內部供應鏈視角下二級供應產品結構優化研究
——以傳統電鋁產業為例

張先騰 （江蘇聯合職業技術學院徐州經貿分院，江蘇 徐州 221000）

0 引 言

為適應社會經濟的高質量發展要求，政府和企業越來越重視能源的可持續發展以及環境保護。產品結構的優化既能有效解決資源的盲目投入又能促進企業生產的良性發展，在雙碳目標的背景下，傳統型企業的規模生產優勢不再明顯，高耗能項目也在不斷改良或陸續被取締，類似于農產品加工、紡織服裝、建筑工程制造、能源開發與供應等傳統內部供應型企業的產品結構亟需產品結構優化或流程再造。

1 概念界定

1.1 內部供應鏈

內部供應鏈是對企業內部模塊核心競爭力的整合，早期的研究將企業內部供應鏈等同于企業內部制造鏈，即企業內部物料供給或傳送的流動過程。目前較新的研究多把企業內部供應鏈看作企業內部市場化的必然結果，將市場化機制運用到企業內部，即存在于企業內部產品生產和流通過程中所涉及的原材料供貨商、生產商、儲運中間商、零售商以及最終消費者等多方組成的供需網絡，而企業內部供應鏈的概念局限于單個企業內部，強調的是企業內部市場、銷售、計劃、制造和采購等部門之間的協調，可以看作是外部供應鏈的縮小化。

1.2 產品結構優化

產品結構優化是通過調整產品結構，揚長避短、扶優限劣、有取有舍地進行篩選，使各產品實現協調發展，以相同數量的投入為企業取得最大的經濟效益，要求企業對現有產品的盈利水平、產品所處的壽命周期階段以及產品對市場的適應程度等問題進行分析，合理確定現有產品的取舍，并對其進行限制或淘汰，從而使企業產品結構達到最佳水平的過程。

本文認為產品結構優化是多目標或者一個組合優化的問題，在既定產品組合的基礎上，在經營利潤最大化的前提下通過資源的優化組合，綜合考慮成本、時間和資源等因素的影響，協調產品結構或淘汰不合時宜的產品，優化生產線設置、產量、供應量、傳導方向等。在對產品結構進行分析時，以產品利潤作為目標函數，以一些影響產品利潤的產量、價格等因素作為自變量，可得到：=（1,2,3...）。在這個函數中，通過分析影響產品利潤的主要自變量及對目標利潤的靈敏度分析，從而得到影響產品利潤的產品結構。

本文從整體角度來考察產品結構的優化問題，以企業內部二級供應鏈理論來構建總利潤模型，在供應鏈利潤最優的目標下研究產品結構的優良性。

2 模型建立

供應鏈視角下總利潤的最大化不僅取決于價格、產量，同時受到內部產品流向及資源的分配，本文引入0-1變量構建總目標函數，0-1變量用于內部供應中下游企業產品生產結構的問題，在輸入變量的調整對市場價格和產量變動的情況下可進行靈敏度分析，從而尋求在既定價格或產量確定時，或在總利潤最大目標下的產品結構設置、產量、流向，實現供應鏈的動態最優。

上游企業利潤模型

下游企業利潤模型

二級供應鏈總利潤模型

約束條件：

模型參數解釋：

一級企業產品多樣化以表示，為非零正整數，代表多種產品；二級企業產品多樣化以來表示；

產量為決策變量，當價格一定時，輸入變量和決策變量，由于存在內部供應，下游企業除外采之外的產品單位成本=，固定成本為輸入變量，此關系的確立，代表著模型多級企業總利潤存在優化的可能性；

Lingo運算環境下，設置0-1變量于產品中，當Q等于零時代表停產決策；

各產量、價格數據均大于等于0。

3 算例驗證d

以X市D集團存在內部供應的電、鋁板塊近兩年數據測算模型的科學性，通過實際運營數據和模型求解結果的對比得出結論。該集團主營煤電鋁三級產業，三級產業中電力產業作為中間產業既使用上游供電，又支撐本集團鋁業板塊運營，還有生活、上網用電；近幾年鋁業由于市場環境的變化，造成電鋁板塊均出現收益負增長，如圖1所示。本文重點以電鋁板塊為分析對象，文章在LINGO環境下，構建二級供應目標函數。

圖1 近兩年經營數據模型驗證比較圖

3.1 電力板塊目標函數：ED=(PDD×XDD+PSD×XSD+PWD×(QD-XDD-XSD-XZD))-(GCD+(MD× PXHM+SCD)×QD)

產能約束條件：

QD≤ ND;

QD-XSD-XDD-XZD-DLY×QLY＜=80 000。

電力板塊優化模型中的變量及解釋：電的利潤主要是在地方用電、生活用電、直供鋁廠用電和上網用電四個流向上的銷售收入扣除發電的完全成本，而發電成本包括固定成本、發電燃料費和發電水費等。

第一，定值變量主要有發電煤耗、電廠固定成本、電廠單位發電水費和鋁液產品的單位耗電量。假設如下。

MD：發電煤耗(萬噸/萬kW·h)；GCD：電廠固定成本（萬元）；

SCD：電廠發電水費(萬元/萬kW·h)；DLY 鋁液耗電（萬kW·h /萬噸）。

第二，輸入變量包括上網電價、生活用電價格、直供地方電價、生活用電需求量、直供地方用電需求量和電廠生產自用電量等。此部分為后期靈敏度分析的主要變量值，假設如下（萬元/萬kW·h）。

PWD：上網電價；PSD；生活用電價格；PDD：直供地方電價；

XSD：生活用電需求量；XDD：直供地方用電需求量；XZD：電廠生產自用電量。

第三，決策變量主要是電廠的發電總量，以QD表示。

3.2 鋁板塊優化模型

鋁板塊主要生產四種產品，分別為鋁液、鋁錠、鋁板帶箔和冷軋卷。受雙碳目標和虧損現狀的影響，對各產品引入0-1變量。具體關系如下：鋁利潤=鋁錠價格×鋁錠的產量-（鋁錠固定成本×0-1變量+（鋁錠可變成本+鋁液價格）×鋁錠產量-（1-0-1變量）×鋁錠停產成本+鋁液價格×鋁液產量-（鋁液固定成本×0-1變量+鋁液可變成本×鋁液產量）-（1-0-1變量）×鋁液停產成本）；鋁板帶廠主要是冷軋卷的銷售收入扣除其生產成本，關系公式如下：鋁板帶廠利潤=冷軋價格×冷軋產量-（冷扎固定成本×0-1變量+冷軋可變成本×冷軋產量）-（1-0-1變量）×冷軋停產成本；四方鋁業主要產品是鋁箔，所以有四方鋁業利潤=鋁箔價格×鋁箔產量-（鋁箔固定成本×0-1變量+鋁箔可變成本×鋁箔產量）-（1-0-1變量）×鋁箔停產成本。

LINGO環境下，具體優化模型如下：

目標函數：EL= PLD× QLD- (GCLD×ILD+ （KCLD+PLY）× QLD)-(1-ILD)×TCLD+PLY×QLY-(GCLY×ILY+KCLY×QLY)-(1-ILY)×TCLY+PLB×QLB-(GCLB×ILB + KCLB×QLB)-(1- ILB)× TCLB+ PLZ×QLZ-(GCLZ× ILZ + KCLZ×QLZ)-(1- ILZ)× TCLZ

產能約束條件：

QLD≤NLD; 鋁錠產量≤產能

QLY≤NLY; 鋁液產量≤產能

QLZ≤NLZ; 冷軋卷產量≤產能

需求約束條件

QLB≤NLB; 鋁板帶箔產量≤產能

QLD ≤XLD; 鋁錠產量≤需求量

QLY≤XLY; 鋁液產量≤需求量

QLZ ≤XLZ; 冷軋卷產量≤需求量

QLB≤XLB; 鋁板帶箔產量≤需求量

0-1變量約束：

QLD≤1 000 000* ILD;

QLY≤1 000 000*ILY;

QLB≤1 000 000* ILB;

QLZ≤1 000 000* ILZ;

@BIN(ILD);

@BIN(ILY);

@BIN(ILZ);

@BIN(ILB)。

4 運營數據分析

4.1 電板塊實際運行與模型優化分析

優化模型下的電板塊利潤模型主要解決了二級供應鏈目標利潤最大時的發電量和各電量輸出比例問題。通過調研資料得到電板塊的實際運行情況，與模型優化情況對比得到如下結果（單位：萬kW·h）：

由表1可知，優化后2020年的發電量多于實際電量，直供鋁廠電量明顯減少，上網電量達到了最大（應地方政策要求，上網電量被限制在8億萬kW·h）。這是由于優化后鋁液停產，電廠將原供鋁廠使用電量轉為上網電量所致。另外，雖然發電量一樣，但是電板塊的虧損得到減少，直供鋁廠的電量減少，上網電量增多。因此，在發電量滿足相關需要的情況下，增加發電量使上網電量達到上限，可以提高電板塊收入，兩級供應鏈達到高效止損。

表1 電板塊實際運行與優化后數據對比

4.2 鋁板塊實際運行與模型優化分析

在企業實際的運行過程中，由于鋁板塊一直虧損嚴重，所以優化模型在鋁板塊各產品線增加了是否生產的0～1決策變量，來決定各項鋁產品是否要停產，以減少虧損或者扭虧為盈。在0-1變量中，模型考慮了產品在不生產情況下的停產成本。因此，在鋁板快的優化模型中，決策變量還包括各產品是否生產，若生產，產量應為多少。以下為鋁板塊各種產品利潤及總利潤的實際情況和模型對比情況分析。

近兩年鋁板塊各產品實際利潤和優化后利潤對比分析。

由表2可知，鋁板塊各種產品的實際經營幾乎全部虧損，由模型優化后，鋁錠產品出現盈利，有些利潤雖然仍為負值，但達到了減虧的優化目的。另外，產量優化如下，2020年鋁錠和冷軋卷應停產，鋁液和鋁板帶可繼續生產，產量分別為3.3萬噸和4萬噸；由于市場行情的變化，2021年鋁板帶箔和冷軋卷應停產，鋁錠和鋁液繼續生產，產量均為最大產能。

表2 優化模型下鋁板塊各產品利潤和產量

5 結 論

由分析可知，該算例電廠供給鋁廠的電量和電價對電廠利潤的影響是最大的。而直供生活用電和直供地方用電的用電量比較少且與市場價差價不明顯，對電廠利潤的影響有限。另外，由于直供地方用電和生活用電是該公司對當地居民提供的優惠福利，短期內在電價和輸出電量上不會進行調整，因此得出模型決策的重點在于直供鋁廠部分。由此可得出以下結論：

電力板塊在需求范圍80 000萬kW·h以內，地方政策對電廠上網電量的限制影響了電廠產能的發揮和利潤；在集團環境允許的情況下，還原電廠直供地方、生活用電價格后，能適度提高電廠利潤；電廠自用電量的所占比例較大，應考慮適當減少自用電力的浪費；鋁液生產具有高耗能性且外購電價較高，電廠應該在滿足鋁液生產用電后再將剩余電量上網；鋁板塊中鋁板帶箔和冷軋卷的可變成本較大，虧損嚴重，從整體最優來講，應該及時停產；鋁液市場需求量的局限造成產大于銷，潛在地限制了內供電價優勢的發揮。

綜上所述，兩級供應鏈中產品結構的優化要考慮當地政策、產能限制等要素，且重點在于供需產品的價格和數量研究，內部供應鏈的存在決定了企業不能單純地從某一級利潤考慮生產經營，而應從整體利潤最優來決策供應數量、價格及流向。0-1變量的引入實現了總利潤最優目標下各級供應鏈的供需關系，為企業進一步對各產品輸入變量的靈敏度分析、動態調整產品結構提供了科學的路徑。