物流系统模拟和仿真课件第三章.ppt

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1、1,第三章 供应链系统建模与优化,2,3.1供应链的概念及其特征,3.1.1 供应链的概念 在中华人民共和国国家标准物流术语GB/T18354-2019中，对供应链的定义是“供应链(Supply Chain)是生产及流通过程中，涉及将产品或服务提供给最终用户活动的上游与下游企业所形成的网链结构”。我们对这个术语可以这样来理解，即供应链是围绕核心企业，通过对信息流、物流、资金流的控制，从采购原材料开始，制成中间产品以及最终产品，最后由销售网络把产品送到消费者手中的将供应商、制造商、分销商、零售商直到最终用户连成一个整体的功能网链结构模式。,这个定义具有以下特点：它是一个范围更广的企业结构模式，它

2、包含所有加盟的节点企业，从原材料的供应开始，经过链中不同企业的制造加工、组装、分销等过程直到最终用户；它不仅是一条联接供应商到用户的物料链、信息链、资金链，而且是一条增值链，物料在供应链上因加工、包装、运输等过程而增加其价值，给企业都带来收益；在这个网络中，每个贸易伙伴既是其客户的供应商，又是其供应商的客户，它们既向上游的贸易伙伴订购产品，又向下游的贸易伙伴供应产品。,3.1.2 供应链的特征 供应链作为习惯称呼，是从上、下游关系来理解从供应商的供应商到用户的用户的关系。但事实上不可能是单一链状结构，而是交错链状的网络结构(Supply Network)。在供应链竞争中，企业的竞争模式是这样的

3、：企业处于相互依赖的网络中心，这个网络中的参与者通过优势互补结成联盟，供应链之间的竞争是通过这种网络进行竞争的。因此，为了在供应链竞争中处于领导地位，必须在内部整合的基础上，集中于供应链的网络管理。供应链时代的网络竞争建立在高水平的、紧密的战略发展规划基础上，这就要求供应链中各合作者必须共同讨论网络的战略目标和实现战略目标的方法及手段，在相互合作中，共同提高绩效以获得双赢。这里的双赢不是指参与的双方各取赢利的50%，而是指所有的合作者都从合作中受益。,一般来说，供应链还具有以下特征：复杂性。因为供应链节点企业的组成跨度(层次)不同，供应链往往由有多个、多类型的企业构成，它们之间的关系错综复杂，

4、关联往来和交易多。动态性。供应链管理因企业战略和适应市场需求变化的需要，其中的节点企业需要动态的更新和调整，这就使得供应链具有明显的动态性。面向用户需求。供应链的形成、存在、重构，都是基于一定的市场需求而发生的，并且在供应链的运作过程中，用户的需求拉动是供应链中信息流、产品、服务流、资金流运作的驱动源。交叉性。节点企业可以是这个供应链的成员，同时也可以是另外一个供应链的成员，大多的供应链形成交叉结构，增加了协调管理的难度。创新性。供应链夸大了原有的单个企业的物流渠道，充分考虑了供应链整个物流过程以及影响此过程的各个环节和因素。风险性。供应链的需求匹配是一个持续性的难题，供应链上的消费需求和生产

5、供应，始终存在着时间差和空间分割。,3.1.3 供应链的结构模型,1.供应链的方向 在供应链上除了有物流和信息流外，还存在资金流。在正常情况下，物流的方向一般都是从供应商流向制造商，再流向分销商。在供应商的研究中，我们也按照物流的方向来定义供应链的方向，以确定供应商、制造商和分销商之间的顺序关系。模型中的箭头方向即表示供应链的物流方向。2.供应链的级 在模型中，定义C为制造商时，可以相应地认为为一级供应商，A为二级供应商，而且还可依次地定义三级供应商、四级供应商同样，可以认为的D为一级分销商，E为二级分销商，并依次地定义三级分销商，四级分销商一般地讲，一个企业应尽可能考虑多个供应商或分销商，这

6、有利于从整体上了解供应链的运行状态。,二、供应链的网状结构模型,1.入点和出点,2.子网,3.2 供应链系统建模方法,3.1.1 供应链管理决策与供应链模型 在供应连管理决策中，供应链模型主要描述供应链的决策内容。供应链中的决策通常包括:采购决策、制造决策、运输决策、存储决策和销售决策等 一般认为供应链模型至少应该能够为决策人员提供四方面的服务:(1)确定在应用条件下最优的库存和服务水平对应关系;(2)帮助决策人员分析、预测供应链中的不确定因素，确定安全库存水平和订货策略，优化投资;(3)进行What-if分析，帮助决策人员评估各种方案以选择其中最有利的方案;(4)进行面向供应链M的设计(De

7、sign-for-供应链M)，评价不同设计和工艺对供应链运行中库存和服务水平的影响，通过协调提高整体效益。,表3.2 供应链管理决策内容,3.1.2 供应链系统建模方法 虽然目前不同文献中使用的模型各异，但就常用的建模方法而言，基本上可以分为网络设计方法、近似方法和基于仿真的方法三种。这些方法大多采用数学模型，为了确切地表示供应链中模型的运用，将它们统称为供应链建模方法。,一、基于运筹学的建模（OR based Modeling Methods）基于运筹学的方法一般使用整数规划、混合整数规划、排队论、策略评价模型、网络流以及博弈论模型、统计分析和传统的优化方法来描述和求解问题，模型可以覆盖供应

8、链管理中的所有领域，主要用于策略性决策。求解的方法主要有分支定界法、Lagrange松弛方法、Bender分解方法和行因子化方法等。,(1)线性方程(LP)模型 在线性模型中，用线性的数学关系建立问题的模型。没有引入现实的实体，只是引入了它们之间的关系以及对所考虑的目标函数的影响。模型没有定性的分析，模型中每个物体都是定量的。(2)整数/混合整数规划模型(IP/MIP)IP模型和LP模型是相似的，只是决策变量必须是整数(0,1,2.，)。它们较多地用于产品和设备的方面的后勤分析;不可能建立1.5个工厂或建立2.3个仓库。(3）网络模型 网络模型，同时也称优化模型，是供应链分布的网络图形表示形式

9、。,二、近似方法 近似方法在供应链M 中主要用于经营性决策。把近似方法应用于供应链M，是从库存管理的角度来处理问题，把其中的生产和运输环节近似为定常过程。这样建立的供应链模型一般被称作多级库存系统，主要研究在同时考虑多级库存的情况下建立库存控制策略及确定控制参数。,对供应链中多级库存问题的研究表明，它在降低库存、提高用户服务水平等方面能够起相当大的作用，但还是存在着一些比较明显的缺陷，如:只注重供应链中的库存，而忽视了其中的生产和运输问题，更不要说与它们之间的协调；目前处理的系统结构都只限于树状结构，而不是实际的网状结构；对模型的约束太多，由于求解需要，对需求、延迟时间分布等使用了一些近似的假

10、设；忽略了非平稳随机因素的存在。这些缺陷限制了有关研究结果在实际问题中的应用。除多级库存理论外，在制造系统研究中用得比较多的排队网理论、流体近似方法等也应该属于此类，它们能够考虑生产或运输环节的随机性，而且研究得也已经比较深入，因此有可能在供应链M 研究中作为一种有效的方法，但目前在该领域几乎还没有被使用。,三、基于仿真优化的方法 系统仿真（也称计算机仿真或计算机模拟）是通过建立仿真模型，在计算机上再现真实系统，并模拟真实系统的运行过程而得到系统解的研究方法。虽然仿真模型非常准确，但是也要有一定的代价:从决策者的立场看，在采用仿真优化模型的同时，还要有更好的决策支持方法。最坏的情况是:很多分析

11、人员用仿真的方法为供应链和物流问题建模,然后进行的人工评价和比较，而不运用任何有效的模型求解等决策支持方法。,(1)基于方程的建模仿真（Equation based Modeling Methods）基于方程的方法主要是采用系统动力学的方法。系统动力学是美国麻省理工学院（MIT）的系统动力学小组在50年代创立和发展起来的一门学科。(2）基于离散事件仿真的建模方法（Di供应链rete Event Simulation based Modeling Methods）对供应链仿真的研究主要是利用离散事件仿真，并综合利用运筹学、软计算等优化及建模技术，重点解决供应链系统中供应链设计、位置决策、库存管理

12、决策等战略决策问题（3）基于多智能自主体的建模方法（Multi-Agent Simulation based Modeling Methods）智能主体（Agent，又称为代理）属于计算机和人工智能领域的范畴。,四、各种方法的比较分析,表3.3 各种建模方法的比较,3.2.3 供应链集成模型 在供应商（相对于制造商的原材料供应）子系统，假定制造商在生产过程中连续地检查每种原材料的库存水平，每当库存降到订货点s(即再次提出订货时的库存水平，在需求不确定时由安全库存和现实平均需求构成)，就订购一定数量的原材料。而且假定，当供应商原材料缺货时，制造商可以延期购买，那么制造商子系统控制原材料库存的年成

13、本是,对于制造商生产子系统，其控制成本模型如下:,对于分销商子系统，假定分销中心采用订货点订货，即每当库存降到订货点0就提出订货，且顾客需求缺货可以延迟，在补给周期内的顾客需求服从正态分布。这样，分销总成本模型为：,集成系统的总成本为：供应商、制造商和分销商层等子系统中安全库存与服务水平有关，计算时 方法类似。同样可求出其他两个安全库存系数。,3.1.3 供应链模型的发展 从供应链模型的发展来看,经历了从简单模型到复杂模型、从单阶段模型到多阶段模型、从单产品模型到多产品模型，从国家模型到国际模型、从确定型模型到随机型模型的发展过程。,3.3 供应商选择问题建模与分析,3.3.1 供应商选择问题

14、概述 一、供应链合作关系 在过去的十多年里，企业面临的竞争环境发生了巨大的变化。许多企业（特别是汽车行业企业）都应用JIT方法进行管理，这样一种方法要求企业加快对用户变化需求的反应速度，同时加强与合作伙伴的合作。全球竞争中先进制造技术的发展要求企业将自身业务与合作伙伴业务集成在一起，缩短相互之间的距离，站在整个供应链的观点考虑增值，所以许多成功的企业都将与合作伙伴的附属关系转向建立联盟或战略合作关系。建立战略性合作伙伴关系是供应链战略管理的重点，也是集成化供应链管理的核心。供应链管理的关键就在于供应链各节点企业之间的联接和合作，以及相互之间在设计、生产、竞争策略等方面良好的协调。,（1）供应链

15、合作关系的定义 供应链合作关系（Supply Chain Partnership，供应链P），也就是供应商-制造商（Supplier-Manufacturer）关系，或者称为卖主/供应商-买主（Vendor/Supplier-Buyer）关系、供应商关系（Supplier Partnership）。供应链合作关系可以定义为供应商与制造商之间，在一定时期内的共享信息、共担风险、共同获利的协议关系。供应商要具备创新和良好的设计能力，以保证交货的可靠性和时间的准确性。这就要求供应商采用先进的管理技术（如JIT、TQM等），管理和控制中间供应商网络。而对制造商来说，要提供的活动和服务包括：控制供应市场

16、、管理和控制供应网络、提供培训和技术支持、为供应商提供财务服务等。,(2)建立供应链合作关系 在一个企业能从实施供应链战略合作关系获益之前，首先必须认识到这是一个复杂的过程，供应链合作关系的建立不仅是企业结构上的变化，而且在观念上也必须有相应的改变。所以，必须一丝不苟地选择供应商，以确保真正实现供应链合作关系的利益。建立供应链合作关系的步骤可以分为以下几个方面:建立供应链战略合作关系的需求分析 确定标准，选择供应商，选择合作伙伴 正式建立合作关系 实施和加强战略合作关系,(3)建立供应链合作关系的制约因素 良好的供应链合作关系首先必须得到最高管理层的支持和协商，并且企业之间要保持良好的沟通，建

17、立相互信任的关系。在战略分析阶段需要了解相互的企业结构和文化，解决社会、文化和态度之间的障碍，并适当地改变企业的结构和文化，同时在企业之间建立统一一致的运作模式或体制，解决业务流程和结构上存在的障碍。,二、供应商（合作伙伴）选择问题（1）集成化供应链管理环境下的合作伙伴 在集成化供应链管理环境下，供应链合作关系的运作需要减少供应源的数量（短期成本最小化的需要，但是供应链合作关系并不意味着单一的供应源），相互的连接变得更专有（紧密合作的需要），并且制造商会在全球市场范围内寻找最杰出的合作伙伴。这样可以把合作伙伴分为两个层次：重要合作伙伴和次要合作伙伴。重要合作伙伴是少而精的、与制造商关系密切的合

18、作伙伴，而次要合作伙伴是相对多的、与制造商关系不很密切的合作伙伴。,（2）选择合作伙伴考虑的主要因素 从调查数据以及通过与一些企业管理人员的交谈中发现，我国企业评价选择合作伙伴时存在较多问题：企业在选择合作伙伴时，主观的成分过多，有时往往根据企业的印象来确定合作伙伴的选择，选择时往往还存在一些个人的成分；选择的标准不全面，目前企业的选择标准多集中在企业的产品质量、价格、柔性、交货准时性、提前期和批量等方面，没有形成一个全面的综合评价指标体系，不能对企业做出全面、具体、客观的评价。,（3）综合评价指标体系的设置原则 系统全面性原则。评价指标体系必须全面反映供应商企业目前的综合水平，并包括企业发展

19、前景的各方面指标。简明科学性原则。评价指标体系的大小也必须适宜，亦即指标体系的设置应有一定的科学性。如果指标体系过大，指标层次过多、指标过细，势必将评价者的注意力吸引到细小的问题上；而指标体系过小，指标层次过少、指标过粗，又不能充分反映供应商的水平。稳定可比性原则。评价指标体系的设置还应考虑到易与国内其他指标体系相比较。灵活可操作性原则。评价指标体系应具有足够的灵活性，以使企业能根据自己的特点以及实际情况，对指标灵活运用。,三、合作伙伴选择方法概述 选择合作伙伴，是对企业输入物资的适当品质、适当期限、适当数量与适当价格的总体进行选择的起点与归宿。选择合作伙伴的方法较多，一般要根据供应单位的多少

20、、对供应单位的了解程度以及对物资需要的时间是否紧迫等要求来确定。目前国内外较常用的方法综述如下。,（1）直观判断法 直观判断法是根据征询和调查所得的资料并结合人的分析判断，对合作伙伴进行分析、评价的一种方法。这种方法主要是倾听和采纳有经验的采购人员意见，或者直接由采购人员凭经验作出判断。常用于选择企业非主要原材料的合作伙伴。（2）招标法 当订购数量大、合作伙伴竞争激烈时，可采用招标法来选择适当的合作伙伴。它是由企业提出招标条件，各招标合作伙伴进行竞标，然后由企业决标，与提出最有利条件的合作伙伴签定合同或协议。（3）协商选择法 在供货方较多、企业难以抉择时，也可以采用协商选择的方法，即由企业先选

21、出供应条件较为有利的几个合作伙伴，同他们分别进行协商，再确定适当的合作伙伴。,（4）采购成本比较法 对质量和交货期都能满足要求的合作伙伴，则需要通过计算采购成本来进行比较分析。采购成本一般包括售价、采购费用、运输费用等各项支出的总和。（5）ABC成本法 鲁德霍夫（Roodhooft）和科林斯（Jozef Konings）在2019年提出基于活动的成本（Activity Based Costing Approach）分析法，通过计算合作伙伴的总成本来选择合作伙伴.（6）层次分析法 它的基本原理是根据具有递阶结构的目标、子目标（准则）、约束条件、部门等来评价方案，采用两两比较的方法确定判断矩阵，然

22、后把判断矩阵的最大特征相对应的特征向量的分量作为相应的系数，最后综合给出各方案的权重（优先程度）。,另外，苔么蔓（Timmerman）提出合作伙伴评价分类法（Categorical method）；温德（Wind）和罗宾森（Robinson）、格理格利（Gregory）提出标重法（Weighted Point Plan）等等都可以用于合作伙伴的选择，但应用在供应链环境下，都存在一些问题，因为没有考虑具体的环境，所以不能有效地进行合作伙伴的评价和选择。,四、合作伙伴综合评价、选择的步骤（1）分析市场竞争环境(需求、必要性)市场需求是企业一切活动的驱动源。建立基于信任、合作、开放性交流的供应链长期

23、合作关系，必须首先分析市场竞争环境。（2）确立合作伙伴选择目标 企业必须确定合作伙伴评价程序如何实施、信息流程如何运作、谁负责，而且必须建立实质性、实际的目标。（3）制定合作伙伴评价标准 合作伙伴综合评价的指标体系是企业对合作伙伴进行综合评价的依据和标准，是反映企业本身和环境所构成的复杂系统不同属性的指标，按隶属关系、层次结构有序组成的集合。,（4）成立评价小组 企业必须建立一个小组以控制和实施合作伙伴评价。（5）合作伙伴参与 一旦企业决定进行合作伙伴评价，评价小组必须与初步选定的合作伙伴取得联系，以确认他们是否愿意与企业建立供应链合作关系，是否有获得更高业绩水平的愿望。（6）评价合作伙伴 评

24、价合作伙伴的一个主要工作是调查、收集有关合作伙伴的生产运作等全方面的信息。（7）实施供应链合作关系 在实施供应链合作关系的过程中，市场需求将不断变化，可以根据实际情况的需要及时修改合作伙伴评价标准，或重新开始合作伙伴评价选择。,3.3.2 多品种下多供应商选择模型 一、问题背景 在一个大型、完备的供应链体系中，核心企业在某一特定时期内，对物资的需求量具有多品种的特性。这是由其自身生产（广义生产）特征决定的。由于核心企业所辖各实业部门的地理位置不同；不同物资的运输状况不同；不同物资的仓储状况不同；不同物资的人事管理以及物资流通手段及程序等等因素不同，使得处在不同地域的物资供应商在给不同的实业部门

25、提供不同的物资供应时，其综合成本以及其它反映供需双方利益得失的评价结果差异很大。在这种情况下，如果具有多家供应商均能够满足核心企业各实业部门的物资供应需求，那么核心企业对供应商进行选择时，应考虑选择多家供应商同时参与供应，而不是只选择一家。这样，才能相对降低供需双方的供应过程成本，提高各自的生产效率，提高其市场竞争力。从而，使供应链体系的柔性达到最大化。以下将用数学模型以及实例来描述和分析这一过程。,二、模型描述 设在某供应链体系中，核心企业在某一生产阶段内需要种物资供应，记为1,2,n。现可提供该物资供应的备选供应商有家。由于不同的供应商针对不同的物资，其供应综合成本是不同的。因而，核心企业如何选择不同的供应商满足其不同的物资需求，对于供需双方都是至关重要的。,3.3.3 问题的求解步骤给出求解多物资供应环境下多供应商选择过程问题的分解算法步骤如：Step:任取一y，使之满足,