考虑疫情风险与双重时效性的...品供应中断库存控制策略研究_慕静.pdf

第 卷 第 期运筹与 管理，年 月 收稿日期：基金项目：国家社会科学基金一般项目（）作者简介：慕静（），女，山西大同人，教授，博士，硕士生导师，研究方向：物流供应链与管理仿真；李婧（），女，天津滨海新区人，硕士研究生，研究方向：物流与供应链管理。考虑疫情风险与双重时效性的生鲜品供应中断库存控制策略研究慕 静，李 婧（天津科技大学 经济与管理学院，食品行业智慧供应链研究院，天津）摘 要：为解决重大疫情引发的供应中断导致生鲜品库存水平振荡，在市场需求随机变化的情形下，建立一个由供应商、配送中心和零售商组成的三级生鲜供应链库存系统，考虑由疫情引起的三种风险情景，引入系统动力学模型对零售商动态库存系统运营进行仿真分析。研究发现：受疫情风险传导系数和变质率两个序参量影响，供应链库存呈现振荡趋势；通过确定不同供应中断时长下的疫情风险情景提出优化保鲜投入策略、安全库存策略、以及共享库存联合提前转运策略有效降低零售端库存水平振荡并使其呈现渐稳趋势，实现产品在交付过程中的双重时效性，达到供需匹配，缓解疫情风险带来的影响，为相关零售企业提供决策支持。关键词：疫情风险；供应中断；双重时效性；库存控制；生鲜品；系统动力学中图分类号：文章标识码：文章编号：（）：，（，）：，：，；，：；引言全球由病毒引发的各类具有传染性疫情时常发生，年的非典、年爆发的甲型 流感疫情、年爆发后迅速传播的中东呼吸综合征、年爆发的埃博拉病毒疫情，特别是 年年初爆发的新冠疫情造成了严重的人员伤亡和经济损失，影响着人们的日常生活和行为方式。本文考虑到人们日常所需的生鲜品在疫情爆发初期极易产生供应中断从而引起市场需求不确定，因此如何减少供应不足和缺货损失、保障安全库存和生鲜品质量、实现产品交付过程的双重时效性，是解决疫情下生鲜品及时供应、保障人们生活有序进行的关键。研究现状供应中断是指人为或自然灾害导致供应过程中某一环节发生中断使其无法向下游的集散中心供货，从而使得受灾点出现需求缺口。一些学者已围绕供应中断风险从生产、供应、运输、库存、渠道等方面开展了相关研究。等通过供应链中断的库存管理实验，探究出制造商实时共享供应中断信息可以减小牛鞭效应。等提出一个双目标混合可能性、两阶段随机规划模型来解决供应商选择等问题。提出了一种混合整数规划方法探究具有中断风险的供应链中零件供应商和订单数量分配的最佳选择。刘娇凤等考虑突发事件下物资不足等情况，构建生产、库存和和配送整合规划模型探究其算法的有效性。官振中等通过建立模型对比当消费者拥有缺货后悔倾向时，提前转运和紧急转运对于零售端最优补货策略。等通过对面临供应链中断风险的制药公司进行建模研究风险缓解库存、双重采购和敏捷能力这三项措施之间关系。李姗姗等探究出在安全库存和双源采购策略的基础上，不同中断时长所采取策略也不同。在此基础上，李富昌等通过建立网购供应链库存运输联合优化模型，达到供应商与线上零售商合作实现经济效益。然而对于相对复杂的情况比如新冠疫情，以上策略具有局限性并不能描述其动态行为。而系统动力学是分析动态行为的有效方法。等通过系统动力学模型探究地震后信息延迟因素等对供应链中断行为的影响，并将库存策略和预测方法相结合提出最优补货方案。张以彬等通过考虑供应链中断周期、市场流失率和核心技术延迟时间关键变量，运用系统动力学探究最优生产库存策略。虽然针对供应链中断的现有文献已经相对完整，但很少有文献从不同的疫情风险角度考虑库存控制策略，并且通过系统动力学的方法探究最优策略。鉴于此，本文选取特定的供应链中断情景，考虑市场需求不确定的模式，以解决生鲜品库存控制问题为出发点展开研究，应用系统动力学方法构建库存控制模型，对系统中序参量进行仿真分析，目的是分析不同疫情风险情景下供应链中断应对策略，从而保障生鲜品双重时效性。疫情下终端零售商风险情景分析 疫情风险情景分析为了探寻不同疫情风险情景下各因素对库存的影响并提出策略，建立以下风险情景：（）情景一：仅存在安全风险；（）情景二：安全风险与供应风险叠加；（）情景三：安全风险、供应风险和需求风险同时叠加。具体如图 所示。疫情的爆发加快了企业线上渠道发展，消费者足不出户就可以购买到产品，降低了病毒传染风险。同时企业通过信息平台进行交流，及时协调调运降低缺货损失，保障产品在流通过程中的双重时效性。图 疫情风险情景分析图 问题描述生鲜品中作为生活中必备产品，在发生重大疫情时同样不可或缺。例如我们每天都会食用的蔬菜。在疫情春节期间，据报道京东到家销售额同比增加、每日优先销售额同比增长、鲜美生活日均蔬菜供应量是平常 倍、叮咚买菜日均增长 倍。由此可以看出面对重大突发疫情大量消费者选择通过线上渠道购买。为解决生鲜品在运输途中或供应中断时易发生腐烂变质，从而引发一系列缺货问题和产品亏损问题。考虑由供应商、配送中心和零售商组成的三级生鲜供应链，结合线上和线下渠道，制定一种以零售商为主导的库存控制策略来面对复杂的疫情风险情景，通过优化库存水平使企业及时满足需求并实现双重时效性。符号与假设 符号主要相关参数与变量符号如表 所示。第 期 慕 静，等：考虑疫情风险与双重时效性的生鲜品供应中断库存控制策略研究表 主要相关参数与变量符号符号参数变量符号参数变量符号决策变量符号决策变量供应商库存零售商 需求平仿真时间零售商需求预测 供应商补货时间零售商 需求平供应中断时长商品新鲜度供应商补货率保鲜努力水平疫情风险传导系数线下质量水平供应商库存调整时间积存订单变质率订单完成率配送中心库存缺货量保鲜投入成本系数销售率配送中心补货时间潜在市场规模提前期零售商 销售率配送中心补货率产品成本安全库存收货率配送中心库存调整时间无接触配送成本共享库存系数顾客订单到达率零售商库存销售价格共享库存市场需求零售商 库存线上交付占比缺货敏感度双渠道总需求零售商 库存线下交付占比缺货敏感因子生鲜品供应量零售商补货时间均值提前转运供应时效性零售商补货率标准偏差零售商期望库存生鲜时效性零售商库存调整时间安全系数零售商库存调整双重时效性 假设假设 根据文献，成果，分别引入变量易感染节点、感染节点、恢复节点，并令 为信息平台内助力节点，为各节点之间生鲜品供需关系。此时随着疫情风险叠加供应中断时长 不断延长，感染节点增加，疫情风险传导系数 与感染节点 和供应中断时长 呈正相关，则疫情风险传导系数 用公式（）表示为：（）其中，令表示节点在 时刻感染风险的状态，和 同理。若 ，则表示各节点之间没有供需关系；若 ，则表示各节点之间有供需关系。假设 生鲜品的变质率 同样影响库存控制策略的制定，这里假设变质率 为线性函数，随中断时长 的增加而增加，可以用公式（）表示为：（，）（）假设 根据文献的成果与投入成二次关系的假设，本文将保鲜努力水平与保鲜成本的关系式用公式（）表示为：（）（）其中，（）为零售商的保鲜成本，零售商的保鲜投入成本系数 即保鲜投入 ，保鲜努力水平 ，为了计算方便，在这里假设。假设 市场需求 为随机需求，且服从 ，的正态随机分布，记做 （，）。假设 根据媒体报道数据显示，为方便计算，这里假设线上交付量是线下交付量的 倍，即将线上交付占比 和线下交付占比 分别设置为 和 。假设 根据实际调查以及建模研究需要，将零售商 库存 与其销售率 之比 的取值范围设定为，并且间隔取 分为 等分，其中间值 为关键转折点，因此，利用分段函数描述共享库存系数 表示为公式（），其中、别表示共享因子。（）（）假设 缺货敏感度 是指零售商通过对市场需求信息以及上游信息的感知预判未来哪种商品发生缺货，且零售商获取信息越准确，其缺货敏感因子 越大。因此将缺货敏感度 设置为斜坡函数，其表达式为（，），式中 为线性函数斜率，为起始时刻，为结束时刻，此时假设，变化。生鲜品供应中断库存系统动力学模型在发生重大疫情时，疫情风险引起的供应中断会对生鲜品储存和运输造成一系列影响，使其呈现出动态发展变化的动力学特征，以下运用系统动力学理论与方法构建模型。供应中断库存动态性分析 序参量疫情风险传导系数 与变质率 疫情风险传导系数 是指重大疫情通常具有高传染、强隔离、无接触等特点，根据假设 所设置三种情景，其用来描述各节点受供应中断和感染节点影响时的特征，表现为不同程度物质延迟。变质率 是指生鲜品因其易腐易变质性等特点，更易受运 筹 与 管 理 年第 卷供应链中断影响而产生产品缺货或损失现象。二者作为序参量都会使库存模型呈现出振荡反应的动力学行为特征。系统动力学流图在疫情风险传导系数 和变质率 两个序参量作用下，生鲜品在疫情风险下的供应中断库存模型运作流程可描述为：供应商收到订单时及时供应，但当受到疫情风险传导系数 的影响使其不能立即到达配送中心，并随着中断时长 的增加变质率 逐渐增大，零售商不能及时且完整的收到物资因而产生缺货现象，因此需要实时检查库存水平对库存进行调整，满足消费者需求。绘制系统动力学流图，描述风险情景下供应中断库存动态模型。如图 所示。图 风险情景下供应中断库存动态模型 当发生供应中断时，疫情风险传导系数 和变质率 是造成零售商产生缺货现象的直接原因，以零售商为例，其库存调整 和期望库存 表达式分别为：（，）（）优化保鲜投入和安全库存策略模型 生鲜时效性 与供应时效性 生鲜时效性 是指生鲜品在短期内既保证产品质量同时满足市场需求。如情景一中描述，生鲜品随时间推移其品质与使用效果降低，因此必须在极短时间内满足需求才能发挥使用价值。供应时效性 是指由于疫情突发性等特点，产品需求量很难准确预估，且因防疫返工人员少、道路交通管制使得零售端缺货现象严重，因此供应及时对企业正常运营具有重要意义。系统动力学流图在供应中断情况下，零售企业设置符合实际情况的服务水平，同时优化库存模式以避免缺货。双渠道销售模式可以在疫情下避免发生聚集购买现象，同时渠道间相互融合、相互协调使库存控制减少物流环节。因此，为实现中断下稳健的库存控制策略，绘制系统动力学流图，描述零售商优化保鲜投入 和安全库存 策略动态模型。如图 所示：图 零售商优化保鲜投入 和安全库存 策略模型 为保障产品在交付过程中的生鲜时效性 和供应时效性，通过优化保鲜投入 和安全库存，调整商品新鲜度、积存订单 和零售商库存水平，因此，其表达式分别为：（）（）（）（）共享库存联合提前转运策略模型 双重时效性 零售商企业针对不同疫情风险情景制定库存控制策略时，需要同时保障生鲜时效性 和供应时效性。只有满足双重时效性，企业才能及时避免供应中断所带来的的缺货风险。系统动力学流图当供应中断时长 较长时，大多数情况下零售商企业会采取紧急转运策略来补给库存，但是此策略往往具有不确定性。因此，本文考虑共享库存联合提前转运 策略提升零售商库存水平，实现双重时效性。由假设 可知，在此策略中分别设置在零售商 和零售商，当零售商 感知到缺货风险时，提前转运零售商 中库存来补给。因此，绘制系统动力学流图，描述零售商共享库存 联合提前转运 策略动态模型。如图 所示：图 零售商共享库存 联合提前转运 策略模型 共享库存 联合提前转运 策略实施要在零售商 库存 充足基础上进行，因此零售商 受缺货敏感度 和零售商 影响，其共享库存系数第 期 慕 静，等：考虑疫情风险与双重时效性的生鲜品供应中断库存控制策略研究 和提前转运 策略表达式分别为：（）生鲜品供应中断库存控制策略仿真及优化在新冠疫情背景下，本文根据对天津某区域生鲜超市供应链实际调研得到相关数据，运 用 软件进行系统仿真。设初始时间 周，终止时间 周，步长 周，且根据假设 设置市场需求为 （，）。此外，设定相关参数为：，初始值，初始库存，初始库存，初始库存，初始库存，初始库存 进行仿真分析。根据各参数取值设供应端满足最大市场订货数为。序参量作用下库存动态仿真分析 序参量疫情风险传导系数 与变质率 的影响 根据假设 设情景一为存在一个易感染节点、一个感染节点 和一个恢复节点；情景二为存在一个、两个，不存在；情景三为存在三个，不存在 和，且三种情景下各节点间均存在供需关系。分别如公式（）（）（）所示：（）（）（）同时，根据假设 设