陳建華，何真云，吳 姝

(1.武漢理工大學 物流工程學院，湖北 武漢 430063；2.武漢理工大學 港口物流技術與裝備教育部工程研究中心，湖北 武漢 430063)

在汽車、家電、電子產(chǎn)品等加工裝配式供應鏈中，由于零部件種類繁多、供應商數(shù)量龐大，再加上供應或需求變化等因素引起的生產(chǎn)計劃調(diào)整，往往導致零部件供應物流協(xié)同運作難度大、成本高。Supply-hub(集配中心)模式的應用在很大程度上優(yōu)化了供應物流系統(tǒng)運作流程，提高了供應鏈協(xié)同運作水平。BARNES等[1]首次提出了Supply-hub的概念并分析了其在降低成本、提高響應性等方面的優(yōu)越性。王彧等[2]進一步提出了集配商和集配中心的概念及其理論模型。陳建華等[3]創(chuàng)新性地提出了供應驅(qū)動的概念、內(nèi)涵，以及包含供應鏈上下游縱向協(xié)同和供應環(huán)節(jié)多供應商之間橫向協(xié)同的二維協(xié)同模型，分析了基于Supply-hub的3種典型供應驅(qū)動鏈協(xié)同模式。CHEONG等[4]研究指出通過3PL協(xié)調(diào)和整合多供應商與多制造商之間的生產(chǎn)與配送流程可以達到最優(yōu)的物流績效。張令榮等[5]等針對“三供應商-單制造商”組成的兩級供應鏈在需求不確定情況下的協(xié)同補貨問題，提出3種補貨策略并對比分析不同策略下供應鏈成本變化情況，研究表明當滿足一定條件時，不考慮批量與時間協(xié)同的補貨策略下的供應鏈成本總是低于供應商獨立補貨策略下的成本。關旭等[6]基于仿真模型采取面向過程的方法，發(fā)現(xiàn)Supply-hub模式在響應性方面具有優(yōu)勢，VMI模式在效率性方面具有優(yōu)勢。馬士華等[7]通過模型證明了Supply-hub的協(xié)同功能能夠降低各供應商成本、制造商總成本和供應鏈總成本，同時指出需求不確定性越高，Supply-hub模式的優(yōu)勢越明顯。李毅鵬等[8]考慮了由多供應商、單制造商組成的按訂單裝配的供應鏈，指出供應商之間的橫向協(xié)同能夠降低制造商的期望總庫存成本。BLUMENFELD等[9]研究了單供應商、多客戶的生產(chǎn)與配送協(xié)同問題，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)與配送協(xié)同能夠降低供應鏈總成本。PUNDOOR等[10]建立了需求確定下多供應商、一個倉庫和一個客戶的生產(chǎn)與配送協(xié)同模型，發(fā)現(xiàn)基于倉庫的組織協(xié)調(diào)作用能夠有效降低供應鏈總成本。MIRZAPOUR AL-E-HASHEM等[11]研究了多供應商、多制造商的供應鏈網(wǎng)絡，建立了需求不確定下多目標混合整數(shù)規(guī)劃模型，對生產(chǎn)與配送過程進行了分析優(yōu)化。KHOUJA[12]研究了單供應商、多制造商、多客戶的生產(chǎn)與配送周期協(xié)同問題，比較了共同周期、倍數(shù)周期和指數(shù)周期3種協(xié)同策略，結果表明指數(shù)周期策略下的供應鏈總成本最小，同時也指出模型中單供應商情況下的限制與不足。WEE等[13]在供應鏈整合方面進行了大量實證研究，在Goyal模型的基礎上，提出了一種啟發(fā)式算法來求解單制造商、多分銷商、多客戶的生產(chǎn)與配送周期協(xié)同問題，得到了最優(yōu)的生產(chǎn)與配送周期。

上述研究盡管在研究對象上涉及多供應商體系，但仍側重于供應鏈上下游之間的縱向協(xié)同問題，有關多供應商橫向協(xié)同問題的研究也主要是考慮兩級供應鏈系統(tǒng)，且很少關注協(xié)同水平對供應鏈績效的影響。因此，筆者將考慮三級供應鏈，從多供應商橫向協(xié)同角度，研究需求不確定條件下基于Supply-hub的多供應商橫向協(xié)同補貨決策，并分析協(xié)同補貨水平即服務水平對結果的影響。

1 問題描述

多供應商、Supply-hub和單制造商構成的三級供應鏈如圖1所示，可以看出供應商以批量生產(chǎn)、分批配送補貨方式滿足制造商需求；Supply-hub為了確保零部件的準時配送，采用(Q,R)的庫存策略，并負責對各供應商零部件進行配套后直送制造商生產(chǎn)工位。當某種零部件缺貨時，會導致其他配套零部件供應商額外增加零部件滯存成本，制造商增加產(chǎn)品缺貨成本。在此情形下，由于各供應商個體的差異性和獨立運作往往會導致供應鏈整體高成本，Supply-hub作為供應鏈的協(xié)調(diào)中心，需要考慮協(xié)調(diào)供應環(huán)節(jié)各供應商的配送批量和補貨點，并通過總體服務水平或多供應商協(xié)同補貨水平的集中調(diào)控來優(yōu)化供應鏈整體運作成本。

圖1 多供應商-Supply-hub-單制造商三級供應鏈

2 基本假設與符號定義

2.1 基本假設

(1)制造商生產(chǎn)單一品種，產(chǎn)品結構中各零部件數(shù)量構成比例均為1∶1，零部件為單源供應；

(2)最終產(chǎn)品的需求分布隨機，但年需求量D為固定常量；

(4)Supply-hub對制造商的補貨瞬時到貨；

(5)最終產(chǎn)品P的缺貨損失即懲罰成本由制造商承擔；

(6)各供應商補貨服務水平相同，而且均高于95%。

2.2 符號定義

3 數(shù)學模型

在需求不確定條件下，供應鏈整體運作成本構成要素主要包括：各供應商庫存持有成本、各供應商補貨成本、Supply-hub庫存持有成本、零部件滯存成本、產(chǎn)品缺貨損失成本。計劃周期內(nèi)(年)供應鏈整體期望運作成本E(TC)為：

(1)

式中：第一項為多供應商庫存持有成本；第二項為多供應商補貨成本；第三項為Supply-hub庫存持有成本；第四項為Supply-hub中零部件滯存成本；第五項為制造商產(chǎn)品缺貨懲罰成本。

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

4 算例分析

某設備制造商裝配一種設備，設備主要由4種核心零部件均按1:1比例裝配而成，零部件分別由4個不同供應商供應。經(jīng)預測,計劃年度設備需求量為5 400臺(一年按360天計算)。各供應商生產(chǎn)批量與配送補貨批量的比值k=2，各零部件單位時間內(nèi)的需求服從正態(tài)分布，設備的單位缺貨損失成本Π=300，各供應商補貨服務水平均為98%，其他參數(shù)設置如表1所示。

表1 參數(shù)設置

基于上述數(shù)學模型，求得的計算結果如表2所示。

表2 計算結果

4.1 供應商服務水平對供應鏈整體運作成本的影響

圖2 供應商服務水平對供應鏈運作成本的影響

設定供應商服務水平為95%～100%，計算可得供應鏈整體運作成本的變化趨勢，如圖2所示。當供應商服務水平即協(xié)同補貨水平從98.0%提升到99.5%以上時，供應鏈整體運作成本并不一定增加，而是有進一步的下降空間且能夠?qū)崿F(xiàn)成本最小化。這是因為供應商庫存持有成本與Supply-hub的庫存持有成本雖然都在增加，但是增加幅度要小于供應商補貨成本、零部件滯存成本及產(chǎn)品缺貨懲罰成本的降低幅度。隨著服務水平的進一步提升，各供應商和Supply-hub的庫存持有成本將大幅增加，供應鏈整體運作成本也將快速增高。據(jù)此，各供應商可以選擇最佳的配送補貨服務水平。

4.2 需求不確定性對供應鏈整體運作成本的影響

圖3 需求不確定性對供應鏈運作成本的影響

5 結論

考慮由多供應商、Supply-hub和單制造商構成的三級供應鏈，針對多供應商橫向協(xié)同補貨決策問題，構建了需求不確定情況下基于Supply-hub的供應鏈運作成本模型，求解得到了多供應商協(xié)同補貨最優(yōu)配送批量、補貨點及供應鏈整體運作成本的解析解。結合算例分析了服務水平和需求不確定性對供應鏈運作成本的影響，得到如下結論：①Supply-hub在(Q,R)庫存策略下通過對多供應商的集成和協(xié)調(diào)，存在使得供應鏈整體運作成本最低的多供應商協(xié)同補貨最優(yōu)配送批量和補貨點。②在系統(tǒng)考慮供應商補貨成本、零部件滯存成本及產(chǎn)品缺貨懲罰成本等因素條件下，即使多供應商提高協(xié)同補貨服務水平，供應鏈整體運作成本并不一定會增加，而是有進一步的下降空間，這可以理解為協(xié)同的成本效應。從這一角度來看，多供應商可以據(jù)此選擇最佳的配送補貨服務水平。③需求不確定性的增加會直接導致缺貨概率增大，供應鏈各環(huán)節(jié)往往會通過增加庫存應對缺貨風險，從而導致供應鏈整體運作成本增加。但是通過Supply-hub的集成協(xié)調(diào)，能夠在一定程度上弱化供應鏈長鞭效應的影響。