Logistica Integrata. Network configuration

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1 Logistica Integrata

2 Global Supply Chain Una rete globale di (fornitori) produttori e clienti, attraversata da flussi fisici ed informativi, supportata da infrastrutture fisiche ed informatiche Sistema Produttivo Cliente prodotti Vettore Flusso fisico informazione ordine Assegnamento clienti instradamento Lettore codice a barre Magazzino 2 Al deposito

3 Network Configuration Obiettivi Quanti impianti e magazzini? Dove posizionarli? Quale trasporto utilizzare? 3

4 Attori della supply Chain Produttori Magazzini trasportatori Clienti Fornitori network Centri di distribuzione Costi di materiale trasportatori Costi di produzione Costi di trasporto Costi di magazzino Costi di marketing 4

5 : Il problema di configurazione della rete logistica (o supply chain) consiste in un insieme coordinato di decisioni strategiche tra le quali: Scegliere numero e posizione di impianti produttivi Scegliere numero e posizione e livelli di magazzino Scegliere i link tra i nodi magazzino / impianto Scegliere le modalità di trasporto 5

6 : Se ci concentriamo sui magazzini il problema di configurazione della rete logistica (o supply chain) consiste in un insieme coordinato di decisioni strategiche tra le quali: Determinare il numero appropriato di Magazzini Determinare la localizzazione di ciascun Magazzino Determinare la grandezza di ciascun Magazzino Allocare lo spazio ai prodotti in ciascun magazzino Determinare quale prodotti i clienti riceveranno da ciascun magazzino 6

7 Un problema di Trade - offs La decisione strategica è frutto di un insieme di trade offs Ad esempio la decisione di aumentare il numero dei magazzini comporta: Un miglioramento del livello di servizio dovuto alla diminuzione del tempo di trasporto (travel time) verso i clienti Un aumento dei costi di magazzino dovuti all aumento delle scorte di sicurezza richieste per proteggere il livello di servizio dalle incertezze Una diminuzione dei costi di trasporto outbound verso il cliente Un aumento dei costi di trasporto inbound dai fornitori/produttori In sintesi la decisione strategica più importante è la scelta del 7 trade off migliore tra il costo di aprire nuovi warehouses e la vicinanza al cliente

8 Minimizzazione dei costi L obiettivo da raggiungere è la minimizzazione a livello strategico dei costi globali della rete logistica mantenendo un prefissato livello di servizio e in particolare Costi di produzione Costi di acquisto Costi di magazzino (tenuta a scorta) Costi di facility (costi fissi di magazzino) Costi di trasporto Problema molto complesso che richiede semplificazioni e 8 aggregazione di dati

9 Passi fondamentali nella creazione del modello di ottimizzazione Vanno applicati i seguenti passi anche in modo iterativo: 1. Scelta degli obiettivi di ottimizzazione 2. Modello dei costi 3. Definizione dei vincoli 4. Raccolta dati 5. Aggregazione dei dati 6. Costruzione del modello 7. Verifica del modello e Implementazione Presenteremo nel seguito alcuni di questi punti 9

10 Quali dati servono? Localizzazione dei nodi sulla rete (impianti, magazzini, clienti) Informazioni sui prodotti (peso, volume, etc) Domanda di mercato in funzione di Prodotto, e zona Costi di Trasporto Costi di magazzino (fissi e variabili) Costi processamento ordine Informazioni su Livelli di servizio richiesti dal cliente e suoi obiettivi 10

11 Aggregazione dati Ad esempio una rete distributiva di una compagnia di soft-drink è formata da 10,000 a 100,000 nodi cliente. Grandi distributori hanno in portafoglio (centinaia di) migliaia di codici prodotto 1. Aggregazione dati Cliente Aggregazione Per Classe secondo stesso Livello di Servizio, Frequenza di consegna Aggregazione Geografica per CAP, città, provincia, etc. E buona norma mantenere lo stesso livello di domanda per ogni zona 1. Aggregazione dati Prodotto Aggregazione per pattern di Distribuzione se i prodotti seguono lo stesso tragitto origine destinazione Aggregazione per Tipo Prodotto 11

12 Aggregazione dati Oltre che rendere il modello più semplice, l aggregazione rende più precise le stime Year Customer 1 Customer 2 TOT Mean St.Deviation Coef.Var

13 Costi di Trasporto (macrolivello) I costi di trasporto possono essere considerati a macro livello per la soluzione del problema di network configuration mentre andranno stimati a micro livello per la soluzione del problema operativo di trasporto Ctot = Ctot(D, V) = (km, SKU) Il calcolo del costo di trasporto si può assumere lineare in funzione della distanza ma non in funzione del volume trasportato Ctot(V) Ctot(D) 13 D V

14 Costi di Trasporto (macrolivello) La valutazione dei costi di trasporto va fatta in modo diverso a seconda dei seguenti elementi: Flotta di proprietà Flotta esterna Truckload (TL) Less than Truckload (LTL) Flotta di proprietà: Costo annuale per Veicolo CCT Km annuali per veicolo SKU totali consegnate annualmente Capacità in SKU di ogni veivolo CT(D, V) 14

15 Costi di Trasporto (macrolivello) Flotta esterna Truckload (TL) Vengono utilizzate delle tabelle origine destinazione NON simmetriche (perché?) che danno la tariffa per km, per SKU (o per peso) Per ottenere il costo di trasporto è necessario stimare il costo di trasporto che può essere calcolato con le formule 1 o 2 (vedi slide succ.) o tramite GIS. D(a,b) km = ρ DL(a,b) km ρ è il fattore di conversione tra distanza lineare a distanza reale (tiene conto della rete stradale): ρ = 1.3 per aree metropolitane ρ = 1.14 per aree extraurbane (calcolato per US) 15

16 Costi di Trasporto (macrolivello) (1) DL 2 ( a, b) km 116 ( lona lonb ) ( lat a lat b ) 2 (2) DL lat lat 2 lon 2 1 a b 2 a b ( a, b) km sin sin( ) cos( lat a) cos( lat b) sin( lon ) 2 Soprattutto la formula (2) è molto precisa. Meno precisa rispetto ai calcoli del GIS Ma meno onerosa computazionalmente Es. Chicago (lon= , lat=41.85), Boston(lon=-71.06, lat=42.36): ρ=1.14, costo per km = 1.05 Km calcolati con gis

17 Costi di Trasporto (macrolivello) Es. Chicago (lon= , lat=41.85), Boston(lon=-71.06, lat=42.36): ρ=1.14, costo per km = 1.05 DL Km = 1908 Km calcolati con gps 1621 lon lat DL D CT Chicago , Boston R /km 1.05

18 Modi di trasporto 18 Rapporto Banca d Italia 2011

19 Modi di trasporto Autoarticolato circa 24 t 19 Rapporto Banca d Italia 2011

20 Modi di trasporto Autoarticolato circa 24 t 20 Rapporto Banca d Italia 2011

21 Costi di Magazzino (macrolivello) Le diverse componenti del costo di magazzino possono essere valutati proporzialmente a diversi fattori: Cmag = H + F + S H Holding Cost: costo di movimentazione proporzionali al flusso f di merci nel magazzino F Fixed Cost: Costo proporzionale alla dimensione v del magazzino S Storage Cost: costo di mantenimento a scorta pari al livello medio di magazzino m H F S f v 21 m

22 Costi di Magazzino (macrolivello) Per calcolare f e/o m è utile prendere in considerazione l indice di rotazione del magazzino λ (turnover ratio) che rappresenta il numero medio di volte che il magazzino viene svuotato/riempito durante un arco temporale T (anno) λ = Vendite Annuali Valore Medio Magazzino = Flusso Annuale Livello medio magazzino = f m La Dimensione V del magazzino può essere espressa in funzione del Livello medio di magazzino m v = 2 m e u v = 2 (f/λ) e u 22

23 Costi di Magazzino (macrolivello) v = 2 m e u m: Livello medio di magazzino e : fattore di correzione per spazio necessario alla movimentazione materiali (circa 3) u: occupazione in m 2 di un unità di prodotto (o SKU) nell ipotesi che la curva di riempimento del magazzino in funzione del tempo sia: Q dimensione ordine = livello max magazzino m = Q/2 23

24 Livello di servizio nel problema di network configuration Il livello di servizio può essere definito in molti modi Nel nostro caso la decisione da prendere è la localizzazione dei magazzini che possano garantire il miglior rapporto tra vicinanza al cliente e costi complessivi In questo caso il livello di servizio LS rappresenta la percentuale di clienti che si trovano ad una distanza <= K dal magazzino più vicino Ad esempio: LS = 95% K = 350 km Domanda futura Il modello di ottimizzazione dovrà tener conto della domanda futura. Sarà necessario scegliere a quale livello di domanda target riferirsi 24

25 Validazione Un passo molto importante nella costruzione del modello è la sua validazione Validazione Statica: Ricostruire la configurazione di network esistente usando il modello costruito e i dati raccolti (e aggregati), comparando l output del modello con i dati esistenti Validazione Dinamica: Cambiare alcuni parametri del problema e verificare il comportamento del modello. Ad esempio inserendo o togliendo nodi della rete quali magazzini 25

26 Tecniche di soluzione La soluzione del problema può essere affrontata in diversi modi. La soluzione difficilmente è quella ottima per approssimazioni nel modello o nella soluzione Tecniche di Ottimizzazione Matematica Algoritmi esatti basati su programmazione matematica Tecniche euristiche Simulazione e analisi what - if 26

27 Tecniche di soluzione: esempio Determinare il network distributivo. Si deve determinare quali link impianto -> warehouse e warehouse -> cliente aprire. L obiettivo è quello di minimizzare i costi rispettando alcuni vincoli di capacità e di domanda Singolo prodotto Due impianti, p1 e p2 Capacità max dell impianto p2 pari a pezzi annui Costi di produzioni uguali per i due impianti 2 magazzini (warehouse) w1 e w2 con identici costi Il mercato può essere aggregato in 3 zone c1, c2, e c3 con domanda rispettivamente pari a 50000, , e

28 Tecniche di soluzione: esempio Costi unitari di trasporto 1 2 U Cost ( ) warehouse p1 p2 c1 c2 c3 w w Plant Capacity unit cost p1 0 p Market area demand unit cost c c c Altri vincoli 3 Conservazione del flusso: Quello che entra nei magazzini è 28 pari a quello che esce

29 Tecniche di soluzione: euristiche p1 w1 c1 c2 p2 w2 c3 H1: si sceglie la migliore allocazione w > c e di conseguenza si sceglie il migliore p -> w H2: al fine di scegliere il link w -> c si sceglie la migliore allocazione p -> w -> c. Di conseguenza si sceglie il migliore p -> w 29

30 Tecniche di soluzione: euristiche H1: si sceglie la migliore allocazione w > c e di conseguenza si sceglie il migliore p -> w c 1 : min(w i -> c 1 ) = w 2 -> c 1 ; costo 2 c 1 c 2 c2:. H2: al fine di scegliere il link w -> c si sceglie la migliore allocazione p -> w -> c. Di conseguenza si sceglie il migliore p -> w * min(p i -> w 1 ) ->c 1 = [p i -> w 1 ] -> c 1 = = 3 * min(p i -> w 2 ) ->c 1 = [p 2 -> w 2 ] -> c 1 = =

31 Tecniche di soluzione: euristiche H1: CT = 2 X X X X X = p w1 c1 c2 p H2: CT = w2 c3 p1 p w1 w c1 c2 c3 31

32 Tecniche di soluzione: modello matematico x(pi, wi), x(wi, ci) il valore dei flussi sui links 32

33 Tecniche di soluzione: modello matematico U Cost ( ) Plant Capacity unit cost warehouse p1 p2 c1 c2 c3 p1 0 w p w Market area demand unit cost c Variables c c Constraint s p1 p2 c1 c2 c3 Capacity Demand out in W W TC Risolto con excel solver: CT=

34 Esempio 2: cosa succede aggiungendo un warehouse? U Cost ( ) warehouse p1 p2 c1 c2 c3 w w w

35 Maggiori Riferimenti Designing and Managing the Supply Chain. David Simchi Levi, Philip Kaminsky, Edith Simchi Levi Supply Chain Management. Strategy, Planning and Operation ( MIT opern course ware 35

36 Caso di studio: BIS Corporation Dal libro Designing and Managing the Supply Chain. David Simchi Levi, Philip Kaminsky, Edith Simchi Levi 36

37 Bis Corporation Leader mondiale distribuzione soft drinks Production plant in atlanta and denver 3 DC (Distribution Centers): Chicago, Dallas, Sacramento Profitto Marginale: 20% del Fatturato 1000$ il valore di ciascuna SKU (Stock Keeping Unit) Il network sembra inefficiente. Dobbiamo analizzare dove trovare margini di miglioramento => Analizzare il network distributivo e produttivo 37

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