劉春玲,肖位春,黎繼子,曹曉剛,黃純輝
(1.武漢紡織大學(xué)供應(yīng)鏈系統(tǒng)研究中心,湖北 武漢 430073;2.華中科技大學(xué)管理學(xué)院,湖北 武漢 430070)
集群式供應(yīng)鏈?zhǔn)且援a(chǎn)業(yè)集群為運作平臺的供應(yīng)鏈系統(tǒng)。在產(chǎn)業(yè)集群內(nèi),大量企業(yè)圍繞著同一類產(chǎn)品進(jìn)行生產(chǎn),形成了完備的上下游企業(yè)配套體系以及供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)[1]。由于產(chǎn)業(yè)集群內(nèi)中小企業(yè)占據(jù)比例較大,同時這些中小企業(yè)在協(xié)作過程中,呈現(xiàn)出“抱團(tuán)性”、“社會網(wǎng)絡(luò)性”和“根植性”。因此集群式供應(yīng)鏈在協(xié)作模式上,具有與大企業(yè)不一樣的供應(yīng)鏈合作方式,特別是在供應(yīng)鏈采購上,更多體現(xiàn)出基于血緣、人緣、地緣和親緣的信任采購,即是一種非正式契約的Credit期權(quán)的采購協(xié)作模式,同時由于產(chǎn)業(yè)集群內(nèi)中小企業(yè)制造品類的同一性,使得在供應(yīng)鏈采購上具有聯(lián)合規(guī)模優(yōu)勢。事實上也是如此,在中山沙溪休閑裝產(chǎn)業(yè)集群中,休閑裝生產(chǎn)企業(yè)如雷柏高、漢弗萊和劍龍等企業(yè),為了降低成本,就聯(lián)合起來進(jìn)行集中式采購。
關(guān)于采購問題的研究,目前國內(nèi)外文獻(xiàn)主要體現(xiàn)在分散式采購和聯(lián)合采購兩個方面,換言之,也就是體現(xiàn)在獨立決策與集中決策兩種形式。其中Lau[2]發(fā)現(xiàn)單供應(yīng)商-單采購商在獨立采購中不同需求曲線的效用;Heydari和Chaharsooghi[3]和盛方正和季建華[4]建立了單供應(yīng)商-單采購商對訂貨量和再訂貨點的決策模型;Tiwari[5]為了確保較高服務(wù)水平,提出了單供應(yīng)商-單采購商的多交通運輸工具選擇模型;在此基礎(chǔ)上,更多文獻(xiàn)則是對單供應(yīng)商-多采購商或多供應(yīng)商-單采購商采購模式的研究,Weng[6]將數(shù)量折扣下采購模型擴(kuò)展到了單供應(yīng)商-多采購商模型中;Chu和Leon[7]則考慮在各參與者信息對稱和不對稱的情形下,研究單供應(yīng)商-多采購商的采購問題;Abdul[8];李建斌和楊瑞娜[9]建立了在單供應(yīng)商-多采購商采購中的多級庫存系統(tǒng)。而Sinha和Sarma[10]分析了市場隨機(jī)需求時,單供應(yīng)商-多采購商訂貨批量的決策。更進(jìn)一步,Sarker和Diponegoro[11]在多約束條件下,考慮了倉庫和運輸成本因素的多供應(yīng)商-多采購商(MV—MB)采購模型;Taleizadeh等[12]則分析了隨機(jī)需求和采購提前期隨機(jī)下的多供應(yīng)商-多采購商的采購模型。在聯(lián)合采購上,Chan等[13]將單供應(yīng)商-多采購商分散式?jīng)Q策擴(kuò)展到了集中式?jīng)Q策來優(yōu)化采購;Hoque[14]為單供應(yīng)商-多采購商聯(lián)合采購建立了倉儲模型,并考慮訂貨提前期、運輸批量等現(xiàn)實約束條件對采購商庫存成本的影響。Moon,Cha,Lee[15]將能容納不同貨物的第三方倉庫引入到了需求導(dǎo)向的聯(lián)合采購中;Lu Liang和Qi Xiangtong[16]就聯(lián)合采購中,多產(chǎn)品動態(tài)成批排列進(jìn)行研究,分析不同成批策略對采購成本的影響程度。所需說明的是,這些聯(lián)合采購多為NP-HARD問題,不少學(xué)者也對相關(guān)算法進(jìn)行了探討,如Moon和Chab[17]對聯(lián)合采購及算法(C-RAND算法、GA算法、GOYAL等算法)進(jìn)行一一分析。
總之,以上文獻(xiàn)分析都是基于采購商在采購貨物運達(dá)后立即支付全額費用來進(jìn)行研究,但是這種情況在實際中發(fā)生比例較小,通常做法都是采購商延期支付貨款。雖然Rachamadugu[18]分析了經(jīng)濟(jì)訂貨批量和延遲支付周期長度的關(guān)系;Kim等[19]則基于彈性需求方程基礎(chǔ)上提出了單供應(yīng)商-單采購商的供應(yīng)鏈模型,通過最優(yōu)延遲周期來最大化供應(yīng)商的利益。Jamal[20]則擴(kuò)張了這個模型,考慮到在最大延遲周期內(nèi)的最優(yōu)延遲周期。但針對于中小企業(yè)特點的延遲支付以及基于多供應(yīng)商和多采購商(MV-MB)集群式供應(yīng)鏈聯(lián)合采購目前研究極少?;诖?,本文引入了柔性周期和基于Credit期權(quán)策略,來建立集群式供應(yīng)鏈MV-MB聯(lián)合采購模型,并對模型設(shè)計了相應(yīng)的Enumeration算法進(jìn)行求解和分析。
在產(chǎn)業(yè)集群中,存在圍繞同一產(chǎn)業(yè)的諸多上游供應(yīng)商j和下游采購商i,假設(shè)Qj為集群內(nèi)供應(yīng)商j的生產(chǎn)批量;Pj為供應(yīng)商j的生產(chǎn)速率;Fj為供應(yīng)商j的固定生產(chǎn)費用;Cij為供應(yīng)商j對采購商i的供貨處理費用;Hj為供應(yīng)商j的倉儲費用;ρD為采購量為D時運費折扣率;G為運輸能力限制;Hij為采購商i對供應(yīng)商j的單位倉儲成本;Qij為采購商i對供應(yīng)商j的產(chǎn)品訂貨量;Tij為采購商i對供應(yīng)商j的采購周期;Dij為采購商i對供應(yīng)商j的產(chǎn)品年采購量;Sij為采購商i對供應(yīng)商j的訂貨處理費用;wij為采購商i對供應(yīng)商j的產(chǎn)品單位運輸成本;mi為采購商的庫存能力限制;kij為聯(lián)合采購時集群內(nèi)采購商采購周期為最小采購周期的kij倍(正整數(shù),決策變量);Nj為聯(lián)合采購時集群內(nèi)供應(yīng)商生產(chǎn)周期為最小采購周期的Nj倍(正整數(shù),決策變量);另外,文中出現(xiàn)的p表示采購商,s表示供應(yīng)商。上標(biāo)d表示獨立決策、c表示集群式供應(yīng)鏈聯(lián)合決策、*表示最優(yōu)。
首先考慮最基本的單一采購商向單一供應(yīng)商采購的情況,設(shè)定采購商采購量已知且固定,并且供應(yīng)商不允許缺貨發(fā)生,單一采購商i向單一供應(yīng)商j采購,單位時間總采購成本為:
(1)
(2)
將(2)式代入(1)式化簡,得到采購商i分散式?jīng)Q策下最優(yōu)采購總成本為:
(3)
由于供應(yīng)鏈中采購商i進(jìn)行分散式?jīng)Q策且采購周期不確定,所以供應(yīng)商j必須有一個安全庫存Qij*來滿足采購商i的需求從而保證不缺貨。因此,供應(yīng)商j單位時間總成本為:
(4)
(5)
將(2)、(5)式代入(4)式得到供應(yīng)商j的總成本為:
(6)
集群式供應(yīng)鏈中,中小企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品類似性使得集群式供應(yīng)鏈系統(tǒng)中同一鏈節(jié)處存在多個采購商,并且向共同的多供應(yīng)商進(jìn)行采購,在這個多供應(yīng)商-多采購商采購系統(tǒng)中,各供應(yīng)商相互獨立,所以由單供應(yīng)商-單采購商系統(tǒng)成本函數(shù)可以很簡單地擴(kuò)展到多供應(yīng)商-多采購商成本函數(shù):
(7)
分散式?jīng)Q策采購模式下,集群式供應(yīng)鏈系統(tǒng)中各參與方均已自身利潤最大化為出發(fā)點來進(jìn)行獨立的分散式?jīng)Q策。然而,由于缺乏信息共享導(dǎo)致信息不對稱很容易產(chǎn)生雙邊效應(yīng),且各自最優(yōu)決策都有可能影響其他參與者利潤,從而使得供應(yīng)鏈能效低下。顯然,集群式供應(yīng)鏈中,供應(yīng)商與采購商聯(lián)合起來進(jìn)行集中式?jīng)Q策十分必要。
Banerjee和Burton[21]指出在聯(lián)合采購中,供應(yīng)商為了降低自身供貨處理次數(shù)與安全庫存,會迫使所有采購商采用一個共同的采購周期T。然而,讓所有的采購商都采用固定的采購周期雖然能降低供應(yīng)商缺貨的可能卻并不合理,低需求的采購商傾向更短的采購周期,而對需求量大的采購商而言,較長的采購周期更有利。由Chan和Kingsman[22]提出來的柔性聯(lián)合采購周期策略可以很好的解決上述問題。在柔性聯(lián)合采購周期策略中,假定一個基本采購周期T作為所有采購商最短的采購周期,聯(lián)合采購中集群式供應(yīng)鏈的任何采購商均可以選擇基本采購周期的ki(ki為正整數(shù))倍作為其獨立的采購周期。而供應(yīng)商也可以選擇選擇基本采購周期的N倍(N為正整數(shù))作為生產(chǎn)周期,且必須滿足N≥ki。由以上分析可知,在集群式供應(yīng)鏈柔性周期采購模型中,采購商采購周期為kijT,供應(yīng)商生產(chǎn)周期為NT,因此(1)式可整理為:
(8)
(9)
由以上分析可知基于柔性周期的集群式供應(yīng)鏈MV-MB聯(lián)合采購系統(tǒng)總成本為:
(10)
(11)
由以上可知,供應(yīng)商j為了刺激采購商加入聯(lián)合采購中,必須彌補(bǔ)其增加的采購成本。而已有關(guān)于聯(lián)合采購文獻(xiàn)中,都假設(shè)采購商在采購貨物運達(dá)后立即支付全額費用,但是這種情況在實際中可能性比較小。為此,本文考慮到資金時間價值,引入Credit期權(quán),考慮延遲支付周期,使得供應(yīng)商j能促成集群供應(yīng)鏈系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合采購。
為了吸引集群內(nèi)采購商加入到聯(lián)合采購中,供應(yīng)商需要用資金時間價值也就是延遲支付策略來彌補(bǔ)采購商增加的采購成本(11)式。然而,對于供應(yīng)商而言,過長的延遲支付時間也會相應(yīng)增加自身資金時間成本,過短的延遲支付時間無法刺激采購商加入聯(lián)合采購中。因此,合理確定延遲支付時間對于供需雙方能否達(dá)成聯(lián)合采購十分必要。為了刺激集群內(nèi)采購商進(jìn)行聯(lián)合采購,供應(yīng)商j可以提供給采購商i一個延遲支付時間Mij,來彌補(bǔ)增加的采購成本。
Sarmah等[23]指出,采購商資金時間價值可以表示為:DijHijtij,其中tij表示延遲支付時間,因此由(11)式可知供應(yīng)商必須向采購商提供的延遲支付時間為:
(12)
圖1 聯(lián)合采購下采購商庫存狀態(tài)
采購商按照有Credit期權(quán)的聯(lián)合采購模式向供應(yīng)商訂貨,圖1表示集群式供應(yīng)鏈聯(lián)合采購模式下采購商庫存狀態(tài),大三角形區(qū)域表示采購商聯(lián)合采購庫存成本,小三角形表示獨立采購下采購商庫存成本,虛線梯形區(qū)域表示采購商增加的成本,需要供應(yīng)商提供延遲支付來彌補(bǔ)。采用Credit期權(quán)聯(lián)合采購策略,雖然采購商成本會增加(大三角形面積大于小三角形區(qū)域面積),但是由于有采購商提供的延遲支付彌補(bǔ)(虛線梯形區(qū)域),采購商的成本會降低到獨立采購下最優(yōu)成本。
對于供應(yīng)商j而言,為了刺激采購商聯(lián)合采購而提供延遲支付時間Mij的同時會增加自身資金時間成本:
(13)
注意到,供應(yīng)商j需要需要知道的關(guān)于采購商i獨立采購時的最優(yōu)采購周期Tij*可以從歷史訂貨記錄里面得到。因此供應(yīng)商可以準(zhǔn)確的為采購商提供延遲支付時間,不至于過高或過低的提供延遲支付時間而產(chǎn)生雙邊效應(yīng)。
通過延遲支付的補(bǔ)償,每個采購商都不會因為采購成本增加而拒絕加入Credit期權(quán)聯(lián)合采購。供應(yīng)商由于提供延遲支付增加的成本為(13)式減去運費折扣:
(14)
因此得到集群式供應(yīng)鏈供應(yīng)商的總成本函數(shù):
(15)
由以上分析可知,采購商總采購成本由于延遲支付的補(bǔ)償沒有發(fā)生任何變化,供應(yīng)商的成本卻有所變化。因此本文目標(biāo)函數(shù)為追求供應(yīng)商總成本最低,從而聯(lián)合采購系統(tǒng)總成本最低。由此得到基于Credit期權(quán)集群式供應(yīng)鏈系統(tǒng)目標(biāo)函數(shù)為:
整理得到:
(16)
s.t.
(17)
(18)
(19)
ρ=f(D)
(20)
其中,式(17)為采購商庫存能力限制,式(18)為運輸能力限制,式(19)為供應(yīng)商生產(chǎn)能力限制,式(20)為運費折扣條件限制,表示運輸折扣率與運輸批量成某種函數(shù)關(guān)系。
在基于Credit期權(quán)下的集群式供應(yīng)鏈采購模型中,由于集群內(nèi)供應(yīng)商的彌補(bǔ)使得每個采購商的采購成本與其在獨立采購下一致,因此本文優(yōu)化目標(biāo)為供應(yīng)商成本最小,從而該集群式供應(yīng)鏈采購系統(tǒng)成本最低。目標(biāo)模型式(16)為關(guān)于Nj和kij二元函數(shù),且Nj和kij均為小于等于365(假設(shè)一年為365天,T=1/365)的正整數(shù),因此本文設(shè)計出相應(yīng)的Enumeration算法來找到最優(yōu)解,也就是在確定的Nj值下尋找最優(yōu)的kij值。對于給定的Nj值,目標(biāo)模型式(16)是關(guān)于kij的一元函數(shù),將其簡寫為:
(21)
其中,
(22)
(23)
(24)
求式(20)關(guān)于kij的一階導(dǎo)數(shù),得到:
Step 1.設(shè)T=1/365,i=1,j=1,Nj=1。
Step 5.如果i Step 7.如果Nj<365,設(shè)Nj=Nj+1,進(jìn)入Step 2。 Step 8.找到最優(yōu)解MinTCsj(Nj,k1j,k2j,…,knj)。 Step 9.如果j Step 10.找到最優(yōu)解(N1、N2,…,Nj,k11、k12,…,k1j,…,knm)使得目標(biāo)函數(shù): 為了比較集群式供應(yīng)鏈系統(tǒng)中獨立采購與基于Credit期權(quán)的聯(lián)合采購兩種策略下供應(yīng)商、采購商以及整個集群式供應(yīng)鏈系統(tǒng)采購成本差異。假設(shè)集群式供應(yīng)鏈系統(tǒng)中有三個相對獨立的供應(yīng)商、兩個采購商。相關(guān)模型參數(shù)如表1所示。采購商1和采購商2的庫存能力限制為m1=m2=1500;運輸能力限制為G=5000;單位運費折扣限制為ρMax=1,ρMin=0.8,ρD=1.23-2.85×10-5D,折扣運量下限為D=8000,運量上限為D=15000。 表1 模型相關(guān)參數(shù)值 表2 采購成本信息 由相關(guān)參數(shù)及模型可計算出供應(yīng)商、采購商以及整個集群式供應(yīng)鏈系統(tǒng)在分散式采購和基于Credit期權(quán)的聯(lián)合采購策略下的相關(guān)成本如表2所示。 由表2可知,在集群式供應(yīng)鏈系統(tǒng)獨立采購的情況下,采購商1向供應(yīng)商1、2、3的經(jīng)濟(jì)采購周期分別為103天、37天、35天,采購成本分別為7259.58、10275、00、11952.11,總采購成本為29486.69;采購商2向供應(yīng)商1、2、3的經(jīng)濟(jì)采購周期分別為86天、66天、42天,采購成本分別為8382.31、7568.13、11292.85,總采購成本為27243.29;供應(yīng)商1、2、3成本分別為24007.23、20654.90、18112.10,總共為62774.23。而在基于柔性周期的Credit期權(quán)聯(lián)合采購策略中,采購商1向供應(yīng)商1、2、3的經(jīng)濟(jì)采購周期分別為72天、36天、24天,供應(yīng)商1、2、3分別向采購商1提供36、18、12天的延遲支付時間,采購成本由于供應(yīng)商提供的延遲支付時間彌補(bǔ)保持不變,仍然分別為7259.58、10275、00、11952.11;采購商2向供應(yīng)商1、2、3的經(jīng)濟(jì)采購周期分別為72天、24天、24天,供應(yīng)商1、2、3分別向采購商2提供36、12、12天的延遲支付時間,采購成本由于供應(yīng)商提供的延遲支付時間彌補(bǔ)仍然分別為8382.31、7568.13、11292.85。供應(yīng)商1、2、3成本分別降低到為22519.31、18751.06、17532.36,總共為58802.73,分別降低了6.2%、9.2%、3.2%。分散式采購下集群式供應(yīng)鏈系統(tǒng)總成本為采購商1、2與供應(yīng)商1、2、3成本之和,即為119504.21,基于柔性周期的Credit期權(quán)聯(lián)合采購策略下系統(tǒng)總成本為115532.71,降低了3.3%。顯然對于整個集群式供應(yīng)鏈系統(tǒng)來講,采用基于Credit期權(quán)的聯(lián)合采購策略既能維系合作關(guān)系,又能為降低該系統(tǒng)的總成本,為該集群企業(yè)提升競爭力創(chuàng)造條件。 同時也不難發(fā)現(xiàn),系統(tǒng)節(jié)約的成本主要是由于供應(yīng)商與采購商協(xié)調(diào)后,降低了系統(tǒng)雙邊效應(yīng),供應(yīng)商能確定各采購商的采購周期與采購批量,從而減少安全庫存降低庫存成本,以及采用聯(lián)合采購以后由于數(shù)量優(yōu)勢而獲得的運費折扣。 (1) 延遲支付時間敏感性分析 為了研究集群內(nèi)采購商的采購周期與庫存成本對供應(yīng)商所能提供的延遲支付時間的影響,以采購商1向供應(yīng)商1進(jìn)行采購為研究對象,采購商采購周期波動范圍為[1,365],庫存成本波動范圍為[0,100]。如圖2所示,當(dāng)采購商采購周期和庫存成本都很小時,供應(yīng)商為了吸引采購商加入到聯(lián)合采購中,使其改變其較短的獨立采購周期到較長的聯(lián)合采購周期,需要提供很長的延遲時間來進(jìn)行激勵,由圖可以看出,M11需要大于1年,在這種情況下,供應(yīng)商不適合組織采購商進(jìn)行聯(lián)合采購;在采購商采購周期不變的情況下,供應(yīng)商提供的延遲支付時間隨著采購商庫存成本的增加而降低,因為采購商庫存成本較高時,供應(yīng)商只需稍微提供一個延遲支付時間,采購商都能大幅度降低成本,但當(dāng)庫存成本上升到一定水平后延遲支付時間基本維持穩(wěn)定,因為此時采購商的聯(lián)合采購成本由于延遲支付的彌補(bǔ)已經(jīng)等于獨立決策時的最優(yōu)成本;在采購商庫存成本不變的情況下,供應(yīng)商提供的延遲支付時間隨著采購商采購周期增加先降低再升高,這是因為采購商在聯(lián)合采購下的采購周期越往獨立決策最優(yōu)采購周期靠攏,供應(yīng)商需要提供的刺激也就是延遲支付時間就越小。 圖2 延遲支付時間敏感性程度 圖3 采購商成本敏感性程度 (2)采購商成本敏感性分析 選取采購商1向供應(yīng)商1進(jìn)行采購為研究對象來分析延遲支付時間與聯(lián)合采購周期對采購商成本的影響,延遲支付時間波動區(qū)間為[0,1],聯(lián)合采購周期波動范圍為[1,365]。在不同的延遲時間與采購周期下,采購商成本波動趨勢如圖3所示。由圖3可知,在延遲支付時間一定的情況下,采購商的成本隨著聯(lián)合采購周期的增加呈先增后減的趨勢,這是由于過低的采購周期意味著采購次數(shù)過高,相應(yīng)的采購固定成本增加,而過高的采購周期也將使庫存成本大幅度升高;而在聯(lián)合采購周期確定的情況下,采購商的成本在達(dá)到供應(yīng)商與采購商協(xié)調(diào)的延遲支付時間之前急劇下降,但超過了該延遲支付時間后,由于延遲支付時間完全彌補(bǔ)了采購商的庫存機(jī)會成本,使得采購商聯(lián)合采購成本下降緩慢甚至維持不變,這將有助于采購商與供應(yīng)商在聯(lián)合采購模式下協(xié)商延遲支付時間。 集群式供應(yīng)鏈?zhǔn)且援a(chǎn)業(yè)集群為運作平臺的供應(yīng)鏈系統(tǒng)。文首先在單供應(yīng)商-單采購商采購模型的基礎(chǔ)上,建立了多供應(yīng)商-多采購商的集群式供應(yīng)鏈分散式采購模型。在模型中通過采用柔性周期和Credit期權(quán)模式,構(gòu)建了適合多頻次、小批量、柔性、信任等特征的基于Credit期權(quán)的集群式供應(yīng)鏈MV-MB聯(lián)合采購模型,并設(shè)計出針對模型的Enumeration算法。通過分析發(fā)現(xiàn)在基于Credit期權(quán)的聯(lián)合采購策略下,各采購商雖然改變了經(jīng)濟(jì)采購周期與采購批量,但由于有延遲支付的彌補(bǔ),采購成本不會上升。對于供應(yīng)商而言,雖然為采購商提供了一定的延遲支付時間增加了自身資金時間成本,但通過與采購商協(xié)商,降低了系統(tǒng)雙邊效應(yīng),供應(yīng)商因此能確定各采購商的采購周期與采購批量,從而減少安全庫存降低庫存成本,同時由于聯(lián)合采購數(shù)量優(yōu)勢而獲得的運費折扣,使得各供應(yīng)商成本都有明顯下降,從而整個集群式供應(yīng)鏈系統(tǒng)成本降低。通過算例分析證明了模型的有效性。 但本文所提出的解決方法也存在一定不足,如只考慮到了采購商在固定需求下的聯(lián)合采購問題等,而現(xiàn)實中市場需求往往是隨機(jī)不固定的,今后關(guān)于聯(lián)合采購的研究可以從這些方面展開。 參考文獻(xiàn): [1] Li Jizi, Xiong Naixue, Park J H.Intelligent model design of cluster supply chain with horizontal cooperation[J].Journal of Intelligent Manufacturing, 2009,11(8): 256—268. 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5.1 數(shù)值分析
5.2 敏感性分析
6 結(jié)語