物流配送中心共享托盤多種收運(yùn)模式研究

□ 冉文學(xué)，薛 允

(云南財(cái)經(jīng)大學(xué) 物流學(xué)院，云南 昆明 650221)

1 引言

物流高質(zhì)量發(fā)展成為助推國民經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的強(qiáng)大動力。單元化物流作為提高物流效率和服務(wù)、降低成本的關(guān)鍵措施和方法[1]，得到了業(yè)界和政府的高度重視，發(fā)展單元化物流也成為了近期我國物流業(yè)發(fā)展的主要任務(wù)之一[2]。托盤作為重要的單元化物流載貨平臺，在提高運(yùn)輸、裝卸搬運(yùn)、倉儲、配送等物流環(huán)節(jié)的運(yùn)作和銜接效率，降低物流成本等方面起到了重要作用[3]。與日韓和歐美等發(fā)達(dá)國家相比，我國在托盤人均擁有量、標(biāo)準(zhǔn)化率、帶托運(yùn)輸率和租賃滲透率等方面均有較大差距，托盤閑置和浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重，但市場潛力巨大[4]。共享托盤作為共享經(jīng)濟(jì)在物流領(lǐng)域的具體實(shí)踐，有助于綠色物流的實(shí)現(xiàn)、物流成本的降低和物流資源的合理配置[5]。2021年5月，商務(wù)部會同發(fā)展改革委等6部門關(guān)于印發(fā)《商品市場優(yōu)化升級專項(xiàng)行動計(jì)劃(2021-2025)》的通知中明確指出了探索構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)托盤、周轉(zhuǎn)箱循環(huán)共用系統(tǒng)的任務(wù)。隨著國家政策的引導(dǎo)和支持、托盤標(biāo)準(zhǔn)化和帶托運(yùn)輸比例的提升、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的應(yīng)用，托盤業(yè)將繼續(xù)保持增長態(tài)勢，市場前景廣闊。物流配送中心按需租用共享托盤階段性地解決了自有托盤購置成本高、閑置率高等問題。然而，在實(shí)際運(yùn)營過程中仍然會產(chǎn)生一定數(shù)量的臨時性閑置共享托盤，擠占了配送中心存儲空間，同時也產(chǎn)生了相當(dāng)數(shù)額的成本支出。如何制定托盤收運(yùn)計(jì)劃以進(jìn)一步提高共享托盤使用效率、降低相關(guān)成本支出，對物流配送中心等相關(guān)物流企業(yè)而言，具有更重要的實(shí)際意義。

目前，針對托盤收運(yùn)的文獻(xiàn)大多從托盤出租方和運(yùn)營商的角度進(jìn)行托盤調(diào)運(yùn)研究，考慮調(diào)運(yùn)系統(tǒng)總成本最低，很少從托盤租用方的角度進(jìn)行研究。何彥東等[6]使用改進(jìn)的Raiffa解模型對托盤共用服務(wù)聯(lián)盟企業(yè)的利益分配問題進(jìn)行了多維度分析；胡芬、鄭國華[7]在需求不確定的情況下,采用報(bào)童模型研究了基于收益共享契約的環(huán)保托盤租賃供應(yīng)鏈?zhǔn)找鎱f(xié)調(diào)問題；高更君等[8]基于物流企業(yè)持有大量自有托盤的情況,考慮物流企業(yè)合作與不合作兩種情況，建立了整數(shù)規(guī)劃托盤共享調(diào)運(yùn)模型；王征宇等[9]基于城市共同配送系統(tǒng)構(gòu)建了托盤共用調(diào)度隨機(jī)規(guī)劃模型；任建偉等[10]構(gòu)建了多式聯(lián)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)中的托盤共用調(diào)度混合整數(shù)非線性規(guī)劃模型；任佳柔、高更君[11]構(gòu)建了考慮客戶優(yōu)先級的托盤調(diào)度模型；楊艷華、洪亮[12]研究了考慮不確定運(yùn)輸時間的托盤調(diào)度模型；Zhou等[13]研究了考慮時間約束的托盤調(diào)度模型；何彥東等[14]構(gòu)建了不確定環(huán)境下托盤調(diào)度多目標(biāo)優(yōu)化模型；席江月等[15]提出鐵路托盤循環(huán)共用在全路落地推廣應(yīng)用的對策。

本文從托盤租用方的角度出發(fā)，針對配送中心閑置共享托盤的收運(yùn)情況，基于商品訂貨周期提出了兩類托盤收運(yùn)模式(同步收運(yùn)、異步收運(yùn))和兩種成本決策方式(獨(dú)立決策、綜合決策)，并構(gòu)建了由商品庫存相關(guān)成本和閑置托盤相關(guān)成本組成的總成本公式模型。以總成本最小化為目標(biāo)，通過對比、分析由兩類托盤收運(yùn)模式和兩種成本決策方式組成的四種托盤收運(yùn)方案所產(chǎn)生的總成本大小，選出最優(yōu)組合，以期幫助決策者制定托盤收運(yùn)計(jì)劃，進(jìn)一步提高共享托盤使用效率，降低相關(guān)成本支出。

2 模型構(gòu)建

2.1 模型假設(shè)

①總成本由商品庫存相關(guān)成本和閑置托盤相關(guān)成本組成。其中，商品庫存相關(guān)成本由訂貨成本和持有成本構(gòu)成，閑置托盤相關(guān)成本由收運(yùn)成本和租存成本構(gòu)成，如圖1所示。

②兩種成本決策方式分別為獨(dú)立決策和綜合決策。獨(dú)立決策時，配送中心單獨(dú)制定商品訂貨計(jì)劃和托盤收運(yùn)計(jì)劃，單獨(dú)考慮商品庫存相關(guān)成本和閑置托盤相關(guān)成本最優(yōu)。而在綜合決策時，配送中心將商品庫存相關(guān)成本和閑置托盤相關(guān)成本看作一個整體，考慮總成本最優(yōu)。

③兩類托盤收運(yùn)模式分別為同步收運(yùn)和異步收運(yùn)。其中，同步收運(yùn)表示單一訂貨周期只進(jìn)行一次托盤收運(yùn)，而異步收運(yùn)包含兩種模式(多個訂貨周期只進(jìn)行一次托盤收運(yùn)工作、單一訂貨周期內(nèi)進(jìn)行多次托盤收運(yùn)工作)。

④不考慮商品在倉儲、配送等物流環(huán)節(jié)的損耗。

⑤訂貨無準(zhǔn)備期，且單一訂貨周期分為兩個階段。前半階段商品補(bǔ)貨與配送作業(yè)同步進(jìn)行；后半階段僅進(jìn)行商品配送工作，待庫存商品配送完畢時，立即轉(zhuǎn)入下一訂貨周期。

⑥商品補(bǔ)貨和配送作業(yè)為連續(xù)作業(yè)，全年無休、無間隔。

⑦配送中心有多種不同商品，均以“標(biāo)準(zhǔn)托盤”裝載方式進(jìn)行運(yùn)輸、入庫和倉儲作業(yè)。運(yùn)營過程中產(chǎn)生的臨時性閑置共享托盤先集中保管，再由托盤運(yùn)營商一次性收運(yùn)完畢。

⑧配送中心的托盤均為共享托盤，并承擔(dān)自入庫之日起至收運(yùn)離開公司期間的租賃費(fèi)用。

⑨與商品、托盤相關(guān)的各項(xiàng)單位成本均為固定值。商品年配送總量(Q)、商品日平均配送量(q)、日平均補(bǔ)貨量(m)和單一訂貨周期內(nèi)的商品補(bǔ)貨量(M)均由裝載商品所使用的“標(biāo)準(zhǔn)托盤”的數(shù)量來表示。

⑩M、x、y均為整數(shù)。

2.2 模型參數(shù)

模型所需參數(shù)定義如下：

Q為商品年配送總量；

q為商品日平均配送量；

m為商品日平均補(bǔ)貨量；

M為單一訂貨周期內(nèi)的商品補(bǔ)貨量；

Cco為商品庫存相關(guān)成本中單次訂貨成本；

Cci為商品庫存相關(guān)成本中單位“標(biāo)準(zhǔn)托盤”裝載商品的平均年度持有成本；

Cps為閑置托盤相關(guān)成本中單次收運(yùn)成本；

Cpl為閑置托盤相關(guān)成本中單位托盤的年度租存成本；

x為單一托盤收運(yùn)周期內(nèi)所包含的商品訂貨周期數(shù)；

y為單一商品訂貨周期內(nèi)所包含的托盤收運(yùn)次數(shù)；

V為托盤的最大閑置數(shù)量；

T為托盤允許閑置的最長天數(shù)；

ICC為獨(dú)立決策下年度商品相關(guān)成本；

IPC為獨(dú)立決策下年度托盤相關(guān)成本；

ITC為獨(dú)立決策下年度總成本；

UCC為綜合決策下年度商品相關(guān)成本；

UPC為綜合決策下年度托盤相關(guān)成本；

UTC為綜合決策下年度總成本；

2.3 獨(dú)立決策時的模型構(gòu)建與推導(dǎo)

獨(dú)立決策下年度商品相關(guān)成本(ICC)公式如(1)所示，求得獨(dú)立決策下，最優(yōu)商品補(bǔ)貨量(M*)，如公式(2)所示。兩者均與商品訂貨周期數(shù)(x)和托盤收運(yùn)次數(shù)(y)無關(guān)。

(1)

(2)

【模式1】 單一訂貨周期只進(jìn)行一次托盤收運(yùn)，且收運(yùn)結(jié)束時間與訂貨周期結(jié)束時間同步，年度托盤相關(guān)成本(IPC1)和年度總成本(ITC1)公式如(3)～(4)式所示。

(3)

(4)

【模式2】 多個訂貨周期只進(jìn)行一次托盤收運(yùn)工作，且收運(yùn)結(jié)束時間與最后一個訂貨周期結(jié)束時間同步，求得最優(yōu)商品訂貨周期數(shù)(x*) 和年度總成本(ITC2)，如(5)～(7)式所示。

(5)

(6)

(7)

【模式3】 單一訂貨周期中進(jìn)行多次托盤收運(yùn)工作，且最后一次收運(yùn)結(jié)束時間與訂單周期結(jié)束時間同步，求得最優(yōu)托盤收運(yùn)次數(shù)(y*)和年度總成本(ITC3)如(8)～(10)式所示。

(8)

(9)

(10)

2.4 綜合決策時的模型構(gòu)建與推導(dǎo)

綜合決策下，年度商品相關(guān)成本(UCC)、年度托盤相關(guān)成本(UPC)和最優(yōu)商品補(bǔ)貨量(M*)均受商品訂貨周期數(shù)(x)和托盤收運(yùn)次數(shù)(y)的影響。年度商品相關(guān)成本(UCC)公式如(11)式所示。

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

(20)

(21)

(22)

(23)

(24)

(25)

2.5 共享托盤閑置時長或數(shù)量限制條件下的決策流程

受制于成本和配送中心倉庫容量限制，閑置托盤收運(yùn)處置工作需充分考慮托盤閑置時長和數(shù)量兩個重要因素。當(dāng)共享托盤實(shí)際閑置時長或數(shù)量超過限制條件時，可通過減少商品訂貨周期數(shù)(x)或增加托盤收運(yùn)次數(shù)(y)來滿足限制條件的約束。詳細(xì)決策流程如圖2所示。

3 案例驗(yàn)證與分析

本文以地處粵港澳大灣區(qū)物流發(fā)達(dá)的深圳市的調(diào)研數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，挑選了6個最具影響力的參數(shù)組成了原案例參數(shù)設(shè)定表，如表1所示。針對每項(xiàng)參數(shù)分別設(shè)置了4個變動值，當(dāng)改變其中一個參數(shù)時，其余參數(shù)值固定不變，共產(chǎn)生24組新數(shù)據(jù)，如表2所示。將上述數(shù)據(jù)分別代入四種托盤收運(yùn)方案進(jìn)行驗(yàn)證運(yùn)算，得到各案例的最優(yōu)處置方案和相關(guān)成本，如表3-6所示。

表1 原案例參數(shù)值設(shè)定表

圖2 共享托盤閑置時長或數(shù)量約束條件下的決策流程圖

表2 對照案例參數(shù)變動表

表3 獨(dú)立決策下閑置托盤同步收運(yùn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表4 獨(dú)立決策下閑置托盤異步收運(yùn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表5 綜合決策下閑置托盤同步收運(yùn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表6 綜合決策下閑置托盤異步收運(yùn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 閑置共享托盤同步與異步收運(yùn)比較

閑置共享托盤同步收運(yùn)與異步收運(yùn)相關(guān)成本比值=同步收運(yùn)相關(guān)成本÷異步收運(yùn)相關(guān)成本(例：原案例在獨(dú)立決策下，同步收運(yùn)與異步收運(yùn)對應(yīng)的閑置托盤相關(guān)成本比=38891.65÷35450.82≈1.097)。比值等于1表示同步收運(yùn)模式所產(chǎn)生的此項(xiàng)成本已為最小，若改用異步收運(yùn)模式將導(dǎo)致此項(xiàng)成本增加。比值大于1表示同步收運(yùn)模式所產(chǎn)生的此項(xiàng)成本高于異步收運(yùn)模式，可通過異步收運(yùn)模式來降低此項(xiàng)成本。

表7數(shù)據(jù)顯示，獨(dú)立決策方式下，部分案例的商品庫存相關(guān)成本的同、異步比值為1，而其閑置托盤相關(guān)成本和總成本的同、異步比值均大于1，說明在獨(dú)立決策方式下，同步、異步收運(yùn)模式所產(chǎn)生的商品庫存相關(guān)成本相同，這是因?yàn)榕渌椭行脑讵?dú)立決策方式下制定訂貨計(jì)劃時不考慮閑置托盤收運(yùn)情況，商品庫存相關(guān)成本不會受到收運(yùn)模式的影響。同時，說明在獨(dú)立決策方式下，異步收運(yùn)模式所產(chǎn)生的閑置托盤相關(guān)成本和總成本小于同步收運(yùn)模式，這是因?yàn)楫惒绞者\(yùn)模式能夠通過調(diào)整商品訂貨周期數(shù)(x)或托盤收運(yùn)次數(shù)(y)兩種方式來更加靈活地處置各種托盤閑置情況，進(jìn)而降低閑置托盤相關(guān)成本和總成本。

在獨(dú)立和綜合兩種決策方式下，部分案例商品庫存相關(guān)成本、閑置托盤相關(guān)成本和總成本的同、異步比值均為1，說明這些案例選擇同步收運(yùn)模式時總成本最小；部分案例總成本的同、異步比值大于1，說明這些案例選擇異步收運(yùn)時總成本最?。豢偝杀就?、異步比值的平均值均大于1，說明異步收運(yùn)模式比同步模式更加靈活、平均總成本更小?？梢姡渌椭行娜艉唵蔚夭捎门c訂貨周期一致的托盤同步收運(yùn)模式，雖然會降低決策難度，但同時也失去了靈活處置各種托盤閑置情況的能力，導(dǎo)致閑置托盤相關(guān)成本和總成本可能達(dá)不到最小。因此，配送中心可通過比較同、異步收運(yùn)模式所產(chǎn)生的總成本大小，靈活選擇同步或異步收運(yùn)模式，以實(shí)現(xiàn)相關(guān)成本最小。

表7 閑置共享托盤同步收運(yùn)與異步收運(yùn)相關(guān)成本比值

3.2 獨(dú)立決策與綜合決策比較

獨(dú)立決策與綜合決策相關(guān)成本比值=獨(dú)立決策相關(guān)成本÷綜合決策相關(guān)成本(例：案例9在閑置托盤異步收運(yùn)模式下，獨(dú)立決策與綜合決策對應(yīng)的閑置托盤相關(guān)成本比=34776.62÷34729.87≈1.001)。比值小于1表示獨(dú)立決策所產(chǎn)生的此項(xiàng)成本小于綜合決策，比值大于1表示獨(dú)立決策所產(chǎn)生的此項(xiàng)成本高于綜合決策。

表8數(shù)據(jù)顯示，在同步和異步收運(yùn)兩種模式下，獨(dú)立決策與綜合決策所產(chǎn)生的商品庫存相關(guān)成本比值小于1，說明獨(dú)立決策所產(chǎn)生的商品庫存相關(guān)成本小于綜合決策。這是因?yàn)榕渌椭行脑讵?dú)立決策方式下制定訂貨計(jì)劃時僅考慮商品庫存相關(guān)成本最小，而在綜合決策方式下考慮總成本最小時，會造成商品庫存相關(guān)成本增加。獨(dú)立決策與綜合決策所產(chǎn)生的總成本比值均大于1，說明在兩種收運(yùn)模式下，獨(dú)立決策所產(chǎn)生的總成本均大于綜合決策?？梢姡渌椭行脑谥贫ㄑa(bǔ)貨計(jì)劃和閑置托盤收運(yùn)計(jì)劃時，如采用成本獨(dú)立決策的方式，即割裂地考慮商品庫存相關(guān)成本和閑置托盤相關(guān)成本，不僅會導(dǎo)致總成本達(dá)不到最小，而且與現(xiàn)今強(qiáng)調(diào)的整體最優(yōu)原則不符。因此，配送中心在選擇成本決策方式時，可選擇綜合決策方式以實(shí)現(xiàn)總成本最小。

表8 獨(dú)立決策與綜合決策相關(guān)成本比值

3.3 共享托盤閑置時長或數(shù)量調(diào)控

19號案例參數(shù)在獨(dú)立和綜合決策方式下，求得的最優(yōu)收運(yùn)模式均為3個訂貨周期進(jìn)行一次托盤收運(yùn)工作。實(shí)驗(yàn)依次通過減少商品訂貨周期數(shù)(x)和增加托盤收運(yùn)次數(shù)(y)的方法來降低托盤實(shí)際閑置時長和數(shù)量。

表9 獨(dú)立決策下考慮托盤閑置時長或數(shù)量限制的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表9和10中的數(shù)據(jù)顯示，在獨(dú)立決策方式下，減少商品訂貨周期數(shù)(x)或增加托盤收運(yùn)次數(shù)(y)將會導(dǎo)致閑置托盤相關(guān)成本和總成本上升。而在綜合決策方式下，將會導(dǎo)致商品補(bǔ)貨量(M)、商品庫存相關(guān)成本、閑置托盤相關(guān)成本和總成本上升。因此，當(dāng)配送中心存在共享托盤閑置時長或數(shù)量限制條件時，決策者可根據(jù)實(shí)際情況采取減少商品訂貨周期數(shù)(x)或增加托盤收運(yùn)次數(shù)(y)的方式降低托盤實(shí)際閑置時長和數(shù)量，同時需要密切關(guān)注總成本上升情況。

表10 綜合決策下考慮托盤閑置時長或數(shù)量限制的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)束語

物流配送中心在成本綜合決策下，通過比較同、異步收運(yùn)模式所產(chǎn)生的總成本大小，靈活選擇同步或異步收運(yùn)模式，可實(shí)現(xiàn)總成本最小的目標(biāo)。在進(jìn)行托盤閑置時長或數(shù)量調(diào)控時，需同時關(guān)注總成本上升情況。

4.1 托盤異步收運(yùn)模式比同步收運(yùn)模式更靈活

配送中心的共享托盤來自以“標(biāo)準(zhǔn)托盤”方式裝載的補(bǔ)貨商品，與訂貨周期關(guān)系緊密，部分配送中心會簡單地采用與訂貨周期一致的同步收運(yùn)模式。而異步收運(yùn)模式能夠通過調(diào)整商品訂貨周期數(shù)(x)或托盤收運(yùn)次數(shù)(y)兩種方式處理各種托盤閑置情況，降低閑置托盤相關(guān)成本和總成本，比同步收運(yùn)模式更加靈活。配送中心可通過比較同、異步收運(yùn)模式所產(chǎn)生的總成本大小，靈活選擇同步或異步收運(yùn)模式，以實(shí)現(xiàn)相關(guān)成本最小。

4.2 成本綜合決策優(yōu)于獨(dú)立決策

配送中心在制定補(bǔ)貨計(jì)劃和閑置托盤收運(yùn)計(jì)劃時，通常會采用成本獨(dú)立決策的方式，即割裂地考慮商品庫存相關(guān)成本和閑置托盤相關(guān)成本，這將導(dǎo)致獨(dú)立決策下的總成本高于綜合決策。因此，配送中心在選擇成本決策方式時，可選擇綜合決策方式以實(shí)現(xiàn)總成本最小。

4.3 共享托盤閑置時長或數(shù)量調(diào)控

托盤閑置時間越長造成的租金浪費(fèi)也越多，同時閑置托盤數(shù)量也受到配送中心倉庫容量的限制。若共享托盤實(shí)際閑置時長或數(shù)量超過約束條件時，可根據(jù)實(shí)際情況采取減少商品訂貨周期數(shù)(x)或增加托盤收運(yùn)次數(shù)(y)的方式進(jìn)行調(diào)整，以滿足限制條件，同時需要密切關(guān)注總成本上升情況。