基于供应链协调机制的物流成本优化能力分析

摘要： 本文以一个供应商和一个采购商组成的二级供应链为例，建立同时考虑库存成本和运输成本的物流成本模型，比较分析传统供应链和供应商管理库存两种协调机制的物流成本优化能力。研究发现：在集中决策的情况下，两种协调机制的供应链物流成本是相同的；在分散决策的情况下，传统供应链的协调机制在采购商和供应商分别负担运输成本的两种情况下物流成本均不会优于供应商管理库存协调机制的物流成本；传统供应链在集中决策的情况下能够实现供应链物流成本的最优，在分散决策的情况下由供应商负担物流成本有利于物流成本的优化。

Abstract： This paper deals with a two-stage supply chain including one supplier and one purchaser， establishes a model considering both inventory cost and transportation cost. The two coordination mechanisms： traditional supply chain and vendor-managed inventory， are analyzed on their logistics cost optimization capabilities under the centralized and decentralized decision-making conditions. The conclusions are that the logistics cost are same under the centralized decision-making no matter supplier or purchaser offord transportation cost； vendor-managed inventory coordination mechanism is better than traditional supply chain coordination mechanism under the decentralized decision-making.

关键词： 供应链；协调机制；库存成本；运输成本；供应商管理库存

Key words： supply chain；coordination mechanism；inventory cost；transportation cost；vendor-managed inventory

中图分类号：F275.3 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）10-0006-03

0 引言

传统供应链和供应商管理库存（VMI）是两种常见的供应链协调机制，每种机制均有分散决策和集中决策两种情况。在分散决策的情况下，供应链各成员以自己物流成本最优为原则进行决策。这种情况较容易实现，也是供应链常用的决策形式。但供应链某一成员物流成本最优往往会导致供应链物流成本的增加。供应链成员以供应链物流成本最优的原则进行集中决策可以有效地降低供应链物流成本，但这会导致供应链成员间的利益冲突，通常难以实现。传统供应链一般是采购商根据自己的具体情况向供应商下订单订货。这种方式可以最小化采购商的物流成本但增加了供应商物流成本，不利于供应链物流成本的优化。有学者提出通过供需双方的合作即集中决策建立联合经济批量模型来降低供应链物流成本。Banerjee[1]建立了有限生产率下的联合经济批量模型，买方与供应商通过合作，达到双方独自决策下更大的经济利益；Goyal[2]建立了假设单供应商和单需求方通过契约方式进行协调的联合经济订货批量模型。

供应商管理库存是以供应商管理采购商的库存并承担物流成本，这种协调机制可以有效地降低供应链物流成本。张爱文等人证明了当订货成本比与库存成本比相差比较大时，供应商管理库存可以有效降低均衡价格[3]；Tayar和Ganeshan[4]，Tersine和Banman[5]等人建立了多个订单一次派送的VMI库存模型；Cetinkaya和Lee[6]建立了存货补足和派送的VMI模型；Waller和Johnson[7]，Banerjee[8]，Goyal和Nebebe[9]等人研究了集成库存管理问题，提出了单制造商-单零售商环境下的VMI库存策略；Woo等[10]和Zhang等[11]研究了单制造商-多零售商VMI库存策略；钱芝网借助Arena软件求解了VMI模式下运输成本、库存成本和缺货成本最小的最优订货点[12]；郑长征等人将TPL引入VMI，研究表明引入TPL能有效降低供应链平均总成本，避免制造商高库存成本和高运营风险[13]。

以上研究主要集中于某一供应链协调机制不同决策方式的比较分析，不同供应链协调机制的对比研究鲜有涉及：罗兵[14]等人在其固定周期检查派送和存货补足库存模型中定性的比较了VMI相对经济定货批量的优点；赵金实[15]等人比较分析了对传统供应链、寄售、供应商管理库存三种协调机制在集中决策和分散决策情况下的库存成本优化能力。

本文以一个供应商和一个采购商组成的二级供应链为例，建立同时考虑库存成本和运输成本的物流成本模型，比较分析传统供应链和供应商管理库存两种协调机制的物流成本优化能力。

1 模型构建

1.1 模型假设

假设单供应商向单采购商供应单一产品，构成一个二级供应链。采购商根据自己的经济订货批量向供应商下订单，供应商则根据订单准备生产。运输成本有供应商和采购商分别负责的两种情况，运输能力无约束。装卸搬运成本忽略不计，不考虑订货提前期。

1.2 模型参数

模型中所涉及到的参数如下：

Q：采购商的订货批量，也即决策变量；

D：采购商的年需求量；

M：采购商一次订货的订货成本；

HM：采购商单位产品的库存成本；

S：供应商的订单转换成本；

HS：供应商单位产品的库存成本；

P：供应商的产品生产速度；

K：一次订货的运输成本；

CM：采购商的物流成本（供应商负责运输成本）；

CS：生产商的物流成本（供应商负责运输成本）；

CTrad，Dec：分散决策的传统供应链总成本（供应商负责运输成本）；

CTrad，Cen：集中决策的传统供应链总成本（供应商负责运输成本）；

C■■：采购商的物流成本（采购商负责运输成本）；

C■■：生产商的物流成本（采购商负责运输成本）；

C■■：分散决策的传统供应链总成本（采购商负责运输成本）；

C■■：集中决策的传统供应链总成本（采购商负责运输成本）；

CVMI：供应商管理库存的物流成本；

CVMI，Dec：分散决策的VMI供应链总成本；

CVMI，Cen：集中决策的VMI供应链总成本；

1.3 传统供应链的物流成本模型

1.3.1 供应商负担运输成本的传统供应链物流成本模型

采购商的物流成本模型为

C■=■M+■H■ （1）

供应商的物流成本模型为

C■=■S+■H■+■K （2）

当采取分散决策时，采购商根据自己物流成本最低的原则决策订货批量Q，即■=-■+■=0 （3）

得Q■=■ （4）

因此，在分散决策情况下，供应链的物流成本为

C■=（M+S+K）H■+■M■ （5）

当采用集中决策时，采购商和供应商根据供应链物流成本最低的原则决策订货批量Q，即

■=-■+■-■+■-■=0 （6）

得Q■=■ （7）

因此，在集中决策情况下，供应链的物流成本为

C■=■ （8）

1.3.2 采购商负担运输成本的传统供应链物流成本模型

采购商的物流成本模型为

C■■=■M+■H■+■K （9）

供应商的物流成本模型为

C■■=■S+■H■ （10）

当采取分散决策时，采购商根据自己物流成本最低的原则决策订货批量Q，即

■=-■+■-■=0 （11）

得Q■■=■ （12）

因此，在分散决策情况下，供应链的物流成本为：

C■■=

（M+K+S）H■+■（M+K）■（13）

当采用集中决策时，采购商和供应商根据供应链物流成本最低的原则决策订货批量Q，即

■=-■+■-■-■+■=0 （14）

得Q■■=■ （15）

因此，在集中决策情况下，供应链的物流成本为

C■■=■ （16）

1.4 供应商管理库存的物流成本模型

在供应商管理库存的情况下，供应商负担库存成本和运输成本，供应链的物流成本模型为

C■=■M+■H■+■S+■H■+■K （17）

可以看出，在供应商管理库存的供应链物流成本模型下分散决策和集中决策的最优订货批量Q是相同的，即

■=-■+■-■+■-■=0 （18）

得Q■=Q■=■ （19）

因此，供应链的物流成本为

C■=C■=■ （20）

2 供应链总成本的比较

2.1 集中决策的供应链总成本比较

根据以上研究结果，由（8）式、（16）式和（20）式可以得出：传统供应链在采购商和供应商分别负担运输成本的两种情况下集中决策的物流成本与供应商管理库存的物流成本是相同的，即

C■=C■■=C■

=■ （21）

2.2 分散决策的供应链总成本比较

2.2.1 传统供应链由采购商和供应商分别负担运输成本两种情况的比较

根据以上研究结果，由式（5）和式（13）可得出

■=

■■

由此可得C■

即传统供应链在分散决策的情况下由供应商负担运输成本能使供应链的物流成本更低。

2.2.2 传统供应链和供应商管理库存供应链的物流成本比较

根据以上研究结果，由式（5）和式（20）可得出：

■=■

所以C■

即在分散决策的情况下，无论是供应商承担运输成本还是采购商承担运输成本，传统供应链的物流成本总要大于供应商管理库存的物流成本。

3 结论与不足

在集中决策的情况下，传统供应链无论是由供应商负担运输成本还是由采购商负担运输成本，其物流成本和供应商管理库存的供应链物流成本总是是相同的。在分散决策的情况下，传统供应链无论是由供应商负担运输成本还是由采购商负担运输成本，其物流成本总是高于供应商管理库存的供应链物流成本。传统供应链在集中决策的情况下能够实现供应链物流成本的最优，在分散决策的情况下由供应商负担物流成本有利于物流成本的优化，与供应商管理库存的供应链相比，不同的供应链协调机制只是改变了供应链上的成员对物流成本的分担比例。

本文的不足在于对运输成本的描述不够准确，在模型中把一次运输的成本看做固定支出这并不完全符合实际。当运输成本对订货批量的变化不敏感时此结论较为适用，当运输成本对订货批量的变化比较敏感时此运输成本的模型则不够准确，结论也不完全正确。此外模型中没有考虑订货提前期、缺货成本以及牛鞭效应等因素。

参考文献：

[1]Banerjee， A. A joint economic lot-size-model for purchaser and vendor [J]. Decision Sciences， 1986， 17（3）： 292-311.

[2]Goyal， S. K. A joint economic-lot-size model for purchaser and vendor： A comment [J]. Decision Science， 1988， 19： 236-241.

[3]张爱文，陈俊芳.供应商管理库存的价格效应研究[J].工业工程与管理，2005，1：98-100.

[4]Tayur， S.& Ganeshan， R. Quantitative Models for Supply Chain Management [M]. Boston （MA）： Kluwer Press， 1999.

[5]Tersine， R. J.& Barman， S. Economic inventory/transport lot sizing with quanlity and freight rate discounts [J]. Decision Sci， 1991，22（5）：1171-1179.

[6]etinkaya， C.& Lee， C. Y. Stock replenishment and shipment scheduling for vendor-managed inventory system [J]. Management sci， 2000，46（2）：217-232.

[7]Waller， M.& Johnson， M. E.& Davis， T. Vendor managed inventory in the retail supply chain [J]. Journal of Business Logistics， 1999，20（1）：183-203.

[8]Banerjee， A. A joint economic lot size model for purchaser and vendor [J]. Decision Sciences， 1986，17（3）：292-311.

[9]Goyal， S. K.& Nebebe， F. Determination of economic production-shipment policy for a single-vendor- single-buyer system [J]. European Jour nal of Operational Research， 2000， 121（1）：175-178.

[10]Woo， Y. Y.& Hsu， S. L.& Wu， S. An integrated inventory model for a single vendor and multiple buyers with ordering cost reduction [J]. Inte national Journal of Production Economics，2001，73（3）：203-215.

[11]Zhang， T.& Liang， L.&Yu， Y. An integrated vendor-managed inventory model for a two- echelon system with order cost reduction[J]. International Journal of Production Economics， 2007，109（1-2）：24-253.

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[13]郑长征，刘志学，徐彬彬.确定需求下VMI-TPL分销供应链集成库存策略研究[J].中国管理科学，2011，19（4）：76-83.

[14]罗兵，于会强，林略，孙士涵.供应链环境下的供应商管理库存模型研究[J].工业工程与管理，2004，4：40-43.

[15]赵金实，王浣尘，郑晓涛，庞清武.供应链协调机制的库存成本优化能力分析[J].工业工程与管理，2008，4：11-14.