基于Supply-Hub的智能制造企業庫存管理

陳勇 于斌 李琰芬

[摘要]以產業集群為背景，在傳統供應鏈體系中加入Supply-hub作為核心制造商的主要供貨點，以信息共享平臺為輔助，搭建了供應鏈結構模型，并對此結構下的主要運作模式進行了分析，總結了供應鏈中的橫向、縱向、雙向協同的模式。以此供應鏈體系為對象，建立了包括供應商庫存成本、集配中心庫存成本、制造商庫存成本、制造商缺貨成本、制造商協同補貨成本和制造商協同收益等六個方面的成本模型，以測算供應鏈體系的整體成本情況。

[關鍵詞]智能制造企業;Supply-hub;庫存管理;供應鏈體系

[中圖分類號]F253[文獻標識碼]A[文章編號]1005-152X（2021）12-0084-06

Inventory Management of Intelligent Manufacturers Based on Supply-Hub

CHEN Yong，YU Bin，LI Yanfen

（Changzhou Vocational Institute of Mechatronic Technology，Changzhou 213164，China）

Abstract：In the context of industrial clusters，we added supply-hub into the traditional supply chain system as the main supply center of core manufacturers，and built the supply chain structure model with the aid of an information sharing platform. Then，we analyzed its main operation mode of this structure and summarized the lateral，vertical and two-way coordination modes in the supply chain. Based on this supply chain system，we set up a cost model which considers supplier inventory cost，distribution center inventory cost，manufacturer inventory cost，manufacturer out- of- stock cost，manufacturer collaborative replenishment cost，and manufacturer collaborative benefit，which could be used to measure the overall cost of the supply chain system.

Keywords：intelligent manufacturer;supply-hub;inventory management;supply chain system

0引言

中國于2015年提出“中國制造2025”戰略，將智能制造作為主攻方向，對制造業提出推進信息化與工業化深度結合、積極發展服務型制造和生產性服務業等九大任務。這一戰略推動了我國制造業的智能化升級，智能制造（Intelligent Manufacturing）成為我國制造業的主要升級方向。智能制造貫穿設計、生產、管理、服務等制造活動各個環節，具有信息深度自感知、智慧優化自決策、精準控制自執行等功能，包含智能裝備和智能生產系統。供應鏈物流是智能生產系統的關鍵要素。為了更好地保障我國制造業升級，2020年國家發展改革委會同工業和信息化部、公安部、財政部等13個部門聯合印發了《推動物流業制造業深度融合創新發展實施方案》（發改經貿〔2020〕1315號），提出了促進物流業制造業融合創新、提高物流業制造業融合水平、優化融合發展的政策環境等十六條政策措施。兩業融合是“中國制造2025”戰略的一項重要保障措施，也對以物流業為代表的現代服務業提出了更高的要求。對于智能制造企業來說，物流服務范圍很廣，但是最突出的就是庫存管理，所以在全新的時代背景下，對庫存管理進行研究很有必要。

1供應鏈的庫存管理

1.1供應鏈庫存的新挑戰

隨著經濟的發展，越來越多的企業已經認識到供應鏈的價值。在認知層面，我國已經完成了企業傳統管理模式向供應鏈管理模式的轉變，但是在實施層面，供應商、生產商、銷售商都有各自的管理模式，特別是在庫存管理方面。供應鏈中各個環節的庫存管理都會直接影響到供應鏈協同管理的質量。若需要快速滿足客戶需求就需要提高庫存，而為了降低企業運營成本又需要適當降低庫存，所以說，庫存管理受利益、矛盾等相互沖突的影響，是企業實際經營過程中一項非常復雜的管理技術。

庫存是供應鏈管理的主要對象，也是保證供應鏈順利運轉的重要環節，庫存管理水平更是供應鏈管理水平的評價標準之一。庫存是協調供應鏈各個節點企業之間生產規模、生產進度的主要手段，也是各個企業防止缺貨、避免或者降低缺貨損失的主要方式。但是，隨著市場環境的快速變化，市場需求的不可控性越來越強，企業的預測難度越來越大，庫存在這方面的作用正在下降，導致原來的庫存控制模式已經無法在當前供應鏈體系中得到相應的經濟補償。

1.2智能制造的新要求

智能制造主要實現了制造裝備的自動化、制造系統的數字化和制造決策的智能化，這中間涉及了現代傳感技術、網絡技術、自動化技術和智能技術等先進技術的應用，使制造業物理系統與信息系統協同一致，最終實現最低成本的柔性制造。

智能制造不僅僅是制造領域的換代升級，也是智能物流體系的迭代發展，只有基于數字化管理的智能物流體系才能很好地對接智能制造，真正實現智能化的供應鏈體系，提高整體的作業效率。智能物流體系的發展水平取決于物流與科技的深度融合程度，取決于對智能物流體系的認知程度。這并不是靠引進先進的物流設備和技術就能夠實現，物流體系還必須與智能制造企業的生產工藝相匹配，如供應節奏與生產節拍相匹配、物流器具與物料尺寸相匹配等。

所以，供應鏈體系中庫存管理的縱向協同雖然很大程度上降低了總體庫存水平，但是縱向協同的經濟效益正在下降。而智能制造的發展也對生產企業物料供應的配套性提出了越來越高的要求，單層的縱向協同無法滿足這一需要，這就要求一個更大范圍的、縱向橫向都能實現協同效應的供應鏈模式來達成兩業融合的目標。

2Supply-Hub供應鏈模型

Supply-Hub指通常位于制造企業附近，對供應商提供的產品進行倉儲、配送、管理并實現信息共享的集配機構，是一些行業特別是電子裝配、汽車加工行業實現降低成本、快速響應、準時制配送的供應鏈物流協同管理戰略模式。

2.1模型架構

一般的供應鏈基本模式如圖1所示。制造商1和制造商2分別以本企業為核心，搭建了由供應商和客戶構成的供應鏈體系。這類供應鏈模式在縱向協同上發揮了很好的作用，也是目前主流的供應鏈模式。但是由于不同供應商供應的產品品種不同，供貨能力不同，而每個供應商與制造商之間也各自遵循最優的供貨模式，各供貨商的到貨時間和到貨量很難按照制造企業的生產節拍完全契合。比如供應商1向制造商1供貨時考慮運輸成本和倉儲成本的最合理分擔選擇了少批次的整車供應，而供應商2向制造商1供貨時由于產能限制選擇的是多批次的零散供應，最終結果必然導致制造企業的庫存成本增加，缺貨風險增加。當柔性制造、個性化產品需求、多變的市場環境等內外部要素同時出現時，這個問題會更加明顯。

21世紀后的市場環境中，企業之間的競爭從傳統的企業競爭發展到了現在的以相應企業為核心的供應鏈之間的競爭，但是這些競爭企業之間又存在著一定程度上的合作關系，已經讓越來越多的企業選擇抱團取暖，產業集群和專業鎮已經得到了廣泛的發展，在一定空間范圍內同時出現多個核心企業主導的供應鏈體系。此外，在全球化日益推進的今天，全球產業鏈及其輔助體系在全球空間范圍內進行資源配置，使得復雜產品的原料供應更為分散，供應商在地理位置上分布較廣?；谏鲜霰尘?，在供應鏈中加入Supply-hub，并且以智慧化數字化為前提，搭建高效的信息平臺，重新構建供應鏈體系，在實現縱向協同的基礎上，進一步追求橫向協同，主要包括兩個方面的橫向協同，一是不同供應商之間的橫向協同;二是不同核心制造企業的橫向協同，具體如圖2所示。

2.2運行模式

Supply-hub供應鏈的運行是以客戶需求為基礎，拉動整個供應鏈的運作，在整個過程中既要保證縱向供應的協同，保證準時交貨，又要保證橫向供應的協同，避免庫存浪費，最后通過縱橫協同降低供應鏈成本，具體運行模式如圖3所示。

2.2.1單一供應鏈的縱向協同。供應鏈由客戶訂單拉動，制造商根據客戶訂單的具體要求制訂具體的生產計劃以保證準時交貨。制造商根據訂單產品的BOM數據，以MPS為基礎，制訂MRP計劃并發送給Supply-hub。集配中心根據企業的MRP計劃，將零部件進行整合，針對制造商的生產工位，實施JIT齊套配送，保證制造商生產計劃的嚴格執行。Supply- hub根據MRP計劃和倉庫貨物的庫存數據，向各個供應商發布需求信息。供應商以需求信息為基礎，再與其他不同品項的供應商進行協同，以確定自身的生產和交付計劃，最終實現各個供應商的協同交付。整個過程通過信息共享平臺來實現數據交互，對客戶訂單進行快速響應。

2.2.2供應商之間的橫向協同。在供應鏈體系中，供應商的數量是最多的，有的距離近，有的距離遠，有的供應原料，有的供應零部件，這就導致他們的訂單響應時間各不相同。通過信息共享平臺，距離近的供應商能夠知道距離遠的供應商的送貨到貨時間，從而確定自身的送貨到貨時間。簡單的原料供應商能夠知道零部件供應商的送貨到貨時間，從而確定自身的生產和送貨時間。另外，各個供應商也能獲取產品的BOM數據，明確各種產品在目標產品中的比例情況，從而確保數量準確。最終從時間上、數量上實現協同供貨，最大程度降低Supply-hub的庫存壓力，降低供應鏈的整體成本。

2.2.3制造商之間的橫向協同。得益于產業集群，在一定區域內會有多個同類型的核心制造企業，這些企業接收的訂單不同，生產和交付的時間也會存在差異，Supply-hub進行JIT配送的任務也會不同。在制造商1所需的原料不足時，可以將制造商2的同種原料銷售給制造商1，以滿足制造商JIT配送的需要。制造商之間同種原料的協同使用，將會提高企業響應緊急訂單的能力，應對市場需求的快速變化，也能降低供應鏈的整體成本。

2.2.4Supply-hub 的雙向協同。Supply-hub在整個供應鏈中起到至關重要的作用。首先它是集配中心，具有儲存、保管、配送的基本物流職能，通過JIT齊套配送的方式保證核心制造商的生產計劃有效執行，并大大降低制造商的原料庫存和在制品庫存。其次它也是信息平臺，制造數據與供應數據都集中在Supply-hub。供貨商的供貨物流數據、制造商的生產進度數據和集配中心的倉儲動態數據都通過信息平臺在Supply-hub進行匯總處理，以確定何時配送、何時接收貨物、如何存放貨物等。同時各個供應商之間和制造商之間的橫向協同也需要通過信息平臺來交流信息，以幫助企業進行生產決策。

3Supply-hub供應鏈庫存管理模型

在供應鏈系統進行庫存管理時，最基本的方式就是通過成本進行庫存管理，目標就是要使供應鏈總成本最低。在Supply-hub供應鏈中，暫時不考慮客戶的成本，主要通過控制供應商、Supply-hub和制造商的成本來進行成本控制。

3.1庫存管理變量設計

基于上述的Supply-hub供應鏈模型，以供應商、Supply-hub和制造商的補貨成本、庫存持有成本為主，制造商在處理緊急客戶訂單時，可以向其他制造商進行相關原料的訂貨，由Supply-hub負責進行配送。為了簡化模型，說明原理，先進行基本假設。

3.1.1基本假設

（1）各個制造商的原材料具有通用性，每次緊急訂單需要協同訂貨時，只能向一個制造商進行一種原料的協同訂貨，協同企業不會出現缺貨現象。

（2）各制造商的生產過程是連續的，零部件齊套情況下生產持續進行。

（3）每個供應商只供應一種原材料，每個制造商只生產一種產品。

（4）制造商的產品的BOM比率都是1：1。

（5）制造商缺貨時總有其他制造商能夠提供所缺原材料。

（6）制造商每次缺貨都因為缺少1種原材料。

（7）各條供應鏈內部采用統一的配送頻次。

3.1.2符號定義。供應商為S，Supply-hub為H，制造商為M，補貨成本F，持有庫存成本H，送貨頻次K，年需求總量D，具體符號如下：

i表示零部件，i=1，2，…，m，S_i表示供應鏈零部件i的供應商，m表示零部件總數量，也是供應商總數量;

M_j表示制造商j，j=1，2，…，n，n表示制造商數量;

D_ij表示制造商j對零部件i的年需求量;

T_j表示制造商j的補貨周期;

F_M，j表示制造商j的固定補貨成本，包括補貨成本和配送成本;

F_h表示Supply-hub的固定補貨成本，包括補貨成本和配送成本;

F_s，j表示供應商S，的固定補貨成本，包括補貨成本和配送成本;

K_h，j表示Supply-hub向制造商j的配送頻次;

K_i，h表示供應商S_i向Supply-hub的配送頻次;

H_M，ij表示零部件i在制造商j的單位庫存持有成本;

H_h，i表示零部件i在Supply-hub的單位庫存持有成本;

H_s，j表示零部件i在供應商S_i的單位庫存持有成本;

BO_ij表示制造商j的缺貨零部件i的數量;

c_P，j表示制造商j的單個產品缺貨懲罰成本;

f_E，ij表示制造商j協同補貨零部件i的補貨成本;

r_E，ij表示制造商j協同補貨零部件i的協同收益。

3.2庫存管理控制模型

在傳統成本控制的基礎上，結合制造商橫向協同帶來的新變化，增加考慮了協同補貨成本和協同收益，具體成本模型如下：

C=C_S+C_h+C_M+C_P+F_E-R_E

即：供應鏈運作總成本=供應商庫存成本+集配中心庫存成本+制造商庫存成本+制造商缺貨成本+制造商協同補貨成本-制造商協同收益

單個供應商的成本公式為：

（1）m個供應商的總成本為：

（2）集配中心庫存成本為：

集配中心的最優配送頻次為：

（3）制造商庫存成本為：

n個制造商的總成本為：

最優補貨周期為：

（4）制造商缺貨成本如下：

單個制造商缺貨成本為：

n個制造商的總缺貨成本為：

（5）制造商協同補貨成本如下：

單個制造協同補貨成本為：

n個制造商的總協同補貨成本為：

（6）制造商協同收益如下：

單個制造協同補貨成本為：

n個制造商的總協同補貨成本為：

匯總計算供應鏈總體運作成本為：

通過核算Supply-hub供應鏈體系的總成本，打破單一供應鏈的限制，以產業集群為對象，估算集群范圍的總體成本，最終以降低總成本為目標，提高產業集群的經濟效果，促進相關企業的發展。

3.3算例分析

某產業園區內，有兩個同類型制造企業裝配制造相近的產品，兩個企業組建了各自的供應鏈，其中有一個供應商同時向兩個企業供貨。根據兩個企業目前的經營數據，在供應鏈系統中增加Supply-hub，并根據供應鏈一個月30天的經營數據，估算了相關成本數據，三種原材料的相關參數見表1。其他參數如下：Supply-hub固定補貨成本F_h為500;制造商1的固定補貨成本F_M1為260，制造商2的固定補貨成本F_M2為280;制造商1的單品缺貨懲罰成本c_P，1為80，制造商2的單品缺貨懲罰成本c_P，2為100。為了簡化計算，本算例中以一次制造商因缺貨產生協同為例進行測算。

首先根據式（4）和式（7）計算周期與頻次，計算結果如下：

制造商的補貨周期：

同理計算出：T₂=0.072 7。

配送頻次：

同理計算出：K_h2=2.174 7

成本測算：C=C_S+C_H+C_M+C_P+F_E-R_E

制造商成本：

代入數據：

同理分別計算出C_S=10 254.58，C_H=11 955.22，C_P=8 000，F_E=1 200，R_E=200。

供應鏈總成本C=10 255+11 955+17 789+8 000+ 1 200-200=48 999。

對比優化前兩條供應鏈的成本數據，見表2。

對比發現，通過Supply-hub的協同有效降低了供應鏈總成本，供應商成本降低了65.75%，制造商成本降低了65.06%，但是由于增加了Supply-hub環節，部分成本也上升了，最終總成本降低了39.40%，供應鏈的雙向協同效應產生了不錯的效果。

4結語

以產業集群為背景，以Supply-hub為紐帶，以信息共享平臺為依托，構建多核心的供應鏈體系，通過雙向協同來優化供應鏈的庫存管理水平和供應保障水平，圍繞核心制造企業實施JIT生產。客戶、制造商、Supply-hub、供應商等供應鏈角色通過信息共享平臺，高效實現信息傳遞，快速響應供應鏈中的需求，實現快速響應的敏捷制造。

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