面向供应节点失效的供应链应急策略研究，本文主要内容关键词为：节点论文,供应链论文,策略论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
DOI编码：10.3969/j.issn.1672-884x.2013.06.019
1 文献回顾
近年突发事件频繁发生，导致供应链中断甚至崩溃，给企业带来巨大的经济损失。例如，2011年3月发生在日本的里氏8.9级大地震，导致丰田公司在日本东北部的汽车零部件供应商的能力丧失，迫使两家整车制造工厂停产，遭受超过40亿美元的直接经济损失。类似事例不胜枚举，因此突发事件导致某供应商供应能力丧失后，如何快速制定应急策略以减小或消除突发事件带来的严重后果，是急需解决的现实问题，同时也是目前供应链风险管理研究的热点问题[1～3]。
目前，供应中断应急策略研究主要集中在事前战略防御和事后应急响应两个方面。事前战略防御方面的研究主要从战略层面提高供应网络的弹性和鲁棒性：TANG等[2]基于供应商失效风险考虑，提出在网络设计时增加冗余供应商来增强供应链的鲁棒性；SNYDER等[3]提出以供应链薄弱节点加固为策略来增强现存供应链的弹性；TOMLIN[4]研究了单零售商和双供应商(可靠但成本较高和不可靠但成本较低)构成的供应链单时段供应中断问题，系统对比了重新调度、风险缓解和被动接受3种应急策略各自的优势；TANG等[5]证实了对于供应成本风险和供应承诺风险可分别使用多源供应和供应合同灵活设计策略来减小风险带来的损失。
事后应急策略研究主要从作业层面研究应急资源的调度问题：SNYDER等[6]比较了需求和供应不确定情况下的备选供应商的作用，指出备选供应商策略对预防供应中断及中断发生后如何恢复供应起着至关重要的作用；CHOPRA等[7]研究了供应中断和供应常规扰动两种情形下稳定和非稳定供应商的选择问题，证明了供应中断情形下倾向于选择稳定但成本高的供应商；YANG等[8]研究了制造商在面对拥有中断风险私有信息的供应商时的风险管理策略变化情况，提出了供应中断发生时供应商选择的策略：赔偿惩罚成本或利用备份生产满足制造商需求；HOU等[9]探讨了当主要供应商发生供应中断后，购买者与备选供应商之间的合同问题，通过比较研究和算例分析得出了最优的合同设计；SCHMITT[10]针对考虑供应中断的多层供应链系统，提出了从内部供应节点紧急调度、从备选供应节点采购和启用战略应急库存等应急策略，减少供应中断对顾客满足水平的影响。
上述供应链中断问题研究大多采用备选供应商策略，而考虑失效供应商修复策略的研究尚不多见。此外，已有研究多以完全满足顾客需求为应急计划目标，事实上供应中断后完全满足顾客需求并非一定最优，例如当外部供应商较原有(内部)供应商成本增加较大，而顾客需求未完全满足带来的惩罚成本相对较小时，部分满足顾客需求不失为最佳策略。
本文针对某供应节点失效的三级供应链网络，提出了启用备选供应商、修复失效供应商和重新优化供应计划的综合应急策略，建立了基于客户需求情景的多时段的供应中断应急计划随机模型。该模型考虑备选供应商的成本增加与失效供应商修复成本之间的平衡，同时考虑缺货惩罚成本与备选供应商成本增加和失效供应商修复成本之间的平衡。最后通过案例研究验证模型的有效性。
2 问题提出
2.1 问题界定
考虑一个多时段单产品的三级供应链网络，由I个供应商、J个分销中心和K个零售商构成。其中供应商同时也是产品的生产商，不考虑原材料和半成品的供应问题。供应链正常流程为：首先供应商生产出产品，立即将其运输至中间层的分销中心，分销中心处设有库存；其次由分销中心将产品运输至零售商；最后零售商将产品销售给顾客。零售商根据顾客需求预测向供应商订货，本文采用基于情景的分析方法[11]来描述客户需求的不确定性，允许部分客户需求发生缺货。
假设某突发事件发生，导致某一供应商失效。随后的应急期间，可以启用备选(外部)供应商，也可以经过一定时段重新启用已经完全修复的失效供应商。备选供应商具有无限生产能力，但生产启动成本和单位产品生产成本均大于内部供应商的相应成本。如何确定应急策略类型和启用时段，才能使得突发事件发生后供应链的期望运营成本最小，这正是学界所关注的。
2.2 供应中断的应急策略
本文从修复失效节点和启用外部供应两个角度考虑，提出基于启用备选供应商、修复失效供应商和重新优化供应计划的综合应急策略。具体运作过程如下：
突发事件在第
时段初发生，导致某供应商完全失效。此时采用启用备选供应商策略，即在原有供应链中加入备选供应商，重新优化供应链的生产、分销、运输和库存计划，部分或完全满足后续时段的零售商的产品需求订单。经过
个时段，失效供应商可以完全修复，修复会产生一定的修复成本。对于修复成本，本文考察其与实际生产数量之间的关系，将修复的固定成本分摊至各个产品，即修复成本等于失效供应商修复后的实际生产数量乘以单位修复成本。失效供应商是否修复并启用取决于缺货惩罚成本、备选供应商启用成本与失效供应商修复成本之间的平衡，这是本文所提出的供应中断应急计划模型的核心决策问题。供应链应急策略运作过程见图1。
图1 供应链应急策略运作过程
3 模型构建
3.1 模型假设
模型主要假设如下：
(1)各时段各供应商的生产启动成本、单位生产成本、各条运输路径的单位运输成本为已知；
(2)各时段各零售商销售价格相同且已知；
(3)各时段各供应商、分销中心处均有能力限制，但供应商的总生产能力和分销中心的总库存能力均大于零售商处的需求量；
(4)不考虑各条运输路径的能力限制和提前期；
(5)仅在分销中心处考虑库存，各时段各分销中心处的单位库存成本已知，计划期初始库存和期末库存均为0；
3.3 数学模型
目标函数式(1)旨在实现供应中断发生后从第时段至第T时段的可能需求情景下的供应链运营期望利润最大化，式(1)中第1项和第2项是中断发生后的未失效供应商的生产启动成本和产品生产成本；第3项和第4项是失效供应商修复后的生产启动成本和产品生产成本；第5项是中断发生后分销中心的产品库存成本；第6项是中断发生后未失效供应商至分销中心的产品运输成本；第7项是修复后的失效供应商至分销中心的产品运输成本；第8项是分销中心至零售商的产品运输成本；第9项和第10项是备选供应商的生产启动成本和产品生产成本；第11项是备选供应商至分销中心的产品运输成本；第12项是失效供应商的修复成本；第13项是零售商订单未满足的缺货惩罚成本；第14项是产品销售收入。对于约束条件，式(2)和式(3)分别为供应商生产能力约束和分销中心库存能力约束；式(4)和式(5)分别为从失效至修复前的时段与从修复后至计划期末的流量平衡约束；式(6)表示顾客需求未满足的缺货数量；式(7)和式(8)分别表示备选供应商和内部供应商选择的0-1约束；式(9)表示计划期末库存为0；式(10)限定第s个情景下第t时段第i个内部供应商的生产量等于该供应商对所有分销中心的供应总量。式(11)表示
为非负整型变量。
3.4 模型复杂度分析
由此可见，问题规模随着S、I、J、K、T的数量增加呈现线性递增的趋势，因此该模型具有较好可解性。
4 案例研究
4.1 案例描述
以上海地区的光明乳业某品牌酸奶供应链为研究对象，该网络包括3个供应商(生产工厂)、4个区域分销中心和3个大型零售商。基于历史销售和订货数据，考虑3个典型客户需求情景，概率分别为0.3、0.4和0.3。计划期为1年，包括4个季度，每个季度假定为1个时段。单位产品的销售价格为70，单位缺货惩罚成本为30。
假设突发事件发生在第2个时段初，造成第2个供应商失效，即=2，
=2。此时，加入备选供应商，其相关数据见表1。同时，该时段初(即第1时段末)的分销中心的库存，可由正常运作下的供应计划模型求解得出(见表2)。在该时段仍可使用，需在求解时加入该项数据。
限于篇幅，这里未列出供应商、分销中心和零售商的相关数据。对于修复成本，采用变动成本的方式来描述，将其分摊至单位数量的产品上，假定单位生产能力修复成本为5，从失效到修复需要的时段为1个时段。
4.2 结果与分析
针对上述案例，利用商业软件ILOG Cplex12.2优化软件获取最优解决方案，ILOG Cplex能够在较短时间内处理有数百万个约束和变量的混合整数规划问题。鉴于问题的规模及软件的强大功能，上述模型求解直接调用ILOG Cplex中的Branch & Cut算法，运行时间为0.09s，获得最优解，目标函数值即中断发生后(即第2时段～第4时段)的供应链期望最大利润为98907。下面从供应链运作成本、供应链网络结构及单位修复成本对供应链网络结构的影响等几个方面对结果进一步分析。
4.2.1 供应链运作成本构成
突发事件发生后导致某供应商节点失效，供应链总成本包括内部供应商的启动成本和生产成本、分销中心库存成本、内部供应商至分销中心的运输成本、分销中心至零售商的运输成本、备选供应商的启动成本、备选供应商的生产成本、备选供应商至分销中心的运输成本、修复成本和产品缺货成本。这里所指的成本均是综合考虑3个情景下的期望成本。供应中断下的供应链各项成本见表3，总成本为194883。为了对比，表3同时将正常运作下的第2～第4时段的供应链各成本列出，正常运作下的供应链总成本为188728。由此可知，尽管突发事件导致了供应中断，但通过启用本文提出的应急策略，供应链期望成本并未剧烈增加。
4.2.2
计划的供应链网络结构
鉴于篇幅限制，本文仅列出了情景1下的供应链生产、运输、库存、备选供应商的启动和生产，以及失效供应商的修复等决策变量的最优计算结果(见图2)。其中，实线箭头代表2个节点间有产品流动，其上数字表示运输数量，三角形中的数字是其下的分销中心的产品库存数量，虚线圆圈内的数字表示零售商在该情景该时段的预测需求数量。第2时段初，第2个供应商因突发事件的发生而导致完全失效，丧失生产能力，用“ ×”表示。经过1个时段后，失效的供应商恢复至正常状态，用“√”表示，灰色椭圆表示备选供应商。
图2表明，在情景1下，备选供应商只有在第4时段被启动，在第2和第3时段并未启动。例如，在第2时段，正常运作下第2个供应商的生产量为550，而当其失效后，由第3个供应商生产550个单位的产品，而不是选择备选供应商生产。这说明，综合来看，备选供应商的启动和生产成本较第3个供应商大。同时，零售商需求订单在该时段不满足的情形也是可能发生的，该种情况是由于备选供应商成本的增加大于缺货带来的损失，最优的求解结果可能是宁愿被动接受缺货，而不选择备选供应商。
4.2.3 单位修复成本对供应链网络结构的影响
这部分对比分析单位生产能力修复成本分别为
=10与=5时的失效供应商和备选供应商的启动方案与产品生产数量，以研究单位修复成本对供应链网络结构的影响。表4给出了2种单位修复成本下的失效供应商和备选供应商的最优启动方案；表5给出了2种单位修复成本下的失效供应商和备选供应商的最优产品生产数量。
由表4和表5可知，修复成本对最优供应链网络结构影响显著。例如，当=5时，失效供应商在情景1、情景3下的第3时段均被选择，产品生产数量均为650；当=10时，失效供应商在任何情景和任何时段均未被选择，而是选择启动备选供应商，备选供应商在3种情景下的产品生产数量分别为1350、1480和1930，较=5时有所增加。这表明，单位修复成本c[r]的增加意味着供应链总体期望利润的减少，当备选供应商生产成本增幅相对较小时，最优的供应链应急计划决策将是不修复失效的供应商，而是一直启用外部的备选供应商。此种情况说明，以突发事件为契机，供应链可能将失效供应商淘汰出局，而选择新的更为可靠的备选供应商加入进来，构建更为可靠和高效的供应链网络。以往的供应链实践也表明，突发事件作为一种关键事件，对供应链运作产生极为重要的影响，而供应链网络结构的改变，即备选(外部)供应商向内部供应商转移，便是其重要表征之一。
5 结语
针对突发事件发生导致某供应节点失效问题，从事后应急响应视角，研究了供应中断的应急策略。首先，提出了启用备选供应商、修复失效供应商和重新优化供应计划的综合应急策略；其次，考虑允许缺货发生的情形，建立了基于客户需求情景的、有限资源约束条件下的单目标多时段供应中断应急计划随机模型。目标函数加入了备选供应商的启动、生产、至分销中心的运输以及修复成本等，旨在从整体上优化突发事件后的供应链计划；最后，通过案例研究验证了模型的实用性和有效性，分析和探讨了模型的优化结果，并得出了外部备选供应商向内部供应商转移的重要启示。该应急策略和计划模型可为供应链实践提供理论指导和借鉴，具有重要的现实意义。