Optimale Gestaltung von Mehrprodukt-Distributionssystemen: Modelle — Methoden — Anwendungen PDF
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Optimale Gestaltung von Mehrprodukt Distributionssystemen Ioannis N. Paras chis Optimale Gestaltung von Mehrprodukt Distributionssystemen Modelle - Methoden - Anwendungen Mit 37 Abbildungen IW Physica-Verlag Heidelberg Or. Ioannis N. Paraschis Institut fiir Unternehmensforschung Universität Hamburg Von-Melle-Park 5 0-2000 Hamburg 13 ISBN 978-3-7908-0434-8 ISBN 978-3-642-51540-8 (eBook) DOI 10.1007/978-3-642-51540-8 CIP-Titelaufnahme der Deutschen Bibliothek Paraschis, Ioannis N.: Optimale Gestaltung von Mehrprodukt-Distributionssysfemen: Modelle - Methoden -Anwendungen lloannis N. Paraschis. - Heidelberg: Physica-Verl., 1989 Zugl.: Hamburg, Univ., Diss., 1988 Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdruckes, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendungen, der Mikroverfilmung oder der Vervielfaltigung auf anderen Wegen und der Spei· cherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbe halten. Eine Vervielfaltigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der Fassung vom 24. Juni 1985 zulässig. Sie istgrundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechts gesetzes © Physica-Verlag Heidelberg 1989 Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daß solche Namen im Sinne der Warenzeichen-und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. 7120/7130-543210 meinen Eltern, Niko und Antigoni Paraschi VORWORT Die vorliegende Arbeit entstand während meiner Tätigkeit als wissenschaftli cher Mitarbeiter am Institut für Unternehmensforschung der Universität Hamburg in den Jahren 1984 bis 1988. Sie wurde am 1. Dezember 1988 vom Fachbereich Wirtschaftswissenschaften der Universität Hamburg als Dissertation angenommen. Mein besonderer Dank gilt meinem akademischen Lehrer Herrn Prof. Dr. B. Fleischmann für die Förderung der Arbeit und für die langjährige wissenschaftli che und persönliche Unterstützung. Für die Diskussionsbereitschaft und seine Anregungen in der Entstehungsphase dieser Arbeit möchte ich mich bei Herrn PD Dr. H. Stadtler bedanken. Frau Dipl. Wirtschaftsmathematikerin B. Schwartz danke ich für die sorgfältige Durchsicht des Manuskripts ganz herzlich. Für wertvolle Hinweise möchte ich mich ebenfalls bei den Mitgliedern des Prü fungsausschusses im Promotionsverfahren, Herrn Prof. Dr. K. Hansen und Herrn Prof. Dr. H. Seelbach, bedanken. Hamburg, im Januar 1989 Ioannis N. Paraschis Inhaltsverzeichnis Liste von häufig verwendeten Bezeichnungen............... xii KAPITEL 1: Gegenstand und Gang der Untersuchung................ 1 KAPITEL 2: Grundlagen der Distributionsplanung .................... 5 2.1 Begriff und Aufgaben der physischen Distribution ................ . 5 2.2 Die physische Distribution im Rahmen der Absatzpolitik ......... . 6 2.3 Der Lieferservice als Indikator der physischen Distributionsleistung 8 2.4 Planung der physischen Distribution ............................. . 9 2.5 Komponenten eines physischen Distributionssystems ............. . 10 2.5.1 Die Produktion .................................................. . 10 2.5.2 Die Nachfrage ................................................... . 11 2.5.3 Lagerung und Transport im Eigen- oder Fremdbetrieb ............ . 14 2.5.4 Die Lagerkosten ................................................. . 16 2.5.5 Die Transportkosten ............................................. . 17 2.5.5.1 Der Reichskraftwagentarif (RKT) ................................ . 19 2.5.5.2 Der Deutsche Eisenbahn-Güter- und Tiertarif (DEGT) ........... . 24 2.5.5.3 Der Tariffür den Güternahverkehr mit Kraftfahrzeugen (GNT) .. . 24 2.5.5.4 Der Spediteursammelguttarif (SGT) ............................. . 28 2.5.5.5 Tarifstruktur des Paket versandes der Bundespost ................ . 29 2.6 Entscheidungsprobleme der physischen Distribution .............. . 32 KAPITEL 3: Quantitative Modelle und Verfahren zur Lösung strate- gischer Distributionsprobleme ............................. 38 3.1 Kontinuierliche versus diskrete Ansätze .......................... . 38 3.2 Eine diskrete Formulierung ...................................... . 40 3.3 Mathematische Eigenschaften der Lager- und Transportkostentarife 44 3.4 Abbildung der Nachfrage- und Sendungsstruktur ................. . 49 3.5 Lösungsansätze aus der Literatur ................................ . 53 3.5.1 Verfahren der Globalen Optimierung ............................. . 53 3.5.1.1 Schnittebenenverfahren .......................................... . 55 3.5.1.2 Ranking-Algorithmen ............................................ . 57 3.5.1.3 Relaxations~gorithmen .......................................... . 59 3.5.1.4 Branch-and-Bound .............................................. . 62 3.5.2 Verfahren zur Lösung nichtkonvexer Netzwerkflußprobleme ....... . 66 x Inhalt.tJe,.,reichni. 3.5.2.1 Dynamische Optimierung ........................................ . 68 3.5.2.2 Branch-and-Bound .............................................. . 70 3.5.2.3 Linearisierungsalgorithmen ...................................... . 73 3.5.2.4 Verfahren der Suche benachbarter Extremalpunkte ............... . 75 3.5.2.5 Weitere Verfahren ............................................... . 79 3.5.3 Das Warehouse-Location-Problem (WLP) ........................ . 81 3.5.3.1 Das Un kapazitierte Mehrprodukt-Warehouse-Location-Problem ... . 82 3.5.3.2 Das Kapazitierte Mehrprodukt-Warehouse-Location-Problem ..... . 94 3.5.3.3 Das Nichtlineare Warehouse-Location-Problem ................... . 97 3.5.4 Kritische Würdigung der untersuchten Ansätze.................... 101 KAPITEL 4: Spezielle Verfahren.. . . . . . . ... . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . .. . . . . .. 102 4.1 Ein Linearisierungs-Dekompositions Verfahren .................... 102 4.1.1 Varianten und ihre Eigenschaften................................. 104 4.1.2 Problematik der Anfangslösung ................................... 109 4.2 Ein Verfahren der Suche benachbarter Extremalpunkte 111 4.2.1 Formulierung der Optimalitätsbedingungen ....................... 112 4.2.2 Algorithmus, Komplexität und Varianten ......................... 114 KAPITEL 5: Das Distributionsplanungssystem DISI ................... 118 5.1 Das Modell....................................................... 118 5.2 Die Implementation .............................................. 123 KAPITEL 6: Lösung von Testproblemen ................................ 133 6.1 Das Problem I .................................................... 133 6.1.1 Das Produktions- und Distributionssystem ........................ 134 6.1.2 Modellannahmen ................................................. 137 6.1.3 Interpretation und Vergleich der Ergebnisse....................... 146 6.2 Vergleich der Strategien von Algorithmus II ....................... 157 6.3 Das Problem 11 ................................................... 164 6.3.1 Untersuchte Varianten ............................................ 167 6.3.2 Analyse und Interpretation der. Ergebnisse ........................ 168 6.4 Rechenaufwand und Zusammenfassung der Testergebnisse ......... 173 KAPITEL 7: Planung realer Distributionsstrukturen .................. 178 7.1 Studie 1 .......................................................... 178 7.1.1 Problemstellung.................................................. 178 7.1.2 Modell und Ergebnisse............................................ 180 Inhaltsverzeichnis xi 7.2 Studie 2 181 7.3 Studie 3 181 7.4 Studie 4 182 7.5 Studie 5 .......................................................... 182 7.6 Allgemeine Erfahrungen .......................................... 183 KAPITEL 8: Schlußbemerkungen und Ausblick........................ 184 Literaturverzeichnis ........................................... 186 Liste von häufig verwendeten Bezeichnungen a~b Wertzuweisung von b nach a (vorwiegend in algorithmischen Beschreibungen verwendet) aip Angebot von Quelle i an Produkt p A = {ab ... ,am} Pfeilmenge Ä.~A Teilmenge von A A1(xp) Menge der Pfeile (i,j) E A mit K,ijp > Xijp > 0 Sockelbetrag x AV(x Menge der benachbarten Extremalflüsse für gegebenes p) p bip Bedarf von Senke i an Produkt p ßkp Bedarf von Kunde k an Produkt p Bk Produktsortiment des Kunden k Produktsortiment auf dem Pfeil (i,j) Bij linearer Zielfunktionskoeffizient (Kostensatz ) des Pfeils (i, j) CijO 'Y Kreis dij Entfernung zwischen i und j D Menge der Senken 6b,Xh) maximal zulässige Erhöhung des Flusses Xh auf 'Y tl.l Zielfunktionswertveränderung für Produkt h und Kreis 'Y f:A-+B Abbildung f einer Menge A in eine Menge B f(·) Funktion h(·) Linearisierungsfunktion von f(·) fij(· ) Funktion auf dem Pfeil (i,j) 4>(. ) konvexes Subfunktional 4>(. ) konvexes Hüllfunktional 9ij(· ) Subgradient der Funktion fij(·) g(.) Subgradientenvektor G = (N,A,P,K,) gerichteter, kapazitierter Graph grAl Graph mit A als Pfeilmenge und N(A) als Knotenmenge hkp Belieferungshäufigkeit von Kunde k für Produkt p 1l abgeschlossene, konvexe Menge 17k Anzahl Sendungen der Art t von Kunde k LilJte von häufig verwendeten Bezeichnungen xiü '1it1 c Anzahl Sendungen der Art t zwischen Knoten i und Kunde k Kapazität des Pfeils (i, j) für Produkt p ICijp K Kundenmenge lij(' ) Linearisierungsfunktion von fij(') Li(') Lagerkostenfunktion von Lager i pb) llichtungsvektor der Pfeile (i, j) E 'Y = N {I, ... ,n} Knotenmenge N(Ä) Menge der Knoten i,j E N mit (i,j) E Ä M Menge der Nachfolgerknoten von i N.A«() Menge der benachbarten Extremalfiußmuster für gegebenes ( NB Nichtbasis des Produktes p p Flußmuster ~ Menge der Flußmuster P={l, ... ,r} Produktmenge Q Menge der Quellen Rn n-dimensionaler euklidischer Raum Pi Durchsatz von Lager i Xijp auf dem Pfeil (i,j) fließende Menge von Produkt p Xij Gesamtfiuß auf dem Pfeil (i,j) Xp Flußvektor des Produktes p X Polyeder des Produktes p p X Vektor mit den Komponenten Xi; für (i, j) E A TU(') Transportkostenfunktion auf dem Pfeil (i,j) U Menge der Umladeknoten V Menge der Extremalpunkte V Menge der Extremalpunkte von X p p Vi Menge der Vorgängerknoten von i q;~ Produktmenge der Sendungsart t von Kunde k q;:1c Produktmenge der Sendungsart t zwischen Knoten i und Kunde k
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