E6需求預測與總量計畫Demand Forecasting and Aggregate PlanningAnthony Han 韓復華[Chopra & Meindl] CH. 4-6Rev. 2004 1 11 韓復華教授Chapter Contets 內容綱要¾Ch4 Demand Forecasting¾Ch4 需求預測yTime Series Forecastingy時間序列預測yStatic and Adaptive Modelsy靜態與適應性模式yExcel ExamplesyExcel 實例¾Ch5 Aggregate Planning¾Ch5 總量計畫yLP Model for Optimal y最佳配置的LP 模式Allocation¾Ch6 Managing ¾Ch6 預期變化的管理Predictable Variabilityy評估促銷的最佳時機yEvaluate Best Timing for Promotion2
韓復華教授Components of an observation 觀察資料的組成¾觀察需求(O) =系統成份(S) + 隨機成份(R)¾系統成份(S)包括三個參數(parameters)：y水平量 Level, Ly趨勢值 Trend, Ty季節因子 Seasonality, S3韓復華教授Time Series Data 時間序列資料Quarterly Demand at (Fig. , p77) 季需求量50,00040,00030,00020,00010,0000234123412341,,,,,,,,,,,,777888899990999999999990DeseasonalizedDemand see Fig. , 去季節化之需求量見78頁, 圖
韓復華教授Time Series Forecasting 時間序列預測Quarter Demand D tII, 1998 8000 Forecast demand for theIII, 1998 13000 next four , 1998 23000 I, 1999 34000 預測下四季的需求量II, 1999 10000 III, 1999 18000 IV, 1999 23000 I, 2000 38000 II, 2000 12000 III, 2000 13000 IV, 2000 32000 5I, 2001 41000 韓復華教授Static Models 靜態模式¾視L, T,與S為常數(i = 1,2,..p)i¾參數推估(-80)1. 去季節化, DDt2. 線性迴歸求L與TDD=L+ t Tt3. 季節因子S= D/ (Forecasted DDttt)S= p個鄰近S’s的平均值itRegression ¾預測：Using ExcelF= [L + (t+l) T]St+lt+l6
韓復華教授Adaptive Models 適應性模式¾Adaptive: Update ¾適應性: 依新資料更新estimates with new 推估值datay移動平均法yMoving averagey指數平滑法ySimple exponential smoothing9僅更新水平值, Lt9Only update LtyHolt’s modelyHolt’s 模式9Trend-Corrected and 9亦更新趨勢值, Ttupdate TtyWinter’s 模式yWinter’s model9同時更新L,T,與S9Update L,T,and St tt+lt tt+l7See Excel Examples韓復華教授Error Measures 誤差測量指標¾Mean Squared Error (MSE)¾均方差(MSE)¾Mean Absolute deviation ¾絕對誤差平均(MAD) (MAD)y隨機項的標準差約為 MADyEstimated . of random item = MAD¾Mean Absolute Percentage ¾絕對百分比誤差平均Error (MAPE)(MAPE)¾Bias (Accumulative error) ¾偏移(累積誤差) ~ 0最好prefer to ~ 0 ¾追蹤信號:¾Tracking Signal:yTS = Bias/MAD; yTS = Bias/MAD; If Abs(TS) >= 6, wrong!If Abs(TS) >= 6, 有誤!(See Eqns. , -88)(See Eqns. , -88)8
韓復華教授An Example 簡例¾Forecasting Demand at ¾預測天然氣公司需求成長(Ch )¾Do four adaptive models ¾構建四組適應性模式using previous data set¾Winter’s Model:¾Winter’s 模式:yStart with parameters y由靜態模式先算出三參數obtained from static model的起始值(Compare with (Eqn. ) and )(比較93頁與79, 80頁)yApply Eqns. to 使用 與公式¾Compare error measures ¾比較預測誤差決定to decide the best model最佳模式yTable , 頁, 表韓復華教授Aggregate Planning in a Supply Chain 供應鏈總量計畫¾Aggregate Planning ¾總量計畫問題Problemy已知預測之需求量yGiven demand forecastyDetermine Production Level; y各時段的生產量, 庫存量與Inventory Level; Capacity 產能配置Level at each time periodyMaximize Profit over planning y求規劃期間獲利最大horizon¾Planning Horizon: 3 ~ 18 ¾規劃期：3 ~ 18 月months¾Cost parameters: labor, ¾成本參數: 人工, 生產, 庫production, inventory, 存, 訂單延遲, ….backlog,…¾常數:資源限制, 品質要求¾Constraints: resources limitations, quality requirements,…10
韓復華教授Aggregate Planning at Red Tomato Tools 總量計畫簡例Red Tomato Tools: 紅蕃茄工具廠: A small gardening equipment 小型園藝設備製造商manufacturerMonth月份 Demand Forecast預測需求量January1,600 February3,000March 3,200April3,800 May2,200June 2,200 11韓復華教授System Parameters 系統參數()項目 Item 成本 Cost 材料成本 Materials $10/unit(每單位) 庫存成本 Inventory holding cost$2/unit/month(每單位每月) 缺貨成本 Marginal cost of a stockout $5/unit/month(每單位每月) 僱工與訓練 Hiring and training costs$300/worker(每人) 解僱成本 Layoff cost$500/worker(每人) 工時需要 Labor hours required 4/unit(每單位) 工資成本 Regular time cost$4/hour(每小時) 加班成本 Over time cost$6/hour(每小時) 外包成本 Cost of subcontracting $30/unit (每單位) 12
韓復華教授Define Decision Variables 決策變數W= 月份t 的僱工數, t= 1, ..., 6tH= 月份t 開始要新僱用的工人數, t= 1, ..., 6tL= 月份t 開始要解僱的工人數, t= 1, ..., 6tP= 月份t 的計畫生產量, t= 1, ..., 6tI= 月份t 結束時的庫存量, t= 1, ..., 6tS= 月份t 結束時的缺貨量, t= 1, ..., 6tC= 月份t 外包生產的量, t= 1, ..., 6tO= 月份t 加班工作的總時數, t= 1, ..., 6t13韓復華教授Aggregate Planning: LP Formulation 總量計畫：線性規劃模式For constant revenue: 營收固定: Max Profit ÎMin Cost利潤最大Î成本最小定義目標函數Define Objective Function66Min640+300∑∑WHttt=1t=1666+500+6+2∑∑∑LOItttt=1t=1t=1666+5+10+30∑∑∑SPCtttt=1t=1t=114
韓復華教授Workforce Balance Constraint 人力限制式¾每月新僱與解僱決定當月人數Workforce size for each month is based on hiring and layoffs=+−,orWWHLtt−1tt−−+=0WWHLtt−1ttfort=1,...,6,where=韓復華教授Production Constraint 產量限制式¾生產量不能超過產能限制Production for each month cannot exceed capacity¾產能包括正常工時與加班工時兩部分Capacity include regular-time and over-time≤40+4,PWOttt40+4−≥0,WOPtttfort=1,...,
韓復華教授Inventory Balance Constraint 庫存限制式¾每月庫存依當月產量,外包量,需求,…而定Inventory balance for each month++=++−,IPCDSISt−1tttt−1tt++−−−+=0,IPCDSISt−1tttt−1ttfort=1,...,6,where=1,000,I0=0,and≥韓復華教授Overtime Constraint 加班工時限制¾每月加班時數：每員工不得超過10小時Over time for each month≤10,OWtt10−≥0,WOttfort=1,...,
韓復華教授使用Excel 軟件求解LP¾定義決策變數表(圖)¾定義所有限制式的表(圖；表)¾設一個解答的表(圖)¾設一個目標值結果欄Excel Model¾啟動「規劃求解」設定問題參數¾完成設定後點選「求解」y最佳解見(115頁)¾若未收斂, 儲存結果再次啟動規劃求解Example Results19韓復華教授平均庫存與流動時間¾平均庫存(等待線長度Queue Length)y每月庫存平均量T-1yL= [(I+ I)/2 + ∑I] / TT0 Tt t=1¾平均系統內流動時間(平均等待時間)y平均每單位成品完工前留在供應鏈系統內的時間y應用Little’s Formula: L = λw ; w = L / λyw = L/ [(Sum Dt, t=1,…T) / T]T yw =平均庫存量/平均需求量¾平均庫存週轉次數(每年)y12月/ 平均流動時間(月)20
韓復華教授Increased Demand Fluctuation 需求震盪的影響總需求量不變=16,000Same Overall Demand = 16,000Month月份 Demand Forecast預測需求量 January1,000 February3,000March 3,800April4,800 May2,000June 1,400 21韓復華教授Red Tomato Tools: Scenario Analysis 紅蕃茄工具廠：個案情境分析六個月規劃期預測總需求16,000不變基本個例需求震盪庫存成本由$2 增為$6Table $422,27$432,858$441,200總成本$640,000$640,000$640,000總營收$217,725$207,142$198,800淨利895 1,075558平均庫存(每月) 平均出廠時間(月)22庫存週轉次數~ 302547
韓復華教授Managing Predictable Variability 管理預知的市場變動¾Manage Supply¾供給面yManage capacityy產能管理yUse of subcontractingy使用外包廠商yDual facilities: y雙重設施：dedicated and flexible專注與彈性yManage inventoryy庫存管理¾Manage Demand¾需求面yShort-term price y短期降價discounty商業促銷yTrade promotionWhenand how promotion 最佳時機?will improve profits?23韓復華教授Managing Demand with Pricing 用價格做需求管理¾Red Tomato Tools Base Case¾仍以紅蕃茄工具廠為例yOriginal pricing: p=$40y原售價：p=$40；Cost = $422,275成本= $422,275,Revenue = $640,000 營收= $640,000(Table -2, p126)(Table -2, p126)¾Demand increase from ¾減價增加的需求discountingy市場成長yMarket growthy佔有率提高yStealing market sharey提前購買(無實質利益)yForward buying (no long term y減價1元, 當月需求增加gains)10%, 後兩個月有20%提前yDiscount of $1 increases period 購買demand by 10% and moves 20% of next two months demand forward24
韓復華教授Demand Management 需求管理¾Pricing and Aggregate ¾價格變動與總量計畫Planning must be done 要同時考慮jointly¾Factors affecting discount ¾影響打折價格的因素timingy促銷季節yImpact of Promotiony產品利潤yImpact of Product Margin y價格彈性(p=$40 vsp=$31)yConsumption: Changing y庫存成本fraction of increase coming from market growth (10% to 100% increase, Low vs. Hi price elasticity)25yInventory cost 韓復華教授價格效果低, 淡季促銷10% Growth + 20% Buy Forward (2 months)淡季(一月) 售價由$40 降至$39月份 原需求調整後的需求 一月1,600 3,000 二月3,0002,400 三月3,200 2,560 四月3,8003,800 五月2,200 2,200 六月2,2002,200 成本= $421,915, 營收= $643,400, 26利潤= $221,485
韓復華教授價格效果低, 旺季促銷10% Growth + 20% Buy Forward (2 months)旺季(四月) 售價由$40 降至$39月份 原需求調整後的需求 一月1,600 1,600 二月3,0003,000 三月3,200 3,200 四月3,8005,060 五月2,200 1,760 六月2,2001,760 成本= $438,857, 營收= $650,140,27利潤= $211,283韓復華教授價格效果高, 淡季促銷100% Growth + 20% Buy Forward (2 months)淡季(一月) 售價由$40 降至$39月份 原需求調整後的需求 一月1,600 4,400 二月3,0002,400 三月3,200 2,560 四月3,8003,800 五月2,200 2,200 六月2,2002,200 成本= $456,750, 營收= $699,560,利潤28= $242,810
韓復華教授價格效果高, 旺季促銷100% Growth + 20% Buy Forward (2 months)旺季(四月) 售價由$40 降至$39月份 原需求調整後的需求 一月1,600 1,600 二月3,0003,000 三月3,200 3,200 四月3,8008,480 五月2,200 1,760 六月2,2001,760 成本= $536,200, 營收= $783,520,29利潤= $247,320韓復華教授Scenario Analysis 情境分析Regular Promotion Promotion Percent Percent Profit Average Price Price Period increase in forward Inventory demand buy 售價 促銷價 促銷期 需求 提前 利潤 平均 增加率 購買率 庫存 $40 $40 NA NA NA $217,725 895 $40 $39 January 10 % 20 % $221,485 523 $40 $39 April 10% 20% $211,283 938 $40 $39 January 100% 20% $242,810 208 $40 $39 April 100% 20% $247,320 1,492 $31 $31 NA NA NA $73,725 895 $31 $30 January 100% 20% $84,410 208 $31 $30 April 100% 20% $69,120 1,492 Table ,
韓復華教授Factors Affecting Promotion Timing 影響促銷時機的因素較佳時機 因素 強(高) 弱(低) 淡季 旺季 9 9 提前購買 9 9 9 9 搶佔對手市場 9 9 9 9 刺激市場成長 9 9 9 9 產品利潤 9 9 9 9 庫存成本 9 9 9 9 產能變化成本 9 9 31 Table , p. 132韓復華教授Summary of Learning Objectives 小結¾Forecasting demand is ¾預測需求是基礎工作fundamentaly時間序列模式yTime Series Models¾Aggregate planning for ¾總量計畫優化推的流程optimal PUSHy數學/線性規劃模式yMP/LP Models¾Supply/Demand ¾因應預期市場變化management for predictable y供應面調整demand variationy需求面管理ySupply management levers9促銷的最佳時機yDemand management levers9Best Timing for Price Discount32
