王 珂,吳麗瑤,楊 全
(上海大學(xué) 管理學(xué)院,上海 200444)
基于價(jià)值損耗特性的應(yīng)急物資儲(chǔ)備輪換更新策略研究
王 珂,吳麗瑤,楊 全
(上海大學(xué) 管理學(xué)院,上海 200444)
針對(duì)政府應(yīng)急物資儲(chǔ)備庫的應(yīng)急物資輪換更新問題,引入對(duì)價(jià)值損耗率具有良好模擬性能的兩參數(shù)Weibull分布函數(shù)來描述應(yīng)急物資的價(jià)值損耗特性,并根據(jù)價(jià)值損耗特性將應(yīng)急物資分為3大類。在此基礎(chǔ)上,以單位時(shí)間社會(huì)資源平均損耗最小為目標(biāo),同時(shí)考慮物資投入應(yīng)急使用時(shí)的質(zhì)量水平要求,建立數(shù)學(xué)模型,探討了3種不同類型應(yīng)急物資的最佳輪換更新策略及其分類管理啟示;并結(jié)合算例分析了物資的價(jià)值損耗特性對(duì)其最佳輪換更新策略的影響。
應(yīng)急物資;物資儲(chǔ)備;輪換更新;價(jià)值損耗
自21世紀(jì)初以來,我國地震、泥石流和臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害進(jìn)入頻繁期,一系列自然災(zāi)害及事故災(zāi)難的頻繁發(fā)生,給國民經(jīng)濟(jì)與人民生活帶來了巨大損失,嚴(yán)重威脅著社會(huì)和諧與穩(wěn)定。為了更好地應(yīng)對(duì)突發(fā)事件,保障災(zāi)害發(fā)生后醫(yī)療救助、衛(wèi)生防疫、災(zāi)后重建、恢復(fù)生產(chǎn)等工作的順利開展,事前的應(yīng)急物資儲(chǔ)備是必不可少的。因此,如何加強(qiáng)和完善應(yīng)急物資的儲(chǔ)備管理成為眾多學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)。目前,關(guān)于應(yīng)急物資儲(chǔ)備管理的研究主要集中于應(yīng)急物資的需求結(jié)構(gòu)與分類體系[1-3]、儲(chǔ)備模式及儲(chǔ)備成本控制[4-6]等幾個(gè)方面,并取得了一系列重要成果。
在現(xiàn)階段,我國的應(yīng)急物資儲(chǔ)備仍然以政府的實(shí)物儲(chǔ)備為主。從中央到地方各級(jí)政府已經(jīng)建立了較多的應(yīng)急物資儲(chǔ)備庫,并存儲(chǔ)了大量的、不同種類的物資。但是,由于突發(fā)事件的發(fā)生是小概率事件,一些應(yīng)急物資可能儲(chǔ)備多年都不會(huì)被使用,如果不對(duì)儲(chǔ)備庫的物資進(jìn)行及時(shí)的輪換更新,一方面將導(dǎo)致大量的物資腐爛,造成資源浪費(fèi);另一方面當(dāng)災(zāi)害發(fā)生時(shí)可能由于儲(chǔ)備庫物資的質(zhì)量水平達(dá)不到救災(zāi)需求而影響應(yīng)急救援。因此,應(yīng)急物資的輪換更新工作是應(yīng)急物資儲(chǔ)備與管理中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。
然而,縱觀現(xiàn)有文獻(xiàn),雖然許多學(xué)者在應(yīng)急物資儲(chǔ)備管理領(lǐng)域已經(jīng)開展了一系列卓有成效的工作,但針對(duì)物資輪換更新的研究還尚未達(dá)到豐富和完善的程度。關(guān)于這一問題的具有代表性的研究,如路勝等[7]通過對(duì)目前我國戰(zhàn)備儲(chǔ)備物資輪換更新中存在的問題進(jìn)行分析,闡述了我軍建立輪換機(jī)制應(yīng)遵循的原則,并提出相應(yīng)的輪換更新措施。王軍生等[8]、盧慶齡等[9]分別分析了我國戰(zhàn)儲(chǔ)器材和戰(zhàn)儲(chǔ)物資輪換的管理現(xiàn)狀,并提出相應(yīng)的輪換更新政策建議。史蕓等[10]基于提高戰(zhàn)儲(chǔ)車輛器材儲(chǔ)備的軍事和經(jīng)濟(jì)效益視角,提出市場銷售輪換的新模式,并構(gòu)建輪換時(shí)機(jī)的選擇模型,為市場銷售輪換提供了一種新思路。這些研究主要從宏觀層面進(jìn)行定性分析,關(guān)于具體實(shí)施方案的定量研究仍然有待完善。胡新濤等[11]則針對(duì)傳統(tǒng)輪換方法在戰(zhàn)儲(chǔ)器材輪換上的缺陷和不足,從器材重要度的角度,提出一種基于主成分聚類分析的戰(zhàn)儲(chǔ)器材輪換方法。周京京等[12]通過對(duì)戰(zhàn)儲(chǔ)物資輪換期限的主要影響因素進(jìn)行分析,根據(jù)有無保質(zhì)期將戰(zhàn)儲(chǔ)物資進(jìn)行分類,給出了各類戰(zhàn)儲(chǔ)物資輪換期限的理論測(cè)算方法。趙振華等[13]將寄售式儲(chǔ)備引入到應(yīng)急物資儲(chǔ)備體系中,針對(duì)這一模式下的物資輪換更新問題,根據(jù)物資的特點(diǎn)構(gòu)造了物資相對(duì)性能函數(shù),建立了輪換與不輪換兩種情況下供應(yīng)商的期望收益模型,并通過算例分析給出了國家應(yīng)急物資儲(chǔ)備管理部門在不同時(shí)段的策略建議。但是,對(duì)于其他儲(chǔ)備方式下以及具有不同價(jià)值損耗特性的應(yīng)急物資的輪換更新策略仍有待進(jìn)一步探討。
對(duì)于儲(chǔ)備的應(yīng)急物資而言,隨著儲(chǔ)備時(shí)間的推移,其價(jià)值水平通常呈現(xiàn)下降的趨勢(shì),且不同種類的應(yīng)急物資的價(jià)值損失隨時(shí)間的推移會(huì)呈現(xiàn)不同的變化趨勢(shì)。為了保證突發(fā)事件發(fā)生后,政府儲(chǔ)備庫所儲(chǔ)備的應(yīng)急物資質(zhì)量水平能夠符合救災(zāi)需求,在儲(chǔ)備期間必然要對(duì)物資進(jìn)行輪換更新,即當(dāng)儲(chǔ)備庫的物資價(jià)值損耗達(dá)到一定程度時(shí)將其進(jìn)行處置,并購進(jìn)同等數(shù)量、同等規(guī)格的新物資進(jìn)行替換。因此,筆者基于應(yīng)急物資的價(jià)值損耗特性,對(duì)其相應(yīng)的輪換更新策略進(jìn)行研究。為了刻畫不同種類應(yīng)急物資的價(jià)值損耗特性,借鑒CHAKRABARTY等[14]的思想,引入兩參數(shù)的Weibull分布函數(shù)來描述應(yīng)急物資的價(jià)值損耗率。在此基礎(chǔ)上,考慮應(yīng)急物資投入應(yīng)急使用時(shí)的質(zhì)量水平要求及每次輪換更新所需消耗的人力、物力資源,從社會(huì)總資源損耗(應(yīng)急物資價(jià)值損耗和輪換更新產(chǎn)生的人工費(fèi)用、運(yùn)輸費(fèi)用等消耗)最小化的角度,分析不同價(jià)值損耗特性下的應(yīng)急物資輪換更新策略。
應(yīng)急物資的價(jià)值損耗特性是影響對(duì)其進(jìn)行輪換更新的一個(gè)重要因素。相對(duì)于固定的價(jià)值損耗率或線性價(jià)值損耗率,Weibull兩參數(shù)模型能更好地刻畫不同類型應(yīng)急物資的價(jià)值損耗特性,故Weibull分布自提出以來已廣泛地應(yīng)用于機(jī)械、電子等工程產(chǎn)品壽命的可靠性分析中[15]。JOLAI等[16-18]都將兩參數(shù)Weibull分布應(yīng)用到物品變質(zhì)率研究中,并驗(yàn)證了物品變質(zhì)率隨時(shí)間的變化服從兩參數(shù)Weibull分布。因此,筆者也采用兩參數(shù)Weibull分布來描述應(yīng)急儲(chǔ)備庫中應(yīng)急物資價(jià)值損耗率隨時(shí)間變化的特點(diǎn)。
兩參數(shù)Weibull分布的概率分布函數(shù)和密度函數(shù)分別為F(t)=1-e-αtβ和f(t)=αβtβ-1e-αtβ,其中t>0,α(0≤α<1)為尺度參數(shù),β(β>0)為形狀參數(shù)。利用兩參數(shù)Weibull分布來描述應(yīng)急物資的價(jià)值損耗特性,其瞬時(shí)價(jià)值損耗率可以表示為h(t)=f(t)/[1-F(t)]=αβtβ-1。當(dāng)尺度參數(shù)α=0時(shí),表示應(yīng)急物資無論儲(chǔ)備多久都不會(huì)發(fā)生變質(zhì),即應(yīng)急物資的價(jià)值損耗始終為0,這只是一種理想狀態(tài),在實(shí)際生活中幾乎不存在這種物資,因而筆者不考慮這種情形。當(dāng)0<α<1時(shí),形狀參數(shù)β在不同取值條件下對(duì)應(yīng)的價(jià)值損耗率函數(shù)曲線如圖1所示。不同的價(jià)值損耗率函數(shù)曲線所反映的物資價(jià)值損耗特性及其相應(yīng)的代表性應(yīng)急物資如表1所示,并根據(jù)價(jià)值損耗特性將應(yīng)急物資分為3大類,分別記為I類、II類和III類應(yīng)急物資。
圖1 基于兩參數(shù)Weibull分布的應(yīng)急物資價(jià)值損耗率函數(shù)曲線(0<α<1)
參數(shù)條件(0<α<1)價(jià)值損耗特性代表性應(yīng)急物資應(yīng)急物資類別0<β<1價(jià)值損耗率隨著時(shí)間的推移不斷減小(即價(jià)值損耗的速度由快變慢)燈泡、部分電子器件I類β=1價(jià)值損耗率恒定機(jī)械設(shè)備、帳篷、衣物II類β>1價(jià)值損耗率隨著時(shí)間的推移不斷增大(即價(jià)值損耗的速度由慢變快)食品、水果、蔬菜、部分醫(yī)藥物資III類
由于儲(chǔ)備的應(yīng)急物資隨著儲(chǔ)備時(shí)間的推移其價(jià)值水平不斷下降,為了保證所儲(chǔ)備的應(yīng)急物資質(zhì)量水平滿足一定的儲(chǔ)備要求,需要對(duì)其進(jìn)行輪換更新。而每次輪換更新都需要消耗一定的人力、物力資源,因而需要考慮不同應(yīng)急物資的價(jià)值損耗特性,有針對(duì)性地采用合理的輪換更新策略。
為了便于對(duì)問題的具體描述與分析,引入下列假設(shè)與符號(hào)說明:①剛進(jìn)入儲(chǔ)備庫的物資價(jià)值最高,可近似看作1;當(dāng)物資完全失去價(jià)值時(shí),其價(jià)值記為0;物資儲(chǔ)存時(shí)間t后該時(shí)刻的瞬時(shí)價(jià)值損耗率為h(t)=αβtβ-1,0<α<1,β>0。②儲(chǔ)備庫應(yīng)急物資的輪換更新方式是儲(chǔ)備管理部門將儲(chǔ)備庫的物資通過市場(以當(dāng)時(shí)物資的本身價(jià)值)出售后立即補(bǔ)充新的物資。為了保證應(yīng)急物資供應(yīng),在未發(fā)生突發(fā)事件使用物資的情況下,儲(chǔ)備庫的該類型物資的儲(chǔ)備量是恒定的。③每次輪換更新產(chǎn)生的附加成本(人工費(fèi)用、運(yùn)輸費(fèi)用等)是恒定的,為了表達(dá)簡便,將該部分附加成本表示為物資剛?cè)霂鞎r(shí)價(jià)值的一定比例,記為C(C>0)。④為了保證突發(fā)事件發(fā)生后,儲(chǔ)備庫所儲(chǔ)備的應(yīng)急物資質(zhì)量水平能夠符合救災(zāi)需求,設(shè)定應(yīng)急物資價(jià)值損耗的上限為θ(0<θ<1),即物資的價(jià)值損耗達(dá)到θ后,必須立即更換新的物資進(jìn)行儲(chǔ)備。該參數(shù)反映了應(yīng)急物資的質(zhì)量保障水平。⑤應(yīng)急物資進(jìn)入儲(chǔ)備庫儲(chǔ)存時(shí)間t0(t0>0)后對(duì)其進(jìn)行輪換更新,t0為決策變量。
物資的瞬時(shí)價(jià)值損耗率為h(t)=αβtβ-1,則應(yīng)急物資在進(jìn)入儲(chǔ)備庫儲(chǔ)存時(shí)間t后所產(chǎn)生的累積價(jià)值損耗可以表示為:
(1)
基于以上假設(shè),應(yīng)急物資儲(chǔ)存時(shí)間t0后對(duì)其進(jìn)行輪換更新,則在一定的時(shí)間T(T>0)內(nèi)所產(chǎn)生的社會(huì)資源總損耗(即應(yīng)急物資的價(jià)值損耗與輪換更新所產(chǎn)生的附加成本的總和)可以表示為:
(3)
由式(3)可知,單位時(shí)間的社會(huì)資源平均損耗與所討論的時(shí)間長度T無關(guān)。
因此,考慮應(yīng)急物資的價(jià)值損耗約束(即保證應(yīng)急物資投入應(yīng)急使用時(shí)的質(zhì)量水平要求),使得社會(huì)資源總損耗最小(等價(jià)于使單位時(shí)間的社會(huì)資源平均損耗最小)的應(yīng)急物資輪換更新最優(yōu)策略問題可以表示為以下數(shù)學(xué)規(guī)劃模型:
(4)
筆者將基于不同類型的應(yīng)急儲(chǔ)備物資的價(jià)值損耗特性分析其相應(yīng)的最佳輪換更新策略。首先,對(duì)于模型(4),有如下結(jié)論。
定理1模型(4)的最優(yōu)解和最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)值分別如式(5)和式(6)所示。
(5)
(6)
證明由約束條件t0>0和αtβ0≤θ可知,模型(4)的可行域?yàn)? 對(duì)g(t0)進(jìn)行求導(dǎo),可得: (7) 然后再分情形進(jìn)行討論: 將上述最優(yōu)解代入目標(biāo)函數(shù),即可得到相應(yīng)的最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)值,如式(6)所示。 證畢。 由定理1可以看出,不同類型的應(yīng)急儲(chǔ)備物資具有不同的最佳輪換更新策略,對(duì)其進(jìn)行總結(jié)歸納,如表2所示。這也可為人們根據(jù)應(yīng)急物資的價(jià)值損耗特性實(shí)施分類儲(chǔ)備管理及輪換更新提供重要啟示。 表2 不同類型應(yīng)急儲(chǔ)備物資的最佳輪換更新策略 對(duì)于I類應(yīng)急物資,其價(jià)值損耗率隨時(shí)間的推移而不斷減小,對(duì)其進(jìn)行輪換更新的時(shí)間越晚,所消耗的社會(huì)總資源越小。但需要保證應(yīng)急物資投入應(yīng)急使用時(shí)的質(zhì)量水平達(dá)到要求,因此,應(yīng)在其價(jià)值損耗達(dá)到臨界水平時(shí)對(duì)其進(jìn)行輪換更新。具體的最佳輪換更新時(shí)間為t*0=(θ/α),由設(shè)定的應(yīng)急物資價(jià)值損耗上限θ和物資本身的價(jià)值損耗特性決定。II類應(yīng)急物資與I類應(yīng)急物資具有相似的最佳輪換更新策略。 對(duì)于III類應(yīng)急物資,其價(jià)值損耗率隨時(shí)間的推移而不斷增大,考慮物資本身的價(jià)值損耗和每次輪換更新產(chǎn)生的附加成本兩方面的影響,存在一個(gè)使社會(huì)總資源消耗最小的輪換更新時(shí)間點(diǎn)。同時(shí),也需要保證應(yīng)急物資投入應(yīng)急使用時(shí)的質(zhì)量水平達(dá)到要求。因此,最佳輪換更新時(shí)間由設(shè)定的應(yīng)急物資價(jià)值損耗上限θ、物資本身的價(jià)值損耗特性及每次輪換更新產(chǎn)生的附加成本這3個(gè)方面的因素共同決定。當(dāng)C≥θ(β-1)時(shí),每次輪換更新的附加成本較高,則應(yīng)在其價(jià)值損耗達(dá)到臨界水平時(shí)對(duì)其進(jìn)行輪換更新。當(dāng)C<θ(β-1)時(shí),每次輪換更新的附加成本較低,且由于價(jià)值損耗率不斷增大,則應(yīng)在其價(jià)值損耗達(dá)到臨界水平前就對(duì)其進(jìn)行輪換更新,具體的最佳輪換更新時(shí)間為t*0=[C/α(β-1)]。 筆者以實(shí)際算例來分析所提出的最佳輪換更新策略,并對(duì)主要參數(shù)進(jìn)行靈敏度分析。假設(shè)應(yīng)急物資儲(chǔ)備庫中的某種醫(yī)藥物資的價(jià)值損耗特性參數(shù)為α=0.1、β=1.5(時(shí)間單位為年)。為了保證其投入使用時(shí)具有較高的性能狀態(tài)和價(jià)值水平,設(shè)定其價(jià)值損耗上限θ=0.2。每次對(duì)這種物資進(jìn)行輪換更新的附加成本C=0.05,表示附加成本為該物資全新入庫時(shí)本身價(jià)值的5%。因?yàn)镃<θ(β-1),所以該物資的最佳輪換更新時(shí)間為t*0=[C/α(β-1)]=1,即該物資應(yīng)在全新采購入庫儲(chǔ)存1年后對(duì)其進(jìn)行輪換更新。在進(jìn)行輪換更新時(shí),該物資的累積損耗為H(t*0)=0.1,未達(dá)到所設(shè)定的價(jià)值損耗上限。使用該策略進(jìn)行輪換更新,儲(chǔ)備該種應(yīng)急物資導(dǎo)致的每年平均社會(huì)資源損耗為g(t*0)=0.15,即為該物資全新入庫時(shí)本身價(jià)值的15%,這是儲(chǔ)備該種物資以提升應(yīng)急保障能力所必須支出的最小成本。 下面對(duì)各類應(yīng)急物資的最佳輪換更新策略受到主要參數(shù)變化的影響進(jìn)行分析。 (1)對(duì)于I類應(yīng)急物資而言,其最佳輪換更新策略為在物資的價(jià)值損耗達(dá)到所設(shè)定的價(jià)值損耗上限時(shí)對(duì)其進(jìn)行輪換更新。現(xiàn)令α=0.2,最佳輪換更新時(shí)間與價(jià)值損耗的形狀參數(shù)β和設(shè)定的價(jià)值損耗上限θ之間的變化關(guān)系如圖2所示。其中,4條曲線分別代表了價(jià)值損耗上限θ為0.1、0.2、0.3和0.4時(shí)最佳輪換更新時(shí)間隨β的變化趨勢(shì)。當(dāng)θ=α?xí)r,最佳輪換更新時(shí)間不受β的影響,為一條水平直線;當(dāng)θ<α?xí)r,最佳輪換更新時(shí)間隨β的增大不斷延長;當(dāng)θ>α?xí)r,最佳輪換更新時(shí)間則隨β的增大不斷縮短。當(dāng)β取值相同時(shí),設(shè)定的應(yīng)急物資價(jià)值損耗上限θ值越小,最佳輪換更新時(shí)間就越短,即要求保證的應(yīng)急物資質(zhì)量水平越高,對(duì)其進(jìn)行輪換更新的周期越短,頻率就越高。 圖2 I類應(yīng)急物資最佳輪換更新時(shí)間與β和θ的關(guān)系(α=0.2) (2)對(duì)于II類應(yīng)急物資(β=1),其最佳輪換更新時(shí)間與價(jià)值損耗的尺度參數(shù)α和設(shè)定的價(jià)值損耗上限θ之間的變化關(guān)系如圖3所示??梢钥闯鲎罴演啌Q更新時(shí)間隨著α的增大逐漸縮短。當(dāng)α取值相同時(shí),設(shè)定的應(yīng)急物資價(jià)值損耗上限θ值越小,最佳輪換更新時(shí)間越短,更新頻率越高。 圖3 II類應(yīng)急物資最佳輪換更新時(shí)間與α和θ的關(guān)系(β=1) (3)對(duì)于III類應(yīng)急物資,其最佳輪換更新時(shí)間由設(shè)定的應(yīng)急物資價(jià)值損耗上限、物資本身的價(jià)值損耗特性及每次輪換更新產(chǎn)生的附加成本3個(gè)方面的因素共同決定。在一定的輪換更新附加成本和一定的價(jià)值損耗上限條件下,最佳輪換更新時(shí)間與價(jià)值損耗的形狀參數(shù)β之間的變化關(guān)系分別如圖4和圖5所示。 圖4 III類應(yīng)急物資最佳輪換更新時(shí)間與β和θ的關(guān)系(α=0.2,C=0.1) 圖5 III類應(yīng)急物資最佳輪換更新時(shí)間與β和C的關(guān)系(α=0.1,θ=0.2) 圖5顯示了當(dāng)α=0.1,θ=0.2時(shí),每次輪換更新附加成本C分別為0.1、0.2和0.3時(shí),最佳輪換更新時(shí)間隨β的變化趨勢(shì)??梢钥闯?,最佳輪換更新時(shí)間隨著β的增大逐漸縮短。當(dāng)β≤1.5時(shí),由于C≥θ(β-1),最佳輪換更新時(shí)間均為t*0=(θ/α),由設(shè)定的應(yīng)急物資價(jià)值損耗上限和物資本身的價(jià)值損耗特性決定,3條曲線重合。同理,當(dāng)β≤2時(shí),C=0.2和C=0.3這兩條曲線重合。當(dāng)β>2時(shí),對(duì)于相同的β取值,每次輪換更新的附加成本C越大,最佳輪換更新時(shí)間越長,更新頻率越低。 科學(xué)、合理地對(duì)應(yīng)急儲(chǔ)備物資進(jìn)行輪換更新,不僅可以提升應(yīng)急保障能力,更好地應(yīng)對(duì)各種突發(fā)事件,還能有效地減少社會(huì)資源損耗。為了刻畫應(yīng)急物資價(jià)值損耗率隨時(shí)間變化的特性,筆者引入兩參數(shù)Weibull分布,并根據(jù)應(yīng)急物資的價(jià)值損耗特性將應(yīng)急物資分為3大類?;诖?,分別探討了這3類應(yīng)急物資的最佳輪換更新策略。通過算例分析,驗(yàn)證了所提出的應(yīng)急物資輪換更新策略的有效性和實(shí)用性,并對(duì)該問題中所涉及到的價(jià)值損耗特性、質(zhì)量保障水平、輪換更新成本等主要參數(shù)進(jìn)行靈敏度分析,探討其對(duì)3類應(yīng)急物資最佳輪換更新時(shí)間的影響。筆者的研究可以為政府應(yīng)急物資管理部門根據(jù)應(yīng)急物資的價(jià)值損耗特性實(shí)施分類儲(chǔ)備管理及輪換更新提供一定的理論參考及管理啟示。 [1] 張永領(lǐng).突發(fā)事件應(yīng)急資源的需求結(jié)構(gòu)研究[J].災(zāi)害學(xué),2010,25(4):127-132. 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The impacts of value loss characteristics on the optimal rotation & update strategy are further verified and analyzed through numerical examples. emergency material; material reserve; rotation update; value loss 2095-3852(2017)06-0654-06 A 2017-06-20. 王珂(1982-),男,重慶人,上海大學(xué)管理學(xué)院副教授,主要研究方向?yàn)轱L(fēng)險(xiǎn)管理、應(yīng)急管理. 上海市哲學(xué)社會(huì)科學(xué)規(guī)劃項(xiàng)目(2014EGL002). F251 10.3963/j.issn.2095-3852.2017.06.002 WANGKe: Assoc. Prof. ; School of Management, Shanghai University, Shanghai 200444, China.3 算例分析
4 結(jié)論