內(nèi)部供應(yīng)鏈視角下二級(jí)供應(yīng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究
——以傳統(tǒng)電鋁產(chǎn)業(yè)為例

張先騰 （江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院徐州經(jīng)貿(mào)分院，江蘇 徐州 221000）

0 引 言

為適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高質(zhì)量發(fā)展要求，政府和企業(yè)越來(lái)越重視能源的可持續(xù)發(fā)展以及環(huán)境保護(hù)。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的優(yōu)化既能有效解決資源的盲目投入又能促進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)的良性發(fā)展，在雙碳目標(biāo)的背景下，傳統(tǒng)型企業(yè)的規(guī)模生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)不再明顯，高耗能項(xiàng)目也在不斷改良或陸續(xù)被取締，類似于農(nóng)產(chǎn)品加工、紡織服裝、建筑工程制造、能源開(kāi)發(fā)與供應(yīng)等傳統(tǒng)內(nèi)部供應(yīng)型企業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)亟需產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化或流程再造。

1 概念界定

1.1 內(nèi)部供應(yīng)鏈

內(nèi)部供應(yīng)鏈?zhǔn)菍?duì)企業(yè)內(nèi)部模塊核心競(jìng)爭(zhēng)力的整合，早期的研究將企業(yè)內(nèi)部供應(yīng)鏈等同于企業(yè)內(nèi)部制造鏈，即企業(yè)內(nèi)部物料供給或傳送的流動(dòng)過(guò)程。目前較新的研究多把企業(yè)內(nèi)部供應(yīng)鏈看作企業(yè)內(nèi)部市場(chǎng)化的必然結(jié)果，將市場(chǎng)化機(jī)制運(yùn)用到企業(yè)內(nèi)部，即存在于企業(yè)內(nèi)部產(chǎn)品生產(chǎn)和流通過(guò)程中所涉及的原材料供貨商、生產(chǎn)商、儲(chǔ)運(yùn)中間商、零售商以及最終消費(fèi)者等多方組成的供需網(wǎng)絡(luò)，而企業(yè)內(nèi)部供應(yīng)鏈的概念局限于單個(gè)企業(yè)內(nèi)部，強(qiáng)調(diào)的是企業(yè)內(nèi)部市場(chǎng)、銷售、計(jì)劃、制造和采購(gòu)等部門之間的協(xié)調(diào)，可以看作是外部供應(yīng)鏈的縮小化。

1.2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化是通過(guò)調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，揚(yáng)長(zhǎng)避短、扶優(yōu)限劣、有取有舍地進(jìn)行篩選，使各產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展，以相同數(shù)量的投入為企業(yè)取得最大的經(jīng)濟(jì)效益，要求企業(yè)對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品的盈利水平、產(chǎn)品所處的壽命周期階段以及產(chǎn)品對(duì)市場(chǎng)的適應(yīng)程度等問(wèn)題進(jìn)行分析，合理確定現(xiàn)有產(chǎn)品的取舍，并對(duì)其進(jìn)行限制或淘汰，從而使企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)達(dá)到最佳水平的過(guò)程。

本文認(rèn)為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化是多目標(biāo)或者一個(gè)組合優(yōu)化的問(wèn)題，在既定產(chǎn)品組合的基礎(chǔ)上，在經(jīng)營(yíng)利潤(rùn)最大化的前提下通過(guò)資源的優(yōu)化組合，綜合考慮成本、時(shí)間和資源等因素的影響，協(xié)調(diào)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)或淘汰不合時(shí)宜的產(chǎn)品，優(yōu)化生產(chǎn)線設(shè)置、產(chǎn)量、供應(yīng)量、傳導(dǎo)方向等。在對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí)，以產(chǎn)品利潤(rùn)作為目標(biāo)函數(shù)，以一些影響產(chǎn)品利潤(rùn)的產(chǎn)量、價(jià)格等因素作為自變量，可得到：=（1,2,3...）。在這個(gè)函數(shù)中，通過(guò)分析影響產(chǎn)品利潤(rùn)的主要自變量及對(duì)目標(biāo)利潤(rùn)的靈敏度分析，從而得到影響產(chǎn)品利潤(rùn)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。

本文從整體角度來(lái)考察產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的優(yōu)化問(wèn)題，以企業(yè)內(nèi)部二級(jí)供應(yīng)鏈理論來(lái)構(gòu)建總利潤(rùn)模型，在供應(yīng)鏈利潤(rùn)最優(yōu)的目標(biāo)下研究產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的優(yōu)良性。

2 模型建立

供應(yīng)鏈視角下總利潤(rùn)的最大化不僅取決于價(jià)格、產(chǎn)量，同時(shí)受到內(nèi)部產(chǎn)品流向及資源的分配，本文引入0-1變量構(gòu)建總目標(biāo)函數(shù)，0-1變量用于內(nèi)部供應(yīng)中下游企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的問(wèn)題，在輸入變量的調(diào)整對(duì)市場(chǎng)價(jià)格和產(chǎn)量變動(dòng)的情況下可進(jìn)行靈敏度分析，從而尋求在既定價(jià)格或產(chǎn)量確定時(shí)，或在總利潤(rùn)最大目標(biāo)下的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)置、產(chǎn)量、流向，實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈的動(dòng)態(tài)最優(yōu)。

上游企業(yè)利潤(rùn)模型

下游企業(yè)利潤(rùn)模型

二級(jí)供應(yīng)鏈總利潤(rùn)模型

約束條件：

模型參數(shù)解釋：

一級(jí)企業(yè)產(chǎn)品多樣化以表示，為非零正整數(shù)，代表多種產(chǎn)品；二級(jí)企業(yè)產(chǎn)品多樣化以來(lái)表示；

產(chǎn)量為決策變量，當(dāng)價(jià)格一定時(shí)，輸入變量和決策變量，由于存在內(nèi)部供應(yīng)，下游企業(yè)除外采之外的產(chǎn)品單位成本=，固定成本為輸入變量，此關(guān)系的確立，代表著模型多級(jí)企業(yè)總利潤(rùn)存在優(yōu)化的可能性；

Lingo運(yùn)算環(huán)境下，設(shè)置0-1變量于產(chǎn)品中，當(dāng)Q等于零時(shí)代表停產(chǎn)決策；

各產(chǎn)量、價(jià)格數(shù)據(jù)均大于等于0。

3 算例驗(yàn)證d

以X市D集團(tuán)存在內(nèi)部供應(yīng)的電、鋁板塊近兩年數(shù)據(jù)測(cè)算模型的科學(xué)性，通過(guò)實(shí)際運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)和模型求解結(jié)果的對(duì)比得出結(jié)論。該集團(tuán)主營(yíng)煤電鋁三級(jí)產(chǎn)業(yè)，三級(jí)產(chǎn)業(yè)中電力產(chǎn)業(yè)作為中間產(chǎn)業(yè)既使用上游供電，又支撐本集團(tuán)鋁業(yè)板塊運(yùn)營(yíng)，還有生活、上網(wǎng)用電；近幾年鋁業(yè)由于市場(chǎng)環(huán)境的變化，造成電鋁板塊均出現(xiàn)收益負(fù)增長(zhǎng)，如圖1所示。本文重點(diǎn)以電鋁板塊為分析對(duì)象，文章在LINGO環(huán)境下，構(gòu)建二級(jí)供應(yīng)目標(biāo)函數(shù)。

圖1 近兩年經(jīng)營(yíng)數(shù)據(jù)模型驗(yàn)證比較圖

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

產(chǎn)能約束條件：

QD≤ ND;

QD-XSD-XDD-XZD-DLY×QLY＜=80 000。

電力板塊優(yōu)化模型中的變量及解釋：電的利潤(rùn)主要是在地方用電、生活用電、直供鋁廠用電和上網(wǎng)用電四個(gè)流向上的銷售收入扣除發(fā)電的完全成本，而發(fā)電成本包括固定成本、發(fā)電燃料費(fèi)和發(fā)電水費(fèi)等。

第一，定值變量主要有發(fā)電煤耗、電廠固定成本、電廠單位發(fā)電水費(fèi)和鋁液產(chǎn)品的單位耗電量。假設(shè)如下。

MD：發(fā)電煤耗(萬(wàn)噸/萬(wàn)kW·h)；GCD：電廠固定成本（萬(wàn)元）；

SCD：電廠發(fā)電水費(fèi)(萬(wàn)元/萬(wàn)kW·h)；DLY 鋁液耗電（萬(wàn)kW·h /萬(wàn)噸）。

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

PWD：上網(wǎng)電價(jià)；PSD；生活用電價(jià)格；PDD：直供地方電價(jià)；

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

第三，決策變量主要是電廠的發(fā)電總量，以QD表示。

3.2 鋁板塊優(yōu)化模型

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

LINGO環(huán)境下，具體優(yōu)化模型如下：

目標(biāo)函數(shù)：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(chǎn)能約束條件：

QLD≤NLD; 鋁錠產(chǎn)量≤產(chǎn)能

QLY≤NLY; 鋁液產(chǎn)量≤產(chǎn)能

QLZ≤NLZ; 冷軋卷產(chǎn)量≤產(chǎn)能

需求約束條件

QLB≤NLB; 鋁板帶箔產(chǎn)量≤產(chǎn)能

QLD ≤XLD; 鋁錠產(chǎn)量≤需求量

QLY≤XLY; 鋁液產(chǎn)量≤需求量

QLZ ≤XLZ; 冷軋卷產(chǎn)量≤需求量

QLB≤XLB; 鋁板帶箔產(chǎn)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(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)分析

4.1 電板塊實(shí)際運(yùn)行與模型優(yōu)化分析

優(yōu)化模型下的電板塊利潤(rùn)模型主要解決了二級(jí)供應(yīng)鏈目標(biāo)利潤(rùn)最大時(shí)的發(fā)電量和各電量輸出比例問(wèn)題。通過(guò)調(diào)研資料得到電板塊的實(shí)際運(yùn)行情況，與模型優(yōu)化情況對(duì)比得到如下結(jié)果（單位：萬(wàn)kW·h）：

由表1可知，優(yōu)化后2020年的發(fā)電量多于實(shí)際電量，直供鋁廠電量明顯減少，上網(wǎng)電量達(dá)到了最大（應(yīng)地方政策要求，上網(wǎng)電量被限制在8億萬(wàn)kW·h）。這是由于優(yōu)化后鋁液停產(chǎn)，電廠將原供鋁廠使用電量轉(zhuǎn)為上網(wǎng)電量所致。另外，雖然發(fā)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(wǎng)電量增多。因此，在發(fā)電量滿足相關(guān)需要的情況下，增加發(fā)電量使上網(wǎng)電量達(dá)到上限，可以提高電板塊收入，兩級(jí)供應(yīng)鏈達(dá)到高效止損。

表1 電板塊實(shí)際運(yùn)行與優(yōu)化后數(shù)據(jù)對(duì)比

4.2 鋁板塊實(shí)際運(yùn)行與模型優(yōu)化分析

在企業(yè)實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，由于鋁板塊一直虧損嚴(yán)重，所以優(yōu)化模型在鋁板塊各產(chǎn)品線增加了是否生產(chǎn)的0～1決策變量，來(lái)決定各項(xiàng)鋁產(chǎn)品是否要停產(chǎn)，以減少虧損或者扭虧為盈。在0-1變量中，模型考慮了產(chǎn)品在不生產(chǎn)情況下的停產(chǎn)成本。因此，在鋁板快的優(yōu)化模型中，決策變量還包括各產(chǎn)品是否生產(chǎn)，若生產(chǎn)，產(chǎn)量應(yīng)為多少。以下為鋁板塊各種產(chǎn)品利潤(rùn)及總利潤(rùn)的實(shí)際情況和模型對(duì)比情況分析。

近兩年鋁板塊各產(chǎn)品實(shí)際利潤(rùn)和優(yōu)化后利潤(rùn)對(duì)比分析。

由表2可知，鋁板塊各種產(chǎn)品的實(shí)際經(jīng)營(yíng)幾乎全部虧損，由模型優(yōu)化后，鋁錠產(chǎn)品出現(xiàn)盈利，有些利潤(rùn)雖然仍為負(fù)值，但達(dá)到了減虧的優(yōu)化目的。另外，產(chǎn)量?jī)?yōu)化如下，2020年鋁錠和冷軋卷應(yīng)停產(chǎn)，鋁液和鋁板帶可繼續(xù)生產(chǎn)，產(chǎn)量分別為3.3萬(wàn)噸和4萬(wàn)噸；由于市場(chǎng)行情的變化，2021年鋁板帶箔和冷軋卷應(yīng)停產(chǎn)，鋁錠和鋁液繼續(xù)生產(chǎn)，產(chǎn)量均為最大產(chǎn)能。

表2 優(yōu)化模型下鋁板塊各產(chǎn)品利潤(rùn)和產(chǎn)量

5 結(jié) 論

由分析可知，該算例電廠供給鋁廠的電量和電價(jià)對(duì)電廠利潤(rùn)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(chǎng)價(jià)差價(jià)不明顯，對(duì)電廠利潤(rùn)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(duì)當(dāng)?shù)鼐用裉峁┑膬?yōu)惠福利，短期內(nèi)在電價(jià)和輸出電量上不會(huì)進(jìn)行調(diào)整，因此得出模型決策的重點(diǎn)在于直供鋁廠部分。由此可得出以下結(jié)論：

電力板塊在需求范圍80 000萬(wàn)kW·h以內(nèi)，地方政策對(duì)電廠上網(wǎng)電量的限制影響了電廠產(chǎn)能的發(fā)揮和利潤(rùn)；在集團(tuán)環(huán)境允許的情況下，還原電廠直供地方、生活用電價(jià)格后，能適度提高電廠利潤(rùn)；電廠自用電量的所占比例較大，應(yīng)考慮適當(dāng)減少自用電力的浪費(fèi)；鋁液生產(chǎn)具有高耗能性且外購(gòu)電價(jià)較高，電廠應(yīng)該在滿足鋁液生產(chǎn)用電后再將剩余電量上網(wǎng)；鋁板塊中鋁板帶箔和冷軋卷的可變成本較大，虧損嚴(yán)重，從整體最優(yōu)來(lái)講，應(yīng)該及時(shí)停產(chǎn)；鋁液市場(chǎng)需求量的局限造成產(chǎn)大于銷，潛在地限制了內(nèi)供電價(jià)優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮。

綜上所述，兩級(jí)供應(yīng)鏈中產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的優(yōu)化要考慮當(dāng)?shù)卣?、產(chǎn)能限制等要素，且重點(diǎn)在于供需產(chǎn)品的價(jià)格和數(shù)量研究，內(nèi)部供應(yīng)鏈的存在決定了企業(yè)不能單純地從某一級(jí)利潤(rùn)考慮生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)，而應(yīng)從整體利潤(rùn)最優(yōu)來(lái)決策供應(yīng)數(shù)量、價(jià)格及流向。0-1變量的引入實(shí)現(xiàn)了總利潤(rùn)最優(yōu)目標(biāo)下各級(jí)供應(yīng)鏈的供需關(guān)系，為企業(yè)進(jìn)一步對(duì)各產(chǎn)品輸入變量的靈敏度分析、動(dòng)態(tài)調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)提供了科學(xué)的路徑。