （4）启发式模型。“启发式方法”这一术语，最初是指帮助或引导发现问题，但是，就其通用的管理意义而言，它指的是一系列严格的用于决策的规则或指导原则，虽然这些规则或指导原则没有必要一定是最优的，但决策时，它一直是行之有效的，并且能够避免许多有关求解复杂问题的工作量。 启发式模型经常使用的规则：仓库的最佳地址往往是需求最密集的中心点附近。供货点直接供货给购买量大的顾客。如果某产品的仓储成本小于出、入库运输成本的差异，就存放在仓库。增加新仓库的条件是：新仓库能最大化的节约成本。 （5）专家和决策支持系统集成数据、信息和相关技术，并辅以计算机程序，得到支持管理者做出决策的网络解决方案。 2.5物流网络分配是对于产品流经成型网络的路径及其运作机制进行设计，物流网络分配可以说是关于成型网络的运作规划，也可以说是物流系统模式的实施方案。应解决以下问题：①各类产品在渠道各层级和各存储点内应该存放多少；②各层级之间最好采用哪种运输服务；③供货采用推动式、拉动式还是采用分拨方式；④各级存储点之间使用哪种信息传递方法等等。采取多种模型与方法，采用计算机仿真模拟特定网络内订单和产品的流动。 企业物流网络结构供应商工厂物流中心配送中心零售店运输运输运输配送EDIEDI补货信息订货单 2.6物流设施选址物流设施场址选择是物流设施规划的重要环节，也是物流网络规划的重要内容。物流设施场址选择决定企业物流网络构成，它不仅影响企业物流能力而且还影响企业实际物流营运效率与成本，对企业来说是非常重要的物流战略规划问题。 1．地区选择应考虑的因素场址地区选择主要是考虑宏观的因素，由于制造与服务业的设施考虑不一样，因此要充分考虑不同设施的不同性质和特点。一般而言，地区选择主要考虑以下因素有目标市场情况、供应商分布、交通条件、土地条件、自然条件、政策条件等几种，以下针对这几种要点加以说明。 （1）销售目标市场及客户分布选址时首先要考虑的就是目标市场所服务客户的分布，设施的地理位置一定要和客户接近，越近越—好。要考虑地区对产品和服务的需求情况，消费水平要和产品及其服务相适应。因为如果产销两地接近，运输成本减少，从而会大大降低总成本。例如零售商型配送中心，其主要客户是超市和零售店，这些客户大部分是分布在人口密集的地方或大城市，配送中心为了提高服务水平及降低配送成本，配送中心多建在城市边缘接近客户分布的地区。 （2）资源市场及供应商分布条件在工业设施选址中，不同的制造行业对资源有不同的要求，如纺织厂应建在棉花产区；发电、食品、酿酒都需要大量用水，必须建在水资源有保障的地区，因此工厂场址地区选择中应该考虑主要原材料、燃料、动力、水资源等资源条件。对供应型配送中心而言，应该考虑的因素是供货资源分布，即供应商的分布情况。因为物流的商品全部是由供应商所供应的，如果配送中心越接近供应商，则其商品的安全库存可以控制在较低的水平。 （3）交通便利条件交通便利条件是影响物流成本及效率的重要因素之一。交通运输的不便将直接影响车辆配送的进行，因此必须考虑对外交通的运输通路，以及未来交通与邻近地区的发展状况等因素。地址的选择宜紧临重要的运输通路，以利运输配送作业的进行。考核交通方便程度的条件有：高速公路、国道、铁路、快速道路、港口、交通限制规定等几种。一般配送中心应尽量选择在交通方便的高速公路、国道及快速道路附近的地方，如果以铁路及轮船来当运输工具，则要考虑靠近火车编组站、港口等。 （4）土地条件土地与地形的限制，对于土地的使用，必须符合相关法令规章及都市计划的限制，尽量选在物流园区、工业园区或经济开发区。用地的形状、长宽、面积与未来扩充的可能性，则与规划内容及实际建置的问题有密切的关系。因此在选择物流设施场址时，有必要参考规划方案中物流设施的设计内容，在无法完全配合的情形下，必要时得修改规划方案中的内容。另外，还要考虑土地大小与地价，在考虑现有地价及未来增值状况下，配合未来可能扩充的需求程度，决定最合适的面积大小。还有土地征用、拆迁、平整等费用，不同的选址所花的费用也不相同。 （5）自然条件在物流用地的评估当中，自然条件也是必须考虑的，事先了解当地自然环境有助于降低建构的风险。例如在自然环境中有湿度、盐分、降雨量、台风、地展、河川等几种自然现象。有的地方靠近山边湿度比较高，有的地方湿度比较低，有的地方靠近海边盐分比较高，这些都会影响商品的储存品质，尤其是服饰或电子产品等对湿度及盐分都非常敏感。另外降雨量、台风、地震及河川等自然灾害，对于物流设施的影响也非常大，必须特别留意并且避免被侵害。 （6）人力资源条件在仓储配送作业中，最主要的资源需求为人力资源。由于一般物流作业仍属于劳力密集的作业形态，在配送中心内部必须要有足够的作业人力，因此在决定物流设施位置时必须考虑工人的来源、技术水平、工作习惯、工资水平等因素。 （7）社会环境与政策条件在国外建设施时更应注意当地的政治环境是否稳定，是否邻近自由贸易区等。政策条件方面是物流选址评估的重点之一，尤其是物流用地取得比较困难的现在，如果有政府政策的支持，则更有助于物流经营者的发展。政策的条件包括企业优待措施(土地提供，减税)、城市计划(土地开发，道路建设计划)、地区产业政策等。最近在许多交通枢纽城市如深圳、武汉等地都在规划设置现代物流园区，除了提供物流用地外，也有关于赋税方面的减免，有助于降低物流经营者的营运成本。 对具体地点位置的影响因素（1）城市的大小城市的大小将影响交通运输、员工的取得、劳务设施的利用、工资水平、地价等诸多因素。（2）地价、用地的政策限制与发展对于土地的使用，必须符合相关法令规章及城市规划的限制。在考虑现有地价及未来增值状况下，配合用地的形状、长宽、面积与未来扩充的可能性，决定最合适的面积大小。（3）与外部的衔接对于特定区域内可用的运输方式必须作一调查，如与主要道路的连接是否顺畅、货运公司的多少、大宗邮寄的能力、短程转运的计费方式等问题。尽量应使场址内铁道方便地与附近车站接轨，缩短和高速公路的衔接，且不需进行复杂的土方工程。 （4）场址周边自然地理环境场址周边自然地理环境主要指场址地点的地形、地貌、土壤情况、风向及地下水等。如果场址厂区地势不平，则土建施工费用必大大增加，且新填土质松软，将增加基础施工困难。风向可能会因排出废气烟尘及噪声影响住宅区居民。地下水会腐蚀混凝土及钢材，对地下建筑物及基础有破坏作用。另有江湖的地方还要考虑防洪水防灾问题。（5）居民的态度决定特定区域时，附近居民的接受程度，将影响土地的取得、员工的雇用及企业形象等问题。 2.6.1单设施与多设施选址两种情况：一种是小型单一设施的选址，主要根据已有的市场和生产规模来决定，问题较简单。另一种为综合设施的选址即要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，使这些设施数量、位置和规模达到优化，这就是一个复杂的问题。 场址选择的一般阶段与程序1．准备阶段----主要工作是对选址目标提出要求，并提出选址所需要的技术经济指标。这些要求主要包括产品、生产规模、运输条件、需要的物料和人力资源等，以及相应于各种要求的各类技术经济指标，如每年需要的供电量、运输量、用水量等。2．地区选择阶段---主要为调查研究收集资料，如走访主管部门和地区规划部门征询选址意见，在可供选择的地区内调查社会、经济、资源、气象、运输、环境等条件，对候选地区作分析比较，提出对地区选择的初步意见。3．具体地点选择阶段---要对地区内若干候选地址进行深入调查和勘测，查阅当地有关气象、地质、地震、水文等部门调查和研究历史统计资料，收集供电、通信、给排水、交通运输等资料，研究运输线路以及公用管线的联接问题，收集当地有关建筑施工费用、地方税制、运输费用等各种经济资料，经研究和比较后提出数个候选场址。 （1）单设施选址一般使用重心法-----重心法是将物流系统的资源点与需求点看成是分布在某一平面范围内的物体系统，各资源点与需求点的物流量可分别看成是物体的重量，物体系统的重心将作为物流中心的最佳设置。具体过程如下。 重心法的具体步骤：先建立坐标系将所有的备选地址绘制在坐标轴上，确定坐标值用坐标系统计算平面上任何两点之间的距离根据距离、重量两者的结合计算重心最后，选择求出的重心点坐标值对应的地点作为要布置设施的地点。 设在某计划区域内，有n个资源点和需求点，各点的资源量或需求量为wj（j=l，2，…，n），它们各自的坐标是（xj，yj）（j＝l，2，…，n）。该网络如下图：◎○○○○W1W4W2W3xyP0(xd，yd) 现计划在该区域内设置一个物流中心，设该物流中心的坐标是（xd，yd）。找出重心位置，建立该物流中心，使物流中心至资源点或需求点的运费率最少。 设施选址的坐标值为： 重心法有助于寻找最优解，但必须有如下假设：①需求集中于某一点；②不同地点物流设施的建设费用、营运费用相同；③运输费用跟运输距离成正比；④运输路线为空间直线距离。 （2）多设施选址固定设施在整个物流网络中的选址问题是一项十分重要的战略决策，它决定了整个物流系统的模式、结构和形状。同时，在现实的物流网络系统中，单设施的选址规划相对很少，大量存在的是多设施选址，即在某计划区域内设置多个物流设施。 多个设施选址问题往往涉及计算最优设施个数的问题。请注意，设施个数一定是整数，所以该问题在线性归化的过程中引入了整数量，因而不能利用线性归化问题的一般解决方法在线性时间内迅速求解，而只能通过解决混合整数规划问题来寻求最优解决方案。选址问题解决方案的好坏取决于两个因素的共同作用：①数学模型与现实情况的符合程度；②对数学模型求解的精确程度。如果追求数学模型与现实一模一样，那必定非常复杂，无法求解；如果数学模型过于简单，虽然易于求解，但解决方案可能与现实方案南辕北辙。 如何选择用于尝试的解决方案，是计算机模拟的关键，这需要敏锐的洞察力和丰富的经验。通常，该方法需要大量的数据存贮空间和相当长的运算时间，但其对现实情况的准确描述而带来的解决方案高可靠性仍然引起了供应链管理者的广泛关注。多个设施选址问题的解决方法得到了广泛的应用。在流行的商业软件中，用户可以根据时间的变化，改变不同的参数，重复进行物流网络设计，以寻找最优的解决方案。 （1）混合整数规划模型混合整数模型规划是一种经常被用来解决物流网络系统中大型、复杂选址问题的方法。它可以把固定成本以最优的形式考虑进去，并能通过计算得出最优点。 模型的范围模型考虑的是一个区域的物流系统，以某类产品为对象，包括：1）市场产品组合——其目标是考虑所有资源及约束，把产品归类，以同类物品的形式追求最大利润。2）运输模型——其目标是在一定的供应条件下，使运输总费用最小。3）中心的选址与布局模型——目标是在候选的众多物流中心里选择一个或几个，使基建、管理、周转等费用最少。4）中心的库容问题——选择最适合的库容。 约束条件：各供货厂的产品量不能超过其生产能力；必须满足所有市场需求；仓库的存储量不能超过存储能力；仓库必须达到最低库存才能开始运营；同一市场所需的各种产品必须由同一仓库供应。 建模与仿真的结果：物流网络中仓库的数目、地点、规模；工厂的产品运往哪个仓库；仓库为哪些客户服务；运输流的流向和流量；各项成本与总成本最小； （2）P—中值模型P-中值模型是指在给定的数量和位置的需求集合、多个候选设施位置的集合下，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，使之达到供应方和需求点之间的运输费用最底。 求解：合适的仓库位置客户分配到仓库 （3）多设施选址方法评价只考虑成本最小化，没有将客户服务水平作为约束条件；对库存和运输决策分开考虑，未能实现同步求解，不是真正的一体化网络规划模型。 2.6.2动态选址动态规划法是20世纪50年代由贝尔曼（R.Bellman）等人提出,用来解决多阶段决策过程问题的一种最优化方法。动态规划法的定义：在求解问题中，对于每一步决策，列出各种可能的局部解，再依据某种判定条件，舍弃那些肯定不能得到最优解的局部解，在每一步都经过筛选，以每一步都是最优解来保证全局是最优解，这种求解方法称为动态规划法。 实际上,动态规划法就是分多阶段进行决策,其基本思路是：按时空特点将复杂问题划分为相互联系的若干个阶段,在选定系统行进方向之后,逆着这个行进方向,从终点向始点计算,逐次对每个阶段寻找某种决策,使整个过程达到最优,故又称为逆序决策过程。 各个阶段的决策选取不是任意的，依赖于当前的状态，影响以后的发展。当各个阶段决策确定后，就组成了一个决策序列。各个阶段的决策序列一般与时间有关。 一般来说，只要该问题可以划分成规模更小的子问题，并且原问题的最优解中包含了子问题的最优解（即满足最优子化原理），则可以考虑用动态规划解决。动态规划的实质是分治思想和解决冗余，因此，动态规划是一种将问题实例分解为更小的、相似的子问题，并存储子问题的解而避免计算重复的子问题，以解决最优化问题的算法策略。 在学习动态规划法之前，我们先来了解动态规划的几个概念1、阶段：把问题分成几个相互联系的有顺序的几个环节，这些环节即称为阶段。2、状态：某一阶段的出发位置称为状态。3、决策：从某阶段的一个状态演变到下一个阶段某状态的选择。4、状态转移方程：前一阶段的终点就是后一阶段的起点，前一阶段的决策选择导出了后一阶段的状态，这种关系描述了由k阶段到k+1阶段状态的演变规律，称为状态转移方程。 动态规划设计都有着一定的模式，一般为几个步骤：1、划分阶段：按照问题的时间或空间特征，把问题分为若干个阶段。2、确定状态：将问题发展到各个阶段时所处的各种客观情况用不同的状态表示出来。3、确定决策并写出状态转移方程：因为决策和状态转移有着天然的联系，状态转移就是根据上一阶段的状态和决策来导出本阶段的状态，所以如果确定了决策，状态转移方程也就可以写出。4、寻找边界条件：给出的状态转移方程是一个递推式，需要一个递推的终止条件或边界条件。5、程序设计实现：动态规划的主要难点在于理论上的设计，一旦设计完成，实现部分就会非常简单。 根据以上的步骤设计，可以得到动态规划设计的一般模式：fork:=阶段最小值to阶段最大值do{顺推每一个阶段}forI:=状态最小值to状态最大值do{枚举阶段k的每一个状态}forj:=决策最小值to决策最大值do{枚举阶段k中状态i可选择的每一种决策}F[ik]:=min（max）{f[ik-1]+a[ik-1，jk-1]|ik-1通过决策jk-1可达ik}