基于Supply-Hub的供应物流协同运作价值研究

谭 勇，吴 丹，黄 焜

(1.武汉轻工大学经济与管理学院，湖北武汉430023;2.长江证券股份有限公司，湖北 武汉430022)

传统制造业供应链中，装配商(核心企业)通过结合BOM表运行MRP来得到生产计划，其中的采购计划会向供应商发出采购零部件的订单，供应商据此安排生产与配送。

但是，在装配型供应链中(以汽车供应链为例)，供应商往往多达数百家。而为数众多的供应商在生产能力和物流配送能力方面差别很大，在上万个零部件中，哪怕因为其中少数零部件不能及时供应，都会导致整个生产线不能按计划进行生产。为了应对装配生产线上类似这样的供应物流协同问题，有些装配商在管理实践中采用了委托第三方物流企业(3PL)对供应链上游众多的零部件物流进行集中运输的“循环取货”(俗称milkrun)方式［1］。在这种方式下，采购订单仍由装配商根据生产计划的需求向各个供应商发出，结算也在核心企业和供应商之间进行，但取货由3PL按照一定的优化路径到供应商处逐一取货。此时，供应商只需准备好零部件由3PL安排车辆按时取货，不再分别为核心企业送货。由于这种运行方式使物流运作规模化，有利于运输资源安排，对降低运输成本、提高零部件到货的准时性和一致性有较好的作用，国内外多家装配商运用这种模式取得了不错的效果，降低了总成本［2］。

1 基于Supply-Hub的供应物流协同运作模式

随着市场竞争加剧，产品的生命周期变得越来越短，市场需求的不确定性也越来越强，这使得要准确满足客户需求越来越困难。装配商往往要求零部件供应必须以小批量多批次的方式对生产线进行JIT同步配送。基于此由3PL运作的基于Supply-Hub的供应物流运作模式(以下简称Supply-Hub模式)逐渐得到了广泛的应用。在该模式下，生产所需的零件通常由3PL采用“循环取货”方式集中运输至Supply-Hub进行存储，然后根据装配商的生产需求将成套零件按JIT方式配送至生产工位。Supply-Hub中的库存成本通常由供应商承担，装配商按照实际使用的零部件数量来支付相应的货款［3－4］。

在Supply-Hub模式下，从运作的过程来看，核心企业(装配商)采用滚动计划方式向供应商发布一定周期的采购计划，供应商按此计划组织生产，这样实现彼此的协同。具体配送计划由3PL运作的Supply-Hub根据自身的运力结合装配商MRP的要求制定直送工位的JIT配送计划。具体如图1所示。

Supply-Hub模式在供应链管理实践中已经取得了较好的效果，但相关的理论研究还较少，Supply-Hub这种运作模式在供应链绩效提高中的价值和作用机理还不是很清晰。相反，Supply-Hub加入后，有人认为供应链层级变得更多更复杂，有可能降低供应链的效率。鉴于此，本文针对装配供应链中三种运作模式，通过对Supply-Hub模式与两种传统模式的比较，分析Supply-Hub模式对装配供应链绩效提高的作用和价值。

2 装配供应链供应物流模式

装配供应链生产系统的一般流程可以描述为:先由装配商制定生产计划(比如季度、年度计划)，并将其分解为相应产品的出产预计划，然后形成作为MRP系统输入的主生产作业计划(MPS)。经过MRP程序进行计算处理，生成自制件出产计划和对外采购计划(本文假定零部件全部外购)。对外采购计划将包括每种零部件的需求时间和数量。实际运作中，多数装配企业将产品出产计划分为锁定计划和尝试性计划两部分。锁定计划部分是为了保证计划的稳定性，而尝试性计划在MRP下次运行就会根据需求的变化情况进行变更。该过程体现在MRP的库存状态文件中，如表1的例子所示。

图1 基于Supply-Hub的运作模式

表1 库存状态举例

本文将通过对以下三种模式下供应物流成本的比较分析，来探讨Supply-Hub模式的价值。

1)传统的周期性批对批订货方式

此模式中供应商根据装配商按锁定计划发来的订单采用批对批的方式组织生产和交货。

2)3PL循环取货方式

此模式中库存仍由装配商管理，零部件采购订单由装配商根据锁定计划发出，供应商以批对批的方式来生产、送货。这种模式由3PL来配送，配送费用由装配商付给3PL，故本文的研究中将配送成本作为装配商优化决策的目标。

3)Supply-Hub模式

该模式中，装配商不再管理Supply-Hub中的库存，这部分由供应商进行管理并进行补货决策。该部分库存持有成本分为两部分，分别为资金成本以及仓库租用、管理的成本，前者由供应商负担，后者由装配商承担。为了实现供应物流协同，整个供应链参与各方在库存上实现完全信息共享，3PL根据供应商的补货决策派出运输车辆进行循环取货，供应商可共享整个计划期内的采购计划并适时安排生产。

3 三种补货方式下的最优补货模型

假设装配企业生产计划的时间单位为“周”，每周对零件j的需求为服从一定分布的随机变量D，即Djt为零件j在第t周的需求。MRP系统进行计算并处理后，得到外购件采购计划Xijt，表示第t周的需求Djt中有比例为Xijt的部分需要在第i周订货

本文模型所涉及的参数与变量如下:

l，锁定期，为 l周;

L:装配商一个计划期，为L周;

S:装配商发出订单的订货固定成本，与订货批量无关;

hijt:零件j从第i周存储到第t周的库存持有成本(单位数量);

Yij:0－1变量，若装配商在第i周订货对零件j发出订货，则Yij=1，否则Yij=0;

Tj:零件j的固定运输成本;

Pj:零件j的固定生产成本;

aj:零件j单位数量的运输成本;

Gfji:1＞Gfji＞0，表示预备在第i周配送的零件j中，安排在第f周生产的比例。根据以上定义，Djt·Xijt·Gfji表示装配商在第t周需求，供应商在第i周配送，在第f周安排生产的部分。

Ffj:0－1变量，在Supply-Hub模式下，若零件j的供应商在第f周安排生产，则Ffj=1，否则Ffj=0;

cj:单位数量零件j的生产成本;

α:库存成本中的资金成本所占的比例，即:αh为库存成本中的资金成本;(1－α)h为仓储管理成本。

3.1 传统的周期性“批对批”订货方式

在这种订货方式下，装配商定期运行MRP计算零部件采购计划，计划期为L。在模型中假设MRP总共运行R次，每次均会生成相应的零部件采购计划，装配商根据其中的锁定计划定期(通常每周)向供应商发出补货订单，供应商按照批对批的方式组织生产和送货。

装配商MRP第r次计算的零件j的外购计划可建立如下线性规划模型MLSP1(r，j):

模型中目标函数第一项为期间装配商发出订单的固定成本，第二项为零件j从到货至上装配线期间的库存持有成本。

考虑N种零件，MRP运行R次后的装配商总成本为:

供应商在批对批的模式下，被动接受装配商的决策，生产零件j的供应商在一个锁定期l周内的成本为:

在装配商的MRP运行R次后，N个供应商的总成本为:

供应链的总成本为:

3.2 3PL循环取货方式

装配商委托3PL采用循环取货的方式下，配送成本转由装配商支付，由于众多供应商的零件按照循环取货方式集中运输，其配送的固定成本当然会小于所有零件分别配送的固定成本之和。但很难对固定成本的降低进行量化，因此基于保守原则，我们仍取固定成本之和作为以下模型中的配送固定成本。

在以上假设的前提下，装配商MRP第r次计算得到的外购件计划可建立线性规划模型MLSP2(r)如下:

模型中第一项表示采购和配送的固定成本;第二项为配送成本(含可变成本和库存成本)。

MRP运行R次后的装配商总成本为:

供应商如果仍采用传统方式补货，则零件j的供应商在单位锁定期l周内的成本为:

在装配商的MRP运行计算R次后，N个供应商总成本为:

此时供应链总成本为:

3.3 Supp ly-Hub 模式

在这种情况下，供应商共享装配商的生产计划(含锁定计划及尝试性计划)，并管理和持有全部的零部件库存，当零部件被使用后装配商才与供应商结算。3PL采用循环取货方式去各个供应商处取货，是否补货及补货量、每周的生产量均由供应商决策。

零件j的供应商根据整个计划期内的外购计划进行优化决策，可建立非线性规划模型VSP(r，j)如下(装配商MRP共运行了r次):

目标函数第一项为零件j的固定生产成本;第二项为零件j的可变生产成本，以及零部件在第f至i周期间的库存持有成本。第三项为装配商所负担的Supply-Hub的管理成本。

装配商的MRP运行R次后，N个供应商总成本为:

装配商在一个锁定期l周内成本为:

MRP运行R次后，装配商总成本为:

4 数值试验及结论

根据建立的三个数学模型，我们采用模拟计算的方法进行了数值试验。

有关锁定期的长短方面的研究，长期以来处于两难状态，锁定期太长不利于计划的灵活性，有可能会失去订单，或者缺货和高库存现象并存;而锁定期太短则不利于生产计划保持稳定。国外有学者研究表明，整个计划周期的50% －60%是比较理想的锁定期，可以使得生产计划在成本因素和稳定性因素两方面取得较好平衡［5－6］。

因此，我们将设参数R=100，L=10，l=6;假定随机需求变量Djt，服从均值为μ，方差为σ2的正态分布，令 μ =27，σ2=36。由于 hijt与 i，t期间的时间长度有关，为了不失一般性，对任意零部件j，都令hijt=1.5+0.5 ( t－i) 、aj=2、cj=6、Tj=25、Pj=25、α=0.3、N=5、S=30。

根据上述所建立的三种运作模式对应的模型，采用 LINGO9 求解 WTBX〛MLSP1(r，j)、MLSP2(r)、VSP(r，j)问题，而后利用 MATLAB(2010b)对 MRP运行100次(R=100)后的供应链总成本进行计算，结果如表2所示。

表2 装配商与供应商各项成本比较

由表2可知，将循环取货引入到传统订货方式中，运输成本可显著减少。在Supply-Hub模式中，零部件补货采用供应商管理方式，因而装配商不增加订货成本。由于本算例对循环取货的固定配送成本采用保守原则，因而在实际运行中，对成本的节约会有更好的效果。另外，因为运输成本转移至装配商，使得装配商在平衡配送成本和库存成本后提高零部件配送的批量，库存成本将会因此上升，供应商的批量增加将会降低生产成本。

根据以上计算，对三种模式下供应链总成本的分摊情况进行比较。结果如图2所示，在仅采用循环取货方式的情况下，供应商承担的成本大幅降低，这是因为供应商不承担运输成本，这时装配商的成本上升明显，因为它多承担了运输成本。从供应链总成本来看，仅仅采用循环取货方式，供应链总成本降低并不显著(仅比传统方式降低5%)。而采用Supply-Hub模式后，供应链总成本有显著降低(比传统方式降低19.56)。

图2 供应商与装配商成本比较

5 结束语

虽然在Supply-Hub模式下供应链双方各自的成本在三种方式中均不是最低，在供应链的实际运作中，如果核心企业利用自己的强势地位强迫供应商负担高额配送成本(比如传统订货模式)将难免使供应商降低服务质量，缺货、交货不准时等现象发生的频率会比较高。在图2中，尽管装配商在Supply-Hub模式下负担的成本比传统方式稍高，但考虑到Supply-Hub模式下供应商服务质量提高的因素(减少缺货现象、提高供货准时性)，装配商仍有采用Supply-Hub方式的动力，这有利于提高整个供应链的竞争力，也使得Supply-Hub的价值得到了充分体现。因此，Supply-Hub模式在管理实践中得到了广泛的应用。

［1］龚凤美，马士华.基于Supply Hub的第三方物流直送工位模式研究［J］.工业技术经济，2007，26(8):124-127.

［2］徐秋华.Milkrun—循环取货方式在上海通用汽车的实践和应用［J］.汽车与配件，2003，3:21-24.

［3］龚凤美，马士华，陈建华.基于供应驱动的Supply Hub协同运作模式研究［J］.当代财经，2008，280:53-58.

［4］龚凤美，马士华.基于3PL-HUB的供应链物流协同组织运作管理技术［J］.物流技术，2008，27(2):85-88.

［5］Sridharan V， Berry W， Udayabhanu V，Measuring master production schedule stability under rolling planning horizons［J］.Decision Sciences，1988，19:147–166.

［6］Sridharan V， Berry W， Udayabhanu V.，Freezing the master production schedule under rolling planning horizons［J］.Management Science，1987，33:1137–1149.