供应链中的优化技术

2010-06-21 17:041496

供应链优化即“在有约束条件或资源有限的情况下的决策方案”,它主要有整体优化和局部优化两种类型。

  供应链优化即“在有约束条件或资源有限的情况下的决策方案”,它主要有整体优化和局部优化两种类型。整体优化是从大量方案中找出最优方案,然而,实际情况下可能没有 最优方案或者没有方法来检测所得方案是否最优,因此有必要进行局部优化;局部优化是在大量类似方案中找出最优方案,此法取决于方案的最初解,最初方案不 同,优化结果也不同。

  优化问题由决策变量、目标函数和约束条件组成。决策变量是需要作的决策,物流中有如下决策变量:何时、何地从供应商中订购原材料;何时生产;何 时把产品交给客户、交多少。目标函数是经济上或其它方面所要达到的目标,物流中有如下目标函数:利润最大;供应链成本最低、生命周期最短;客户服务质量最 高;延误最短;产量最大;满足所有客户需求等。约束条件是变量必须满足的条件,物流中有下列约束条件:供应商生产材料、零件的能力;生产线每天工作的时 间、负荷;配送中心的处理收据等能力。

  供应链优化的必要性

  随着现代物流和技术的发展,生产和供应链规划日益复杂。供应链的发展趋势:

  客户要求生命周期更短、并对特定配送有需求

  大规模产品定制

  生产线和在库产品增加

  经营全球化-包括采购、生产、销售和市场

  制造外包

  第三方物流提供者增加

  与供应商、客户共同管理库存,如VMI和持续补充计划

  实施敏捷制造

  实施供应链集成理念

  公司兼并、收购和重组

  由于供应链发展日益复杂,公司必须运用软件来优化它们的计划流程。 供应链优化目标

  一般来说,优化目标是从私营企业和公共组织两种完全不同的角度来考虑。

  私营企业的目标

  供应链管理系统中的优化目标的定义有很多种形式,如“优化是ROI(投资回报率)达到最高的关键,它的目标包括成本最低、顾客服务水平最高、生 产周期最短”;然而,在讨论库存链优化时,有人认为最大ROI的目标是“在增加利润的同时,提高顾客服务水平、减少总成本、减少工作负荷、减少库 存”;“ROE(资产回报率)最大或竞争力提高”;“公司盈利最大,市场份额最大”等。

  然而,如果把这些目标用于决策模型中,这些目标必须转换成明确的、可以衡量的目标。更具体的目标通常是利润及其衍生物-成本和收入,其中成本包 括资本、生产运营成本、仓储和运输、库存持有成本、行政管理成本、IT成本和包装成本;收入受公司可提供服务质量的影响,包括准时性、产品可得性等。

  成本因素(最低)和客户服务质量(最大)通常是矛盾的,为了能相互比较,必须转换成同一量纲,把所有的目标转成一个总目标。成本最低包含许多不 同的成本因素。客户服务通常用收入来表达,这样它可以和成本一起用利润最大来衡量。如果不是所有目标都能转换成和金钱有关的因素,必须使用权重,权重反映 了不同目标的相对重要程度,这样问题就成为一个单目标规划。目前,可以用一些复杂的方法得出权重,也可以运用一些软件提供可视化的权重设置。另一种方法是 先定义这些目标的优先级,然后再优化。

  公共组织的目标

  前面讨论了所追求的商业利润,同时,我们也应该注重公共利益。最近几年已经提出了一些基本目标,1987年世界环境与发展委员会提出“发展要满 足当前的需要,但不能以牺牲后代需求为代价”。如果要有相关实施政策,必须要明确、详细地解释这些目标。公共目标主要有3方面的因素:经济、环境和社会。 每一方面都能对供应链设计产生影响。私营企业目标是设施和运输成本最低,而公共组织的目标不同。

  环境

  设施建设、交通运输会对环境造成影响,环境对人类身体和下一代有影响,主要包括:当地空气质量(对人有影响,威胁健康);区域空气质量(对庄 稼、树木不利);噪音;长期危害(能量危机、臭氧层变薄、温室效应)等。

  经济

  主要和经济系统的改进有关,包括:提高国家竞争力(包括减少工业运输成本);支援不发达地区;增强区域联系,扩大外延;市场标准化(标准的、开 放的);提高就业、改革和出口的经济绩效。

  社会

  主要和居民、员工有关,包括:工作场地和运输中的活动安全;经营工作条件;关注残疾人;社会资产的改变(收入分配的影响)。

  私营企业在决策中不一定要考虑以上因素,然而政府必须要考虑。现在多方已经达成共识:必须制订相关环境标准。当然,单个组织在决策过程中也尽量 要考虑这些标准。

  另一方面是通过支援低收入地区和不发达地区来增强它们的凝聚力。例如,欧洲社会基金会实行假期培训和就业援助,区域发展组织通过鼓励投资、基础 设施和小商业等形式来实施这些标准。这些政策的实施导致投资减少或劳动力素质高。因此,私营企业认为这些政策反映了市场地位和产品、服务的价格。

  运输行业的定价机制也是如此,它的目标是确保运输决策包含所有的成本。当前,外部成本在价格体制中没有体现,然而通过税收,价格体制就能够完全 反映外部成本。这样,从私营企业的角度来考虑,公司对环境的关注会集成到目标成本和利润中。如果公司没有把环境成本考虑到外部成本中,公司决策时依然可以 按照原计划实施。优化方法优化方法有很多,但并不是每种方法都要采用一定的技术。在规定时间内不能得到最优方案的情况下,可以采用遗传算法。遗传算法容易 实施、计算简单,但得出的方案不一定最优,有时甚至不存在。优化时运用遗传算法的原理会得到较优的方案。下面是一些常用的优化方法:

  l 基于规则的系统:它不是优化工具,但是广泛应用于控制系统中。基于规则的系统能控制几百甚至几千个规则。规则系统与规则之间的相互关系非常复杂。如果系统 改变而规则没有改变,系统不能保证所求出的解最优。基于规则的系统有神经元、ILOG等。

  线性规划:这种方法最好,是应用最广泛的优化工具,通常用于资源分配问题中。任何有决策变量、线性目标函数和线性约束条件的问题都属于线性规 划。

  约束传播:受约束条件的影响,每一约束都有一定的变量范围。变量域的减少会引起与约束条件相关的变量数目减少。此法在大网络约束条件时尤其有 效。

  遗传算法:通过改进已有的解找出最优解。尽管为了得到最优解遗传算法要做很多次叠代,然而它求解过程简单,运行速度很快。此类优化方法特别适合 那些约束条件和目标函数比较复杂的问题,如非线性函数。以上是只是一些常用优化方法,并未包括所有的优化方法。

  供应链中的不同优化层次

  对规划过程中的不同程度的优化作了比较分析之后,可以得出,供应链有3种优化层次:

  战略层,即高层规划,周期通常为长期;

  战术层,即中层规划,周期通常为一季或一月;

  经营层,即底层规划(规划、再次规划和实施),周期通常为1周、1天或1班。

  同理,优化问题也分为如下几类:

  战略分析:用于分析获取资源和其它决策,如新设施的建立,新产品供应链的设计;

  长期战术分析:决策公司一年内的整个供应链的供应/制造/配送/库存计划;

  短期战术分析:包括物流优化、生产计划优化系统;

  经营分析:包括生产规划优化系统、配送优化系统。尽管上面描述了不同的计划层次,然而它们没有完全解释不同决策对其它决策的影响,如战略决策优 化必须假定战术和经营规划最优。下面将详细描述各种不同层次的优化问题。

  战略

  供应链管理战略决策主要根据链的网络设计来决定车间、配送中心和供应商的地点、规模和数目,如“每一车间、配送中心和客户的采购和部署计划”。 战略决策检测网络设计,同时也考虑供应链中的物流。一般认为,库存管理是战术决策,然而,仓库选址属于战略决策。

  战术

  战术优化是“给定供应链结构的供应计划、物流设施优化”:

  供应链网络已经有如下实体:供应商、车间、配送中心和运输路线;

  供应计划基于时间缓冲理念(供应链计划一般是1月或1周);

  供应计划集成考虑车间生产计划和产品原料计划;

  考虑开工和改建周期,但不是制造设施的影响;

  经营

  经营层供应链规划可以理解如下:

  生产规划,包括人员、设备和材料的分配;

  运输路线和规划;

  此类规划实施频率高,需要定期规划以适应机器失效、物料库存、其它延误等。

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