分銷模型——特別關(guān)注全球供應(yīng)鏈模型.doc

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在供應(yīng)商、工廠、倉庫、用戶之間的原料與產(chǎn)品的生產(chǎn)與裝運數(shù)量；l 原料、中間產(chǎn)品、最終產(chǎn)品在庫存計劃中不同地點的存放。 許多模型已作了供應(yīng)鏈的戰(zhàn)略設(shè)計。我們稱這些模型為“戰(zhàn)略生產(chǎn)分銷”模型。本文的目的之一是綜述并將其分類，重點是MIP 模型。在經(jīng)濟日益全球化的今天以及伴隨全球后勤管理作為一種新方法的出現(xiàn)，這些模型在全球后勤系統(tǒng)設(shè)計(GLS)中的作用舉足輕重（見Vidal 1996）。圖示。將討論本地與國際（全球）模型的區(qū)別。 全球模型較之本地模型解決起來復(fù)雜與困難得多。如，不同的稅收政策、匯率、貿(mào)易壁壘、退稅等，以及一些不確定性，基礎(chǔ)設(shè)施、政局穩(wěn)定等。2文獻的評述 本節(jié)分4部分，可能有遺漏但包括了在構(gòu)造供應(yīng)鏈過程中的主要方面，特別強調(diào)全球供應(yīng)鏈，最重要的部分是MIP模型的主要特點，包括目標(biāo)函數(shù)的確定、約束條件、解法特點與計算過程。不同于MIP的模型，如Burns (1985)、Cohen (1988)，作為對比，也介紹了它們的假設(shè)、計算過程以及在國際供應(yīng)鏈系統(tǒng)中的應(yīng)用。21過去的評述 Aikens (1985) 主要設(shè)施選址模型的評述。從簡單到復(fù)雜。在分銷模型中較少考慮隨機需求。Aikens稱這并非是一個嚴(yán)重的缺陷，因為用一個確定性模型預(yù)測需求價格在多數(shù)情況下是正確的。此外，作者指出，動態(tài)多產(chǎn)品問題與邊界約束條件的考慮是今后最看好的課題。 Bhatnagar (1993) 對多工廠協(xié)調(diào)的模型的評述。定義了兩個水平，“一般協(xié)調(diào)”和“多工廠協(xié)調(diào)”。 “一般協(xié)調(diào)”問題的三種類型：供應(yīng)與生產(chǎn)活動、生產(chǎn)與分銷以及庫存與分銷之間的協(xié)調(diào)?！岸喙S協(xié)調(diào)”主要涉及生產(chǎn)計劃、“靈敏性”(nervousness)、規(guī)模劃分(lotsizing)與庫存安全的滿足等問題。 Geoffrion & Powers (1995) 討論了20年來戰(zhàn)略分銷系統(tǒng)的演變。涉及起團隊作用的后勤、計算機通訊技術(shù)、算法、數(shù)據(jù)采集與管理的工具、模型特征、軟件性能以及公司如何利用軟件設(shè)計分銷系統(tǒng)。指出了若干與數(shù)據(jù)有關(guān)的理論課題，如 ，產(chǎn)品與用戶的歸并（aggregation）、庫存函數(shù)的線性化、運輸比例中的差錯的影響等將是今后的研究方向。涉及算法，Benders分解法、因子分解法，并作了比較。涉及國際模型，作者強調(diào)，需涉及專門的金融及有形的數(shù)量在模型中，稅收、退稅在國際分銷模型中起重要作用。涉及數(shù)據(jù)管理，包括數(shù)據(jù)的采集、換算及其有效性的確定。其方法的選擇是戰(zhàn)略國際后勤模型的成功應(yīng)用的關(guān)鍵。主要問題是“applicationspecific details”?；跀?shù)據(jù)庫的SQL對于數(shù)據(jù)采集呈現(xiàn)出很多優(yōu)點。Thomas and Griffin (1995) 對涉及協(xié)調(diào)的文獻作了廣泛的評述。今后研究課題：非線性運輸成本的建模、生命周期約束、一般國際供應(yīng)項目、國際問題中的第三方以及供應(yīng)鏈內(nèi)部的分界點的確定等。Slats (1995) 對后勤鏈的特征進行了描述，重點最新技術(shù)發(fā)展上，如，EDI、PDI 。這些技術(shù)可改進對供應(yīng)鏈中的信息流的控制。OR、MS 技術(shù)，如，數(shù)學(xué)規(guī)劃、啟發(fā)式算法和模擬等。應(yīng)用分析模型的缺點，如為使問題易于求解而作了不切實際的假設(shè)與忽視了不確定性。為克服之，有必要建立一個試驗環(huán)境“后勤實驗室”。Verter and Dincer (1995) 討論了多國機構(gòu)的設(shè)施選址問題?！爸圃鞈?zhàn)略”與其他戰(zhàn)略及其交互作用構(gòu)成了確定一個公司的全球框架的核心部分。而生產(chǎn)分銷網(wǎng)絡(luò)是構(gòu)建全球供應(yīng)鏈框架的有效工具。多數(shù)模型重點在選址與分配決策的優(yōu)化，而忽視了重要的結(jié)構(gòu)方面，如性能和制造設(shè)備的技術(shù)含量。未涉及全球市場的不確定性，如匯率與價格的變化。提及了選址與資金決策之間的交互作用的模型。 結(jié)論，關(guān)于國際的戰(zhàn)略生產(chǎn)分銷模型的研究文獻十分有限。現(xiàn)有的模型的結(jié)構(gòu)方面的可行性問題值得研究。都未提及全球環(huán)境的動態(tài)性質(zhì)，作者指出特別需要研究的是：l 包括一個公司的核心能力，如質(zhì)量、柔性和交貨狀態(tài)；l 在全球供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)決策中考慮全球協(xié)調(diào)；l 包括競爭對手的作用與政府的政策、法規(guī)；l 研制更有效的算法，以結(jié)構(gòu)決策變量的方式得到最優(yōu)結(jié)構(gòu)。22、優(yōu)化模型221、 MIP模型 Geoffrion & Graves (1974), 在一個多產(chǎn)品單時段的生產(chǎn)分銷問題中，最早用MIP解決這類問題，基于Benders分解算法求解。之后，一直用 Benders分解算法求解這類模型。但如今正在被其他方法取代，如因子分解法（Brown & Olson 1994）。 由Geoffrion & Graves 建立的模型描述了一個涉及幾個已知性能的工廠、分銷中心和消費群的生產(chǎn)分銷系統(tǒng)。目標(biāo)函數(shù)中包括固定的和可變的（線性）成本，DC、生產(chǎn)成本和線性的運輸成本。約束條件包括工廠的性能、用戶的滿意率、用戶區(qū)域的單個來源、DC中產(chǎn)量的范圍和線性結(jié)構(gòu)約束（二進制變量，邏輯變量）。 主要貢獻是解法。簡言之，一些二進制變量用解“主問題”法暫時固定，接著，余下的問題可以化為一系列傳統(tǒng)的運輸問題，每次針對一個商品，這一過程是迭代的并且在完整問題的最大、最小邊界之間發(fā)展，當(dāng)最大、最小邊界的差距小于或等于指定值時，終止。 Geoffrion (1978) ，對基于分解算法技術(shù)的戰(zhàn)略生產(chǎn)分銷系統(tǒng)計劃提出了一個現(xiàn)狀報告，1982年給出了修改稿。 Cohen & Lee (1985) ，PILOT 生產(chǎn)分銷模型。確定最小成本的數(shù)學(xué)規(guī)劃，非線性目標(biāo)函數(shù)，Geoffrion(1974)模型的推廣。進一步包括了工廠的開設(shè)與關(guān)閉、伴隨的生產(chǎn)計劃決策和原料與中間產(chǎn)品的物流。其解法是嵌入在一個大型電腦化的制造計劃支持系統(tǒng)（MPSS）的一個啟發(fā)式算法。 Hodder & Dincer (1986) ，含資金內(nèi)容的國際工廠選址模型?？紤]到了匯率的變化、市場價格、國際利潤率和在隨機環(huán)境下的固定成本。生產(chǎn)成本、運輸成本、進口關(guān)稅、出口稅隱含在凈值的稅收計算中。目標(biāo)函數(shù)為稅后利潤的期望值與隨利潤變化具風(fēng)險因素的結(jié)果之間的差異。約束條件包括工廠的性能、市場需求的上限、資金上的限制和決策變量的限制。大規(guī)模的非線性MIP，求解近乎不可能。設(shè)計了近似算法，1,600個連續(xù)變量、20個整數(shù)變量 。DEC上CPU時間7分鐘。未考慮多產(chǎn)品、運輸渠道、供應(yīng)商、多級DC、內(nèi)部轉(zhuǎn)運和庫存成本。 Brown (1987) 給出了多商品的MIP模型，用以確定工廠的開/閉，每個工廠生產(chǎn)的商品和遞送給每一用戶，設(shè)備分配NABISCO。 可變的生產(chǎn)和裝運成本，固定的設(shè)備分配成本，固定的工廠運營成本包括在目標(biāo)函數(shù)中。約束條件，用戶需求滿意率，平衡約束，多產(chǎn)品能力約束，分配工廠的設(shè)備最大量以及每一設(shè)備在每一工廠的生產(chǎn)產(chǎn)品數(shù)量的上界。模型的求解，用到了類似于Geoffrion(1974)的一個分解算法，將生產(chǎn)目標(biāo)約束加入主問題。這些約束以一個小的線性懲罰費用加入，依作者稱，使用目標(biāo)對分解算法的性能有十分嚴(yán)重的影響。Cole(1995)的主要工作，考慮正常需求和基于安全庫存隨機用戶服務(wù)與倉庫選址，用戶分配、運輸渠道選擇，在Cole的模型中當(dāng)安全庫存用很大時，其作用明顯。 Cohen (1989) 區(qū)別于單一國家的國際供應(yīng)鏈模型?？紤]了稅收、關(guān)稅、不同的稅率、貨幣匯率的隨機波動和地方法規(guī)。動態(tài)的、非線性MIP模型。該模型的主要貢獻是明顯包含了賣方供應(yīng)合約，即固定的賣方成本與訂合約，以及地方限制。匯率的隨機波動雖被提及但未包含在模型中，這是因為一旦加進去，模型會變得難以求解。見Hodder(1986)。使用啟發(fā)式算法求解，先固定交換成本與分配經(jīng)營開支變量，使得模型轉(zhuǎn)換為易處理的線性MIP模型。求解之后，資金變量的最優(yōu)值便得已確定，過程重復(fù)進行直至獲得可接受的解。此模型的某些變形已有很成功的應(yīng)用結(jié)果。Cohen & Lee(1989) 單一時段的多商品模型，為一個國際公司分析了資源配置決策問題。是上述模型Cohen(1989)的簡化?？紤]了稅后利潤 的最大化，包括可變的生產(chǎn)、采購成本、運輸成本、固定的組織與倉儲成本和固定的賣方成本。約束條件：工廠的生產(chǎn)性能、每個工廠（主要部門和輔裝配線）的物料需求、工廠與DC之間的平衡約束、需求限制、可行流約束（系統(tǒng)結(jié)構(gòu)約束）、供應(yīng)商的性能和交易要求。顧及公司的國際間的相互作用，后者表示一些國家之間的協(xié)議。該模型在特定時段相繼運行以反映不同時段的特點。不同組的二進制變量的值確定以分析多種情況，進而，LP問題得以解決。1,500個連續(xù)變量，3,000個約束條件，計算過程與時間未提及。Cohen & Moon(1991) 混合整數(shù)多產(chǎn)品模型。尋求內(nèi)地的原材料流、生產(chǎn)線的分配、生產(chǎn)規(guī)模以及在生產(chǎn)分銷系統(tǒng)中銷往外地（國）的最終產(chǎn)品流的確定。主要貢獻：針對求解帶有分段線性凹生產(chǎn)成本函數(shù)的一些生產(chǎn)分銷系統(tǒng)提出了一種算法。也有局限。作者稱，除非是一個特殊結(jié)構(gòu)，全球優(yōu)化算法是不可能得到的。求解用到了常見的Benders分解技術(shù)的一個變形。求解了一個帶60個二進制變量和204個連續(xù)變量的小問題CPU49秒。Cohen & Kleindorfer(1993) 全球公司運營的一個標(biāo)準(zhǔn)模型框架，Cohen 等（1989）的工作的推廣。選址、性能、產(chǎn)品混合、物流和資金流方面的特征作為決策變量。其結(jié)構(gòu)：一個主問題、一個單時段隨機規(guī)劃的子問題與一組子模型組成。其中主問題是一個多時段的隨機規(guī)劃。一組子問題是兩個規(guī)劃之間的相互作用，如，隨機供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)模型，資金流模型，隨機交換率模型，價格/需求模型。作者稱，模型的幾個版本已獲得成功或正在試驗中，如上述的Cohen & Lee(1989)。該模型在不同場合的應(yīng)用研究正在進行，然而，文中沒有數(shù)學(xué)的推導(dǎo)與信息。Brown & Olson(1994) 新的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，動態(tài)的行因子分解法，用于LP的基的特殊結(jié)構(gòu)的確定。應(yīng)用于兩個模型，1、OPS，類似于Geoffrion & Graves(1974) 的問題。多商品單時段模型。2、DEC. Arntzen(1995)下面討論。對這些模型，因子分解法的應(yīng)用顯示出很好的前景。Goetschalckx (1994,1995) 戰(zhàn)略生產(chǎn)分銷系統(tǒng)的通用模型。他們試圖打破用戶設(shè)計模型、解法技術(shù)與通用模型生成器（如，GAMS & AMPL）之間的一種平衡（僵局）。算例顯示，時間較之一個商業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)MIP解法較少。Arntzen (1995) 全球供應(yīng)鏈的多時段、多商品的混合整數(shù)模型的優(yōu)化。目標(biāo)函數(shù)：可變的生產(chǎn)、庫存、裝運成本，固定的生產(chǎn)、生產(chǎn)方式（風(fēng)格）的成本與為重新出口的產(chǎn)品賺取的信用貸款的節(jié)余。目標(biāo)函數(shù)中的所有成本加以權(quán)因子，而生產(chǎn)、運輸時間加以權(quán)因子1。成本與時間的單位度量不同，如何處理文中未講。約束條件：用戶需求滿意率、物料平衡、全球物料清單(BOM)、設(shè)施的產(chǎn)量、性能、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)限制、決策變量限制、匯率、地方法規(guī)、退稅、稅收信譽。主要貢獻，包括了匯率、地方性內(nèi)容、全球稅收、BOM約束。作者稱，已解決了一些模型，從2,000到6,000個約束，5,000到20,000個變量，其中數(shù)百個二進制變量。他們稱，用“非傳統(tǒng)”方法，如彈性約束、行因子分解、分級法、約束分支枚舉，可以得到給人印象深刻的結(jié)果，并且總能得到最優(yōu)解。Cole(1995) 戰(zhàn)略庫存選址、分配系統(tǒng)（SILAS），多商品、多級、單時段混合整數(shù)模型，求最優(yōu)的戰(zhàn)略生產(chǎn)分銷系統(tǒng)。主要貢獻：CPLEX、模擬。 目標(biāo)函數(shù)：約束條件：三個算例，最大的有2297個約束條件，2907個變量（其中887個二進制），用CPLEX 593秒。Vidal & Goetschalckx(1996) 在戰(zhàn)略生產(chǎn)分銷模型中，第一個試圖包括供應(yīng)商的可靠性。最小的例子，450個變量、510個約束，展示了在GLS框架中的不確定性的影響。用到了商業(yè)建模語言和解法。IBM RS6000用時15秒。222、其他優(yōu)化的研究思路未用到MIP的其他一些優(yōu)化模型。Burns(1985) 從一個供應(yīng)商貨運至多個用戶的貨物分銷優(yōu)化問題。比較了兩種模型。Cohen & Lee (1988) 一組隨機子模型，包括物料控制運營、一系列生產(chǎn)過程、最終產(chǎn)品庫存、一個分銷過程。這些子模型用一組變量彼此聯(lián)接。在一些假設(shè)下，子模型可以相互獨立地得到優(yōu)化。然而，最終的優(yōu)化問題難以求解，因此，作者用了一個啟發(fā)式算法得到好的運營策略。未考慮設(shè)施選址、性能計劃、技術(shù)選擇。雖然這種方法在GLS的設(shè)計中有局限，但它似乎是Cohen & Kleindorfer(1993)的標(biāo)準(zhǔn)模型框架中的一部分。在以上MIP模型中，Cole（1995）唯一明確包含了隨機安全庫存作為服務(wù)因素，在單一國家的環(huán)境中似乎是最好的模型。Arntzen（1995）模型是國際供應(yīng)鏈方面最好的。23建模的補充說明許多研究雖未給出模型，但描述了構(gòu)建過程中的重要方面。在全球模型設(shè)計中，嚴(yán)格要求將供應(yīng)商與用戶歸并到某種“域”（zones）中、將產(chǎn)品歸并為一組。Geoffrion(1977) 給出了，當(dāng)分析人員想將項目的子集組織在一個后勤設(shè)計模型中時，如何得到供應(yīng)商歸并的合適方法。Geoffrion & Powers(1980) 解決綜合的分銷計劃問題時，對優(yōu)化能力的需要的主要理由。模型的柔性，各種“what if”問題。Lee & Billington (1992) 介紹了供應(yīng)鏈管理中的14種缺陷及其案例，并提出了改進的方向。Ballou (1994) 在選址問題上的用戶歸并時，分析人員采用手段的重要性。列舉了兩個錯誤的原因。24案例研究與應(yīng)用許多報告將戰(zhàn)略生產(chǎn)分銷模型用于實際的后勤設(shè)計案例中。對了解問題的規(guī)模、計算時間方面非常有用。然而一般沒有比上述更新的特點，或所述模型沒完全描述出來。如，。大量文獻涉及全球供應(yīng)鏈設(shè)計與協(xié)調(diào)的管理上的方法。一些側(cè)重特殊的課題，如，戰(zhàn)略聯(lián)盟、全球資源或匯率波動。另一些對國際供應(yīng)鏈情形的決策作了集成分析，給出了簡要范例。Kogut(1985) 作為對匯率的波動、政府政策的波動與競爭趨勢的復(fù)雜性的反應(yīng)，討論了一個全球公司的柔性的重要性。Lessard & Lightstone (1986) 和 Carter & Vickery(1989) 關(guān)于匯率波動的更詳細的分析。描述了多國公司的運營exposure風(fēng)險以及包圍和管理這些exposure 的可能的方法。Ohmae(1989) 討論了作為在激烈競爭的國際市場獲勝的基本手段，戰(zhàn)略聯(lián)盟的基本特征。Fagan(1991) & Monczka & Trent (1991)給出了全球公司的資源的有利方面，相反，Davis (1992)討論了不便利和可能的負面效果。Fawcett(1992) 討論了集成，提出了具有協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)略后勤對于全球制造戰(zhàn)略的有效管理的重要性。Min(1994)在國際采購情形下基于多項標(biāo)準(zhǔn)的供應(yīng)商的選擇，給出了一種通用的分步方案。Klassen & Whybark(1994) 在國際環(huán)境下如何對制造運營的有效管理的主要障礙的確定和分等。Goldsborough(1992)關(guān)于全球后勤管理的完整的分析，比較了本地與國際后勤，描述了全球信息系統(tǒng)和決策支持系統(tǒng)（DSS）的基本的因素。Bartmess and Cerny(1993)說明了基于傳統(tǒng)方法（強調(diào)直接勞動力成本）與基于公司核心資產(chǎn)的選址決策的根本區(qū)別。與此類似，Mac Cormach (1994)強調(diào)了基于關(guān)鍵數(shù)量因素的國際選址決策的重要性，如基本設(shè)施與管理項目取代了僅依據(jù)成本因素。作者給出了對選址決策的四種狀態(tài)的決策過程。這篇文章說明了管理決策與MIP模型合作的重要性。經(jīng)理列舉出基于數(shù)量與質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的一個可行選擇范圍，MIP用來在各種選擇中選出最好的結(jié)構(gòu)。2-5、已有全球供應(yīng)鏈MIP的評注根據(jù)上述評述與我們的了解，關(guān)于全球供應(yīng)鏈系統(tǒng)的戰(zhàn)略設(shè)計的MIP模型非常缺乏，事實上，在最新的一篇評述（Vetter and Dincer(1995)）文章中，涉及國際環(huán)境的戰(zhàn)略生產(chǎn)與分銷模型的文章十分有限。Fawceff(1995)具有同樣的觀點。表2給出。3特征不全與研究機會通過分析兩張表可得出結(jié)論：很少考慮重要的隨機因素，如用戶服務(wù)水平和交貨時間。另外，多數(shù)未包括單一來源、庫存成本和BOM約束，而后一種特征對裝配系統(tǒng)是基本的，尤其是當(dāng)不同部件不自幾個不同的國家裝配成產(chǎn)品的情形。雖然Cohen and Kleindorfer(1993)的唯一模型涉及了多數(shù)方面，但作者未給出數(shù)學(xué)上的推導(dǎo)。他們模型的專門應(yīng)用通過假設(shè)而轉(zhuǎn)換成更易控制的但缺少一般性的模型。Srntzen(1995)的模型，雖也涉及國際項目，然而，是一個完全確定模型，在目標(biāo)函數(shù)中兩個不同的性能指標(biāo)不清楚。最有意義的模型之一Cole(1995)但未包含國際特征并且忽視BOM約束?；谝陨峡紤]，我們宣稱，研制更廣泛的全球供應(yīng)鏈模型存在著許多機會，包括BOM約束，更多隨機因素，在全球環(huán)境中很重要的數(shù)量方面。特別的研究方向如下：l 明確包含更多隨機特征；l 在賣主與運輸渠道選擇中，考慮賣主與運輸?shù)目煽啃?；l 用戶服務(wù)水平列入約束集；l 在國際供應(yīng)鏈中潛在的規(guī)模經(jīng)濟的建模；l 定性因素的模擬，如一個國家的基本設(shè)施；l 按國家對產(chǎn)品區(qū)別；l 對不同國家的恰當(dāng)?shù)倪^剩能力的確定；l 商品流、資金流和信息流的協(xié)調(diào)；l 聯(lián)盟與多公司網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的建模；l 專門的解法的研制。 構(gòu)造一通用、單個模型集成所有方面幾乎是不可能的。從表1、表2、可看出，被某種模型考慮到的因素而被其它的模型所忽視，反之亦然。由此，對于GLS的設(shè)計，我們需要一組相互關(guān)聯(lián)的子模型作為通用DSS的一部分，這些子模型必須具有一致性。每個子模型重點代表幾個因素，但它必須足夠靈活以便于與其它子模型相關(guān)聯(lián)。這一概念在Slats(1995)文中以“后勤實驗室”的術(shù)語作了基本的陳述。其中包括優(yōu)化工具、啟發(fā)式算法、模擬性能。按這一觀點，Cohen and Kleindn(1995)的模型框架代表了為GLS設(shè)計獲得有效戰(zhàn)略模型的未來的方向。很明顯，在這部分，優(yōu)化模型的角色對于為管理決策提供有效的支持手段是關(guān)鍵的。然而，我們也發(fā)現(xiàn)文獻中沖突的觀點。一種觀點，Cleares and Mesch(1996)傳統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)在不確定性與多目標(biāo)的設(shè)計中的重要性，指出OR起作重要的作用。另一種觀點，現(xiàn)今的數(shù)學(xué)模型對支持改進是非常局限的。 與此相反，Slats(1995)，OR在支持再工程過程中是不可缺少的，并且分析了集成結(jié)果和新技術(shù)的使用。他們稱對OR的挑戰(zhàn)是要求研究出有效的能被管理上接受的決策支持工具。舉例，其它作者，稱OR/MS技術(shù)在商業(yè)再工程（重組）中起關(guān)鍵作用（Cypress(1994)）。進一步Slats稱，信息技術(shù)，通信信息學(xué)的最新進展，使得OR模型更樂觀地應(yīng)用于商業(yè)過程的實時控制中。