PROJEKTOWANIE SIECI LOGISTYCZNEJ DLA OBSŁUGI PRZEDSIĘBIORSTW PRODUKCYJNYCH

Transkrypt

1 Ilona JACYNA 1, Krzysztof SANTAREK 2 Politecnika Warszawska, Wydział Inżynierii Produkcji 1 ilona.jacyna@gmail.com 2 krzysztof.santarek@gmail.com PROJEKTOWANIE SIECI LOGISTYCZNEJ DLA OBSŁUGI PRZEDSIĘBIORSTW PRODUKCYJNYCH Streszczenie: Artykuł jest wynikiem badań prowadzonyc w ramac projektu badawczego dot. metodyki kształtowania sieci transportowo-logistycznej w wybranyc obszarac transportu. Przedmiotem artykułu jest przedstawienie ogólnego podejścia do projektowania sieci logistycznyc dla obsługi przedsiębiorstw produkcyjnyc. y magazynowe stanowią ogniwa pośrednie w dostawie materiałów produkcyjnyc. Problemem jest wyznaczenie optymalnej liczby obiektów logistycznyc oraz przyporządkowanie do przedsiębiorstw produkcyjnyc, w taki sposób, aby koszty obsługi przedsiębiorstw były minimalne. Sformułowano odpowiednie zadanie optymalizacyjne projektowania sieci logistycznej przy minimalizacji kosztów. Słowa kluczowe: sieć logistyczna, ierarciczne sieci, przedsiębiorstwo produkcyjne WPROWADZENIE Gospodarka rynkowa wymusza wiele różnyc form organizacji zaopatrzenia materiałowego oraz sieci dystrybucji wyrobów gotowyc związanyc z obsługą zarówno dzielnic przemysłowyc dla małyc i średnic miast, jak i wielkic aglomeracji gospodarczoprzemysłowyc o złożonyc potrzebac w zakresie usług logistycznyc. Determinuje to potrzebę właściwego doboru obiektów logistycznyc, w tym obiektów c, ze względu na złożoność zadań i funkcji jakie powinny realizować. Właściwy dobór struktur podyktowany jest zarówno względami przestrzennymi, tecnicznymi, tecnologicznymi, organizacyjnymi jak i ekonomicznymi [2], [3], [5], [8], [10]. Działalność produkcyjna każdego liczącego się na rynku przedsiębiorstwa wymaga efektywnej logistyki. Niskie marże, konsolidacja oraz globalizacja rynku stają się poważnym zagrożeniem dla wielu przedsiębiorstw także na polskim rynku [9]. O przewadze konkurencyjnej coraz częściej decyduje sprawna organizacja dostaw surowców i komponentów do produkcji przy najmniejszyc kosztac. Zmniejszenie kosztów logistycznyc poprzez odpowiednie zaprojektowanie zarówno lokalizacji, jak i wielkości obiektów c w sieci logistycznej, wynika z efektu łączenia ładunków w procesie przepływu [4], [6], [7]. Udział oraz wartość poszczególnyc składników w kosztac logistycznyc wynika z istniejącego systemu obsługi logistycznej przedsiębiorstwa. 1. PRZEDMIOT BADAŃ Zarówno dostawa potrzeb materiałowyc do zakładu produkcyjnego jak i odbiór wyrobów gotowyc z zakładu produkcyjnego może być dokonywana na różne sposoby: bezpośrednio, 807

2 pośrednio przez lokalne magazyny dystrybucyjne do odbiorców indywidualnyc lub przez lokalne punkty konsolidacji do aglomeracji miejskic, pośrednio przez Branżowe Centra Dystrybucji, pośrednio przez Centra Logistyczne. W sferze dostaw bezpośrednic zakłada się bezpośrednie wysyłki ładunków od dostawców do odbiorców. W ramac obsługi bezpośredniej każdy z dostawców może wysyłać towary bezpośrednio do każdego producenta, zaś każdy producent może wysyłać wyroby gotowe do każdego z odbiorców (rys. 1.). Rys. 1. Otoczenie logistyczne zakładu produkcyjnego Źródło: opracowanie własne W przypadku obsługi bezpośredniej brak jest podmiotów łączącyc strumienie przepływu ładunków co generuje wzrost całkowityc kosztów obsługi logistycznej. Istnieje bardzo duża liczba tras wyznaczająca duże zapotrzebowanie na transport, którego ilość przyczynia się do wzrostu kosztów. Przy obsłudze bezpośredniej pojawia się konieczność zamawiania większyc ilości towaru od każdego z dostawców, co powoduje wzrost zapasu. W tym przypadku wysokie są koszty przygotowania ładunku do wysyłki oraz koszty przyjęcia ładunku. Ponadto duża liczba pojazdów implikuje negatywne zjawisko przeciążenia infrastruktury drogowej oraz wynikające z tego zanieczyszczenie środowiska. W przypadku obsługi pośredniej każdy z dostawców wysyła towary do centrum zaopatrzenia, następnie centrum zaopatrzenia wysyła towary do producentów. Dodatkowymi podmiotami w tym przypadku są branżowe centra zaopatrzenia oraz branżowe centra 808

3 dystrybucji. Z ic wykorzystaniem odbywa się transfer ładunków pomiędzy kolejnymi poziomami. Konsolidacja ładunków w centrac zaopatrzenia i centrac dystrybucji przyczynia się do zmniejszenia zapasów oraz do ograniczenia ilości i kosztów transportu. Finalny odbiorca ładunku ma zapewnioną taką liczbę dostaw, która dostosowana jest do jego potrzeb asortymentowyc. Udział centrum zaopatrzenia i centrum dystrybucji zmniejsza liczbę dostaw do przedsiębiorstwa produkcyjnego, ale może skutkować to wyższymi kosztami logistycznymi. Również skoncentrowanie dużej masy ładunków w jednym miejscu stymuluje wykorzystanie różnyc rodzajów transportu, co może skutkować zwiększonym udziałem transportu kolejowego, a tym samym zmniejszeniem skażenia środowiska. y magazynowe w sieci logistycznej przedsiębiorstw stanowią podsystemy buforowe umieszczane na wejściu i wyjściu systemu logistycznego danego przedsiębiorstwa. Sprzyja to stabilizacji procesów produkcyjnyc, tj. zacowaniu ciągłości tyc procesów. Na rys. 2. przedstawiono przykładowe umiejscowienie obiektu magazynowego w sieci logistycznej. Dostawca 1 Dostawca a Dostawca A Dostawca 1 Dostawca a Dostawca A Dostawca 1 Dostawca a Dostawca A 1 m M 1 m M 1 m M 1 m M poziom 1 poziom 2 poziom S Odbiorca 1 Odbiorca 1 Odbiorca 1 Odbiorca 11 b Odbiorca 1 Odbiorca 1 Odbiorca B Odbiorca 1 Odbiorca 1 Odbiorca 1 Odbiorca 1 Odbiorca 1 Odbiorca b Odbiorca 1 Odbiorca 1 Odbiorca B Odbiorca 1 Odbiorca 1 Odbiorca 1 Odbiorca 1 Odbiorca 1 Odbiorca b Odbiorca 1 Odbiorca 1 Odbiorca B dostawy bezpośrednie dostawy z uwzględnieniem obiektów c zlokalizowanyc na 1-poziomie dostawy z uwzględnieniem obiektów c zlokalizowanyc na wielu poziomac Rys. 2. Struktura sieci logistycznej z uwzględnieniem dostaw bezpośrednic i pośrednic Źródło: opracowanie własne. Ze strukturą, w której wyodrębniony jest tylko jeden centralny obiekt, wiąże się: możliwość wyspecjalizowania obiektu ze względu na carakterystykę branży, mniejsze koszty związane z utrzymaniem zapasu (zatrudnienie, ocrona, warunki klimatyczne, budynki, wyposażenie), 809

4 pełna kontrola nad stanem zapasu, zredukowanie kosztów transportu w obrębie systemu, utrzymywanie relatywnie mniejszyc zapasów (nie ma konieczności reprezentowania każdej grupy asortymentowej w poszczególnyc regionalnyc obiektac c). Natomiast, w przypadku tzw. ierarcicznej struktury mamy do czynienia z: krótszym czasem reakcji na zapotrzebowanie przedsiębiorstw, możliwością konfigurowania usług ze względu na zapotrzebowanie innyc przedsiębiorstw, niższymi kosztami transportu, oraz mniejszym zagrożeniem utraty zapasu wynikającym z katastrof naturalnyc. Kombinowana struktura sieci logistycznej jest niejako połączeniem struktury jednopoziomowej ze strukturą wielopoziomową. W przypadku tej struktury możliwy jest zarówno bezpośredni jak i pośredni przepływ towarów. Z taką strukturą mamy do czynienia najczęściej w rzeczywistyc sieciac logistycznyc. 2. ISTOTA PROJEKTOWANIA SIECI LOGISTYCZNYCH Projektowanie sieci logistycznyc jest zadaniem bardzo złożonym. Dobry projekt wpływa na lepsze wyniki firmy, pozwala obniżyć koszty oraz zwiększa poziom obsługi klientów poprzez określenie optymalnego powiązania między poszczególnymi węzłami i przepływem towarów. Odpowiednia budowa sieci powiązań umożliwi również zmniejszenie czasów pokonania odległości w sieci. Właściwe ukształtowanie sieci logistycznej determinuje liczbę obiektów c w sieci, ic lokalizacje, wielkość, funkcje i zakres przepływu informacji. Decyzja o lokalizacji wiąże się nie tylko z dodatkowymi kosztami, ale również z zapewnieniem odpowiedniej jakości świadczonyc usług na rzecz procesu produkcyjnego Zgodnie z definicją systemu logistycznego zbiór jego elementów stanowią dostawcy materiałów produkcyjnyc, obiekty magazynowe oraz analizowane przedsiębiorstwa produkcyjne. W modelu przyjęto, że jedynie obiekty magazynowe stanowią miejsca przekształceń dokonywanyc na strumieniac ładunków. Dla potrzeb modelu sieci logistycznej przyjmujemy, że elementy sieci będą ponumerowane indeksem. Zatem V będzie zbiorem numerów elementów sieci logistycznej postaci: V = {: = 1, 2,,,..., V} przy czym V jest licznością zbioru V. Na potrzeby projektowania zakładamy, że w zbiorze V, wyróżniono trzy rodzaje podzbiorów, tj.: zbiór A numerów dostawców, będącyc źródłami strumieni ładunków (punkty nadania), zbiór B numerów przedsiębiorstw produkcyjnyc, będącyc ujściami strumieni ładunków (punkty odbioru) i zbiór M numerów obiektów c, w któryc dokonywane są przekształcenia na strumieniac ładunków. Geograficznie punkty nadania A oraz punkty odbioru B w szczególnym przypadku mogą się pokrywać, lecz różnią się rolą jaką pełnią w sieci logistycznej, a więc są różne. Zakładamy, że podział węzłów sieci logistycznej na zbiory A, B, M jest wyczerpujący i rozłączny. Ponadto przyjmujemy następujące założenie, co do interpretacji dostawców usług logistycznyc, tj.: 810

5 usługi w zakresie transportu ładunku realizowane są z wykorzystaniem łuków (, ) sieci logistycznej; dostawcy w węzłac pośrednic sieci logistycznej M realizują usługi przyjmowania, rozformowania, składowania, formowania i wyprawiania ładunku. W celu sformułowania odpowiedniego zadania optymalizacyjnego projektowania sieci logistycznej przedsiębiorstw produkcyjnyc zakładamy, że mamy zbiór L połączeń transportowyc występującyc między elementami zbioru V, zbiór H rodzajów materiałów produkcyjnyc oraz zbiór T numerów dni roboczyc dla ustalonego okresu przewozu zapotrzebowania materiałowego. Sformułowanie zadania optymalizacyjnego będzie miało postać. Dla danyc V = {: = 1, 2,...,..., V } zbioru elementów sieci logistycznej; A = {: α()=0, dla V} zbioru numerów punktów nadania strumieni ładunków; M = {: α()=1, dla V} zbioru numerów punktów, w któryc dokonywane są przekształcenia strumieni ładunków; B = {: H ={: T ={t: α()=2, dla V} zbioru numerów przedsiębiorstw produkcyjnyc, =1,2,, H} zbioru numerów rodzajów materiałów produkcyjnyc; t=1,2,, T} zbioru numerów dni roboczyc dla ustalonego okresu przewozu zapotrzebowania materiałowego; L zbioru połączeń transportowyc występującyc między elementami V; L A,M = {(, ): φ(, )=1, dla A, M } zbioru połączeń między punktami nadania strumieni ładunków, a punktami, w któryc dokonywane są przekształcenia na strumieniac ładunków obiektami mi; L A,B = {(, ): φ(, )=1, dla A, B} zbioru połączeń między punktami nadania strumieni ładunków, a punktami a punktami odbioru strumieni ładunków; L M,M = {(, ): φ(, )=1, dla M, M} zbioru połączeń pomiędzy różnymi punktami, w któryc dokonywane są przekształcenia na strumieniac ładunków; L M,B = {(, ): φ(, )=1, dla M, B} zbioru połączeń między punktami, w któryc dokonywane są przekształcenia na strumieniac ładunków, a punktami odbioru strumieni ładunków, oraz następującyc parametrów: d1, o interpretacji odległości od -tego dostawcy do -tego obiektu magazynowego; d2, o interpretacji odległości od -tego dostawcy do -tego przedsiębiorstwa produkcyjnego; d3, o interpretacji odległości od -tego obiektu magazynowego do -tego obiektu magazynowego. d4, o interpretacji odległości od -tego obiektu magazynowego do -tego przedsiębiorstwa produkcyjnego; µ o interpretacji kosztu związanego z przejściem ładunku -tego rodzaju przez ty obiekt ; 811

6 ω o interpretacji wielkości maksymalnyc zdolności ładunkowyc materiału produkcyjnego -tego rodzaju w -tym obiekcie m; N o interpretacji normatywu zapasu materiału produkcyjnego -tego rodzaju liczonego w dniac; C o interpretacji jednostkowego kosztu urucomienia -tego obiektu magazynowego; kd o interpretacji jednostkowego kosztu transportu jednostki ładunku na jednostkę odległości; k o interpretacji kosztu funkcjonowania -tego obiektu magazynowego niezależnego od wielkości przemieszczanego przez obiekt ładunku; θ o interpretacji pojemności -tego obiektu magazynowego w jednostkac materiału produkcyjnego -tego rodzaju; ζ o interpretacji minimalnej liczby składowanyc ładunków -tego rodzaju, dla któryc warto urucomić -ty obiekt ; q1 o interpretacji maksymalnej wielkości podaży ładunku -tego rodzaju od -tego dostawcy. q2 o interpretacji wielkości popytu na towar -tego rodzaju od -tego przedsiębiorstwa produkcyjnego w t-tym dniu. t 2 o interpretację czasu potrzebnego na czynności wyładunkowe i naładunkowe na jednostkę ładunku materiału produkcyjnego -tego rodzaju w -tym obiekcie m. T 2 o interpretację czasu w jakim materiał -tego rodzaju powinien zostać dostarczony do -tego odbiorcy. Wyznaczyć zmienne decyzyjne o interpretacji: wielkości przewozu ładunków -tego rodzaju w t-tym dniu pomiędzy dostawcą oraz obiektem m : X 1 = + [ x1 : x1 R { 0}, H, t, A ' M ], ',', wielkości przewozu ładunków -tego rodzaju w t-tym dniu pomiędzy dostawcą oraz przedsiębiorstwem produkcyjnym : X 2 = + [ x2 : x2 R { 0}, H, t, A ' B], ',', wielkości przewozu ładunków -tego rodzaju w t-tym dniu pomiędzy obiektem m oraz obiektem m : X 3 = + [ x3 : x3 R { 0}, H, t, ' ' M ], ',', wielkości przewozu ładunków -tego rodzaju w t-tym dniu pomiędzy obiektem m oraz przedsiębiorstwem produkcyjnym : X 4 = + [ x4 : x4 R { 0}, H, t, M ' B], ',', aby spełnione były ograniczenia: na nieujemność wielkości przewożonyc towarów: 812

7 A,B H t (,' ) L x1 0 A,M H t (,' ) L x2 0 M,M H t (,' ) L x3 0 M,B H t (,' ) L x4 0,',',',' na zaspokojenie popytu na ładunki -tego rodzaju w przedsiębiorstwie produkcyjnym o numerze w dniu o numerze t: H t ' B 2 x2, ' + x4,' = q Aφ : (, ') = 1 M : ' φ (, ') = 1 na nieprzekroczenie możliwości podaży ładunków -tego rodzaju u dostawcy o numerze : H t A 1 x1, ' + x2,' q ' M: ' φ(,' ) = 1 ' B: φ (,' ) = 1 na nieprzekroczenie maksymalnyc zdolności przerobowyc w obiekcie m o numerze : H t ' M x1 + x3 ω ',',' ' A: φ(,' ) = 1 M : ' φ(,' ) = 1 na opłacalność urucomienia obiektu magazynowego o numerze : H t ' M x1,' + x3,' ζ ' A: φ(,') = 1 M : ' φ(,') = 1 na nieprzekroczenie wielkości maksymalnyc pojemności w obiekcie m o numerze : t ' M x + x θ 1,' 3,' ' H A: ϕ (,') = 1 M : ' ϕ(,') = 1 ze względu na zbilansowanie przypływów w obiekcie m o numerze : H ' M x1 + x3 x3 x4 = 0,',' ','' ','' t A: φ (,' ) = 1 M : ' φ (,' ) = 1 '' M :' '' φ ( ','' ) = 1 '' B: φ ( ','') = 1 ze względu na czas dostawy realizacji dostaw materiałów. Od złożenia zamówienia na materiały produkcyjne u danego dostawcy do czasu wprowadzenia ic na magazyn przyprodukcyjny musi upłynąć określony czas wynikający z konieczności pozyskania materiału przez dostawcę (wyprodukowanie/wydanie z magazynu/pakowanie itd.) oraz czasu transportu. Czas ten może być różny w zależności od dostawcy i typu materiału, a także struktury sieci dostaw (dostawa bezpośrednia lub z wykorzystaniem pośrednic obiektów c; V SR średnia prędkość przemieszczania): 813

8 , t, t x1, ' d1, ' x2, '' d 2, '' H '' B + + t A,M (, ' ) V A,B L SR (, '' ) L VSR, t, t x3, ' d3, ' x4, '' d 4, '' + + V V SR M,M M,B (, ' ) L SR (, '' ) L t2 x1 + x3, t, t ', ', ' ' M: φ (, ') = 1 H A: φ (, ') = 1 H M : φ (, ') = 1 T 2 '' i funkcja kryterium postaci: min ( min ( F ( X1,X2,X3,X4 ))) = min ( min ( kd x1,' d1,' + x2,' d2,' + (, ' ) L X (, ' ) L X t H A,M A,B (, ' ) L (, ' ) L x3 d3 + x4 d4 + C + k sgn x1 ( ) ',',',',' ' ', M,M M,B (, ' ) L (, ' ) L ' M H A: φ (,' ) = 1 H M : φ (,' ) = 1 + µ x1 + x3 przyjmowała wartość minimalną. ',',' ' M H A : φ (,' ) = 1 H M : φ (,' ) = 1 )) + x3,' + 3. PODSUMOWANIE W procesie projektowania sieci logistycznej istotnym aspektem, z punktu widzenia przedsiębiorstw produkcyjnyc, jest organizacja przepływu materiałów oraz sposób dysponowania nimi. Powoduje to wydatkowanie coraz większyc środków finansowyc na rozwiązania projektowe sieci logistycznej zarówno w sferze zaopatrzenia, jak i w sferze dystrybucji. Warunkiem użytkowej oraz ekonomicznej efektywności projektu sieci logistycznej jest zapewnienie integracji obiektów c projektowanej sieci z pracą przedsiębiorstw. Bowiem obiekty te pełnią funkcje buforowe dla surowców, półfabrykatów, opakowań i wyrobów gotowyc, zapewniając tym samym właściwe warunki realizacji procesów przetwarzania. y magazynowe nie stanowią czynnika biernego w procesie produkcji i dystrybucji. Stąd projektowanie obiektów c w sieci logistycznej nie może być prowadzone w oderwaniu od planu przepływu materiałów. Adknowledge: "Praca naukowa finansowana ze środków budżetowyc na naukę w latac jako projekt badawczy". Projekt N N pt. Metodyka kształtowania sieci transportowo-logistycznej w wybranyc obszarac. BIBLIOGRAFIA [1] Aronson J. E., A surey of dynamic network flows, Ann. Oper. Res., 20, pp. 1-66, [2] Bertsekas D. P., Linear Network Optimization, MIT Press, Cambridge, MA, [3] Blancini F., Rinaldi F., Ukoic W.: A network design problem for a distribution system wit uncertain demands. J. Optim. Teory Appl., 78 (1993), pp [4] Bostel N, Dejax P., Lu Z.: Te Design, Planning, and Optimization of Reerse Logistics Networks. Logistics Systems: Design and Optimization, p.171, Springer US,

9 [5] Bowersox D.J., Cross D.J., Cooper M.B.: Supply Cain Management, Mc Graw-Hill, New York [6] Jacyna I., Ambroziak T.: Wybrane aspekty realizacji zadania logistycznego przez przedsiębiorstwo produkcyjne. LOGISTYKA 4/2009. [7] Jacyna I.: Rola transportu w realizacji procesów logistycznyc przedsiębiorstwa. Prace nauk. Politecniki Warszawskiej, z. 69, Transport, Warszawa [8] Magnanti T. L., Wong R. T.: Network design and transportation planning: Models and algoritms, Transportation Sci., 18, pp. 1-55, [9] Santarek K., Kosieradzka A., Rafalski R.: Struktury sieciowe przedsiębiorstw. OWPW, Warszawa [10] Santarek K., Szerenos A.: Metody badań struktur sieciowyc. Ekonomika i Organizacja Przedsiębiorstwa, nr 1,Warszawa [11] Santarek K.: Integration in Manufacturing Systems. [w:] Koc T.: Lean Business Systems and Beyond. Springer Verlag IDENTIFICATION OF DISRUPTIONS IN MATERIAL FLOWS Abstract: Te article is te result of researc conducted witin te deelopment project concerning te logistics system of Poland model in terms of transport modality. Te subject of te article is to present a general approac for designing logistics networks to support manufacturing companies. Logistics networks are intermediate links in te distribution of goods. Te problem is to determine te optimum number of logistics facilities and te assignment of te manufacturing companies, in suc a way tat operating costs of set of companies were minimal, yet were satisfied wit one and, te requirements of manufacturing companies, wile on te oter tecnical and economic capabilities of suppliers of goods. Key words: logistics network, ierarcical network, production company 815