基于时间的供应链物流运作能力计划模型研究

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　　摘 要：本文考察了在基于时间的多阶供应链环境下的物流运作能力计划，主要的系统成本是物流要素能力固定成本和库存成本。为了决定最优的稳定周期性的物流运作能力计划．提出了一般性的整数非线性规划公式。强调了在这样的系统运作中的开始时间的关键作用，报告了在确保在任何阶段没有缺货条件下的物流能力决策的一些有价值的结论。
　　关键词：供应链管理、物流能力、非线性规划模型、周期时间、运作批量
　　中图分类号：F252 文章标识码：A 文章编号：1007-3221(2007)03-0020-06
　　
　　引言
　　
　　JIT供应链物流是一个连续的运作系统，在这样的系统中从原材料到最终产品的流通要经过一系列单个的物流阶段。这些阶段在运行次序上是前后衔接的，在运作时间上有重叠或相互交叉，然而，必须保证物流的及时准确递送。
　　大量的排产计划模型考虑了生产批量、库存、提前期、成本优化的结合问题。Uday指出这样的模型试图找到在小批量制造导致生产能力损失和由于大批量生产在库存中占用大量资本的机会成本之间的平衡。传统上这些成本分别作为固定准备成本和变动的持有成本被结合到模型中。这些代表性成本虽然是极其普遍的，但是没有完全抓住批量问题的特征。特别是固定准备成本的观念可能是误导的，因为在现金流的意义上常常没有真正的准备成本，准备成本不过是对能力约束的一个“替代”。Lambrecht，Ivens和Vandaele将生产环境看作一个排队网络模型，每一种产品都有其自身的流程。客户交付日期是给定的。给定这些提前期，依次对每一个制造订单创造了一个“时间窗”，目标是最小化预期提前期。该文强调的是工厂调度问题，然而，其方法对于现实中大型的物流运作也是有用的方法。
　　基于时间竞争的研究文献中，Iyer和Bergen认为基于时间的竞争有准时制和快速响应两种表现方式，建议在供应链管理环境下将准时化概念和快速反应结合起来，以实现供应链的时间绩效。Iyer，Ger-main和Frankwick，指出基于时间的递送绩效被定义为企业能够满足订货周期中更确切的时间标准，这比快速订货周期稍微宽泛一点。基于时间的递送绩效也应包括比如对顾客的准时递送。特别是当期望JIT类型的服务时，后者可能是比订货周期更重要的。Claycomb，Droge和Germain认为在供应链管理背景下的JIT从根本上讲是基于时间的物流战略与总流程成本减少的结合。为了获得在供应链中JIT的完全利益，JIT应该应用在配送渠道的所有阶段。与客户的JIT强调在供应和配送外部客户的过程中改善质量和促进及时性，其基本目标是非常简单和直接的：通过在正确的时间递送正确数量的货物或服务来满足客户需求，而通过消除供应链中的各种浪费最小化总流程成本。Chen和Song认为基于时间竞争的供应链管理模式下的库存管理不仅考虑成本的优化，而且同时还要考虑时间的优化。Karimi讨论了多阶段连续性生产系统中的周期时间优化，考虑了运作中的设置准备成本和库存持有成本。Hen-dricks运用马尔可夫链建模方法，研究了供应链上的时间分布和优化配置问题。
　　供应链物流能力是由支配物流活动的各类资源、物流技术手段、管理思想方法共同构成的，可以分为物流要素能力(capacity)和物流运作能力(capability)。物流能力的外在表现就是在一定时间内通过供应链的物流流量大小，此外，运作时间、交付可靠性、准时性、对市场需求的响应等指标也是衡量物流运作能力的重要变量。物流能力不仅是企业经营中的主要成本所在，也是提升客户服务质量的重要来源，对于企业来说，更重要的是能够以优化的思想和可行的方法对物流能力进行决策和管理。基于时间的多阶供应链物流能力研究试图将供应链管理环境下“基于时间的竞争”和“基于能力的竞争”有机结合起来。本文定义每个阶段的物流运作能力为周期时间和物流批量，优化物流能力意味着优化物流批量，同时优化周期时间，通过探讨批量、运作时间。成本之间的内在逻辑关系和相互作用机制，找到一个使各目标最优的结果。
　　
　　1、问题定义与模型描述
　　
　　考虑一个在JIT条件下的供应链物流运作系统。假设系统处理单一产品物流，有已知的稳定需求率，每个阶段都有一定的物流要素能力，用流动率表示，它应该至少等于需求率。物流运作按照需求率进行，因而呈现出周期性的启动和停止，每次启动都会引起要素能力成本和库存持有成本。显示了一个N-阶供应链物流系统的框架。按照处理物流的顺序，阶段1表示原材料供应商，库存1代表原材料库存；阶段N表示最终产品的市场销售，库存(N-1)代表最终产品库存。在阶段1之前和阶段N之后没有库存。
　　假设供应链物流(系统流程)有下面的运作特征：
　　(1)每个阶段以同样的周期进行周期性运作。即每个运作周期持续同样的时间并处理同样数量的物流。每个运作周期有固定长度的两个部分：在第一部分，各阶段以其固定的流动率连续的加工处理物料到下游库存(简称为作业期)；而在第二部分是停产(简称为停产期)。按照这个假设，显然只有流动率超过平均需求率时，物流运作才会周期性的停产。如果一个阶段的流动率等于需求率则必须持续运作而不能停止，这样的阶段称为持续阶段。我们假设在所研究的N-阶段系统中任何中间阶段(2到N-1)都不是持续性阶段。
　　(2)不允许缺货。即一个阶段不管什么时候有需求，总是能够从上游库存得到物料，在任何库存点和任何时间没有缺货发生。为了使问题简化，我们假设在任何库存点没有任何初始物料，仅仅依靠开始时间延迟的方式来确保不发生缺货，即相对于阶段i-1的作业周期的开始，阶段i的作业周期的开始将被延迟一定的间隔时间。
　　(3)产品批量可以任意分拆或合并。比如包含数千个零部件的一个批量能够被分成更小的批量。
　　
　　2、模型分析与算法
　　
　　首先确定单位时间的平均库存I。注意到在不发生缺货的要求下，中间库存持有水平取决于延迟时间变量y和其他变量如批量、流动率、能力比率和周期时间等。为此，我们推导下面的引律(证明参见附录A)。
　　显然，I依赖于y＋1。既然y＋1的目的是确保没有缺货，在本文中我们使用适当的最小y＋1来确保没有缺货的条件。
　　
　　3、数值演示
　　
　　考虑某塑料产品企业所在的供应链系统，该系统有四个实际的物流运作阶段和三级库存。换句话说，阶段1代表原材料供应商，阶段2和3代表中间物流处理阶段，阶段4代表下游客户即装配制造企业。需求率D＝150单位/天，各阶段的流动率是P＝6000单位/天，P＝200单位/天，P＝400单位/天，P＝150单位/天。物流要素能力固定成本是K＝1000￥，K＝2000￥，K＝1000￥，K＝500￥；库存成本是h＝1￥/天一单位，i＝1.5￥/天-单位，y＝2￥/天-单位。
　　根据上面的数据，我们使用等式(2)得到x1＝0.025，x2＝0.75，x3＝0.375，x4＝1.0。运用启发算法得到最优值a11＝a12＝1由等式(1l1a)计算最优周期时间T1＝6.6天，其它最优周期时间运用等式(6)是T2＝6.6天，T3＝3.3天，T4＝3.3。那么各个阶段的最优批量是Q1＝Q2＝990单位，Q3＝Q4＝495单位。系统的最优运作成本是C＝1809.35￥/天。各阶段在每个周期的作业时间将分别是0.165天，4.95天，1.24天和3.3天。由引律2最优延迟时间是d1＝d2＝d4＝0和d3＝1.24天。因此如果最早的原材料供应在t＝0到达，那么在阶段2应在t＝0开始运作，但是阶段3将要在t＝1.24天开始。这样，所有阶段都将以最优周期时间和批量所决定的物流能力周期性的运作。
　　
　　4、结束语
　　
　　本文考察了有固定需求和无限时间边界的多阶供应链物流运作系统，从物流周期时间和批量两个方面来衡量物流运作能力。提出了一个整数非线性规划公式来决定这个稳定的周期性的物流能力计划，该计划在任何时间任何库存点没有缺货，而有最小化的要素能力成本和库存成本。探讨了模型求解的启发算法并应用数量示例验证了模型结果。
　　本文可以进行多方面的扩展：
　　(1)考虑初始库存的情况。应该注意到，通过使用yi确保无缺货条件不一定是最优的，提供适当的初始库存也是一种选择。因此，本文的结果最优性受到用yi来确保无缺货的假设的限制。
　　(2)随机性需求和允许缺货。如果需求是随机性的，那么提供给客户的物流数量可以是随机变量，物流批量同周期时间一样变成独立的决策变量，相应的还要考虑缺货成本或服务水平约束。
　　(3)考虑有限时间边界。“无限时间边界”这个条件，使得周期时间的分配不受任何限制，这在现实中是不可行的。只有考虑时间边界约束(交货期约束)，才能真正达到实践中所要求的JIT物流、周期时间(提前期)压缩、快速反应等时间管理目标，这样将更能体现基于时间竞争的特点和要求。
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