基于VMI 的成品油庫存管理及優(yōu)化

王 嘯，伍常榮，曲文馳，謝 勇，肖 可

WANG Xiao1, WU Changrong1, QU Wenchi1, XIE Yong2, XIAO Ke2

（1. 中國石化銷售股份有限公司 華南分公司，廣東 廣州 510620；2. 華中科技大學(xué) 人工智能與自動化學(xué)院，湖北 武漢430074）

(1. South China Branch, China Petrochemical Marketing Co., Ltd, Guangzhou 510620, China; 2. School of Artificial Intelligence and Automation, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China)

0 引 言

供應(yīng)商管理庫存（Vendor Management Inventory，VMI） 是指供應(yīng)商根據(jù)客戶需求信息對客戶庫存進(jìn)行監(jiān)控與協(xié)調(diào)，并實時做出配貨、補貨決策的一種新的庫存管理模式。這種庫存管理模式打破了傳統(tǒng)的各自為政的庫存管理方式，體現(xiàn)了供應(yīng)鏈集成化管理思想，是一種先進(jìn)的庫存管理思想[1-2]。近年來，國內(nèi)成品油銷售企業(yè)主要通過提高產(chǎn)品銷量和市場占有率來增加企業(yè)利潤，但是隨著國內(nèi)成品油零售市場的全面開放，成品油銷售競爭日益激烈，迫切需要銷售企業(yè)提高物流供應(yīng)鏈管理水平，尋求“第三利潤源泉”。實施VMI 模式管理，是降低成品油供應(yīng)鏈管理成本、發(fā)掘成品油銷售利潤的重要手段之一[3]。因此，研究如何實施成品油VMI 管理并實現(xiàn)供應(yīng)鏈集成優(yōu)化是一個具有重要意義的研究課題。王波[4]運用聯(lián)合庫存管理思想，提出了成品油JMI 基本模式和操作流程，建立了成品油JMI 模式下利潤分配模型。馬根萍和朱海龍[5]探討了中國石油一次物流實施VMI模式的方案，并提出VMI 模式的評估方法。朱澤等[6]建立了隨機需求環(huán)境下的VMI 庫存模型并應(yīng)用到某成品油銷售公司一次物流的庫存管理中。傳統(tǒng)上，成品油庫存是由庫存擁有者管理的，為應(yīng)對供應(yīng)鏈中供給或需求的不確定性，需要保持一定庫存。由于供應(yīng)鏈各成員往往根據(jù)各自的需要獨立運作，導(dǎo)致重復(fù)建立庫存，因而無法達(dá)到供應(yīng)鏈全局最優(yōu)，且整個供應(yīng)鏈系統(tǒng)的庫存會隨著供應(yīng)鏈長度的增加而增加[7]。

本文運用供應(yīng)商管理庫存思想，提出了成品油二次物流分銷供應(yīng)鏈VMI 模型，并對實施VMI 的關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程進(jìn)行了分析，提出了需求預(yù)測、庫存監(jiān)控及實時補貨的方法和詳細(xì)流程，分析總結(jié)了成品油供應(yīng)鏈VMI 管理模式的優(yōu)勢及特點，旨在為實際成品油供應(yīng)鏈管理提供理論指導(dǎo)和參考借鑒。

1 成品油供應(yīng)鏈管理現(xiàn)狀

一個典型的成品油供應(yīng)鏈一般由煉廠、油庫、加油站三類企業(yè)構(gòu)成，如圖1 所示。煉廠是成品油生產(chǎn)企業(yè)，向作為銷售企業(yè)的大區(qū)（?。?銷售公司供油，大區(qū)（省） 銷售公司一般建有大型中轉(zhuǎn)油庫，集中向隸屬于各地區(qū)的加油站或集團用戶配送成品油，加油站是成品油銷售終端，直接面向市場需求。按照行業(yè)劃分，成品油從煉廠到大區(qū)（?。?銷售公司油庫的物流過程稱為一次物流，從油庫到加油站的物流過程稱為二次物流[8]。

圖1 成品油供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)

在傳統(tǒng)庫存管理模式下，供應(yīng)鏈各成員都擁有各自庫存，但由于缺乏集成化供應(yīng)鏈管理，往往容易產(chǎn)生“牛鞭效應(yīng)”，不僅嚴(yán)重影響煉廠生產(chǎn)計劃制定，也會導(dǎo)致大區(qū)（?。?銷售公司和加油站庫存積壓，最終導(dǎo)致庫存成本增加[3]。另一方面，由于未實行集成化的管理，在面對市場波動和不確定性因素影響時，難以統(tǒng)一行動，協(xié)調(diào)應(yīng)對，整個供應(yīng)鏈缺乏柔性和靈活性，難以對市場變化做出快速響應(yīng)，整個成品油供應(yīng)鏈競爭力差。因此，需要采用集成供應(yīng)鏈管理模式VMI，來提高供應(yīng)鏈的運營績效。

一般來說，成品油供應(yīng)鏈中存在兩個典型的VMI 應(yīng)用層面[5]：一個是煉化企業(yè)與銷售企業(yè)之間的前端VMI，與成品油的一次物流體系相關(guān)；另一個是應(yīng)用于銷售企業(yè)與加油站之間的后端VMI，與成品油的二次物流配送體系相關(guān)。由于篇幅有限，本文針對后端VMI 進(jìn)行研究，主要考慮一個銷售企業(yè)油庫與多個加油站之間的VMI。

2 基于VMI 的成品油庫存管理

圖2 成品油分銷供應(yīng)鏈VMI 模型

2.1 成品油分銷供應(yīng)鏈VMI 模型。成品油二次配送網(wǎng)絡(luò)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，一般包括分布在不同區(qū)域的油庫和大量加油站組成。一般來說，一個油庫會服務(wù)一個區(qū)域內(nèi)的多個加油站。本文所研究的成品油分銷供應(yīng)鏈VMI 模型主要由一個油庫和若干個加油站組成，油庫本身相當(dāng)于一個區(qū)域的油品配送中心，具有一定的配送調(diào)度功能。成品油分銷供應(yīng)鏈VMI 模型如圖2 所示。

在上述分銷型供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)中，加油站通常經(jīng)營不同型號的汽油、柴油等各每種成品油，每種成品油都有獨立的儲油罐并保持一定的庫存量。如果加油站某種油品已接近或低于其儲量的下限，則需要及時提報需求計劃，由油庫調(diào)度中心對該加油站進(jìn)行油品輸送，油品的輸送量根據(jù)儲罐的容量及加油站的銷售情況來決定。油庫儲備了加油站所需的各種油品，根據(jù)各加油站油品需求和配送中心統(tǒng)一調(diào)度要求來進(jìn)行油品配送。

目前，許多加油站主要通過經(jīng)驗來提報自己的需求計劃，油庫配送中心匯總轄區(qū)內(nèi)各加油站的需求計劃后由調(diào)度中心進(jìn)行配送。這種由加油站提報需求、油庫進(jìn)行配送的管理方式本質(zhì)是一種條塊分割、各自為政的庫存管理模式。由于各種不確定性因素的影響，這種按照經(jīng)驗來提報的需求與實際銷售往往存在較大的出入，容易產(chǎn)生“牛鞭效應(yīng)”，造成一些加油站的庫存增加，而另一些加油站因油品資源不充足而失去市場銷售機會，導(dǎo)致成品油供應(yīng)鏈運行績效低下。采用VMI 管理模式后，油庫對各加油站的庫存和需求進(jìn)行統(tǒng)一管理，通過共享的信息平臺實時監(jiān)控各加油站的庫存狀況，協(xié)調(diào)全局需求和庫存進(jìn)行主動的配送優(yōu)化，從而可以有效降低系統(tǒng)總庫存，提高系統(tǒng)運行績效。

2.2 成品油VMI 管理關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程。實施成品油VMI 管理關(guān)鍵是要解決好各加油站“要多少、有多少、補多少”的問題，這三個問題對應(yīng)著VMI 的三個關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程，即需求預(yù)測、庫存監(jiān)控和實時補貨，這些關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程是通過加油站管理系統(tǒng)和油庫配送調(diào)度系統(tǒng)的實時信息交互來完成的，如圖3 所示。加油站管理系統(tǒng)主要包括加油站零售和油罐液位監(jiān)測兩個核心功能模塊，加油站零售主要收集成品油銷售信息，為做好油庫的需求預(yù)測提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；油罐液位監(jiān)測模塊實時監(jiān)測油庫各油罐的油品液位，統(tǒng)計實時庫存信息，并上報給油庫庫存監(jiān)控模塊。油庫配送調(diào)度系統(tǒng)主要包括四個功能模塊：需求預(yù)測、庫存監(jiān)控、實時補貨和配送調(diào)度模塊。需求預(yù)測模塊接收加油站零售端收集到的銷售信息，并采用一定的預(yù)測方法進(jìn)行需求預(yù)測；庫存監(jiān)控模塊通過接收到的庫存信息實現(xiàn)對加油站庫存監(jiān)控，以便及時補貨；實時補貨模塊綜合需求預(yù)測結(jié)果和實時庫存狀況，采用一定的庫存策略如（R,Q） 進(jìn)行實時補貨；配送調(diào)度模塊則對整個VMI 系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)籌優(yōu)化、統(tǒng)一調(diào)度。

圖3 成品油VMI 系統(tǒng)關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程

（1） 需求預(yù)測。需求預(yù)測的主要目的就是要弄清楚各加油站的油品需求變化規(guī)律，解決“要多少”的問題，為實時補貨提供依據(jù)。通常情況下，需求受到很多影響，表現(xiàn)出一定的不確定性。對于圖2 所示成品油分銷供應(yīng)鏈VMI 模型，通常假設(shè)需求為獨立分布的正態(tài)隨機變量Di:N（μ,σ2）[6-8]。需求預(yù)測就是要通過加油站銷售的歷史數(shù)據(jù)確定需求的期望μ 和方差σ2。需求預(yù)測往往可采用移動平均法：

其中：di為歷史上觀測到的實際需求值或者加油站的銷售信息，N為預(yù)測窗口或者移動窗口，表示預(yù)測所需的歷史數(shù)據(jù)樣本數(shù)。得到參數(shù)μ 和σ2后，就可以確定需求的變化規(guī)律。

（2） 庫存監(jiān)控。要做到實時補貨，除了要掌握需求的變化規(guī)律外，還必須了解成品油的實時庫存狀況，即解決加油站“有多少”油的問題。安裝在加油站儲油罐中的液位監(jiān)測儀自動采集儲油罐中油品的液位信息，加油站現(xiàn)場控制器實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的初步運算和處理，并通過網(wǎng)絡(luò)傳送到油庫配送調(diào)度系統(tǒng)的庫存監(jiān)控模塊，由庫存監(jiān)控模塊進(jìn)行分析判斷，確定要不要預(yù)警提示，以便及時補貨。

（3） 實時補貨。實時補貨是在綜合分析需求預(yù)測結(jié)果及實時庫存狀態(tài)情況下，確定“何時補貨、補多少貨”。要做到對加油站進(jìn)行實時補貨，首先要制定科學(xué)合理的庫存策略。油庫對加油站的庫存控制策略可以采用（R,Q）庫存策略[6,9]，即庫存降到R時，要開始補貨，補貨量為量Q。由于目前大多數(shù)加油站每天都要安排油品配送，盤點周期較短，因此，可以近似認(rèn)為是連續(xù)盤點的（R,Q），其中R為再訂貨點，Q為補貨量，分別按照下列方式計算：

式（2） 中，右邊第一項為提前期內(nèi)的需求量，第二項為安全庫存，是專門應(yīng)對需求不確定性而保有庫存量，以盡量降低加油站缺貨率。其中，L為補貨提前期，μ 和σ 分別為通過式（1） 需求預(yù)測得到需求的期望和標(biāo)準(zhǔn)差，z為安全因子，是和加油站的服務(wù)水平（即不缺貨概率） 有關(guān)的系數(shù)，服務(wù)水平和安全因子的對應(yīng)關(guān)系如表1 所示[9]。服務(wù)水平要求越高，對應(yīng)的安全因子也越大，則安全庫存也越大。

表1 服務(wù)水平和安全因子對應(yīng)表

式（3） 補貨量計算實際上是依據(jù)需求隨機情況下的近似EOQ 模型，其中A為訂貨費，μ 為需求期望，h為油品的單位存儲成本。

值得指出的是，根據(jù)式（2）、式（3） 確定R和Q不是一成不變的，它可依據(jù)不同加油站的不同油品、不同盤點周期、不同的服務(wù)水平動態(tài)更新和調(diào)整。油庫配送調(diào)度系統(tǒng)的實時補貨模塊會將監(jiān)測到的實時庫存和再訂貨點R進(jìn)行比對，如果實時庫存低于再訂貨點水平，則要進(jìn)行補貨Q。需要說明的是，補貨量Q是一個優(yōu)化的經(jīng)濟訂貨批量，是一個理論參考值，在實際VMI 系統(tǒng)運作過程中不一定要嚴(yán)格按照這一批量來補貨，因為受到油品配送車輛實際倉容限制，配送調(diào)度系統(tǒng)還要統(tǒng)籌考慮不同站場、不同油品需求以及配送距離等因素，進(jìn)行集中統(tǒng)一優(yōu)化，給出總體最優(yōu)的配送方案。成品油VMI 管理通過油庫集中統(tǒng)一管理各加油站庫存，在保證服務(wù)水平不降低的情況下，可將分散在各加油站的安全庫存集中到油庫端，通過共享安全庫存實現(xiàn)風(fēng)險分擔(dān)（Risk Pooling），從而大大降低整個供應(yīng)鏈的安全庫存，實現(xiàn)整個供應(yīng)鏈的庫存優(yōu)化。

總的來說，成品油分銷供應(yīng)鏈實施VMI 管理后，帶來的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：①油庫和各加油站庫存管理由條塊分割、各自為政的分散庫存管理模式，變成油庫集中統(tǒng)一管理的聯(lián)合庫存管理模式，大大降低整個供應(yīng)鏈庫存水平，更好地體現(xiàn)了供應(yīng)鏈管理思維；②油庫從被動供貨向主動實時補貨轉(zhuǎn)變，提高了整個油品供應(yīng)鏈的靈活性和快速響應(yīng)能力；③由根據(jù)加油站提報需求進(jìn)行粗放供貨的模式，向?qū)崟r精準(zhǔn)配送模式的轉(zhuǎn)變，通過科學(xué)手段精確預(yù)測需求并監(jiān)控實時庫存信息，從而實現(xiàn)精準(zhǔn)補貨，大大降低了供應(yīng)鏈中的牛鞭效應(yīng)。

3 結(jié)束語

本文針對成品油供應(yīng)鏈管理存在的問題，運用供應(yīng)商管理庫存的理論思想，提出了成品油二次物流分銷供應(yīng)鏈VMI 模型，并對實施VMI 的關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程進(jìn)行了分析，提出了需求預(yù)測、庫存監(jiān)控及實時補貨的方法和詳細(xì)流程，分析了成品油VMI 管理模式的優(yōu)勢及特點，以期為實際成品油供應(yīng)鏈管理提供理論指導(dǎo)和參考借鑒。