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2008-5-24 0:38:08

[分享]协同型集团供应链研究之二：协同计划的优化

集团协同计划的优化解决方案应该能最大限度地满足其目标标准,模型用于表示系统的必备要素,约束条件用来为优化模型的相关解决方案指定可行性界限，如资源约束条件用于限制生产能力;市场约束条件用于限制销售能力等.

最优的解决方案是描述了预计将获得最有利的结果的一个行为过程。对于这一定义而言，需要注意以下几点。首先，最优解决方案几乎总是通过处理实际系统的模型而发现的。模型并非在每一细节上都代表实际系统，从这个角度来说，模型的解决方案不必与实际系统的解决方案完全相同。有许多种各式各样的模型。例如，建筑物的结构比例模型、机械系统的电路模型、图形模型和数学模型。模型只是将实际系统的本质表现出来，但它不会也不应在每一细节上都与实际系统完全相同。随着在细节上不断增补，模型很快变得越来越复杂并且更加难以处理。

约束条件可以对解决方案进行约束，使其不脱离实际情况。没有约束条件，最优解决方案将没有任何意义。一些资源受到约束的例子，包括：

人工，要考虑到技能、证书、合同限制等方面的限制

机器，要考虑到维护时间和达到所需容限的能力等方面的限制

运输，要考虑到运输方式、重量、体积容量和提前期等方面的限制

财务，要考虑到库存投资和筹资能力有限等方面的限制

目标标准用于评估可行的备选解决方案,目标标准用来衡量预计目标和结果的实现程度。只有在解决方案同时满足所有的约束条件后，它才是可行的解决方案。过多的约束条件可能会导致无法找到可行的解决方案。当在指定的约束条件范围内不存在可行的解决方案时，协同计划优化将通过延长生产日期，使其超出承诺订单的到期日，来强行使该解决方案成为可行的解决方案。

在实施某个解决方案时，有时结果会很令人失望。追根究底，造成失望结果的根源通常可以归咎于在创建模型时所作的错误假设。在假设的基础上，解决方案是正确的。但是，如果假设是错误的，我们找到的是针对表述错误的问题的正确解决方案。该模型并不能有效表示实际系统。

一般用LP线性规划来处理优化,可行性,约束条件和假设.图形线性编程模型的使用,仅现于非现实的简单决策情况.单形线性编程法是一种数学模型,其工作方式与我们刚才看到的图形模型有很多相似之处.该数学模型在功能上更强大, 单形线性编程法可以考虑决策变量(产品)的数量仅受到计算资源的限制.在1949年开发这种方法时,计算资源还非常有限.但如今的计算机能够快速地处理好非常大的线性编程模型.查找最优解决方案需要将非常复杂的试探法与线性编程技术结合在一起使用。

优化的计划与基于约束条件的计划之间有一个重大的不同之处，即优化考虑了成本。协同计划优化用来找出能与目标加权组合最佳拟合的方法（按成本标准来衡量）。因此，设置准确的成本估算是非常重要的。成本估算值必须准确：累计的物料成本,资源费率,资源使用时间,惩罚因子为成本乘数：如：超出人工能力（加班）=150%

将惩罚因子应用于成本。当成本遗漏或非常不准确时，可能会导致意外事件。例如，当未指定库存存储成本时，系统可能计划建立非常大的库存。当人工资源不存在成本问题时，可能会超负荷地使用人工。

条件约束的计划尽管可行，却并非是最优的,实施优化计划时需要在以下各方面做更多的工作：设置目标函数权重;指定惩罚因子;核查成本;使用惩罚因子层次结构，可以根据时间变化实施更为详细的惩罚因子，以便不断提高计划模型的准确性.

ILOG优化和Solver技术,它整合基于内存的计划引擎.是优化供应链计划，以实现基于收入和成本的战略目标:来源补充决策和生产和分配计划.

目前，大多数协同计划优化大多采用高级ILOG优化和Solver技术。可以优化计划来实现财务和其它企业战略目标。基于内存的计划程序可以为每个组织创建协调的生产和分销计划。此外，基于约束条件的计划调度引擎还将确保该计划的可行性并满足所有约束条件。

本文论述协同型集团供应链的协同计划的优化如何更有效的处理纵向一体化的集团管控的优化。

优化协同计划概论

集团协同计划优化APS分为无约束条件的计划、受物料约束的计划、受资源约束的计划、同时受物料和资源约束的计划、经过优化的计划。无约束条件的供应链计划并不是为了解释物料或生产资源的现有能力限制，而是要表明在整个供应链同需要哪些资源才能完全满足给定的主生产计划。这种方法与传统的主生产计划、物料需求计划以及能力需求计划序列所生成的结果不同，主要是显示瓶颈例外信息。对于中等或大型的资源需求计划决策支持来说，这种方法非常有用。基于约束条件的计划是在计划生成过程中确定约束条件,根据条件设置：(1),考虑物料约束条件；(2),考虑资源约束条件；(3),同步考虑物料和资源约束条件

基于约束条件的供应链计划受物料和资源的有限可用性的约束。可以单独或同时考虑物料约束条件和能力约束条件。优化的计划可以将惩罚成本信息设置到系统中，为超出的资源能力设置惩罚成本。以便为优化引擎提供更精确的模型。惩罚成本的目的就是使解决方案不涉及不希望出现的事件，有些惩罚成本是有意设置为不准确,它不是来源于成本会计,它受业务原因影响.供应链计划的优化是计划的高级阶段，需要在更详细的级别上设置惩罚因子。此操作旨在提高生产工序模型的精确性。

惩罚成本是相对的,优化算法会将高成本的备选惩罚因子排除在解决方案之外。通过设置惩罚成本来反映业务优先级，可以优化该解决方案以避免不必要的策略。

供应链计划可以分为: (1),无约束条件的计划;(2),受物料约束的计划.(3),受资源约束的计划;(4),同时受物料和资源约束的计划;(5),经过优化的计划

无约束条件的计划

和传统的MRP计划类似，并假定物料的获取和资源能力都不受限制。物料可用性和资源能力说明用来生成例外消息，以使订单的到期日期与需求日期保持一致。当运行计划以确定供求之间的相应反查关系时，应当包括需求优先级。无约束条件的计划在回答这个问题时非常有用：为了在到期日可以满足所有需求，需要哪些物料和生产资源？

将无约束条件的计划与受资源约束的计划进行比较，可以看出生产能力约束条件对客户服务水平的影响。

无约束条件的计划是主生产计划（MPS）的传统物料需求计划和能力需求计划（MRP/CRP）的扩展。MRP使供应数量和到期日与需求数量和需求日期保持一致。MRP会计算每个时间段内对每种零件的净需求，并在假定物料和资源不受限制的条件下生成补充计划。

无约束条件的计划会在产生需求的同一时间期内生成相应的供应（计划单）。当超出物料和资源能力时，会报告例外消息，但不会自动对计划单进行重新调整，以满足这些约束条件。

在无约束条件的计划中，除非生产批次大小规则导致暂时不平衡，否则，每个时间期的计划产量都与需求相匹配。如计划产量超过生产能力,MRP/CRP例外消息将指出这一情况。计划员可以考虑人工将某些订单移到以后的生产期间，以减轻此期间的工作负荷，也可以重新运行MRP/CRP计算以查看此更改是否会导致生产系统中其它地方超负荷。

受物料约束的计划

所有物料约束条件都可以按制造厂供应计划的形式指定，也可以按将要考虑的供应商的供应能力说明进行指定。如果主要物料的数量有限，系统还将考虑以替代物料代替主要物料或考虑备选供应商来源。对于此类计划，资源的利用率过高或过低都将生成例外消息。

受资源约束的计划

所有资源约束条件，如可用的设备运行时数、运输能力、备选资源和备选物料清单等，都将考虑在内。如果主要物料清单上没有足够的资源来制造装配件，则要对备选物料清单进行评估。对于此类计划，物料约束条件只用来生成因物料不足而导致的例外消息，而计划流程中不考虑物料约束条件。

同步受物料和资源约束的计划

生成的计划考虑了物料、资源、分配和运输约束条件。但没有考虑计划的优化目标或标准。此类计划流程生成的是可行计划，但不一定是最优计划。

基于约束条件的计划在回答此问题时非常有用：在不考虑到期日的情况下，我们如何使用现有物料和生产资源来满足需求？

实施基于约束条件的计划,可以在计划生成过程中确定约束条件，而对于无约束条件的计划，则需要人工调整和重复。

约束条件实例：

物料约束条件：供应商在6月1日至8月31日期间每天最多可以提供500单位的组件物料。

物料约束条件：供应商只在星期一交货。

资源约束条件：某工作中心部门有两台相同的机器，它们在每个工作日的上午7：00到下午3：00之间运行。工艺路线规定了通过该工作中心的物料在设置和生产过程中所占用的设备使用时间。

资源约束条件：将小麦运送到港口会受到七月份可用车皮数量的限制。

优化的计划

优化的目标是使生产计划最适合目标标准.如准时交货是一个优先级相当高的重要目标.又假定延迟供货的损失要高于超过资源能力(加班)的惩罚.优化流程将对这些极其其它折衷成本进行评估.

在针对客户服务平衡物料、资源和运输成本的同时，根据计划目标对生成的计划进行优化。优化计划在回答这个问题时非常有用：利用物料、生产和运输资源来实现客户服务目标、库存投资目标和收益目标的最佳方式是什么？

经过优化的计划自动执行需求与供应决策，从而最有效地满足多个目标：惩罚因子,服务水平,指定了优化目标的重要级别和计划层的惩罚因子

图示使用简化过的数据来说明无约束条件的计划、有约束条件的计划和优化计划之间的区别。

无约束条件的计划图示:略

无约束条件的计划会在产生需求的时间段内生成相应的供应（计划单）。然而，当超出物料和资源能力时，您将收到预警性例外消息。从本图可看到，计划供应数量和到期日期与需求数量和需求日期一致。

受物料约束的计划图示:略

在本图中，物料约束将日产量限制为每天50个单位。

请注意，即使首先完成收入较高但优先级较低的订单会增加计划收益，有约束条件但未优化的计划也必须考虑订单的优先级。

受资源约束的计划图示:略

在本图中，资源约束将日产量限制为每天60个单位。

请注意，在本例中，您将收到例外消息，通知您已经超过物料能力。此外，您还将收到通知优先级为2的销售订单已经延迟的例外消息。

优化计划图示:略

定义最大化计划收益率目标的重要级别较高。

在本图中，物料将日产量限制在50个单位，原因是物料能力低于资源能力。在优化过程中，如果优化流程发现了更能满足优化目标的途径，则订单的优先级可能会被改写。在本例中，由于先完成优先级为2的订单再完成优先级为1的订单能够增加计划收益，从而与订单的优先级发生冲突。

可以对以上选项进行合理组合,使短期计划受物料和资源约束，中期的战术性计划受资源约束，而长期的战略性计划不受条件约束。如果运行优化计划，该计划将在整个计划展望期内得到优化。在ERP中，制造计划,分销计划和生产计划可以替换为供应链计划。

为了应付不确定性，需在整个供应链中为原材料、组件和子装配件设置安全库存. 我们需要考虑交货数量,次品数量,供应商提前期,在途时间.

100%的客户服务水平几乎是不赢利的。有些需求不赢利是由于产生需求的价格太低。其它需求不赢利是由于满足需求的成本太高。在大多数情况下，100%的服务水平需要在库存方面投入大量的资金，以致于存储成本冲减了所有收益。库存优化产生的一种结果是一条平衡曲线，该曲线勾划出收益与服务水平的关系。交货时间的不可靠,要求使用安全库存来满足该不确定期间的需求，直到收到订单时为止，因此，需要在安全库存投资和供应商交货提前期的易变性之间进行折衷。交货提前期的多变性是一种成本因子，库存优化在评估替代来源时将用到它。

库存优化进行计算时需要使用描述供应商提前期的变化情况的信息。ERP的采购和供应链执行平台提供了在估计供应商提前期的多变性时有用的报告。

库存优化计算需要消耗的计算资源。通常对贵重和重要的库存物料执行这些计算。为要进行优化的物料指定库存分类，然后将重要和物料分配给该库存分类。请从贵重或最重要的物料开始。然后，根据您的成本收益经验，将各物料添加到优化库存分类中。

服务水平在库存缺货和延交订单所产生的预计成本与安全库存以及加快外购和生产所产生的成本之间进行权衡.安全库存数量随目标服务水平和供给与需求的不确定性而变化;在存在不确定性情况的地点设置安全库存;权衡交货时间与灵活性.

当决定如何在服务水平与成本之间进行平衡时，需要考虑库存缺货以及由于客户服务差而导致订单延交的预计成本。需要在这些成本与维护高安全库存的预计成本，以及为提高客户服务水平而加快外购、生产和分发所产生的成本之间相权衡。在许多情况下，供需关系的变化程度随时间不同而不同。

由于安全库存的作用是应对不确定性，因此安全库存投资应投入到存在不确定性的地方。不确定性通常发生在成品级，因为需求是独立（外部）的。但是，已使用客户选择的选件组装而成的已配置产品则呈现为另一种有趣的折衷。在产品组装为成品后，它的市场将缩小为很少的几个客户，而这些客户要求严格地组合各个选件。在这种情况下，最好是维护选件级的物料；或者，如果可能，将物料返回到供应商处，直到最终产品的配置被确定为止。此概念称为库存延迟。作出此类决定需要在库存存储地点和灵活性之间进行平衡。如果安全库存存储的是成品，则提前期将缩短。另一方面，制造这些成品所需的组件和物料计划都已提交，但可能无法满足其它物料的意外需求。如果安全库存存储的是原材料或组件，则会具有更大的灵活性。

在中心或区域仓库地点之间也会出现类似的折衷。中心地点可以向所有需求提供服务，但平均交货时间较长。分布式仓库的交货时间较短，但不能为来自其它区域的需求提供服务。