行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告
三階供應鏈系統生產設置時間縮減政策對系統總成本之影
響分析
計畫類別： 個別型計畫 計畫編號： NSC91-2213-E-151-009- 執行期間： 91 年 08 月 01 日至 92 年 07 月 31 日 執行單位： 國立高雄應用科技大學機械工程系 計畫主持人： 吳杉堯 報告類型： 精簡報告 處理方式： 本計畫可公開查詢中 華 民 國 92 年 10 月 29 日
行政院國家科學委員會專題研究計劃成果報告
三階供應鏈系統生產前置時間縮減政策對系統總成本之影響分析
The effect of setup time reduction policy on the total cost of the three-stage
supply chain system
計畫編號: NSC 91-2213-E-151 -009 執行期間:91 年 8 月 1 日至 92 年 7 月 31 日 主持人：吳杉堯 執行單位: 國立高雄應用科技大學
摘 要
本研究將探討在三階供應鏈系統中有 關批量生產工廠的最佳生產設置時間縮減 政策及投資縮減生產設置時間的成本等問 題。在不同的市場需求及批量生產環境下， 生 產 設 置 時 間 縮 減 的 比 例 值 (the ratio of setup time reduction)及系統生產運送批量 (lot size)將被視為影響供應鏈系統整體成本 的決策變數，本研究將同時求解生產批量及 設置時間縮減比例值，以獲得供應鏈系統整 體成本的最佳值。 關鍵詞：供應鏈管理、設置時間縮減、批量 生產 ABSTRACTA three-stage supply chain system consisting a batch production plant with an optimal policy of setup time reduction and a fixed increment cost are discussed in this paper. The ratio of setup time reduction and the lot size of the plant as decision variables under various cases of demand in the supply chain system are considered. The ratio of setup time reduction and the lot size are solved simultaneously to obtain an optimal value of the total annual cost of the supply chain system.
Keywords: supply chain management,
setup time reduction, batch production.
1. 計畫之緣由與目的
近年來，由於受到全球自由貿易、電信 科技、電腦網路科技、製造科技、交通運輸 等領域快速發展的影響，使得過去二十年來 的全球企業國際競爭態勢逐漸趨於激烈。供 應鏈(supply chain)是近幾年來頗受研究界 與實務界重視的研究與應用課題，它是一個 整合相關企業個體以完成由取得原物料、轉 換原物料為最終產品、運送最終產品至零售 點等完整過程的系統，而供應鏈管理(supply chain management, SCM)主要是提供管理此 系 統 中 的 物 料 流 (material flow) 及 資 訊 流 (information flow)，以獲得良好的整體系統 績效的解決方案(Beamon 1998)。由於供應 鏈管理關係到未來國際競爭策略的計畫執 行，所以頗受多方重視。 SCM 所必須克服的是供應鏈中各階層 不同個體之間受到資訊與物流雙重溝通障 礙的影響，導致整個供應鏈成本效率等系統 績效無法大幅提升的問題(Kelle and Milne 1999)。供應鏈問題會隨著階層拉大而變為 更為複雜，完整的供應鏈包含 5 個階層，目 前的研究報告以兩階層（供應商—製造商， 製造商—倉儲中心，）居多，三階層（供應商—製造商—倉儲中心，製造商—倉儲中 心—零售點）以上之研究報告則較少。 本研究擬以供應鏈系統中的製造商生 產系統實施縮減設置時間政策時對供應鏈 總成本的影響進行研究，本研究計畫之目的 為探討三階(供應商—製造商—配送中心) 供應鏈系統中的製造商實施縮減設置時間 的最佳政策，考慮以縮減設置時間的比例值 (the ratio of setup time reduction)及供應鏈系 統的生產配送批量(lot size)作為決策變數。
2. 論文回顧與研究方法
供應鏈是一個整合相關企業個體以完 成由取得原物料、轉換原物料為最終產品、 運 送 最 終 產 品 至 零 售 點 等 完 整 過 程 的 系 統，而供應鏈管理主要是管理此系統中的物 料流)及資訊流，以獲得良好的整體系統績 效(Beamon 1998)。Prida and Gutierrez (1996) 發現供應鏈管理的方法及技術一直都在改 變，大致上可以分成 1.傳統階段的配送系 統，2.內部物流整合階段，及 3.內部與外部 物流整合階段等三個階段。 在供應鏈管理的主要研究課題方面，目 前主要是針對供應鏈網路上各節點的生產 運送批量與排程(Arntzen et. al. 1995)、存貨 政 策 與 存 貨 水 準 (Cohen and Moon 1990, Ganeshan et. al. 2001, Viswanathan and Piplani 2001) 、 供 應 商 管 理 (Weber 1991, Ghodsypour and O’Brien 2001) 等 課 題 為 主、另有一些關於供應鏈階層數、配送中心 位址、工廠產品生產設定、產品種類設定等 課題也受到研究者的注意。 在 供 應 鏈 管 理 的 研 究 方 法 方 面 ， Weber(1991)整理 1968 到 1990 年的相關研 究發現供應鏈數量模式可以分為 1.線性權 重模式，2.數學規劃模式，3.統計與機率模 式等三類。而近期的 Beamon(1998)的論文 回顧中則將其分為下列四類模式： 確定型分析模式， 隨機分析模式， 經濟模式(economic models)， 模擬模式(simulation models) 。 早期有關生產配送的相關研究裡，有少 數研究論文探討到生產前置時間對系統績 效的影響(Altiok and Ranjan 1988, Coheb and Lee 1988, Pyke. and Cohen 1990)，近代 供應鏈系統成為討論課題後這些前置時間 仍是討論的對象，然而，大部分的研究報告 只將其設定為常數( Khouja 2000, Kolisch, 2000, Corbett 2001)。 事實上，近代生產系統已將生產設置時 間的縮減視為改善生產系統績效的一大利 器，Porteus (1985, 1986) 是最早提出有關設 置成本縮減分析架構的學者，他介紹了如何 在經濟訂購批量（EOQ）模式中尋找最佳的 設置成本縮減方案，隨後即陸續有許多與 EOQ 模式設置成本縮減最佳化的論文被發 表出來(Zangwill 1987, Beek and Putten 1987, Spence and Porteus 1987, and Nasri et al. 1990 )。另一方面，在 EPQ 設置成本縮減最 佳化的研究工作，最早是由 Billington (1987) 提出，他考慮在不允許缺貨的狀況下，找出 最佳的設置成本縮減政策。 然而，以上所介紹的研究報告主要是以 單階生產系統為討論範圍，在多階生產存貨 (multi-stage production-inventory) 系 統 的 設 置成本縮減研究方面則非常稀少(Altiok and Ranjan 1995, Wu 2002)，至於供應鏈系統的 設置成本縮減研究報告幾乎很少發現，值得 進一步研究探討。3. 模式分析及結果
令 Rj 為實際各階前置時間的縮減比 例，本研究將 Rj 設為決策變數，j=1,2,3， Rj 可以定義如下：j j j t t R =1− ′ , where 0≤Rj ≤1 (1) 為找出前置時間調整與供應鏈總成本 之間的關係，本研究引用 Porteues(1985)所 建議的對數函數(logarithmic case) 假設下 分析前置時間調整所產生的改善投資之成 本。因此，在確定性環境下，假設供應鏈系 統的年生產率大於市場的年需求率，且成本 模式中的前置成本與前置時間之間為直線 關係。在考慮存貨成本，且不允許缺貨的情 況下，三階供應鏈系統的經濟訂購生產成本 模式可以寫為如下表示： + − + =
∑
= 3 1 ) 1 ( j j j jt R s Q D CD TC∑
∑
= − = − × − + − 3 1 3 1 1 2 ) 1 ln( ) 1 ln( ) 1 1 ( 2 j j j j j j j j j R r m k P P h Q C = 單位生產成本， D= 年度需求， j h = 階層 j 的單位存貨持有成本， ) (t Ij =階層 j 在時間 t 時的存貨水準， j k = 階層 j 的前置時間縮減的投資比例， j P = 階 層 j 的 生 產 率 , j=1,2,3 , and D P P P1 > 2> 3 > , Q = 生產批量， j s = 階層 j 的前置成本， j t = 階層 j 的原始前置時間， j t' = 階 層 j 的 調 整 後 前 置 時 間 ， j j t t ≤ ≤ ' 0 . 研究成果： 2 1 3 1 1 3 1 * ) 1 1 ( ) 1 ln( − − − =∑
∑
= − = j j j j j j j j P P h r m k Q (2) ) 1 ln( 1 * j j j j j j r t s m k D Q R − × + = (3)4. 結論與自評
研究結果顯示在生產前置成本為生產 前置時間的對數函數假設下，最佳的生產前 置時間的縮減比例R*與最佳生產批量 * Q 分 別由公式(3)與公式(2)求算得到。在生產率 不變的情況下，單項產品生產/存貨模式之 最佳前置時間縮減比例在高需求率時比在 低需求率時要敏感許多，也就是當需求率越 大，則最佳的前置時間縮減比例越小，且隨 著需求率越來越大，最佳的前置時間縮減比 例會迅速趨向零。另外，最佳的前置時間縮 減比例也受到改善前置作業的相關成本之 影響，例如在比較大的投資成本下，最佳的 前置時間縮減比例會比較小，反之則會變 大。但是投資成本與最佳的前置時間縮減比 例之間並不是線性關係。 參 考 文 獻1. Altiok, T. and R. Ranjan, 1995, “Multi-stage , pull-type production /inventory systems,”
IIE Transactions, v 27,pp.190-200.
2. Arntzen, B. C., G. G. Brown, T. P. Harrison, and L. L. Trafton, 1995, “Global supply chain management at digital equipment corporation”, Interface, v 25, pp.69-93.
3. Beamon, B.M.,1998, ”Supply chain design and analysis: Models and methods,”
International Journal of Production Economics, v
4. Coheb, M. A. and H. L. Lee, 1988, “’Strategic
analysis of integrated production-distribution systems: Models and
methods,” Operations Research, 36(2),
pp.216-228.
5. Corbett, C.J., 2001, “Stochastic inventory systems in a supply chain with asymmetric information: Cycle stocks, safety stocks, and consignment stock”, Operations Research, v 49, n 4, 2001, pp 487-500.
6. Ghodsypour, S.H. and C. O’Brien, 2001, “The total cost of logistics in supplier selection, under condition, under conditions of multiple souring, multiple criteria and capacity constraint,” International Journal of
Production Economics, v 73, pp.15-27.
7. Ganeshan, R., T. Boone, and A. J. Stenger, 2001, “The impact of inventory and flow planning parameters on supply chain performance: An exploratory study,”
International Journal of Production Economics, v
71, pp.111-118.
8. Kelle, P. and A. Milne, 1999, ”The effect of (s,S) ordering policy on the supply chain,”
International Journal of Production Economics, v
59, pp. 113-122.
9. Khouja, M., 2000, “Economic lot and delivery scheduling problem: Common cycle, rework, and variable production rate,” IIE Transactions, v32, 8, pp. 715-725.
10. Kolisch, R., 2000, “Integration of assembly and fabrication for make -to-order production,” International Journal of
Production Economics, v68, 3, pp. 287-306.
11. Porteus, E., 1985, “Investing in reduced setups in the EOQ model,” Management
Science, 31(8), pp.998-1010.
12. Porteus, E., 1986, “Investing in new parameter values in the discounted EOQ model,” Naval Research Logistics Quarterly, 33, pp.39-48.
13. Prida, B. and G. Gutierrez, 1996,”Supply management: From purchasing to external factory management,” Production and
Inventory Management Journal, v 37, n 4,
pp.38-43.
14. Pyke, David F. and Cohen, Morris A., 1990, “Effects of flexibility through set-up time reduction and expediting on integrated production-distribution systems,” IEEE Transactions on Robotics and Automation, v 6, n 6, pp. 609-620.
15. Viswanathan S. and R. Piplani, 2001, “Coordinating supply chain inventories through common replenishment epochs,”
European Journal of Operational Research, v 129,
pp.277-286.
16. Weber, C.A., J.R. Current and W.C. Benton,1991,”Vendor selection criteria and methodsm” European Journal of Operational
Research, v 50, n 1, pp.2-18.
17. Wu, Shan-Yau, 2002, “Optimal policy for setup time reduction in a multi-stage production-inventory system”, International
