復合式物流超市的優化策略研究：以汽車零部件物流實踐為例

張 鎵, 陳 瑤, 何雅婷, 霍佳震

(1.同濟大學 經濟與管理學院，上海 200092; 2.上海對外經貿大學 工商管理學院,上海 201620)

復合式物流超市的優化策略研究：以汽車零部件物流實踐為例

張 鎵1, 陳 瑤2, 何雅婷2, 霍佳震1

(1.同濟大學 經濟與管理學院，上海 200092; 2.上海對外經貿大學 工商管理學院,上海 201620)

中國汽車物流企業為了滿足汽車主機廠小批量、多頻率、多品種混線拉動的需求，在實踐中設計出復合式物流超市模式。本文對復合式物流超市的設計和流程進行了介紹，建立了復合式超市供應模式和高位貨架直送模式的理論模型，使用企業實踐數據進行對比，最后用二元回歸模型總結了分類方法，建議對零部件需求頻繁、包裝規格小的品種采用復合式物流超市供應模式，對需求小、包裝規格大的品種采用高位貨架直接供應方式。

復合式物流超市; 汽車零部件物流; 供應物流

2016年中國汽車產銷總量再創歷史新高，分別為2 811.9萬輛和2 802.8萬輛，連續八年蟬聯全球第一，汽車市場的擴張也使汽車工業一躍成為我國重要的支柱產業之一。隨著市場競爭的日益激烈，汽車行業客戶需求變化加劇，國內大多數汽車生產企業逐漸從“大批量、少品種”走向“多品種、小批量”的混線生產。多種車型產品在同一混流生產線上生產，零部件供應物流品種繁多、數量巨大，需要與距離不同、響應速度不同的供應商協調，對物流管理造成了極大的挑戰。混線產品種類多樣化增加了生產計劃調整的不確定性，物流部門需要給混線生產的汽車組裝流水線的不同工位，準確地按流水線上不同的車型提供相應的零配件。一旦所需要的零配件沒有及時準確地到達生產線指定工位，將導致生產線停止，造成產能的損失。

以我們的研究對象，上海G汽車制造企業為例，在新能源汽車行業激烈的市場競爭下，生產具有小批量、多頻次、柔性生產等特點，主機廠每天平均混線生產10～15款車型，每款車型涉及外購零部件種類多達1 000～1 200種。為滿足及時供應、避免生產線斷線，企業租借了整車廠附近9個8 萬m2的物流倉庫進行零部件的周轉，在上海每平方米高達1.0～1.5元/天的環境下，物流倉儲成本極高。2016年底，G汽車企業聘請第三方物流公司整合零部件供應物流，在整車廠附近建立復合式零部件物流超市。但是，由于工廠10余種車型混線，導致超市庫存水平過高，仍然出現了爆倉問題，需要應用優化理論結合實踐數據對其運作進行優化。

在上述背景下，本文對實踐中出現的復合式零部件物流超市進行模型和實證相結合的研究，主要對其供應模式和庫存管理方法進行優化，提出解決方法和改進建議，對其他物流企業也具有借鑒意義。

1 文獻綜述

汽車物流超市是具備超市特點的物流產品與服務的自選商場，零部件供應商根據每天的送貨訂單將零部件送至物流超市，物流超市將零部件進行拆托盤、分類、存儲，根據裝配線發出的取貨看板分揀排序，實現生產線的JIT送貨。

陳瑤等[1]將我國實踐中的汽車零部件供應物流分為零部件直接送到廠內緩沖區的直接供應方式和零部件被集中送到中間倉庫，經中轉后再被短駁運輸送到廠內的間接供應方式。汽車物流超市即是間接供應中的一類具有排序功能的中間倉庫。盡管已被應用于企業實踐，但關于零部件物流超市優化問題的研究并不多見。Battini等[2](2010)研究了混線生產情況下，物流超市零部件的分布問題并優化了在物流超市內部取貨的路線。Monden[3]闡述了豐田汽車生產系統中零部件物流超市的應用[3]。王葉等[4]分析了物流超市在汽車裝配車間的分散化程度與成本結構中各部分之間的關系，構建物流超市分散化程度決策模型。Emde[5]研究了采用ATO裝配下JIT生產方式的汽車裝配企業零部件物流超市的再訂貨問題。

由于汽車零部件品種較多，對每個產品精準應用模型并控制到位很難實現，ABC分類方法也適用于零部件供應物流。Ching等[6]將層次分析法與模糊綜合評判引入ABC分類法，并提出二維存貨項目分類法對不同類別存貨采取不同采購策略。陳瑤[7]根據零部件價值和運輸風險對零部件進行ABC分類并指出不同分類適用的物流供應方式。Chen[8]考慮多種因素采用決策矩陣改進ABC分類法。

目前物流超市實踐中常使用的是定量訂貨模型，在倉儲信息系統輔助下，連續監控剩余庫存量，當剩余庫存降至某一預先確定的訂貨點R時便發出訂貨指令，也稱(Q，R)庫存策略。隨著競爭的日益激烈、需求快速多變難以預料、客戶定制化需求進一步加強，純(Q，R)策略應用的弊端也逐漸暴露。如Rong等[9]以美國一家藥店為例，證實了在需求不確定情況下，對于按照標準貨盤采購的商品，定量訂貨模型并不有效。樓山佐等[10]在假設供應商和零售商工作和中斷的持續時間分別服從獨立的指數分布條件下，認為當零售商中斷率較大恢復率較小或單位產品需求未滿足損失費較大時，采用定量訂貨會顯著增加系統的費用。桂壽平等[11]研究了允許缺貨且具有隨機缺損率的EOQ庫存模型，運用更新酬勞過程方法求解模型得出最優訂貨策略。

2 復合式汽車物流超市管理問題的描述

汽車零部件物流超市是集驗收入庫、卸載搬運、分揀排序、緩存、補料及物流信息等功能于一體的現代化綜合物流系統。為滿足汽車混線生產線多品種、少批量、多頻次看板拉動的特點，零部件物流超市與整車廠往往設在同一個工業園區內，距離整車廠30 min內車程，由第三方物流公司專業化管理。

2.1 復合式汽車物流超市的設計

由于實踐中倉儲面積成本高達每平米1.0～1.2元/天，但倉庫層高12 m，物流公司為了提高倉庫利用率，設計采用5層高位貨架(每層高1.2 m)和4層低位超市貨架(總高1.2 m)的復合式結構，總高度7.2 m，充分利用倉庫高度且高層鏟車可操作。其中，高位貨架整托盤存放新入庫零部件，存取需要高層鏟車操作，而低位超市貨架按箱存放等待出庫看板拉動的零部件散箱，貨架底部為滾輪設計，最高不超過人的視線，便于先進先出的人工撿貨出庫。圖1所示為復合式物流超市示意圖;圖2所示為低位超市貨架的滾輪設計示意圖。

圖1 復合式物流超市示意圖

圖2 低位超市貨架的滾輪設計

2.2 復合式汽車物流超市的流程

按照供應商與汽車廠的合同，供應商須保證3天內的零部件需求，按整車廠發出的送貨指令將零部件箱數以托盤形式每天1～2次送貨入庫，托盤統一規格；入庫登記后，鏟車工人將整托盤零部件按系統分配庫位存放在高位貨架；整車廠根據生產線消耗實時發出以箱為發貨單位的取貨訂單，后臺系統將訂單分配給揀貨員的手持終端，揀貨員到指定超市貨架上揀貨，按訂單排序后放入物料箱裝車出庫。在上下兩塊貨架間的庫存流轉稱為超市內部補貨，由倉庫系統根據超市庫存一班次10 h的庫存水平需要向鏟車工的手持設備發出補貨指令，鏟車工接到指令后前往指定庫位進行取托盤、拆托盤、按箱補貨、放回托盤等一系列動作。

物流超市內的作業基本流程如圖3所示。

1.按托盤收貨2.托盤入高位托盤庫位3.拆托盤、超市貨位補貨4.超市貨位按訂單揀貨5.排序裝入物料箱6.送往整車廠

圖3 復合式物流超市的作業流程

復合式設計極大地利用了倉庫的空間高度，復合式貨架的上部高位五層托盤貨架可視為疊加的中轉倉庫，低位的超市貨架由主機廠的需求訂單看板拉動，實現了物流超市的功能。

2.3 實踐中的問題

通過實地調研發現實踐中存在以下問題：

(1) 物流超市由于面向的主機廠混線生產車型較多，往往高位和低位貨架都滿負荷，無法滿足主機廠新車型上線的供應要求，必須對其物流供應策略和庫存管理方法進行優化研究；

(2) 為了操作方便，超市貨架的零部件品種、數量、位置在一個季度里都固定不變，但是每個季度里的生產實際需求往往變化很大，需要經常根據實際數據重新進行總成本優化計算，進行庫存水平優化。

(3) 現在對上萬種經過物流超市中轉的零部件采取相同的供應模式和庫存補給策略，沒有考慮不同零部件的特性，需要根據不同零部件屬性和實際需求數據重新進行成本優化計算，并不斷根據實際數據變化調整；

(4) 現在全部零部件內部補貨采用定量訂貨方式從高位貨架向超市貨架補貨，而汽車混線生產小批量、多頻次的上線配送拉動，引起超市內部頻繁地利用高層鏟車上下搬運托盤補貨，造成了高額的物流和人工成本浪費，需要考慮引入不同補貨方式，優化供應策略。

因此，需要對復合式物流超市的運營管理進行優化：以最小化運營總成本為目標，確定不同零部件種類采用的不同供應模式，并為超市貨架上的每種零部件選擇合適的補貨策略(設置再訂貨水平、經濟訂貨批量和安全庫存)，在較高服務水平下滿足生產線需求，同時盡可能降低物流超市的運營成本。

3 物流超市的不同供應模式的理論模型

除了上節介紹的復合式模式，物流超市實踐中也可以使用其他模式，如當地面空間不足時，直接從高位貨架出庫直送工廠的模式。圖4表示了兩種模式的差別。

圖4 兩種模式的比較

兩種模式的共同模型假設是：

(1) 供應商管理整體庫存，本文假設整個倉庫內庫存不會缺貨；

(2) 高位貨架疊加在超市上不占地，本文只考慮地面低位超市的庫存成本；

(3) 以托盤為單位入庫，如入庫庫位為高位貨架需使用高層鏟車；

(4) 以箱為單位出庫，出庫成本固定為每箱vi元人工成本(vi與箱子規格相關)；

3.1 模式I：復合式超市供應模式

該模式下，n種零部件入庫后分別儲存在高位貨架和低位超市貨架中，收到生產線需求拉動看板后，人工從超市貨架按需揀貨發貨。同時，低位超市采用(Q,r)定量補貨策略，即WMS系統以連續檢查的方式監控庫存水平，當超市庫存水平下降至再訂貨點r的時候，即發出補貨指令，高架鏟車將以固定批量Q從高位貨架進行補貨上架。

模型符號設置如下：

Ui零部件i在考慮期T內的總需求;

di零部件i的每日需求箱數均值;

σi零部件i的每日需求箱數標準差;

Mi零部件i的每日需求托盤數均值;

Hi零部件i的單位周持有成本，與箱子規格對應;

ai高層鏟車單次裝卸一個托盤的成本;

L補貨提前期;

Qi零部件i的每次補貨批量(箱數);

ri零部件i的再訂貨點;

SSi零部件i所持有的安全庫存。

基于實踐考慮，其庫存優化模型設計如下：

(2) 通過觀察，發現超市的單次補貨成本包含了高層鏟車的托盤裝卸成本和人工按箱上架成本，設單次補貨成本=ai+biQi，其中ai為高層鏟車單次裝卸一個托盤的成本，biQi為人工補貨成本，是箱數的線性函數。

(3) 以托盤為單位入庫，入庫成本固定為每托盤ai+wi元，其中ai為高層鏟車裝卸成本，wi為入庫操作成本。

(5) 為避免缺貨造成生產線斷線，為所有零部件均設置較高的97%的服務水平。在3%的缺貨概率下，一旦需求到達時如果發現超市貨架庫存不足，則通知值班班長從高位貨架緊急補貨。臨時觸發的緊急成本為一般補貨成本的c倍。

每周總成本=入庫成本+出庫成本+超市補貨成本+庫存持有成本+缺貨成本。則在周期內的總成本為

求解優化批量：

3.2 模式II：高位貨架直送模式

使用該模式往往因為現實中低位超市的庫位不足，當需求來臨時一些零部件直接從高位貨架取出相應箱數出庫，不在物流超市存儲散箱。

直送模式中，看板直接拉動高位貨架，當收到工廠訂單時馬上發出取貨出庫指令，根據歷史訂單數據統計可以獲得零部件i的平均每次送貨間隔ti、訂貨次數Ni、平均每單箱數qi。

高位貨架的存取需要使用高架鏟車操作，高層鏟車單次裝卸成本ai，卸下后與超市模式類似由人工送到出庫區，則單次出庫成本=ai+出庫成本vqi。與上一小節的超市模式差別在超市貨架沒有庫存，該零部件總成本為入庫+出庫成本。

4 基于實踐數據的不同模式比較

4.1 實踐數據的調研和準備

以上海G汽車公司某復合式物流超市的實踐數據為例，進行3種模式的分析比較。從2 000多種零部件中隨機抽樣10%進行實踐案例研究，使用了248種零部件(2016年12月及2017年1月)在物流超市出庫、入庫、補貨、揀貨等的詳細操作記錄12萬余條。

首先，根據零部件出庫記錄整理出整車廠對零部件的每日需求(見圖5)，發現需求隨機性大，僅有少數零部件有規律。

圖5 零部件每日需求

對每種零部件需求進行分布檢驗，利用SPSS中的K-S檢驗(見表1)，發現大多數需求近似服從正態分布。

表1 需求的正態分布檢驗

對物流超市的成本結構進行調研、核算、分攤，每種零部件的超市的庫存持有成本是將倉庫租金和管理成本根據箱子規格進行分攤，表2顯示了7種標準化箱型對應的低位超市庫存持有成本。使用操作記錄統計出工人和鏟車平均每天操作單數和操作標準時間，結合工人薪資和鏟車折舊，設置其他成本參數，如補貨成本設置為，緊急倍數設為3。

表2 庫存成本設置

4.2 不同模式的最優成本比較

將實踐數據分別代入第4節的模型中，分別得到復合式超市的再訂貨點和最優批量，以及比較兩種成本后的推薦模式。

由表3觀察，如果不使用物流超市，每次需求臨時直接安排工人從高位貨架取貨，顯然每日發貨頻次越頻繁或者需求較大的零部件，其總成本相較于超市補貨策略則越高昂，而每日發貨頻次越低或者每日需求較低的零部件，直送模式更有優勢。

表3 決策和成本對比表

5 物流超市推薦模式決定因素的回歸分析

以對兩種模式的選擇作為因變量進行Logistic回歸，模式為復合式物流超市模型的設為1，高位貨架直送的設為0。自變量考慮了每日發貨頻次的均值和方差、每日發貨數量的均值和方差、零部件的庫存持有成本共5項，發現5個因素之間存在很高的相關性，通過主成分分析法進行降維，提取出產品需求情況和庫存持有成本2個主因子，累積解釋百分比高達91.235%。

定義需求頻次和需求量為Demand，庫存持有成本為H，構建二元Logistic回歸模型。表7和表8的結果顯示，兩個自變量均顯著，模型預測的準確率為87.9%。決策模型可以寫為：

Logit(復合式)=2.563+8.331Demand-0.76H

提取方法：主成分分析。

表5 旋轉成分矩a

提取方法:主成分。

旋轉法:具有Kaiser標準化的正交旋轉法。

旋轉在3次迭代后收斂。

表6 分類表

表7 回歸結果

與上一節中的觀察一致，需求(B=8.331，S.E=1.265)的回歸系數顯著為正，即當需求較為頻繁且需求量比較大時，復合型物流超市更能夠節約成本，而當需求量較小或者需求不頻繁的零部件，可以考慮高位貨架直送模式。

庫存持有成本(B=-0.760，S.E=0.217)的回歸系數顯著為負，該成本根據箱子體積進行分攤，也就意味著包裝規格越小的零部件，采用物流超市模式更有成本優勢。

據此，建議該物流超市使用本文的測算結果，對零部件進行分類管理，將部分需求量較小、需求不頻繁或包裝規格較大的零部件改為高位貨架直送模式，從而空出低位超市的空間用以拓展新業務。

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Study on Optimization Strategy of Compound Logistics Supermarket: An Example from Automobile Parts Logistics Practice

ZHANGJia1，CHENYao2,HEYating2,HUOJiazhen1

(1. School of Economics and Management, Tongji University, Shanghai 200092, China; 2. School of Management Shanghai University of International Business and Economics, Shanghai 201620, China)

In order to meet the pulling demand of small batch and high frequency of mixed type production line, the automobile logistics enterprises in China have designed a compound logistics supermarket in practice. In this paper the design and process of the compound logistics supermarket was introduced, the theoretical models of the compound supermarket mode and the direct supply mode from higher shelves are established. Comparing with the enterprise practice data, regression model summarizes the classification methods, and suggests the parts with frequent demand and small package are suitable to use the compound supermarket supply mode.

compound logistics supermarket; auto parts logistics; supply logistics

2017-06-19

張鎵(1975-)，男，上海人，博士研究生，高級工程師，研究方向：供應鏈管理；E-mail:ericaqian@hotmail.com.陳瑤，女，上海人，副教授，博士，研究方向：物流與供應鏈管理。

1005-9679(2017)04-0044-07

F 253.4

A