第3章物流网络规划物流网络是由多个节点和联系节点的连接(线路 ...

第3章物流网络规划物流网络是由多个节点和联系节点的连接(线路 ... 第3章 物流网络规划 物流网络是由多个节点和联系节点的连接(线路)共同构成的网状配置系统，网络成分之间是相互补充的。在线路上进行的活动主要是运输，包括集货运输、干线运褕、配送运输等。物流功能要素中的其他所有功能要素，如包装、装卸搬运、保管、分货、配货、流通加工等，都是在节点上完成的，信息处理则贯穿到整个物流网络中。因此，物流节点是物流网络中非常重要的部分，需要认真地规划设计。 物流网络规划就是要实现物资的空间效益和时间效益，在保证社会再生产顺利进行的前提条件下，实现各种物流环节的合理衔接，并取得最佳的经济效益。 3.1 物流网络概述 物流活动的开展，需要有物流网络支撑。而一个设计合理、结构严密、层次分明的物流网络，可以有效地降低物流成本，提高物流运作的整体效益。 组成网络相互联系的要素整体形态，叫做网络的结构。物流网络要素在时间和空间的排列顺序就构成了物流网络的结构，包括流动结构、功能结构、供应链物流结构、治理结构、网络结构和产业结构。这里仅介绍物流网络的空间结构，具体可以分为增长极网络、点轴网络、多中心多层次网络和复合网络。 增长极网络是指经济社会集中在一点形成的经济增长点，也是经济集聚与扩散相互协同形成的一种地域经济社会结构。它以一点为核心，呈放射状分布。星形和扇形网络是其呈现的两种典型网络结构形式。直观上可以用一对多网络结构来理解，如图3.1所示。一对多网络结构在工厂-配送中心或者在单个的配送中心-客户的关系当中最为常见。该结构的特点是货物从中央配送中心CDC(如工厂等)分发配送到多个下一级单位，而货物的流经层数可以有多层。在图3.1中，CDC代中央配送中心，RDC代表相对于CDC的下一级单位(如一级配送中心或区域配送中心). 点轴网络是指消费者大多产生和聚集于一点，形成大小不等的市场，相邻节点间的相互作用力并不是平衡辐射，而是沿交通线、资源供应线进行。以点轴为核心的社会经济系统呈现沿干线带状分布为主，对应的物流网络在沿线重要交通站点及枢纽呈放射状分布。带形网络和环形网络是其呈现的两种典型网络结构形式。物流导论第3章 物流网络规划 多中心多层次网络是不同地域之间相互联系和密切合作所形成的一种物流空间网络。它是生产社会化和社会分工协作发展到一定阶段的必然结果，也是物流网络发展的必然趋势。网格形网络就是它的典型形式，直观上可以用多对多网络结构来理解，如图3.2所示。图中，S表示上一级供应商或分厂;P表示下一级生产企业或总装厂。多对多网络结构在实际中更为常见。在多对多物流网络模型中，还可以细分成一级物流网络、二级物流网络和多级物流网络。大批量的生产和销售之间多采用这种网络结构，这种结构可以避免中间不必要的库存，从而大大降低物流费用。 图3.1 一对多网络结构 图3.2 多对多网络结构 复合型网络则很容易理解，它是由两种以上网络结构组合而成的一种网络结构，更符合社会经济发展的特殊需求。图3.3所示为几种代表性的复合型网络结构。 图3.3 物流网络结构类型 通常还有一种网络叫做多对一网络，如图3.4所示。在图3.4 多对一网络结构广义上它属于增长极网络，也是扇形网络的一种。多对一网络结构在生产企业的供应渠道中最为常见。例如，多个供应商同时给一个工厂供应原材料，或者多个分厂同时为一个总装厂提供零部件等。图3.4中，S代表上-级供应商或分厂，P代表下一级生产企业或总装厂。 3.2 设 施 选 址 设施是指一个企业生产系统或服务系统运行所拥有的有形资产，设施选址是确定在何处建厂 或建立服务设施。设施选址的好坏对于企业节约物流成本，构建高效的物流网络非常关键。根据实际情况配置和优化物流设施位置及其内部结构，有助于提升整个物流网络的效率。 3.2.1 设施选址的概念 设施可以分为4个部分: 实体建筑、机器设备、物品资料和工作人员。完整的设施规划也将工作人员纳入设施的中，因其具有弹性度最大和活动面最广的特征，因此也是上述其他3种设施资产类型的使用者和管理者。 设施选址是指运用科学的决定设施的地理位置，使之与企业的整体经营运作系统有机结合，以便有效、经济地达到企业的经营目的。选址在整个物流系统中占有非常重要的地位，设施选址恰当与否，对生产力布局、城镇建设、企业投资、建设速度及建成后的生产经营状况都具有重大影响。在进行设施选址时，必须充分考虑多方面的因素，要慎重决策。选址决策就是确定所要分配的设施的数量、位置以及分配。这些设施主要包括物流系统中的节点，如制造商、供应商、仓库、配送中心、零售商网点等。 3.2.2 设施选址的影响因素与选址程序 影响设施选址的因素很多，有些因素可以进行定量分析，并用货币的形式加以反映，称为经济因素，亦称为成本因素;有些因素只能是定性的非经济因素，亦称为非成本因素。在进行场址选择时，可根据其重要程度的不同，采用适当算法，将经济因素和非经济因素结合起来加以比较。表3.1列出了一些主要的经济因素和非经济因素，可作为场址选择的评价指标。表3.1 影响设施选址的经济因素和非经济因素经 济 因 素非经济因素1. 原材料供应及成本(含运输费用)1. 当地政策法规2. 动力、能源的供应及成本2. 政治环境与经济发展水平3. 土地成本和建设费用3. 环境保护要求续表 经 济 因 素非经济因素4. 水资源及其供应4. 气候和地理环境5. 劳动力成本5. 人文环境6. 产品运至分销点成本6. 城市规划和社区情况7. 供应点的供应成本7. 发展机会8. 税率、利率和保险8. 同一地区的竞争对手9. 资本市场和流动资金9. 地区的教育服务10. 各类服务及维修费用10. 供应、合作环境 设施场址选择规划程序分为3个阶段: 准备阶段、地区选择阶段和具体地点的选择阶段。准备阶段的主要工作是对选址目标提出要求，并给出选址所需要的技术经济指标。地区选择阶段主要为调查研究收集资料，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。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、水文等部门的历史统计资料，收集供电、通信、给排水、交通运输等基础设施资料，研究运输线路以及公用管线的连接问题，整理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。 3.2.3 单设施选址方法 所谓单设施选址，是指在给定一组需求点的条件下，确定设施的位置，为这些需求点提供服务。在物流网络中，选定设施位置的目标一般是使系统运行过程中产生的物流距离总量最小。 w dwd. 对于选址问题，距离有两种常用的度量方式，如图3.5所示。一是折线距离，比较适合于城区范围内的选址，因为城区的道路通常呈现出直棱直角的形式;二是直线距离，比较适合于远距离的选址，因为较远距离的两点，无论是公路还是铁路，多数情况下都比较接近直线。 1. 折线距离 首先考察当给定两点的坐标(x1,y1)和(x2,y2)时，如何确定设施的坐标(x,y)， f(x,y)=|x-x1|+|y-y1|+|x-x2|+|y-y2|(3.1) 如图3.6所示，在图中矩形方框内的任何一点(x,y)都可使上式达到最小，且有图3.5 两点间的距离(1) 图3.6 两点间的距离(2) |x-x1|+|x-x2|=|x1-x2|=常数 |y-y1|+|y-y2|=|y1-y2|= 因此，最优解是图中矩形方框区域，将设施布置在该区域内的任何一点都可使折线总距离达到最小，且为常数|x1-x2|+|y1-y2|. 上述原理可以推广到多个需求点时的情形。给定n个点的坐标(x1,y1), (x2,y2), „, (xn,yn)，确定设施的坐标(x,y)，使该点至所有给定点的总折线距离最短， f(x,y)=?ni=1|x-xi|+?ni=1|y-yi|(3.2) 求解方法如下。将x1, x2, „, xn进行排序，找出中间值。当n为奇数时，最优的x就等于该中间值;当n为偶数时，记两个中间值为xi和xi+1，则最优的x为xi?x?xi+1。例如，给定(3, 8), (14, 5), (7, 9)3个点，将x坐标排序后为3, 7, 14，则最优的x坐标为7。如果给定(23, 4), (6, 2), (11, 31), (4, 25)4个点，将x坐标排序后为4, 6, 11, 23，则设施最优的x坐标为6?x?11。对于最优的y坐标的确定，与上述方法完全一样。 考虑各需求点的物流量的不同，假设需求点i的物流量为wif(x,y)=?ni=1wi|x-xi|+?ni=1wi|y-yi|(3.3) 如果wi为整数，则可以认为在坐标点(xi,yi)处有wi个需求，将nni=1wi点需求的选址问题，然后利用前面的方法获得设施的最优坐标值;如果wi为小数，则可先将其处理为整数形式。例如，假设wi=0.3，可以取wi=3，然后将目标函数缩小1/10，这样就可以用前面的方法求解。 2. 直线距离 直线距离的选址问题要比折线距离的选址问题略显复杂。 f(x,y)=?ni=1wi(x-xi)2+(y-yi)2(3.4) 将上式分别对x和y求偏导数，并令其等于零，理论上可得到使上式最小的x和y值，但其求解过程比较复杂。 现实中的许多物流网络，对于选址的结果并不要求非常高的精度，此时可采用近似的方法得 f(x,y)=?ni=1wi\(3.5) 一般地，使上式达到最小的x和y也会使式(3.4)x=?ni=1wixi?ni=1wi(3.6) y=?ni=1wiyi?ni=1wi(3.7) 式(3.6)和式(3.7)实质上是重心的计算公式，故也被称为选址问题的重心计算方法，可以直接计算得到结果。 例3-1 设某企业E6和需货地E1,E5的位置及需求货物量如表3.2所示，现要从企业将产品送到需货地，有两种方案: 一种是在需货地附近设置一个配送中心，由企业向配送中心批量送货，再由配送中心向需货地配货;另一种采用企业直送方式。已知: 从企业到配送中心每吨货物运输费a6=20元，从配送中心至需求地每吨配送费aj=40元(j=1,2,„,5)，配送中心的运作费用每吨180元。若采用直送方式，从企业到需求地每吨运费rj=40元(j=1,2,„,5). 表3.2 工厂和需货地的位置及需求量需货地和工厂坐 标需求量wj/tE1(150,60)25E2(130,90)15E3(60,130)20E4(30,40)30E5(110,120)10E6(企业)(150,190)100 请以总费用最小为原则，求配送中心应该如何选址,并与直送方式比较，哪种方式更经济, 解: (1) 利用重心法公式(3.6)和式(3.7)(x, y)=(89, 78.5) (2) 若经配送中心配送，则总费用为 总费用=企业到配送中心的运费+配送中心到需求地的运费+配送中心运作费用 =127.095×100×20+5992.99×40+100×180=511909.6 (元) (3) =企业到需求地的运费=?5j=1rjwjdj=544083.6(元) 因此，配送中心的地点选择在(89, 78.5)处，经过配送中心的方式是经济的。 3.2.4 多设施选址方法 一般地，多数企业可能都有几处物流设施，要同时决定两个或多个设施的选址，这样问题就变得比较复杂，但却更实际、更普遍。由于不能将这些物流设施看成经济上相互独立的要素，因此问题十分复杂。这里简要介绍一类多设施选址的网络覆盖模型、线性规划模型和系统仿真模型。 1. 网络覆盖模型 所谓网络覆盖模型，就是对于需求已知的一些需求点，如何确定一组服务设施来满足这些需求点。模型需要确定服务设施的最小数量和合适的位置，它不仅适用于企业物流网络，而且适用于商业物流网络，如零售点的选址问题、加油站的选址问题、配送中心的选址问题等。 2. 线性规划模型 物流网络设计中通常包含许多大型复杂的选址问题，可应用求解选址问题的有效的数学方法，如目标规划法、树形搜索法、动态规划法及其他方法等。目前，比较流行的是混合整数线性规划法，它是商业选址模型中最受欢迎的方法，主要优点是能够把固定成本以最优的方式考虑进去。但其代价也相当可观，除非利用个别问题的特殊属性，否则一般求解计算开销很大。 p-中值法(p-median approach)也是一种利用混合整数规划的选址方法。该方法通过协调点来确定需求点和供给点的位置。其本意是在给定数量和位置的需求集合和一个候选设 p 使设施和需求点之间的运输费用最低。它一般适用于工厂、仓库或配送中心的选址问题，例如要求在它们和零售商或者客户之间的费用最小。 3. 系统仿真模型 物流管理系统与外部环境之间或其各环节之间存在着一定的数学或逻辑关系，可以运用定性分析和定量分析的方法，通过一定的数学逻辑模型去描述这些数学或逻辑关系，反映系统的本质。如果这些数学逻辑关系较为简单，那么所建立的相应的数学模型可以采用数学解析方法求解。但是，许多数学模型十分复杂，很难运用数学解析方法得到解析解。这时，可以借助系统仿真方法来解决实际问题，辅助系统的决策。 系统仿真模型与算术选址模型不同，它要求分析员或管理人员必须明确网络中需要的特定设施。根据被挑选出来等待评估的个别仓库及其分配方案，判断其是最优的，还是接近最优的选址方案。算术模型寻求的是最佳的仓库数量、最佳的位置、仓库的最佳规模，而系统仿真模型则试图在给定多个仓库、多个分配方案的条件下反复使用模型找出最优的网络设计。分析结果的质量和效率取决于使用者选择分析地点时的技巧和洞察力。 3.2.5 动态设施选址 迄今为止，所讨论的选址模型代表的是一类静态的模型，即它们无法提供随时间而变化的最优选址模式。 需求和成本模式会随时间变化，因此选址模型根据现期数据得出的解在未来的经济环境下使用可能被证明是次优的。最优网络布局应是在一个规划期内，从一种布局形式可转换到另一种布局形式，以保证在任何时间网络布局都是最优的。 从一种布局形式转换到另一种布局形式需要付出一定的成本。如果该网络使用公共设施，那么经常改变网络布局或许是可行的，因为关闭某一设施，把货物转到另一个设施处并开始营业的成本不高;反之，如果从一种布局形式转换到另一种布局形式的成本很高(比如设施是自有的或租赁的)，就不应该经常改变网络布局。这样，一开始就实施最优设计会变得非常重要。 关于随时间变化的最优布局，可以通过以下几种方法获得: (1) 使用现期条件和未来某年的预期情况来找出设施的最佳位置。网络根据现年与未来年份之间的平均条件进行布局。 (2) 找出当前最优网络布局，并进行实施。随后，在每一年到来，且该年的数据可得时，找出新的最优布局。如果新旧布局转换带来的成本节约大于搬迁成本，就应该考虑改变布局。该方法的好处是总在使用实际数据。 (3) 找到一个随时间变化的最优布局变化轨迹，精确地反映什么时候需要转换成新布局，应该转换成什么样的布局。设施静态选址分析中已经讨论过的那些方法也可以用到动态规划中来，以找出最优的布局路径。 3.3 仓 储 规 划 仓储指的是商品在使用之前的保管，是介于供应和消费之间的中间环节。仓储系统是物流系统的一部分，其主要功能是在产地或消费地，或在二者之间存储物品，并向管理者提供有关存储物品的状态、条件和处理情况等方面的信息。 3.3.1 仓储的概念 商品的仓储活动是由商品生产和商品消费之间的客观矛盾决定的。商品在从生产领域向消费领域转移的过程中，一般都要经过商品的仓储阶段，这主要是由于商品生产和商品消费在时间上、空间上以及品种和数量等方面的不同步所引起的。仓储具体包括以下几种类型: (1) 剩余储备，指由剩余产品形成的储备，其作用是暂存后用。 (2) 保障储备，指为备战备荒备用，有计划、有目的的储备，其目的是应对不测。 (3) 周转储备，指为使生产和流通顺利进行，在生产和流通的各环节上进行的储备，其作用是缓冲生产和流通各环节间供和需在时间上的矛盾，多了可以存，少了可以流，保证各环节都能顺利进行。 仓储的作用主要表现在以下几个方面: (1) 调节运输能力的差异性。不管是航空运输、航海运输、铁路运输还是长距离的公路运输，运输工具相对于消费市场的客户需求来讲，其运输能力实在是太大了。所以仓储系统是架接生产运输系统和配送运输系统的桥梁，是调节不同运输方式能力的最好工具。例如.铁路运输的大批商品，通过仓库中的分类、加工、整理，按不同的用途和渠道用卡车运送到不同的地点。仓库和供应商从仓储过程中的分类和转运功能中都得到了各自的经济利益。 (2) 降低运输成本、提高运输效率。大规模、整车运输会带来运输的经济性，由于整车运输费率低于零担运输费率，因此仓储可显著降低运输成本,提高运输效率。假如没有仓储，生产企业要把自己的产品送到最终的客户，就必须采用物流成本很高的零担运输;而有了仓储之后，各生产企业可以将各自的产品大批量运到市场仓库，然后根据客户的要求，再小批量运到市场或客户。 (3) 按客户需求进行产品组合。商品的装运组合是仓储活动的一个经济功能。现代社会，消费需求日趋个性化和多样化，消费者需要的产品往往在不同工厂生产。为了满足客户要求，仓储系统可以将产品在仓库中进行配套、组合、打包，然后运往各地客户。否则,从不同工厂满足订货将导致不同的交货期。连锁企业建立的配送中心、物流中心是产品组合功能的最好体现。在城市周边发展起来的配载中心、集货中心、零担转运站也体现了商品流通链中仓储活动所发挥的商品的组合功能。 (4) 调节供需、创造时间价值。由于生产节奏和消费节奏的不一致性，仓储的存在可以改变物品的时间状态，通过克服产需之间的时间差异来获得更好的效用，对市场供应起到“蓄水池”的调节作用。 (5) 预防偶发事件。采购、运输的延迟、缺货等所导致的偶发事件，将极大地影响生产或销售。对于实体供给，因为缺料停工所导致的损失是无法估计的，所以仓储的保障就显得尤其重要。 3.3.2 仓库布局 一般地，一个仓库会储存多种不同的货物。在仓库外围设置有进货站台和出货站台(有些仓库这两个站台是合二为一的)。货物送到后被存放到指定的区域，等待以后再被搬出而离开仓库。 进货批量通常是比较大的，进货频率也就比较低，所产生的货物搬运工作较集中、周期较长。关于出货，既有批量较大、频率较低的情况，如一些原材料仓储基地，也有批量较小、频率较高的情况，如连锁经营的仓储中心。 对于进、出货批量大以及货物存储周期较长的仓库，为各类品种货物划分的区域可设定为半永久性的，如图3.7所示。由于货物的周转率低，首要考虑的问题应是充分利用仓库的空间资源，货位可以是既宽又深，堆码高度在稳定摆放货物所允许的范围内尽可能地高，通 图3.7 半永久性区域仓库