鄧蓉，李軍龍，邱榮祖

（1．三明學(xué)院管理學(xué)院，福建三明365004；2．福建農(nóng)林大學(xué)交通與土木工程學(xué)院，福建福州350002）

木質(zhì)生物質(zhì)能源廠原材料庫(kù)存控制研究

鄧蓉1，李軍龍1，邱榮祖2

（1．三明學(xué)院管理學(xué)院，福建三明365004；2．福建農(nóng)林大學(xué)交通與土木工程學(xué)院，福建福州350002）

在一個(gè)時(shí)間單位周期內(nèi)、對(duì)原料的需求保持相對(duì)均衡的前提下，針對(duì)木質(zhì)生物質(zhì)能源廠原材料庫(kù)存控制進(jìn)行研究，提出了組合安全庫(kù)存控制理論和經(jīng)濟(jì)訂單批量模型的庫(kù)存控制策略，結(jié)合調(diào)研背景設(shè)置模型參數(shù)，即可求解出周期安全庫(kù)存量、一次進(jìn)貨量、再訂貨點(diǎn)，以及該執(zhí)行方案下的庫(kù)存成本核算。通過(guò)應(yīng)用分析及敏感性分析證明了該組合模型可以較為理想地為木質(zhì)生物質(zhì)能源廠提供庫(kù)存決策輔助，對(duì)企業(yè)原料供應(yīng)的平穩(wěn)運(yùn)作及優(yōu)化成本兩個(gè)方面都大有益處。

木質(zhì)生物質(zhì)能源廠；庫(kù)存控制；安全庫(kù)存；經(jīng)濟(jì)訂單批量

所謂生物質(zhì)能是指太陽(yáng)能以化學(xué)能形式貯存在生物質(zhì)中的能量形式，即以生物質(zhì)為載體的能量，具體來(lái)說(shuō)，通常包括木材、森林廢棄物、農(nóng)業(yè)廢棄物、水生植物、油料植物、城市和工業(yè)有機(jī)廢棄物、動(dòng)物糞便等[1]，其中，由于森林的陽(yáng)光利用率遠(yuǎn)高于農(nóng)作物，使得木質(zhì)生物質(zhì)能成為生物質(zhì)能中最重要的一部分[2]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者們開(kāi)始廣泛關(guān)注木質(zhì)生物質(zhì)能問(wèn)題，從資源特性來(lái)看，木質(zhì)生物質(zhì)能源屬于可再生能源，具有分布廣泛、總量豐富、產(chǎn)量較大的特點(diǎn)，與其他一些只能間接作為燃料的生物質(zhì)能源相比較，技術(shù)上的難題較少[3]；從碳排放的角度來(lái)考量，木質(zhì)生物質(zhì)在生長(zhǎng)時(shí)需要的CO2相當(dāng)于它燃燒時(shí)排放CO2的量，因而對(duì)大氣的CO2凈排放量近似于零，同時(shí)木質(zhì)生能源的轉(zhuǎn)化過(guò)程和使用過(guò)程形成了二氧化碳的循環(huán)排放過(guò)程，可有效緩解目前日趨嚴(yán)重的溫室效應(yīng)[4]；從國(guó)家能源結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，開(kāi)發(fā)木質(zhì)生物質(zhì)能可代替部分煤炭、石油、天然氣等化石燃料，對(duì)優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)和保障國(guó)家能源安全具有重要作用[5]。然而，由于木質(zhì)生物質(zhì)原料的分布式特性、以及一系列復(fù)原操作的高成本和復(fù)雜性，在很大程度上造成生物質(zhì)能源生產(chǎn)無(wú)法達(dá)到預(yù)期效果[6-7]。

近年來(lái)，國(guó)外對(duì)木質(zhì)生物質(zhì)原料庫(kù)存控制與管理的研究文獻(xiàn)明顯增多，對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的成果進(jìn)行梳理，主要分為兩大類：一是以傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模方法(如線性規(guī)劃、啟發(fā)式算法)或網(wǎng)絡(luò)模型為方向的庫(kù)存管理優(yōu)化，代表人物有Helene Gunnarsson、Philip C Jones、Pascal Forget等學(xué)者[8-10]；二是動(dòng)態(tài)仿真研究方面，代表學(xué)者有De Mol、Fengli Zhang[11-12]。目前國(guó)內(nèi)關(guān)于木質(zhì)生物質(zhì)原料庫(kù)存的相關(guān)研究報(bào)道比較零散，存在微觀情境下需求預(yù)測(cè)精度不高、庫(kù)存控制策略多依賴經(jīng)驗(yàn)方法確定、原料倉(cāng)儲(chǔ)管理信息化程度有待提高等等問(wèn)題。

本文研究著重關(guān)注木質(zhì)生物質(zhì)能源廠在原材料庫(kù)存控制問(wèn)題上的合理化與經(jīng)濟(jì)化。庫(kù)存控制策略包含安全庫(kù)存量、一次進(jìn)貨量、再訂貨點(diǎn)以及成本核算等等決策。解決供應(yīng)鏈上需求不確定性的主要考量是通過(guò)設(shè)置必要的安全儲(chǔ)備[13]，但是目前大多數(shù)生物質(zhì)能源廠的木質(zhì)原料安全儲(chǔ)備多依賴決策者的經(jīng)驗(yàn)方法確定，過(guò)低的安全庫(kù)存設(shè)置水平無(wú)法應(yīng)對(duì)需求突增的情況，擁有過(guò)高的存量又會(huì)產(chǎn)生大量的庫(kù)存呆滯；在一個(gè)存貨周期中，生物質(zhì)能源廠如何去設(shè)定最優(yōu)訂單批量、再訂貨水平直接影響著庫(kù)存成本[14]。

1建模

1.1參數(shù)及變量定義

(1)Ci―指某一個(gè)月份的庫(kù)存總成本，i=1 to 12；

(2)UC―進(jìn)貨單價(jià)；

(3)RC―再訂貨費(fèi)用，指的是一次貨物的訂貨費(fèi)用；

(4)HC―保管的持有單位費(fèi)用；

(5)SC―缺貨費(fèi)用，這里假定一個(gè)月內(nèi)由于沒(méi)有滿足客戶需求而造成的總?cè)必涃M(fèi)用為SC；

(6)α―假定缺貨率為，即有客戶服務(wù)水平=1-α；

(7)z―某一客戶服務(wù)水平下所對(duì)應(yīng)的安全系數(shù)，取決于庫(kù)存控制對(duì)供應(yīng)保障率的具體要求，它與之間存在內(nèi)在概率關(guān)系，是基于標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布原理計(jì)算出來(lái)的，可通過(guò)正態(tài)分布表查得；

(8)TC―周期訂貨費(fèi)用，包括原材料購(gòu)買(mǎi)成本和可變成本兩項(xiàng)費(fèi)用，其中可變成本包含再訂貨成本和持有成本；

(9)Di―需求，指的是在一定時(shí)間段內(nèi)預(yù)期存貨需要向外供給的數(shù)量，本文需求以月為一個(gè)時(shí)間單位周期；

(10)Q―訂單批量；

(11)SS―安全庫(kù)存，是指當(dāng)遭遇需求突增，訂單批量Q告磬時(shí)，才會(huì)緊急投入使用的庫(kù)存；

(12)T―訂貨周期，是指在連續(xù)兩次的訂貨之間的時(shí)間間隔，運(yùn)作周期的長(zhǎng)短一般由訂單批量的大小決定，較大的訂單批量往往會(huì)導(dǎo)致較長(zhǎng)的運(yùn)作周期，并且有T=Q/D的關(guān)系；

(13)LT―訂貨提前期，即指從訂貨到交貨這一時(shí)間段；

(14)ROL―再訂貨點(diǎn)，只要設(shè)定再訂貨點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)訂單批量模型的推導(dǎo)就不會(huì)受到訂貨提前期的影響。

1.2模型建立

安全庫(kù)存量的制定以及安全庫(kù)存費(fèi)用的核算方式可以通過(guò)安全庫(kù)存控制理論計(jì)算得出，解決“當(dāng)月應(yīng)該預(yù)留多少初始庫(kù)存”這個(gè)問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上，本文將應(yīng)用經(jīng)濟(jì)訂單批量模型來(lái)研究周期庫(kù)存策略，這個(gè)方法對(duì)于涉及到的各項(xiàng)庫(kù)存成本如何平衡具有重要意義，考量的是“一次進(jìn)貨量應(yīng)該訂購(gòu)多少最為合適”、“當(dāng)庫(kù)存剩余多少時(shí)就應(yīng)該執(zhí)行再訂貨”以及“這一時(shí)間單位周期內(nèi)的總成本該如何核算”這3個(gè)問(wèn)題。模型圖示如圖1所示。模型的實(shí)質(zhì)為安全庫(kù)存控制模型和經(jīng)濟(jì)訂單批量模型的組合，在SS、Q以及ROL等等變量的推導(dǎo)上又相對(duì)獨(dú)立。

該執(zhí)行方案下的庫(kù)存成本核算包含安全庫(kù)存保管的持有費(fèi)用SS·HC，以及需求突增時(shí)將安全庫(kù)存全部投入使用也無(wú)法滿足需要而造成的缺貨費(fèi)用SC·α，以及周期訂貨費(fèi)TC0，周期訂貨費(fèi)用包含原材料購(gòu)買(mǎi)成本(相對(duì)于庫(kù)存控制來(lái)說(shuō)，這是一項(xiàng)固定成本)，再訂貨費(fèi)用和存貨持有費(fèi)用。因此，本文庫(kù)存控制模型的成本公式可表述為：

圖1庫(kù)存控制原理

1.3最優(yōu)解的確定

1.3.1 SS的確定

當(dāng)前，重慶市上下始終把脫貧攻堅(jiān)工作作為首要政治任務(wù)和第一民生實(shí)事，用脫貧攻堅(jiān)工作統(tǒng)攬經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展大局，全市脫貧攻堅(jiān)已進(jìn)入啃硬骨頭的關(guān)鍵時(shí)期。通過(guò)對(duì)豐都縣和其他區(qū)縣脫貧攻堅(jiān)工作的實(shí)地走訪、查閱資料、座談了解、考察學(xué)習(xí)等，發(fā)現(xiàn)在推進(jìn)過(guò)程中存在某些共性問(wèn)題，需引起高度重視，切實(shí)加以妥善解決。

安全庫(kù)存量的計(jì)算方法需要借助統(tǒng)計(jì)學(xué)知識(shí)，根據(jù)提前期、需求量(固定或變化)的規(guī)律，做出一些基本假設(shè)以及對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后結(jié)合需求標(biāo)準(zhǔn)差、顧客服務(wù)水平、正態(tài)分布圖等因子共同來(lái)確定合理的庫(kù)存量[15-16]。在這里引入一個(gè)存貨周期服務(wù)水平的概念，用來(lái)表示在一個(gè)存貨周期里能夠滿足所有需求時(shí)的概率大小，由此可知，顧客服務(wù)水平和缺貨率存在著對(duì)應(yīng)關(guān)系，假定缺貨率為α，即有服務(wù)水平=1-α，在此情況下，還有一個(gè)所對(duì)應(yīng)的安全系數(shù)z，這一數(shù)值取決于庫(kù)存控制對(duì)供應(yīng)保障率的具體要求，它們?nèi)咧g的內(nèi)在概率關(guān)系可以通過(guò)正態(tài)分布表查得，如表1所示[17]。

表1顧客服務(wù)水平及安全系數(shù)表

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的安全庫(kù)存公式通過(guò)一系列數(shù)學(xué)推導(dǎo)，有[17]：

式中：SS為安全庫(kù)存，z為某服務(wù)水平下的安全系數(shù)，σT為單位周期需求量的標(biāo)準(zhǔn)差，Lˉ為提前期的平均值，T為訂貨周期。

1.3.2 Q0、ROL及TCi0的確定

周期訂貨費(fèi)用(即階段性總成本)包含原材料購(gòu)買(mǎi)成本，再訂貨費(fèi)用和存貨持有費(fèi)用3項(xiàng)，首先，確定在一個(gè)周期里其中一次訂貨費(fèi)用，即有:一次訂貨費(fèi)用=UC·Q+RC+（HC·Q·T）/2根據(jù)經(jīng)濟(jì)訂單批量計(jì)算模型的推導(dǎo)過(guò)程，可得出以下解[17]：經(jīng)濟(jì)型訂單批量Q0：

當(dāng)庫(kù)存量下降到ROL(不包含安全庫(kù)存)時(shí)，就立即實(shí)施再訂貨，訂貨量為Q0，ROL的確定公式如下：

結(jié)合公式(3)，可推導(dǎo)出最優(yōu)化周期訂貨費(fèi)用TCi0，即為：

1.3.3庫(kù)存控制模型成本公式

2應(yīng)用分析

2.1應(yīng)用案例概況

福建某生物質(zhì)能源廠以桉木片、松木片、楊木片等木片以及桉樹(shù)、馬尾松、杉原木等種類的次材、短材、薪材作為原材料，專門(mén)用于生產(chǎn)生物質(zhì)能源機(jī)碳棒，根據(jù)實(shí)際調(diào)研，近年來(lái)該廠對(duì)木質(zhì)原料的年需求量大致在25～35萬(wàn)t的量級(jí)上，在一個(gè)時(shí)間單位周期內(nèi)對(duì)木質(zhì)原料的需求近似均衡。

木質(zhì)原料屬于季節(jié)性產(chǎn)品，各個(gè)月份的需求存在差異，故按月需求為一個(gè)時(shí)間單位周期來(lái)考慮庫(kù)存策略會(huì)更加合理。本文以該廠2011～2015年木質(zhì)原料需求情況作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，利用灰色預(yù)測(cè)和3次指數(shù)平滑預(yù)測(cè)的組合模型，進(jìn)行2016～2020年木質(zhì)原料的需求情況預(yù)測(cè)，如表2所示。該廠的調(diào)研數(shù)據(jù)如表3所示。在本文提出的模型中，安全庫(kù)存的設(shè)定是以年度作為周期，同一個(gè)年份里的月安全庫(kù)存儲(chǔ)備量相同，而訂單批量和再訂貨點(diǎn)是由當(dāng)月需求多少?zèng)Q定的。本文模型利用計(jì)算機(jī)編程已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)算。

表2福建某木質(zhì)生物質(zhì)能源廠2016-2020年木質(zhì)原料需求預(yù)測(cè)單位：t

表3福建某木質(zhì)生物質(zhì)能源廠庫(kù)存控制策略參數(shù)

2.2庫(kù)存控制策略分析

此處以分析2016年的數(shù)據(jù)為例：

(1)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算公式σT=，代入2016年12個(gè)月木材原料的需求預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，可求得σT= 2498；

(2)安全庫(kù)存正常情況下不動(dòng)用，作為以應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的物料儲(chǔ)備，根據(jù)安全庫(kù)存的計(jì)算公式，解決“當(dāng)月應(yīng)該預(yù)留多少初始庫(kù)存”這個(gè)問(wèn)題。

此處將服務(wù)水平設(shè)定為99%，這一設(shè)定值合理與否與企業(yè)當(dāng)前的經(jīng)營(yíng)數(shù)據(jù)密切相關(guān)，可通過(guò)偏離SS的敏感性分析進(jìn)行調(diào)整。

例如，當(dāng)代入2016年7月份的Di值，即表2中的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合表3的參數(shù)調(diào)研情況，可計(jì)算出這一月份的最佳訂單批量應(yīng)設(shè)定為4267 t。

(4)當(dāng)庫(kù)存水平下降到LT×Di時(shí)，就實(shí)施再訂貨，例如，7月份的Di值為27315 t，LT為3 d，即為0.1個(gè)月，可得再訂貨點(diǎn)約為2730 t，即當(dāng)庫(kù)存水平下降到2730 t時(shí)(不包含安全庫(kù)存)，就可實(shí)施再訂貨。

(5)根據(jù)階段性總成本的計(jì)算公式Ci=SS·HC+SC·任意代入表2某一月份的需求預(yù)測(cè)值，即可計(jì)算出這一月份的最小化階段性總成本估值(估值較大是由于包含了原材料購(gòu)買(mǎi)成本，而此項(xiàng)成本相對(duì)于庫(kù)存控制是固定成本)，如圖2。

圖2 2016年下半年各個(gè)月份的Ci值

3敏感性分析

這里針對(duì)2016年7月份的兩個(gè)庫(kù)存策略指標(biāo)最佳安全庫(kù)存儲(chǔ)備1810 t，最優(yōu)訂單批量4267 t進(jìn)行偏離程度分析，結(jié)合企業(yè)當(dāng)前的經(jīng)營(yíng)數(shù)據(jù)，偏離SS及Q0的敏感性分析結(jié)果如圖3所示。當(dāng)安全庫(kù)存儲(chǔ)備量遞減到0.8SS（1448 t）時(shí)，此時(shí)顧客服務(wù)水平約接近97%，一個(gè)月內(nèi)會(huì)造成總成本增加值約為9140元，繼續(xù)遞減到0.6SS（1086 t）時(shí)，顧客服務(wù)水平接近93%，會(huì)造成總成本增加值約為38280元。反之，當(dāng)安全庫(kù)存儲(chǔ)備量遞增到1.2SS（2172 t）時(shí)，顧客服務(wù)水平將高于99.5%，會(huì)造成總成本增加值約為5860元，繼續(xù)遞增到1.4SS（2534t）時(shí)，顧客服務(wù)水平高于99.9%，會(huì)造成總成本增加值約為12720元。同理，以最優(yōu)訂單批量4267 t為基準(zhǔn)向左依次以0.2 Q0遞減，向右依次以0.2 Q0遞增，此時(shí)總成本增加值和訂單批量變化關(guān)系圖，如圖2所示。通過(guò)與最優(yōu)值偏離幅度的敏感性分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)服務(wù)水平設(shè)定值較低時(shí)，會(huì)造成缺貨費(fèi)用大大高于保管的持有費(fèi)用，造成總成本較高；而服務(wù)水平設(shè)定值越接近100%時(shí)，意味著要儲(chǔ)備無(wú)限多的存貨，這樣在實(shí)際運(yùn)作中并不合理也不可能實(shí)現(xiàn)，因此客戶服務(wù)水平的設(shè)定需要結(jié)合企業(yè)當(dāng)前的經(jīng)營(yíng)狀況(在本例中，服務(wù)水平設(shè)定為99%)。與最優(yōu)訂單批量Q0發(fā)生偏離時(shí)同樣會(huì)導(dǎo)致總成本增加。通過(guò)比較，發(fā)現(xiàn)SS的設(shè)定對(duì)總成本的影響程度大于Q0，當(dāng)SS或者Q0遞減時(shí)都會(huì)導(dǎo)致比同等步幅遞增時(shí)更高的總成本。

圖3偏離最優(yōu)訂單批量及安全庫(kù)存量導(dǎo)致總成本的增加值

4結(jié)論

(1)利用組合模型中的經(jīng)濟(jì)訂單批量模型，可確定最優(yōu)訂單批量和再訂貨點(diǎn)，從而控制再訂貨費(fèi)用和保管的持有費(fèi)用加總最低。通過(guò)偏離Q0的敏感性分析可發(fā)現(xiàn)，如果實(shí)際采購(gòu)的訂單批量與最佳批量Q0的偏離幅度不是特別大，造成總成本的增加是微乎其微的，此時(shí)可理解為在最優(yōu)值Q0附近總成本相對(duì)穩(wěn)定，允許根據(jù)實(shí)際情況，比如說(shuō)裝車等，人工調(diào)整稍稍偏離由模型計(jì)算出的Q0值，此時(shí)并不會(huì)對(duì)總成本造成較大影響。

(2)利用組合模型中的安全庫(kù)存控制理論，可確定周期內(nèi)的安全存貨儲(chǔ)備量，這個(gè)數(shù)值的合理與否具有重要意義，一方面可應(yīng)對(duì)供應(yīng)鏈上需求的不確定性，盡量減少由于需求突增造成的缺貨損失；另一方面過(guò)多的儲(chǔ)備并沒(méi)有必要，會(huì)造成大量的資金呆滯而影響到企業(yè)運(yùn)作。

(3)經(jīng)典的經(jīng)濟(jì)訂單批量模型和安全庫(kù)存控制模型，對(duì)庫(kù)存環(huán)節(jié)的優(yōu)化皆具有重要的指導(dǎo)意義，但是卻相對(duì)局限在獨(dú)立的物流功能上。隨著現(xiàn)代物流及供應(yīng)鏈管理趨向成熟，庫(kù)存控制研究必須綜合考慮到供應(yīng)鏈上的整體利益，需要把自供與外購(gòu)、庫(kù)存與現(xiàn)購(gòu)、廠區(qū)庫(kù)存與中心庫(kù)存加以協(xié)調(diào)，在今后的研究工作中，可在本文提出組合模型的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完善對(duì)林工一體化條件下的木質(zhì)生物質(zhì)原料管理。

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（責(zé)任編輯：朱聯(lián)九）

Inventory Control Strategy of Raw Materials for Woody Biomass Energy Plants

DENG Rong1，LIJun-long1，QIU Rong-zu2

(1.School of Management，Sanming University，Sanming 365004，China；2.School of Transportation and Civil Engineering，F(xiàn)ujian Agriculture and Forestry University，F(xiàn)uzhou 350002，China)

In a time period,the demand of woody biomass energy plants for raw materials remained relatively balanced,under this preMise,this paper put forward the combinationmodel by using safety inventory control theory and the economic order quantity model to make inventory control strategy.Combined with the setting model parameters of research background,the cycle of safety inventory,a purchase quantity,and reorder point could be solved out,aswellas the inventory control cost.Through the application analysis and sensitivity analysis,it proved that the combined model was ideal for woody biomass energy plants tomake inventory decisions and the enterprises could benefit froMthe smooth operation and optimization costs.

woody biomass energy plants；inventory control；safety stock；econoMic order quantity

F253.4

A

1673-4343（2016）06-0021-07

10．14098／j．cn35－1288／z．2016．06．004

2016-07-03

國(guó)家社會(huì)科學(xué)基金項(xiàng)目(16XJY004)；福建省軟科學(xué)(2015R 0073)

鄧蓉，女，福建三明人，助教。主要研究方向：物流工程與管理。通訊作者：邱榮祖，男，福建莆田人，教授，博士生導(dǎo)師。主要研究方向：物流工程、3S技術(shù)應(yīng)用。