唐茜

摘 要：近年來(lái)，“低碳經(jīng)濟(jì)”、“低碳發(fā)展”等一系列概念成為國(guó)內(nèi)外社會(huì)各界討論的重點(diǎn)，如何減少供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)碳排放量成為專家學(xué)者以及業(yè)界管理人員的研究課題。庫(kù)存作為銜接企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)與外部供應(yīng)鏈的重要組成部分，其具有較強(qiáng)的動(dòng)態(tài)性與復(fù)雜性。對(duì)于這樣一個(gè)多變量、多目標(biāo)的復(fù)雜系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，可通過(guò)建立系統(tǒng)仿真為管理者提供有效的分析手段。本文通過(guò)立足客戶服務(wù)水平最大化和成本最小化的系統(tǒng)目標(biāo)，增加碳排放治理成本因素，從限額碳排放角度建立庫(kù)存管理優(yōu)化模型，利用仿真的方法進(jìn)行研究，尋求碳排放因素下的庫(kù)存管理系統(tǒng)模型的最優(yōu)策略。

關(guān)鍵詞：碳排放 管理系統(tǒng) 仿真研究 策略

中圖分類號(hào)：F274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）04（b）-0141-03

2009年《哥本哈根協(xié)議》在丹麥召開(kāi)，世界各國(guó)就二氧化碳的排放量問(wèn)題進(jìn)行商討并簽署協(xié)議，這標(biāo)志著未來(lái)應(yīng)對(duì)氣候變化已成為全球共同的行動(dòng)目標(biāo)。減少供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)碳排放是企業(yè)實(shí)現(xiàn)低碳化目標(biāo)的直接途徑，然而一直以來(lái)，在運(yùn)輸路徑優(yōu)化減排方面的研究較多，雖然運(yùn)輸活動(dòng)產(chǎn)生的碳排放量約占全部物流活動(dòng)碳排放總量一半以上，研究運(yùn)輸路徑優(yōu)化減排的效果更加顯著，但在一個(gè)閉環(huán)的供應(yīng)鏈中，包括運(yùn)輸、生產(chǎn)、庫(kù)存在內(nèi)的每一個(gè)運(yùn)作節(jié)點(diǎn)都不能忽視，從而形成完整的低碳供應(yīng)鏈。

1 建立碳排放度量模型

1.1 系統(tǒng)邊界

所有的碳排放都是隨著企業(yè)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的發(fā)生而產(chǎn)生的，庫(kù)存系統(tǒng)的碳排放也是如此。在本文研究中，庫(kù)存系統(tǒng)碳排放主要由兩部分組成，第一部分碳排放來(lái)自于訂貨運(yùn)輸，即企業(yè)在對(duì)外訂貨過(guò)程中所產(chǎn)生的碳排量，尤其是訂貨運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生的排放也計(jì)入企業(yè)訂貨碳排放總量中，這一部分排放計(jì)算時(shí)間止于訂購(gòu)貨物到達(dá)倉(cāng)庫(kù)；第二部分碳排放來(lái)自于倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)，包括與儲(chǔ)備數(shù)量相關(guān)的可變碳排放和倉(cāng)庫(kù)自身運(yùn)營(yíng)所需的采暖、制冷、電力等固定碳排放。

1.2 碳排放治理成本度量

（1）訂貨運(yùn)輸碳排放治理成本計(jì)算。

訂貨運(yùn)輸碳排放主要是在產(chǎn)品或原材料送貨過(guò)程中發(fā)生，根據(jù)Palmer（2008）的研究，車輛啟動(dòng)、空載時(shí)產(chǎn)生的排放可視為固定排放，而車輛載重、行駛距離等變化會(huì)影響可變排放浮動(dòng)。如果不考慮車輛運(yùn)輸能力，參考Hua等（2011）、Benjaafar等（2013）和Chen等（2013）的研究，將可變排放并入固定排放中計(jì)算，這樣運(yùn)輸碳排放轉(zhuǎn)化為與訂貨次數(shù)相關(guān)的計(jì)算問(wèn)題，得出企業(yè)訂貨運(yùn)輸碳排放如下：

其中，Et表示t周期內(nèi)訂貨運(yùn)輸過(guò)程碳排放量，Ef表示每次訂貨固定排放率，ΣQ（t）表示t周期內(nèi)需求總量，ΣM（t）表示t周期內(nèi)實(shí)際訂貨總量，n表示訂貨總次數(shù)，c1表示單位碳排放量的治理成本，CEt表示t周期內(nèi)訂貨運(yùn)輸?shù)奶寂欧胖卫砜偝杀尽?/p>

（2）倉(cāng)儲(chǔ)碳排放治理成本計(jì)算。

其中，EW表示t周期內(nèi)庫(kù)存持有碳排放量，Eh表示持有單位產(chǎn)品的可變排放率，M（t）表示實(shí)際訂貨量，Ed表示持有單位產(chǎn)品的固定排放率，I（0）表示期初庫(kù)存水平，I（t）表示期末庫(kù)存水平，c1表示單位碳排放量的治理成本，CEW表示t周期內(nèi)庫(kù)存持有的碳排放治理總成本。

2 基于ARENA 的仿真模型

2.1 仿真模型基本假設(shè)

本模型僅包含供應(yīng)商和客戶，客戶作為需求方只負(fù)責(zé)向供應(yīng)商提出需求，供應(yīng)商負(fù)責(zé)接收并滿足客戶需求，且負(fù)責(zé)管理本企業(yè)庫(kù)存，即庫(kù)存管理環(huán)節(jié)產(chǎn)生的相關(guān)費(fèi)用均由供應(yīng)商來(lái)承擔(dān)。供應(yīng)商缺貨時(shí)向總倉(cāng)儲(chǔ)中心訂貨，并假設(shè)總倉(cāng)儲(chǔ)中心供應(yīng)能力無(wú)限，因此在仿真過(guò)程中不考慮總倉(cāng)儲(chǔ)中心這一級(jí)。

2.2 仿真建模與運(yùn)行

本模型基于一個(gè)供應(yīng)商企業(yè)，且只經(jīng)營(yíng)三類產(chǎn)品倉(cāng)儲(chǔ)與供應(yīng)，目前庫(kù)存持有量為分別為300、460和250個(gè)?？蛻粲唵萎a(chǎn)生的時(shí)間間隔服從均值為0.5、0.8、1.2的指數(shù)分布，三類產(chǎn)品需求量均為10、20、30、40個(gè)，且概率分別為18%，36%，34%和12%。如果當(dāng)前庫(kù)存能滿足一個(gè)客戶訂單需求，則客戶滿意的取走；如果當(dāng)前庫(kù)存低于客戶訂單的需求量，則客戶取走現(xiàn)有的全部在庫(kù)產(chǎn)品，余下不足部分作為未交付訂貨，等到庫(kù)存補(bǔ)充足夠后再取貨。在每天開(kāi)始時(shí)，公司會(huì)查看庫(kù)存水平以決定此時(shí)需不需要向總倉(cāng)儲(chǔ)中心發(fā)出訂單。如果三類產(chǎn)品的再訂貨點(diǎn)分別為180、220、120，且最佳庫(kù)存水平分別為320、480、280。假定三類產(chǎn)品訂貨提前期服從均勻分布UNIF（3，5），無(wú)論訂貨量多少平均每次的訂貨固定成本為650元，訂貨可變成本為8元/個(gè)；平均每天的倉(cāng)儲(chǔ)成本為5元/個(gè)，平均每天的缺貨成本為10元/個(gè)，訂貨與倉(cāng)儲(chǔ)過(guò)程中碳排放治理成本均為3元/個(gè)。系統(tǒng)仿真公司運(yùn)營(yíng)4個(gè)月120天時(shí)間，且碳排放總成本要求小于等于30000元。仿真主要統(tǒng)計(jì)分析四個(gè)方面的指標(biāo)：①未能按時(shí)交貨的客戶訂單占總訂單數(shù)的百分比；②客戶訂單等待交貨的平均時(shí)間與最大時(shí)間；③平均庫(kù)存水平；④訂貨碳排放成本和倉(cāng)儲(chǔ)碳排放成本占總庫(kù)存成本的比重。

依據(jù)ARENA軟件運(yùn)行可以得到120d庫(kù)存量與庫(kù)存成本的相關(guān)數(shù)值，其中庫(kù)存值變化與庫(kù)存成本情況如下：

2.3 庫(kù)存優(yōu)化與結(jié)果分析

在經(jīng)過(guò)第一輪仿真運(yùn)行后后，我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)行的庫(kù)存策略還有優(yōu)化與改善空間?；诖?，我們對(duì)模型庫(kù)存策略的參數(shù)設(shè)置進(jìn)行調(diào)整，利用ARENA 中的OptQuest模塊，通過(guò)加強(qiáng)碳排放治理成本定額的限制，并在此區(qū)間內(nèi)來(lái)對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化分析，從而得到一個(gè)庫(kù)存成本最小和訂單滿足率最大的組合，使得庫(kù)存經(jīng)營(yíng)效益最大化。

當(dāng)增加碳排放治理約束力度，減少碳排放治理成本限額的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，其他模型庫(kù)存策略參數(shù)不變的前提下，仍然利用ARENA中的 OptQuest模塊進(jìn)行仿真優(yōu)化分析，將兩次優(yōu)化分析結(jié)果與碳排放治理成本限額量進(jìn)行對(duì)比分析可得以下啟示：

啟示1：碳排放治理約束越嚴(yán)格，庫(kù)存成本越高。本文嘗試通過(guò)仿真了解碳排放以及治理成本在庫(kù)存管理中的影響力和關(guān)聯(lián)性。從目前仿真結(jié)果看，碳排放治理成本約占庫(kù)存管理總成本1/5左右。

啟示2：碳約束的存在更加提供了供應(yīng)鏈合作的空間與價(jià)值。市場(chǎng)是靈活波動(dòng)，供應(yīng)商訂貨量與庫(kù)存水平也是隨機(jī)變化，在限額的碳排放治理約束前提下必然會(huì)出現(xiàn)碳信用的不足與富余兩種情況發(fā)生。

3 結(jié)語(yǔ)

本文模擬碳排放約束對(duì)于庫(kù)存管理運(yùn)行的影響，計(jì)算庫(kù)存管理中訂貨與倉(cāng)儲(chǔ)兩個(gè)主要環(huán)節(jié)中的碳排放治理成本，通過(guò)基于仿真的優(yōu)化方法，以仿真軟件ARENA為開(kāi)發(fā)工具，設(shè)計(jì)了基于碳排放治理約束下的庫(kù)存運(yùn)行模型，并通過(guò)仿真優(yōu)化器對(duì)碳排放治理成本限額條件下的庫(kù)存方案利益最大化進(jìn)行了求解，進(jìn)一步利用實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析了碳排放治理約束力強(qiáng)度與庫(kù)存管理策略參數(shù)之間的相互關(guān)系以及影響程度。

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