物流工程第7章-物流設施選址決策課件

1、第七章物流設施選址決策第一節(jié) 物流設施選址概述第二節(jié) 單設施選址模型第三節(jié) 多設施選址模型第一節(jié) 物流設施選址概述一、基本概念1.物流設施我國國家標準物流術(shù)語(GB/T 183542006)中規(guī)定：“物流設施” (Logistics Facilities)是指具備物流相關(guān)功能和提供物流服務的場所,它包括物流園區(qū)、物流中心、配送中心、各類運輸樞紐、場站港、倉庫等。第二節(jié) 單設施選址模型一、概述單設施選址，是指獨立地選擇一個新的設施地點，其運營不受企業(yè)現(xiàn)有設施網(wǎng)絡的影響。單設施選址問題常在以下幾種情況出現(xiàn):1.新成立企業(yè)或新增加獨立經(jīng)營單位在進行選址時，要考慮的主要因素與一般企業(yè)設施選址考慮的因素

2、相同。2.企業(yè)擴大原有設施這種情況下有原地擴建和另選新址兩種選擇。3.企業(yè)遷址這種情況下的新選位置不會離原有位置太遠，以便仍能利用現(xiàn)有的人力資源。第二節(jié) 單設施選址模型二、單設施選址的方法1.單設施選址的常用假設(1)需求量假設需求量被聚集在一定數(shù)量的點上，每一個點代表分散在一定區(qū)域內(nèi)的眾多顧客的需求總量。(2)成本差異假設忽略不同地點選址可能產(chǎn)生的固定資產(chǎn)構(gòu)建、勞動力成本、庫存成本等成本差異。(3)運輸費率線性假設絕大多數(shù)情況下，運輸費用與運輸距離并不是絕對的線性關(guān)系。(4)直線運輸假設現(xiàn)實條件下，節(jié)點之間的直線距離與實際發(fā)生的行走路線之間存在差異，修正這種差異的方法是將兩點之間的直線距離乘

3、上一個修正系數(shù)。例如，市內(nèi)運輸?shù)男拚禂?shù)可以取1.41，長途公路運輸?shù)男拚禂?shù)可取1.21，長途鐵路運輸?shù)男拚禂?shù)可取1.24，這些修正系數(shù)都是經(jīng)驗值，在實際案例中應根據(jù)交通狀況靈活調(diào)整。(5)靜態(tài)選址假設不考慮未來的收益與成本變化。第二節(jié) 單設施選址模型二、單設施選址的方法2.單設施選址的常用方法(1)重心法重心法是一種簡單的模擬方法，它將物流系統(tǒng)中的需求點和資源點看成是分布在某一平面范圍內(nèi)的物體系統(tǒng)。該方法將市場位置、運送至各市場的貨物量、運輸成本都加以考慮，將各點的需求量和資源量分別看成是物體的重量，將物體系統(tǒng)的重心作為物流網(wǎng)點的最佳設置點，利用求物體系統(tǒng)重心的方法來確定物流網(wǎng)點的位置。

4、在國際選址中，經(jīng)常采用經(jīng)度和緯度建立坐標。它是一種用于尋找運送費用最小化的數(shù)學方法，適用于對單個設施的選址。即第二節(jié) 單設施選址模型 式中TC總運輸成本；Vii點的運輸量；Ri到i點的運輸費率；di從待定倉庫位置到i點的距離。(7-1)第二節(jié) 單設施選址模型設施選址的坐標通過下面一組方程來確定(7-2)(7-3)(7-4)第二節(jié) 單設施選址模型重心法求解步驟如下:1)確定已知的供給點與需求點的坐標、運輸量及線性運輸費率。2)忽略距離di，根據(jù)重心公式求得待選址設施的初始坐標(X0，Y0)。3)根據(jù)第2)步求得的(X0，Y0)計算出di。4)將di代入式(7-2)和式(7-3)，求出修正的(X，

5、Y)。5)根據(jù)修正的(X， Y)重新計算di。6)重復第4)步與第5)步，直到(X，Y)的變動小于理想的準確度。7)根據(jù)求得的最佳選址計算運輸總成本TC。第二節(jié) 單設施選址模型1）負荷距離法負荷距離法的目標是在若干個候選方案中，選定一個目標方案，它可以使總負荷(貨物、人或其他)移動的距離最小。在負荷距離法中，首先需要計算新選址位置距目的地的距離，如圖7-2所示。(7-5)(7-6)第二節(jié) 單設施選址模型設ld表示總負荷，即新選位置與各個目的地之間的負荷距離乘積之和，li表示目的地i距新選位置的距離(幾何距離或直線距離)，di表示移動負荷的大小，則總負荷的一般計算公式為(7-7)顯然，在各個候選

6、方案中，總負荷數(shù)值越小，方案越優(yōu)。使用上述公式可計算出總負荷最小的選址地點，但在現(xiàn)實生活中往往會遇到無法選擇該點作為設施位置的情況，例如該點的地價過高、該點的其他應考慮因素極不理想等。因此，需要考慮其他盡可能有的可行方案。第二節(jié) 單設施選址模型例題7-1某物流配送中心，負責7個連鎖店的配送任務，各連鎖店的位置分布及配送量如圖7-3所示。如果該配送中心設在F(7，2)，則總負荷數(shù)是多少?(使用直線距離)解:ld=(|7-2.5|+|2-4.5|)2+(|7-2.5|+|2-2.5|)5+(|7-5.5|+|2-4.5|)10+(|7-5|+|2-2|)7+(|7-8|+|2-5|)10+(|7-

7、9|+|2-2.5|)14=168第二節(jié) 單設施選址模型2）噸-中心法噸-中心法”的解決方案中，坐落點代表重心或者市場地區(qū)的運動。假設運動的中心代表最低成本位置，成本是重量和距離的函數(shù)，這就揭示了“噸-中心法”解決方案的基本局限，即僅有重量才被考慮。第二節(jié) 單設施選址模型(2)因素評分法因素評分法是使用最為廣泛的一種選址方法。 因素評分法的具體步驟如下：1)確定一組相關(guān)的選址決策因素。2)對每個因素賦予一個權(quán)重，以反映這個因素在所有因素中的重要性。3)對所有因素的打分設定一個共同的取值范圍，一般是110或1100。4)用每一個備選地址，對所有因素按設定范圍打分。5)用各個因素的得分與相應的權(quán)重

8、相乘，并把所有因素的加權(quán)值相加，得到每一個備選地址的最終得分。6)選擇具有最高分的地址作為最佳選址。第二節(jié) 單設施選址模型(3)盈虧分析法盈虧分析法是設施選址的一種基本方法，也稱量-本-利分析法。 這種方法基于以下假設：可供選擇的各個方案均能滿足設施選址的基本要求，但各方案的投資額不同；投產(chǎn)以后原材料、燃料、動力等可變成本不同；產(chǎn)出在一定范圍內(nèi)的固定成本不變，可變成本與一定范圍內(nèi)的產(chǎn)出成正比，所需的產(chǎn)出水平能近似估計只包括一種產(chǎn)品.第二節(jié) 單設施選址模型盈虧分析法一般用圖表法求解，其分析過程如下:1)確定每一備選地址的固定成本和可變成本。2)在同一張圖表上繪出各備選地址的總成本。3)確定在某一

9、預定的產(chǎn)量水平上哪一備選地址的成本最少或利潤最高。在成本分析中，每一地點的總成本TC的計算公式為： TC=FC+VCQ (7-8)式中FC固定成本；VC單位的可變成本；Q產(chǎn)出產(chǎn)品的數(shù)量或體積。第二節(jié) 單設施選址模型例題7-2表7-1列出了4個備選地址的固定成本和可變成本。要求:1)在一張圖上繪出各備選地址的總成本線。2)指出使每個備選地址產(chǎn)出最優(yōu)的區(qū)間(即總成本最低)。3)如果要選擇的地址預期每年產(chǎn)量為8 000個單位，那么哪一個備選地址的總成本最低?表7-14個備選地址的固定成本和可變成本備選地址每年的固定成本/美元可變成本/(美元/每單位)A250 00011B100 00030C150

10、00020D200 00035解:1)選擇最接近預期產(chǎn)量的產(chǎn)出(如每年10 000個單位)，計算在這個水平上每個備選地址的總成本，見表7-2，繪出各總成本線，如圖7-4所示。第二節(jié) 單設施選址模型表7-2總成本計算匯總備選地址每年的固定成本/美元可變成本/美元總成本/美元A250 0001110 000360 000B100 0003010 000400 000C150 0002010 000350 000D200 0003510 000550 000圖7-4利用圖表進行成本-利潤-產(chǎn)量地址分析第二節(jié) 單設施選址模型2)請注意備選地址D雖然在產(chǎn)量較低時成本低于備選地址A，但卻高于備選地址B和備

11、選地址C。因此，可以從圖7-4中B線和C線的交點以及A線和C線的交點所得到的產(chǎn)出水平求出確切的區(qū)間。為了得到詳細的情況，可使它們的總成本相等，從而求得Q，即得到最優(yōu)產(chǎn)出水平的界限。對于備選地址B和備選地址C，100000+30Q=150000+20Q，得到Q=5 000單位/年。對于備選地址C和備選地址A，150000+20Q=250000+11Q，得到Q11 111單位/年。圖7-4中給出了各個備選地址總成本最低時的區(qū)間。3)從圖7-4中可以看出，每年產(chǎn)出8 000單位，地點C的總成本最低。第二節(jié) 單設施選址模型(4)選址度量法選址度量法是一種既考慮定量因素又考慮定性因素,用以支持設施選址的

12、方法。選址度量法的步驟如下:1)明確必要因素。在分析和研究影響設施選址的各種因素時,首先明確哪些是必要因素,凡是不符合任何一個必要因素的方案即被篩選掉。2)對因素分類。將各種因素分類,凡是與成本有直接關(guān)系的、可以用貨幣表示的因素都歸為客觀因素,其他的因素則歸為主觀因素。3)計算客觀度量值。對每個可行性選址方案,都應該計算其客觀度量值,其計算公式為式中Ci第i個可行性選址方案的總成本; Cij第i個可行性選址方案中的第j項成本; Moi第i個可行性選址方案的客觀度量值;各可行性選址方案總成本的倒數(shù)和;m客觀因素的項數(shù);n可行性選址方案的數(shù)目。若將各可行性選址方案的客觀度量值相加,則其總和等于1,

13、即(7-9)第二節(jié) 單設施選址模型4)確定主觀評比值。一般可按下式計算式中Sik第i個可行性選址方案對第k項因素的主觀評比值; Wik第i個可行性選址方案在第k項因素中的比重;第k個因素的總比重值。主觀評比值是一個數(shù)量化的比較值,可以利用此數(shù)值來比較各可行性選址方案的優(yōu)劣。此數(shù)值一般在(0,1)內(nèi),越接近1,則說明該可行性選址方案越優(yōu)于其他選址方案。(7-10)第二節(jié) 單設施選址模型5)計算主觀度量值。其計算公式為：(7-11)Msi第i個可行性選址方案的主觀度值Lk第k項主觀因素的重要性指數(shù)Sik第i個可行性選址方案對第k項主觀因素的評比值m主觀因素的項數(shù)。6)確定位置度量值。其計算公式為(

14、7-12)Mli第i個可行性選址方案的位置度量值X主觀因素的比重值(1-X)客觀因素的比重值Msi、Moi含義同前。7)決策。從多種可行性選址方案中,應當選擇位置度量值最大的可行性選址方案作為設施選址。第二節(jié) 單設施選址模型(5)因次分析法 因次分析法是指將經(jīng)濟因素(成本因素)和非經(jīng)濟因素(非成本因素)按照相對重要程度統(tǒng)一起來進行分析。設經(jīng)濟因素和非經(jīng)濟因素的重要程度之比為mn,經(jīng)濟因素的相對重要性為M,則M=m/(m+n),相應的非經(jīng)濟因素的相對重要性為N,則N=n/(m+n),并有M+N=1。1)確定經(jīng)濟因素對于任一可行性選址方案的重要性因子。Tji為經(jīng)濟因素對于任一可行性選址方案的重要性

15、因子,則有(7-13)第二節(jié) 單設施選址模型2)確定非經(jīng)濟因素對于任一可行性選址方案的重要性因子。第1步:確定任一非經(jīng)濟因素對于任一可行性選址方案的重要性因子。設Tri為任一非經(jīng)濟因素對于任一可行性選址方案的重要性因子,則有(7-14)第2步:確定各非經(jīng)濟因素的權(quán)重比率。設Gr為任一非經(jīng)濟因素的權(quán)重比率,則所有因素的權(quán)重比率之和為1,即G1+G2+Gl=1。第3步:確定非經(jīng)濟因素對于任一可行性選址方案的重要性因子。設Tfi為非經(jīng)濟因素對于任一可行性選址方案的重要性因子,則有(7-15)第二節(jié) 單設施選址模型(7-16)3)確定任一可行性選址方案的重要性指標。設Cti為任一可行性選址方案的重要性

16、指標,即 Cti=MTji+NTfi4)確定最佳可行性選址方案。比較Cti數(shù)值的大小,取數(shù)值最大者為最佳可行性選址方案。第二節(jié) 單設施選址模型例題7-3擬建一座加工廠,有A、B、C三個廠址待選。建廠需要考慮氣候條件、政策法規(guī)和安全性三個方面,其權(quán)重分別為0.2、0.5和0.3,且相應狀態(tài)見表7-3。影響建廠的主要經(jīng)濟因素的成本見表7-4。經(jīng)濟性因素和非經(jīng)濟性因素重要性的權(quán)重比MN為0.70.3。要求利用因次分析法確定最佳廠址。待選廠址非經(jīng)濟因素ABC氣候條件一般一般較差政策法規(guī)寬松一般嚴格安全性較差一般好待選廠址經(jīng)濟因素ABC原材料成本400320380勞動力成本506070運輸費用20302

17、0其他費用102030總成本480430500表7-3各非經(jīng)濟性因素的相應狀態(tài)表7-4影響建廠的主要經(jīng)濟性因素的成本第二節(jié) 單設施選址模型解:1)確定經(jīng)濟因素對于任一可行性選址方案的重要性因子。因為所以,由式(7-13)得：同理TjB0.363 TjC0.312第二節(jié) 單設施選址模型2)確定非經(jīng)濟因素對于任一可行性選址方案的重要性因子。確定任一非經(jīng)濟因素對于任一可行性選址方案的重要性因子,由式(7-14)得氣候條件的比較見表7-5廠址兩兩比較比重和W1iT1iA與BA與CB與CA1122/4B1122/4C0000表7-5氣候條件的比較第二節(jié) 單設施選址模型政策法規(guī)條件的比較見表7-6。廠址兩

18、兩比較比重和W2iT2iA與BA與CB與CA1122/3B0111/3C0000表7-6政策法規(guī)條件的比較廠址兩兩比較比重和W3iT3iA與BA與CB與CA0000B1011/3C1122/3表7-7安全性條件的比較安全性條件的比較見表7-7。第二節(jié) 單設施選址模型各種非經(jīng)濟因素的重要性因子比較匯總見表7-8。待選廠址非經(jīng)濟因素ABC權(quán)重Gr氣候條件2/42/400.2政策法規(guī)2/31/300.5安全性01/32/30.3表7-8各種非經(jīng)濟因素的重要性因子比較匯總各種非經(jīng)濟性因素的重要性因子為TfA=2/40.2+2/30.5+00.30.433TfB=2/40.2+1/30.5+1/30.3

19、0.367TfC=00.2+00.5+2/30.30.200第二節(jié) 單設施選址模型3)計算各廠址的重要性指標ct。因為cti=MTji+NTfi所以ctA=0.70.324+0.30.4330.357ctB=0.70.363+0.30.3670.365ctC=0.70.312+0.30.20.2784)確定最佳可行性選址方案。比較A、B、C三個廠址的重要性指標Cti,因為ctBctActC所以,確定B為最佳廠址方案。第三節(jié) 多設施選址模型一、概述多設施選址與單設施選址相比,更具有現(xiàn)實意義,而且也更為復雜,因為多設施選址時需要同時考慮新設施與現(xiàn)有設施之間的相互影響。如果規(guī)劃得好,各設施之間會相互

20、促進;否則,會起到負作用。1.不同類型多設施選址的特點(1)產(chǎn)品型設施網(wǎng)絡產(chǎn)品型設施網(wǎng)絡是指以某一種或某一系列產(chǎn)品為中心,分別建立不同的設施。(2)市場區(qū)域型設施網(wǎng)絡市場區(qū)域型設施網(wǎng)絡是指各個設施分別面向各自一定的市場區(qū)域。(3)生產(chǎn)工藝型設施網(wǎng)絡生產(chǎn)工藝型設施網(wǎng)絡是指以企業(yè)整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的某一環(huán)節(jié)為中心,分別建立不同的設施或工廠。第三節(jié) 多設施選址模型一、概述2.多設施選址的方位問題設施網(wǎng)絡中的新址選擇,不僅需要確定新設施的位置,還必須同時考慮添加新設施后整個網(wǎng)絡工作任務重新分配的問題,以達到整體運營效果最優(yōu)的目的。工作任務的重新分配會影響到各個設施的最優(yōu)運營規(guī)?；蛏a(chǎn)能力問題。因此,在設施

21、網(wǎng)絡的新址選擇上,至少必須同時考慮和解決位置、工作任務重新分配和生產(chǎn)能力三個方位問題。第三節(jié) 多設施選址模型二、多設施選址的方法多設施選址通常采用離散選址模型,常用的選址方法包括優(yōu)化法、模擬法和啟發(fā)法,如微積分和數(shù)學規(guī)劃模型、多重心法、混合-整數(shù)線性規(guī)劃法、目標規(guī)劃法、樹形搜索法、動態(tài)規(guī)劃法、蒙特卡洛法、集合覆蓋模型法、P-中值模型法、奎漢-哈姆勃茲模型法和鮑摩-瓦爾夫模型法等。這些方法的共同特征是考慮物流各個環(huán)節(jié)的物流費用,在一定的物流服務水平下,根據(jù)不同的算法和模型,求出物流成本最低的最優(yōu)解或滿意解,從而獲得選址方案。第三節(jié) 多設施選址模型1.多重心法以倉庫選址為例,確定需要建立多少個倉庫

22、和每個倉庫服務的市場范圍問題。利用重心法為各個倉庫確定最優(yōu)選址,通過對倉庫數(shù)量各種可能的選擇進行考察,選出其中成本最小的方案。第三節(jié) 多設施選址模型1.多重心法例題7-4已知四個區(qū)域市場的需求分布,如圖7-5所示,現(xiàn)需要作出設置中轉(zhuǎn)倉庫的選址決策。已知倉庫到各市場的運輸費率為0.08美元/件km,每修建一個倉庫每年需承擔的固定成本(如折舊費等)為100 000美元,倉庫的平均維持成本為500 000美元,N為倉庫數(shù)量。假設該種產(chǎn)品由國外進口,無論中轉(zhuǎn)倉庫建在目標市場中的什么位置,該種產(chǎn)品從生產(chǎn)廠到倉庫之間的運輸費用都大致相等,因此,這部分費用在求解時不予考慮。第三節(jié) 多設施選址模型1.多重心法

23、圖7-5已知四個區(qū)域市場的需求分布解:倉庫數(shù)量最少為1,最多為4。對于每種可能的倉庫數(shù)量決策,分別用重心法求出最優(yōu)選擇,并計算物流總成本,然后從中選出總成本最低的方案。考察修建3個倉庫的情況。共有6種可能的搭配方式,針對每種搭配方式,利用重心法求出倉庫的選址。其中,運輸總成本最低的方案就是3個倉庫的最優(yōu)選址決策方案,結(jié)果見表7-9。不同倉庫個數(shù)的最優(yōu)選址方案比較見表7-10。第三節(jié) 多設施選址模型1.多重心法選擇方案供貨任務分配最低運輸總成本倉庫1倉庫2倉庫31M1,M2M3M4932 9532M1,M3M2M41 600 0013M1,M4M2M31 011 9314M2,M3M1M42 0

24、39 6155M2,M4M1M31 018 2356M3,M4M1M21 073 314表7-9修建3個倉庫不同方案下的運輸總成本匯總第三節(jié) 多設施選址模型1.多重心法表7-10不同倉庫個數(shù)的最優(yōu)選址方案比較(N=1,2,3,4)倉庫數(shù)供貨任務最優(yōu)配置運輸總成本最低倉庫坐標運輸總成本/美元庫存維持成本/美元總固定成本/美元物流總成本/美元1M1,M2,M3,M4(8.09,7.44)4 156 042500 0001 000 0005 656 0422M1,M2,M4,M3(6,8)、(11,9)1 951 193707 1072 000 0004 658 3003M1,M2,M3,M4(6,

25、8)、(11,9)、(9,5)932 953866 0253 000 0004 798 9784M1,M2,M3,M4(3,3)、(6,8)、(11,9)、(9,5)01 000 0004 000 0005 000 000結(jié)論:修建兩個倉庫,倉庫1(6,8)服務市場M1,M2,M4),倉庫2(11,9)服務市場M3。第三節(jié) 多設施選址模型2.混合-整數(shù)線性規(guī)劃法混合-整數(shù)線性規(guī)劃法是解決物流網(wǎng)絡設計問題常用的數(shù)學方法。以倉庫選址為例,決策目標是在物流網(wǎng)絡中確定倉庫的數(shù)量、容量和位置,使得產(chǎn)品的物流總成本最小,決策問題的約束條件為:各生產(chǎn)廠的產(chǎn)量;所有的市場需求必須被滿足;倉庫的周轉(zhuǎn)總量與庫存量

26、;同一市場所需的各種產(chǎn)品必須由同一個倉庫供應,不允許交叉運輸。第三節(jié) 多設施選址模型2.混合-整數(shù)線性規(guī)劃法例題7-5如圖7-6所示,有兩種產(chǎn)品(A和B)通過倉庫1和倉庫2向3個市場(C1,C2,C3)供貨。倉庫1(W1)的固定成本為100 000元/年,每件產(chǎn)品經(jīng)倉庫1周轉(zhuǎn)需支付2元操作費,倉庫1的年周轉(zhuǎn)總量上限為110 000件。倉庫2(W2)的固定成本為500 000元/年,每件產(chǎn)品經(jīng)倉庫2周轉(zhuǎn)需支付1元操作費,倉庫2沒有能力限制。工廠1(P1)每年能生產(chǎn)60 000件A產(chǎn)品及50 000件B產(chǎn)品,工廠2(P2)沒有能力限制。生產(chǎn)成本與運輸費率在圖7-6中標出。需確定使用哪個(或同時使用

27、兩個)倉庫,倉庫所需的產(chǎn)品由哪家工廠供貨,并為各倉庫分配服務市場(顧客)。第三節(jié) 多設施選址模型2.混合-整數(shù)線性規(guī)劃法圖7-6混合整數(shù)線性規(guī)劃法示例解:將該問題轉(zhuǎn)化為混合整數(shù)線性規(guī)劃:第三節(jié) 多設施選址模型2.混合-整數(shù)線性規(guī)劃法求解上述混合整數(shù)線性規(guī)劃,結(jié)論如下:只使用倉庫2向3個顧客供貨,由工廠2生產(chǎn)全部產(chǎn)品。運輸總成本=2240000元倉庫維持成本=310000元第三節(jié) 多設施選址模型3.模擬法模型模擬法模型在求解的準確性上要低于數(shù)學優(yōu)化模型,但由于它能滿足企業(yè)人員“在全面反映實際問題的基礎上求出滿意解”的要求,且簡單易懂,因而受到廣泛重視。倉庫選址模擬流程如圖7-7所示。圖7-7倉庫選址模擬流程第三節(jié) 多設施選址模型3.模擬法模型對輸入數(shù)據(jù)的處理分如下兩個部分:1)預處理程序。預處理程序根據(jù)顧客訂貨量的大小將訂單分為兩類:訂貨批量大的訂單,由于達到經(jīng)濟送貨批量而直接由工廠供貨,另一類訂單則由中轉(zhuǎn)倉庫供貨。2)主程序。主程序?qū)π枰獜膫}庫供貨的訂單計算出顧客到倉庫及倉庫到工廠的運輸距離。顧客的訂貨可能從多