Supply Chain Planning in the Consumer Electronics Industry - - PowerPoint PPT Presentation

Supply ¡Chain ¡Planning ¡ ¡in ¡the ¡Consumer ¡Electronics ¡Industry ¡

¡

Real ¡AI ¡2012 ¡ ¡

David ¡Lesaint ¡

david.lesaint@univ-­‑angers.fr ¡

LERIA ¡-­‑ ¡Université ¡d’Angers ¡-­‑ ¡France ¡

Contents ¡

• TFT-­‑LCD ¡Panels ¡

– Manufacturing ¡operaCons ¡ – Supply ¡chain ¡planning ¡ – SCP ¡as ¡discrete ¡opCmisaCon ¡

• Constraint ¡Programming ¡Approach ¡

– MulC-­‑pass ¡adaptaCve ¡planning ¡ – A ¡generic ¡CP ¡model ¡ – Experiments ¡

• Summary ¡and ¡Outlook ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 2 ¡

Contents ¡

• TFT-­‑LCD ¡Panels ¡

– Manufacturing ¡operaCons ¡ – Supply ¡chain ¡planning ¡ – SCP ¡as ¡discrete ¡opCmisaCon ¡

• Constraint ¡Programming ¡Approach ¡

– MulC-­‑pass ¡adaptaCve ¡planning ¡ – A ¡generic ¡CP ¡model ¡ – Experiments ¡

• Summary ¡and ¡Outlook ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 3 ¡

TFT-­‑LCD ¡Panel ¡Manufacturing ¡

• Panel ¡FabricaCon ¡

– etch ¡color ¡filters ¡(CF) ¡and ¡thin-­‑film ¡ transistors ¡(TFT) ¡onto ¡glasses ¡ – match ¡and ¡assemble ¡CF ¡and ¡TFT ¡ panels ¡(cell ¡producCon) ¡

• Module ¡Assembly ¡

– assemble ¡display ¡drivers, ¡back-­‑light ¡ units ¡(LEDs), ¡PCB, ¡etc ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 4 ¡

Manufacturing ¡Process ¡

• Reentrant ¡flows ¡ ¡
• MulC-­‑funcConal ¡equipments ¡
• High ¡uClisaCon ¡24/7 ¡x ¡365 ¡
• High ¡contenCon ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 5 ¡

LCD ¡Panel ¡Fab ¡Layout ¡

• Reentrant ¡flows ¡ ¡
• MulC-­‑funcConal ¡equipments ¡
• High ¡uClisaCon ¡24/7 ¡x ¡365 ¡
• High ¡contenCon ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 6 ¡

(from ¡Choi ¡et ¡al. ¡2010, ¡KAIST)

LCD ¡Panel ¡Supply ¡Chain ¡

• Panels ¡for ¡TVs, ¡PCs ¡and ¡mobiles ¡

– about ¡20 ¡fab ¡and ¡assembly ¡plants ¡ – hubs, ¡vendor-­‑managed ¡ inventories ¡and ¡customer ¡ warehouses ¡located ¡worldwide ¡ ¡ – air, ¡sea, ¡road ¡or ¡rail ¡shipping ¡

• Three ¡successive ¡stages ¡mixing ¡

producCon ¡and ¡transportaCon ¡ acCviCes ¡

1. Panel ¡fabricaCon ¡ 2. Module ¡assembly ¡ 3. Shipping ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 7 ¡

Lead ¡Cmes ¡

• 3-­‑5 ¡days ¡for ¡fab ¡
• 1 ¡day ¡for ¡assembly ¡
• 1-­‑30 ¡days ¡for ¡shipping ¡

Variability ¡

• 1K ¡items ¡
• 10K ¡routes ¡
• 1K ¡resources ¡
• 1K ¡inventories ¡

¡ ¡

Volume ¡

• 1K ¡products ¡
• 10K ¡orders ¡/ ¡month ¡
• 10M ¡panels ¡/ ¡month ¡

¡

Contents ¡

• TFT-­‑LCD ¡Panels ¡

– Manufacturing ¡operaCons ¡ – Supply ¡chain ¡planning ¡ – SCP ¡as ¡discrete ¡opCmisaCon ¡

• Constraint ¡Programming ¡Approach ¡

– MulC-­‑pass ¡adaptaCve ¡planning ¡ – A ¡generic ¡CP ¡model ¡ – Experiments ¡

• Summary ¡and ¡Outlook ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 8 ¡

Scope ¡of ¡Supply ¡Chain ¡Planning ¡

• Plan ¡producCon ¡and ¡transportaCon ¡orders ¡

– for ¡the ¡next ¡4 ¡months ¡[28 ¡daily ¡Cme ¡buckets ¡+ ¡12 ¡weekly ¡buckets] ¡ – every ¡week ¡[rolling ¡plan ¡with ¡20% ¡refreshment ¡rate] ¡ – plan ¡communicated ¡to ¡plants ¡and ¡suppliers ¡for ¡execuCon ¡and ¡procurement ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 9 ¡

(from ¡Rohde ¡et ¡al ¡2000, ¡PPS-­‑M)

Business ¡ObjecCves ¡of ¡SCP ¡

• Just-­‑in-­‑Cme ¡and ¡complete ¡delivery ¡

– minimise ¡lateness ¡and ¡earliness ¡

• Maximise ¡resource ¡capacity ¡uClisaCon ¡

– balance ¡and ¡smoothen ¡uClisaCon ¡

• Reduce ¡transportaCon ¡costs ¡
• PrioriCse ¡customer ¡volume ¡allocaCon ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 10 ¡

Build ¡a ¡plan ¡for ¡each ¡ confirmed/forecast ¡ sales ¡order ¡

Challenges ¡of ¡SCP ¡

• Dynamic ¡nature ¡of ¡parts ¡supplies ¡

– eg ¡semiconductor ¡shortages ¡

• Excessive ¡air ¡freight ¡
• Unbalanced ¡resource ¡uClisaCon ¡
• Inflated ¡demand ¡

– eg ¡sales ¡mistrust ¡SCP, ¡forecast ¡inaccuracies ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 11 ¡

Build ¡a ¡plan ¡for ¡each ¡ confirmed/forecast ¡ sales ¡order ¡

Challenges ¡of ¡SCP ¡

• Dynamic ¡nature ¡of ¡parts ¡supplies ¡

– eg ¡semiconductor ¡shortages ¡

• Excessive ¡air ¡freight ¡
• Unbalanced ¡resource ¡uClisaCon ¡
• Inflated ¡demand ¡

– eg ¡sales ¡mistrust ¡SCP, ¡forecast ¡inaccuracies ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 12 ¡

Build ¡a ¡plan ¡for ¡each ¡ confirmed/forecast ¡ sales ¡order ¡ Subop&mal ¡ Planning! ¡

Contents ¡

• TFT-­‑LCD ¡Panels ¡

– Manufacturing ¡operaCons ¡ – Supply ¡chain ¡planning ¡ – SCP ¡as ¡discrete ¡opCmisaCon ¡

• Constraint ¡Programming ¡Approach ¡

– MulC-­‑pass ¡adaptaCve ¡planning ¡ – A ¡generic ¡CP ¡model ¡ – Experiments ¡

• Summary ¡and ¡Outlook ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 13 ¡

Key ¡Planning ¡Decisions ¡

• Route(s) ¡selecCon ¡

– mulC-­‑level ¡BOMs ¡for ¡products ¡ – alternate ¡routes ¡for ¡each ¡item ¡

• Resource(s) ¡allocaCon ¡

– single ¡or ¡simultaneous ¡resources ¡ – atomic ¡or ¡aggregate ¡resources ¡

• Lot-­‑sizing ¡

– how ¡much ¡to ¡consume, ¡produce ¡ and ¡store ¡

• Scheduling ¡

– when ¡to ¡consume, ¡produce ¡and ¡ store ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 14 ¡

100 ¡ 100 ¡ 100 ¡ 100 ¡ 100 ¡ 100 ¡

17”DF- X Route 1 1 1

use ¡ 100 ¡ 100 ¡ init ¡ 1/2 ¡ 1/1 ¡ supply ¡ 300 ¡ 0 ¡ demand ¡ 1/2 ¡ 1/1 ¡

ITC

supply ¡ demand ¡ 1/2 ¡ 1/1 ¡ use ¡ 150 ¡ 150 ¡ init ¡ 1/2 ¡ 1/1 ¡

WC1 WC2

¡ ¡ ¡ ¡2/1 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡2/2 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡2/3 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡2/4 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡2/5 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡2/6 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡2/7 ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ ¡2/8 ¡ 24 ¡ 16 ¡ 8 ¡ 0 ¡ Efficiency ¡

FOR ¡EACH ¡ORDER: ¡

Core ¡Combinatorial ¡Model ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 15 ¡

Resource ¡ Route ¡ Inventory ¡ Inventory ¡ Route ¡ Inventory ¡ Route ¡ ... ¡ Resource ¡ Resource ¡ ... ¡ Resource ¡ Resource ¡ Inventory ¡

alternaCve ¡resources ¡ aggregate ¡resources ¡

Material ¡ BOR ¡ BOR ¡ BOR ¡ BOR-­‑set ¡ BOR ¡ p-­‑BOM ¡ p-­‑BOM ¡ p-­‑BOM ¡ c-­‑BOM ¡ c-­‑BOM ¡ c-­‑BOM ¡ c-­‑BOM ¡ c-­‑BOM ¡ c-­‑BOM ¡ c-­‑BOM ¡ c-­‑BOM ¡ c-­‑BOM ¡ c-­‑BOM ¡ c-­‑BOM ¡

Core ¡Constraints ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 16 ¡

Resource ¡ Route ¡ Inventory ¡ Inventory ¡ Route ¡ Inventory ¡ Route ¡ ... ¡ Resource ¡ Resource ¡ ... ¡ Resource ¡ Resource ¡ Inventory ¡

alternaCve ¡resources ¡ aggregate ¡resources ¡

Material ¡ BOR ¡ BOR ¡ BOR ¡ BOR-­‑set ¡ BOR ¡ p-­‑BOM ¡ p-­‑BOM ¡ p-­‑BOM ¡ c-­‑BOM ¡ c-­‑BOM ¡ c-­‑BOM ¡ c-­‑BOM ¡ c-­‑BOM ¡ c-­‑BOM ¡ c-­‑BOM ¡ c-­‑BOM ¡ c-­‑BOM ¡ c-­‑BOM ¡ c-­‑BOM ¡

• ¡Cme-­‑phased ¡yield ¡
• ¡priority, ¡cost, ¡proporCon ¡

Core ¡Constraints ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 17 ¡

Resource ¡ Route ¡ Inventory ¡ Inventory ¡ Route ¡ Inventory ¡ Route ¡ ... ¡ Resource ¡ Resource ¡ ... ¡ Resource ¡ Resource ¡ Inventory ¡

alternaCve ¡resources ¡ aggregate ¡resources ¡

Material ¡ BOR ¡ BOR ¡ BOR ¡ BOR-­‑set ¡ BOR ¡ p-­‑BOM ¡ p-­‑BOM ¡ p-­‑BOM ¡ c-­‑BOM ¡ c-­‑BOM ¡ c-­‑BOM ¡ c-­‑BOM ¡ c-­‑BOM ¡ c-­‑BOM ¡ c-­‑BOM ¡ c-­‑BOM ¡ c-­‑BOM ¡ c-­‑BOM ¡ c-­‑BOM ¡

• ¡Cme-­‑phased ¡yield ¡
• ¡priority, ¡cost, ¡proporCon ¡
• ¡consumpCon ¡rate ¡
• ¡priority, ¡cost, ¡proporCon ¡

Core ¡Constraints ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 18 ¡

Resource ¡ Route ¡ Inventory ¡ Inventory ¡ Route ¡ Inventory ¡ Route ¡ ... ¡ Resource ¡ Resource ¡ ... ¡ Resource ¡ Resource ¡ Inventory ¡

alternaCve ¡resources ¡ aggregate ¡resources ¡

Material ¡ BOR ¡ BOR ¡ BOR ¡ BOR-­‑set ¡ BOR ¡ p-­‑BOM ¡ p-­‑BOM ¡ p-­‑BOM ¡ c-­‑BOM ¡ c-­‑BOM ¡ c-­‑BOM ¡ c-­‑BOM ¡ c-­‑BOM ¡ c-­‑BOM ¡ c-­‑BOM ¡ c-­‑BOM ¡ c-­‑BOM ¡ c-­‑BOM ¡ c-­‑BOM ¡

• ¡Cme-­‑phased ¡yield ¡
• ¡priority, ¡cost, ¡proporCon ¡
• ¡capacity ¡consumpCon ¡rate ¡
• ¡cycle-­‑Cmes ¡
• ¡Cme-­‑phased ¡efficiency ¡
• ¡lot ¡size ¡min ¡& ¡increments ¡
• ¡consumpCon ¡rate ¡
• ¡priority, ¡cost, ¡proporCon ¡

Required ¡Features ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡

Id ¡ Feature ¡ 1 ¡ Due ¡date ¡fence ¡ 2 ¡ Material ¡constraints ¡ 3 ¡ Route ¡details ¡& ¡calendars ¡ 4 ¡ Shipping ¡lead ¡Cmes ¡ 5 ¡ Time-­‑phased ¡yield ¡ 6 ¡ Time-­‑phased ¡qty ¡consumpCon ¡ 7 ¡ Efficiency ¡rates ¡ 8 ¡ Resource ¡capacity ¡calendar ¡ 9 ¡ Resource ¡down-­‑Cmes ¡ 10 ¡ Over-­‑prod. ¡resource ¡capacity ¡ 11 ¡ Resource ¡capacity ¡uClizaCon ¡ 12 ¡ ObjecCve-­‑based ¡simulaCon ¡ 13 ¡ Disconnected ¡inventories ¡ 14 ¡ Resource-­‑less ¡routes ¡ 15 ¡ Incomplete ¡BOMs ¡ 16 ¡ MulCple ¡due ¡dates ¡(RTF) ¡ 17 ¡ Build-­‑ahead ¡days ¡constraints ¡ ¡ 18 ¡ Demand/trans. ¡mode ¡pegging ¡ 19 ¡ EffecCve ¡dates ¡ 20 ¡ Product ¡life-­‑cycles ¡ 21 ¡ Planned ¡orders ¡creaCon ¡rule ¡ Id ¡ Feature ¡ 22 ¡ Resource ¡pooling ¡ 23 ¡ MulC-­‑resource ¡sales ¡orders ¡ 24 ¡ MulC-­‑bucket ¡sales ¡orders ¡ 25 ¡ MulC-­‑route ¡sales ¡orders ¡ 26 ¡ Time-­‑phased ¡safety ¡stock ¡ 27 ¡ Stock ¡keeping-­‑Cme ¡ 28 ¡ Policies ¡-­‑ ¡delivery, ¡demand ¡priority ¡ 29 ¡ Policies ¡-­‑ ¡cost-­‑driven ¡rouCng ¡ 30 ¡ Policies ¡-­‑ ¡resource ¡uClizaCon ¡ maximizaCon ¡& ¡smoothing ¡ 31 ¡ Alternate ¡materials ¡ 32 ¡ WIP ¡projecCon ¡ 33 ¡ WIP ¡pegging ¡(Nenng) ¡ 34 ¡ Stock ¡pegging ¡(Nenng) ¡ 35 ¡ Time-­‑phased ¡line/plant ¡assignmt. ¡ 36 ¡ Shipping ¡schedule ¡constraints ¡ 37 ¡ Time-­‑phased ¡efficiency ¡ 38 ¡ Time-­‑phased ¡takt ¡Cme ¡ 39 ¡ Lot ¡size ¡ 40 ¡ Net ¡change ¡producCon ¡planning ¡ 41 ¡ Frozen ¡plan, ¡NOH ¡handling ¡

IN ¡SCOPE OUT-­‑OF-­‑SCOPE

19 ¡

RepresentaCve ¡Instance ¡Size ¡

• Data ¡Model ¡

– 10s ¡of ¡DB ¡tables ¡and ¡columns ¡ – 100K ¡records ¡ – 1mn ¡to ¡load ¡an ¡instance ¡

• RepresentaCve ¡Instance ¡Size ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 20 ¡

• 20,000 ¡BOMs
• 10,000 ¡c-­‑BOMs
• 10,000 ¡p-­‑BOMs ¡
• 6,000 ¡inventories
• 10,000 ¡routes
• 1,500 ¡resources ¡
• 16-­‑weeks ¡long ¡horizon
• 28 ¡daily ¡buckets ¡+ ¡12 ¡weekly ¡buckets
• 1500 ¡items ¡(30 ¡materials)
• 10 ¡item ¡groups ¡
• 10,000 ¡sales ¡orders
• 12,000 ¡planned ¡orders ¡
• 4,500 ¡stock ¡deliveries
• 7,500 ¡WIPs ¡
• 12,000 ¡BORs
• 20 ¡BOR-­‑sets

Other ¡Requirements ¡

• Acceptable ¡response ¡Cmes ¡
• Adaptable ¡to ¡problem ¡instance ¡characterisCcs ¡

– eg, ¡seasonal ¡demand, ¡new ¡product ¡launch ¡

• Decision-­‑support ¡

– support ¡what-­‑if ¡analysis ¡ – diagnose ¡failure ¡and ¡subopCmality ¡ – repair ¡or ¡improve ¡parts ¡of ¡a ¡plan ¡

• Plan ¡stability ¡
• System ¡integraCon ¡with ¡MRP, ¡ERP, ¡etc ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 21 ¡

Contents ¡

• TFT-­‑LCD ¡Panels ¡

– Manufacturing ¡operaCons ¡ – Supply ¡chain ¡planning ¡ – SCP ¡as ¡discrete ¡opCmisaCon ¡

• Constraint ¡Programming ¡Approach ¡

– MulC-­‑pass ¡adaptaCve ¡planning ¡ – A ¡generic ¡CP ¡model ¡ – Experiments ¡

• Summary ¡and ¡Outlook ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 22 ¡

ExisCng ¡SCP ¡System ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 23 ¡

Rule-­‑based ¡order-­‑by-­‑order ¡planning ¡

SequenCal ¡process ¡

• 1. WIP ¡projecCon ¡
• 2. stock ¡order ¡planning ¡
• 3. inventory ¡nenng ¡
• 4. planned ¡order ¡planning ¡

Incremental ¡strategy ¡

• 1 ¡stock/sales ¡order ¡at ¡a ¡Cme ¡

Greedy ¡algorithm ¡

• pre-­‑ranking ¡orders, ¡routes, ¡resources ¡
• backward-­‑planning ¡for ¡planned ¡orders ¡
• forward-­‑planning ¡for ¡stock ¡orders ¡

ExisCng ¡SCP ¡System ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 24 ¡

Rule-­‑based ¡order-­‑by-­‑order ¡planning ¡

No ¡search ¡

• alternaCves ¡are ¡not ¡explored ¡
• may ¡miss ¡soluCons ¡
• may ¡miss ¡improvements ¡

Same ¡model ¡for ¡all ¡orders ¡

• manually ¡reconfigured ¡aqer ¡each ¡run ¡ ¡

No ¡inference ¡

• does ¡not ¡prune ¡search ¡space ¡using ¡

constraints ¡before ¡and ¡during ¡search ¡ ¡

• may ¡explore ¡useless ¡parts ¡of ¡search ¡

space ¡

Analysis ¡

• MathemaCcal ¡(Linear ¡and ¡

Mixed ¡Integer) ¡Programming ¡ unsuitable ¡

– low-­‑fidelity ¡models ¡ – prohibiCve ¡response ¡Cmes ¡

• Problem ¡decomposiCon ¡is ¡a ¡

must ¡

– instance ¡size ¡ – data-­‑rich ¡ – orthogonal ¡decisions ¡ – heterogeneous ¡requirements ¡... ¡

• Constraint ¡Programming ¡... ¡

– ensures ¡high-­‑fidelity ¡models ¡ – proven ¡track-­‑record ¡on ¡real-­‑life ¡ planning/scheduling ¡problems ¡

• ... ¡But ¡no ¡one-­‑size-­‑fits-­‑all ¡

soluCon! ¡

– use ¡different ¡CP ¡models ¡for ¡ different ¡subproblems ¡ – leverage ¡COMET ¡to ¡this ¡effect ¡ – develop ¡a ¡run-­‑Cme ¡configurable ¡ CP ¡engine ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 25 ¡

CP ¡versus ¡LP/MIP ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 26 ¡

FEATURE ¡ Mathema&cal ¡Programming ¡ Constraint ¡Programming ¡ Relaxa&on ¡ Yes ¡ No ¡ GAP ¡measure ¡ Yes ¡ No ¡ Op&mality ¡Proof ¡ Yes ¡ Yes ¡ Modeling ¡Limita&ons ¡ QuadraCc ¡problems ¡limited ¡to ¡ PosiCve ¡Semi ¡Definite ¡problems ¡ and ¡Second ¡Order ¡Cone ¡ Programming ¡problems ¡ Discrete ¡problems ¡ ¡ Specialised ¡Constraints ¡ No ¡ Yes ¡ Logical ¡Constraints ¡ Yes ¡ Yes ¡ Theore&cal ¡Grounds ¡ Algebra ¡ AI, ¡Graph ¡Theory, ¡Algorithms ¡

(from ¡ILOG ¡2009, ¡OPL ¡manual)

MulC-­‑Paradigm ¡OpCmisaCon ¡Languages ¡

• COMETTM ¡

– mulC-­‑paradigm ¡opCmizaCon ¡DSL ¡ ¡ – with ¡Java-­‑like ¡programming ¡layer ¡ – interpreted ¡language ¡

• Benefits ¡

– high-­‑fidelity ¡system ¡engineering ¡ – eases ¡validaCon ¡ – rapid ¡prototyping ¡ – strong ¡performances ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 27 ¡

IMPLEMENTATION ¡ PARADIGM ¡ Embedded ¡(eg. ¡C++ ¡library) ¡ Domain-­‑Specific ¡Language ¡ MP ¡ ECLIPSE ¡| ¡OSCAR ¡| ¡... ¡ OPL ¡| ¡COMET ¡| ¡MINIZINC ¡... ¡ CP ¡ ECLIPSE ¡| ¡OSCAR ¡| ¡ILOG ¡SOLVER ¡| CHOCO ¡| ¡GECODE ¡| ¡... ¡ OPL ¡| ¡COMET ¡| ¡MINIZINC ¡... ¡ Meta-­‑Heuris&cs ¡ ECLIPSE ¡| ¡OSCAR ¡| ¡LOCALIZER ¡| ¡... ¡ OPL ¡| ¡COMET ¡... ¡

• P. ¡Van ¡Hentenryck ¡

Brown ¡univ. ¡-­‑ ¡Dynadec ¡

Problem ¡DecomposiCon ¡Approach ¡

• MulC-­‑pass ¡planning ¡

– each ¡pass ¡iterates ¡over ¡a ¡class ¡of ¡orders ¡ – one ¡or ¡more ¡orders ¡planned ¡at ¡each ¡iteraCon ¡ – failed ¡orders ¡revisited ¡in ¡subsequent ¡passes ¡

• CP ¡model ¡

– created ¡at ¡each ¡iteraCon ¡and ¡customised ¡for ¡each ¡(set ¡of) ¡order(s) ¡ – uses ¡COMET ¡global ¡constraints ¡and ¡ – porwolio ¡of ¡saCsfacCon/opCmizaCon ¡algorithms ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 28 ¡

Problem ¡too ¡large ¡ for ¡global ¡approach ¡ Too ¡much ¡variability ¡ for ¡a ¡single ¡CP ¡model ¡

configure ¡CP ¡ model ¡ plan ¡orders ¡with ¡ CP ¡model ¡ select ¡set ¡of ¡

• rders ¡

next ¡pass ¡

MulC-­‑Pass ¡Planning ¡Procedure ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 29 ¡

soluCon? ¡ build ¡CP ¡model ¡ solve ¡ select ¡orders ¡ save ¡ soluCon ¡ record ¡ failure ¡

next ¡itera*on ¡

¡pass ¡[CP ¡solver] ¡

yes

mulC-­‑pass ¡[Meta-­‑Solver] ¡

no

Contents ¡

• TFT-­‑LCD ¡Panels ¡

– Manufacturing ¡operaCons ¡ – Supply ¡chain ¡planning ¡ – SCP ¡as ¡discrete ¡opCmisaCon ¡

• Constraint ¡Programming ¡Approach ¡

– MulC-­‑pass ¡adaptaCve ¡planning ¡ – A ¡generic ¡CP ¡model ¡ – Experiments ¡

• Summary ¡and ¡Outlook ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 30 ¡

Search ¡Space ¡

• RouCng ¡search ¡space ¡is ¡an ¡OR-­‑

AND-­‑tree ¡

– inventories ¡= ¡OR-­‑nodes ¡

• choose ¡a ¡single ¡upstream ¡route ¡

– routes ¡= ¡AND-­‑nodes ¡

• follow ¡all ¡upstream ¡inventories ¡

– a ¡plan ¡is ¡a ¡tree ¡of ¡acCviCes ¡

• Other ¡decision ¡points ¡at ¡each ¡

node ¡

– quanCCes ¡and ¡Cming ¡of ¡ producCon/consumpCon ¡ – resource ¡allocaCon ¡ – stock ¡consumpCon/creaCon ¡ – order ¡shortage, ¡etc ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 31 ¡

...

... ...

Materials ¡ Inventory ¡ Resource ¡ Route ¡ OR-­‑node ¡ AND-­‑node ¡

Pazern ¡

Search ¡Space ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 32 ¡

... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

... ...

Pazern ¡ Search ¡ Space ¡

Materials ¡ Inventory ¡ Resource ¡ Route ¡ OR-­‑node ¡ AND-­‑node ¡

SoluCon ¡Plans ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 33 ¡

... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

Search ¡ Space ¡ SoluCon ¡ Plan ¡

CP ¡Model ¡Build ¡& ¡Solve ¡

• Declare ¡finite ¡domains ¡
• Create ¡decision ¡variables ¡
• Post ¡constraints ¡
• Search ¡for ¡a ¡soluCon ¡
• Save ¡soluCon ¡or ¡return ¡failure ¡
• All ¡steps ¡traverse ¡the ¡OR-­‑AND-­‑

tree ¡

– either ¡visit ¡each ¡node ¡once ¡ – or ¡visit ¡each ¡node ¡mulCple ¡Cmes ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 34 ¡

... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

Search ¡space ¡

Variable ¡CreaCon ¡

• At ¡each ¡node ¡by ¡traversing ¡

supply ¡net ¡top-­‑down ¡

• Variables ¡indexed ¡by ¡order ¡ids, ¡

node ¡ids ¡and/or ¡object ¡ids ¡

• Each ¡variable ¡models ¡a ¡specific ¡

aspect ¡

– rouCng ¡decision, ¡quanCty ¡to ¡ produce, ¡stock ¡to ¡consume, ¡start ¡ date ¡of ¡acCvity, ¡etc ¡

• Finite ¡domain ¡variables ¡

– symbolic ¡ – integers ¡ – booleans ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 35 ¡

... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

...

... ... Variable ¡CreaCon ¡Example ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 36 ¡

// order o // inventory i // RTE(i) = 1..#upstream_routes_of_i

• xRoute{<o,i>} = new var<CP>{int} = var<CP>{int}(_cp,RTE(i));

...

... ... Variable ¡CreaCon ¡Example ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 37 ¡

// order o // inventory i // POR(o) = set of planned orders for o // RTE(i) = 1..#upstream_routes_of_i // HOZ = 1..#buckets_in_planning_horizon

• xAddBck{<o,i>} = new var<CP>{int}[p in POR(o), r in RTE(i)]

= var<CP>{int}(_cp,HOZ);

...

... ... Variable ¡CreaCon ¡Example ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 38 ¡

//order o // route r // POR(o) = set of planned orders for o // RSC(r) = 1..#resources_of_r // CPY(r) = 0..#max_capacity_consumable_on_r

• xCsdCpy{<o,r>} = new var<CP>{int}[p in POR(o),w in RSC(r)]

= var<CP>{int}(_cp,CPY(r));

Constraint ¡PosCng ¡

• At ¡each ¡node ¡(visited ¡once) ¡
• Each ¡constraint ¡addresses ¡a ¡

specific ¡requirement ¡or ¡rule ¡

– match ¡stock ¡ins ¡and ¡outs ¡ – RTF/DDF ¡ – safety ¡stocks ¡ – route ¡possible ¡Cmes ¡ – item ¡SOL/EOL ¡ – capacity ¡constraints ¡ – yield ¡rate ¡ – etc ¡ ¡

• Finite ¡domain ¡constraints ¡

– arithmeCc, ¡logical ¡ – indexing, ¡etc ¡ ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 39 ¡

... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

...

... ... Constraint ¡PosCng ¡Example ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 40 ¡

// order o // RTF of o rtf

• if (_cfg.solver().enableOrderRTF()) {

if (! _cfg.solver().enableJustInTimeDelivery()) { _cp.post(xSrlsBck{o} <= rtf,

• nBounds);

} else { _cp.post(xSrlsBck{o} == rtf,

• nBounds);

} }

...

... ... Constraint ¡PosCng ¡Example ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 41 ¡

// order o // inventory i // si = <o,i> // POR(o) = set of planned orders for o // RTE(i) = 1..#upstream_routes_of_i

• forall(p in POR(o)) {

_cp.post(xRaddStk{si}[p,route{<o,i>}] == xIaddStk{si}[p],

• nBounds);

_cp.post((sum(r in xRaddStk{si}.getRange(1)) xAddStk{si}[p,r]) == xIaddStk{si}[p],

• nBounds);

}

Search ¡Algorithm ¡

• Different ¡labelling ¡strategy ¡per ¡ ¡class ¡of ¡variables ¡

– rouCng, ¡allocaCon, ¡stock, ¡quanCty, ¡Cme ¡

• Each ¡class ¡has ¡

– a ¡priority ¡

• 0..5 ¡(0 ¡ó ¡disabled) ¡

– a ¡traversal ¡direcCon ¡

• backward ¡or ¡forward ¡

– value ¡selecCon ¡heurisCcs ¡ ¡

• domain-­‑specific ¡or ¡not ¡
• greedy ¡or ¡exhausCve ¡
• randomized ¡or ¡systemaCc ¡
• single ¡value ¡or ¡domain ¡splinng ¡
• min ¡first ¡or ¡max ¡first ¡ ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 42 ¡

... ... ... ... ... ...

Search ¡Strategy ¡Example ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 43 ¡

... ... ... ... ... ...

• 1. ¡RouCng ¡+ ¡AllocaCon

Search ¡Strategy ¡Example ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 44 ¡

... ... ... ... ... ...

• 2. Quantities

Search ¡Strategy ¡Example ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 45 ¡

... ... ... ... ... ...

• 3. Time

Problem ¡DecomposiCon ¡Strategy ¡(Meta-­‑Solver) ¡

• Cluster ¡orders ¡using ¡any ¡criteria ¡combinaCon ¡

– unsolved ¡orders ¡ – same ¡customer ¡ – same ¡module-­‑out ¡inventory ¡ – similar ¡due ¡dates ¡ – contenCon ¡on ¡resources ¡ – contenCon ¡on ¡materials ¡ – etc ¡

• Use ¡best-­‑fit ¡model ¡for ¡each ¡class ¡of ¡orders ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 46 ¡

Model ¡and ¡Solver ¡ConfiguraCon ¡

• ReconfiguraCon ¡aqer ¡each ¡pass ¡

– switch ¡on ¡or ¡off ¡problem ¡features/constraints ¡

• allow ¡lateness, ¡disable ¡aggregate ¡resources, ¡do ¡not ¡fragment ¡sales ¡
• rders, ¡shorten ¡sales ¡orders, ¡etc ¡

– switch ¡on ¡or ¡off ¡algorithmic ¡opCons ¡

• aspect ¡prioriCes, ¡heurisCcs, ¡search ¡type, ¡etc ¡
• Other ¡algorithmic ¡opCons ¡

– maximum ¡number ¡of ¡failures ¡allowed ¡ – don’t ¡explore ¡non-­‑contribuCng ¡subtrees ¡ ¡ ¡ – saCsfy ¡or ¡opCmize ¡ – restarts ¡(eg, ¡Large-­‑Neighbourhood ¡Search) ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 47 ¡

Example ¡of ¡Strategy ¡

• Quickly ¡plan ¡the ¡bulk ¡of ¡the ¡demand ¡in ¡first ¡passes ¡

– using ¡efficient ¡but ¡constraining ¡CP ¡model ¡

• eg, ¡no ¡order ¡fragmentaCon, ¡no ¡lateness, ¡no ¡shortening ¡
• Tackle ¡hard ¡orders ¡and ¡perform ¡fine-­‑grained ¡planning ¡in ¡

subsequent ¡passes ¡

– using ¡more ¡flexible ¡model ¡with ¡all ¡features ¡turned ¡on ¡

• MulC-­‑criteria ¡opCmizaCon ¡may ¡be ¡carried ¡out ¡

– at ¡iteraCon-­‑level ¡

• eg, ¡using ¡weighted ¡objecCve ¡funcCon ¡inside ¡CP ¡model ¡ ¡

– at ¡pass-­‑level ¡

• eg, ¡different ¡passes ¡focus ¡on ¡different ¡KPIs ¡ ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 48 ¡

Contents ¡

• TFT-­‑LCD ¡Panels ¡

– Manufacturing ¡operaCons ¡ – Supply ¡chain ¡planning ¡ – SCP ¡as ¡discrete ¡opCmisaCon ¡

• Constraint ¡Programming ¡Approach ¡

– MulC-­‑pass ¡adaptaCve ¡planning ¡ – A ¡generic ¡CP ¡model ¡ – Experiments ¡

• Summary ¡and ¡Outlook ¡

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Experiments ¡

• Tests ¡on ¡representaCve ¡dataset ¡

– similar ¡structure ¡and ¡size ¡to ¡customer’s ¡instances ¡

• Measures ¡

– on-­‑Cme ¡delivery ¡(OTD) ¡and ¡fulfillment ¡for ¡orders ¡and ¡quanCCes ¡ – assembly ¡resource ¡capacity ¡uClizaCon ¡ – run-­‑Cme ¡

• Comparison ¡of ¡COMET ¡with ¡exisCng ¡rules ¡system ¡

– lazer ¡fragments ¡a ¡sales ¡order's ¡plan, ¡former ¡does ¡not ¡ ¡

• over ¡different ¡routes ¡and ¡dates ¡and ¡resources ¡on ¡a ¡route ¡

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Search ¡Strategy ¡

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CLASS ¡ PRIORITY ¡ rou&ng ¡ 1 ¡ resource ¡alloca&on ¡ 1 ¡ stock ¡ 0 ¡ quan&ty ¡ 2 ¡ &me ¡ 3 ¡ HEURISTIC ¡ dom-­‑spec ¡ all-­‑ random ¡ greedy-­‑ min ¡ greedy-­‑ max ¡ all-­‑min ¡ all-­‑max ¡ dicho-­‑ tomic ¡ rou&ng ¡ x ¡ resourcing ¡ x ¡ stock ¡ x ¡ quan&ty ¡ x ¡ &me ¡ x ¡ CLASS ¡ TRAVERSAL ¡ rou&ng ¡ backward ¡ resource ¡alloca&on ¡ backward ¡ stock ¡ none ¡ quan&ty ¡ backward ¡ &me ¡ forward ¡

COMET ¡vs. ¡Rule-­‑based ¡Planner ¡

5 ¡Oct. ¡2012 ¡ Supply ¡Chain ¡Planning ¡in ¡Consumer ¡Electronics ¡ 52 ¡

total ¡orders ¡to ¡plan ¡ #orders ¡fulfilled ¡ #orders ¡on-­‑Cme ¡ COMET ¡ 7102 ¡ 6658 ¡ 5588 ¡ total ¡quanCCes ¡ #quanCCes ¡delivered ¡ #quanCCes ¡on ¡Cme ¡ COMET ¡ 21,909,458 ¡ 18,550,314 ¡ 16,411,630 ¡ run-­‑Cme ¡ COMET ¡ 764 ¡sec ¡ #orders ¡delivered ¡ #orders ¡on ¡Cme ¡ Improvement ¡ + ¡9.7% ¡ + ¡6.7% ¡ #quanCCes ¡delivered ¡ #quanCCes ¡on ¡Cme ¡ Improvement ¡ + ¡2.0% ¡ + ¡3.1% ¡

Contents ¡

• TFT-­‑LCD ¡Panels ¡

– Manufacturing ¡operaCons ¡ – Supply ¡chain ¡planning ¡ – SCP ¡as ¡discrete ¡opCmisaCon ¡

• Constraint ¡Programming ¡Approach ¡

– MulC-­‑pass ¡adaptaCve ¡planning ¡ – A ¡generic ¡CP ¡model ¡ – Experiments ¡

• Summary ¡and ¡Outlook ¡

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Summary ¡

• DecomposiCon ¡approach ¡based ¡on ¡CP ¡

– high-­‑fidelity ¡model ¡ – solver ¡leverages ¡COMET ¡propagaCon ¡and ¡search ¡capabiliCes ¡ – "best-­‑fit ¡model" ¡approach ¡through ¡run-­‑Cme ¡configurable ¡model ¡

• Results ¡very ¡encouraging ¡

– much ¡bezer ¡soluCons ¡than ¡Rules ¡system ¡ – acceptable ¡perfs: ¡10mns ¡/ ¡run ¡(30 ¡orders/sec) ¡

• Project ¡

– implementaCon ¡enCrely ¡in ¡COMET ¡ – 10 ¡man-­‑month ¡effort ¡end-­‑to-­‑end ¡ – 30K ¡lines ¡of ¡code ¡ – core ¡model ¡3K ¡lines ¡of ¡code ¡ ¡

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Outlook ¡

• Missing ¡features ¡should ¡further ¡improve ¡OTD, ¡fulfillment ¡

and ¡resource ¡uClisaCon ¡by ¡tapping ¡in ¡remaining ¡pockets ¡of ¡ capacity ¡and ¡exploiCng ¡inventories ¡

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Id ¡ Feature ¡ 22 ¡ Resource ¡pooling ¡ 23 ¡ MulC-­‑resource ¡sales ¡orders ¡ 24 ¡ MulC-­‑bucket ¡sales ¡orders ¡ 25 ¡ MulC-­‑route ¡sales ¡orders ¡ 26 ¡ Time-­‑phased ¡safety ¡stock ¡ 27 ¡ Stock ¡keeping-­‑Cme ¡ 28 ¡ Policies ¡-­‑ ¡delivery, ¡demand ¡priority ¡ 29 ¡ Policies ¡-­‑ ¡cost-­‑driven ¡rouCng ¡ 30 ¡ Policies ¡-­‑ ¡resource ¡uClizaCon ¡maximizaCon ¡& ¡smoothing ¡ 31 ¡ Alternate ¡materials ¡

should ¡improve ¡ OTD, ¡fulfillment ¡ and ¡resource ¡ uClizaCon ¡