4PL模式下基于時間資源調(diào)度的供應(yīng)成本優(yōu)化研究

 引言
第四方物流通過擁有的信息技術(shù)、整合能力，并且依靠優(yōu)秀的第三方物流供應(yīng)商、技術(shù)供應(yīng)商、管理咨詢以及其他增值服務(wù)商，為客戶提供獨特和廣泛的供應(yīng)鏈解決方案。隨著客戶個性化需求的不斷提高，客戶對物流服務(wù)要求也越來越高。研究4PL如何在提供供應(yīng)鏈解決方案的基礎(chǔ)上增加服務(wù)的附加價值，如考慮在提供供應(yīng)鏈解決方案的基礎(chǔ)上為客戶提供最優(yōu)的供應(yīng)方案，具有重要的意義。
目前，有學者用不同的方法對4PL進行了路徑優(yōu)化研究。但現(xiàn)有的研究只單純追求物流方案的時間最短或成本最低，如文獻[1]研究了第四方逆向物流資源的優(yōu)化配置，以時間最短、成本最低為兩個優(yōu)選目標，然后用分配權(quán)重的方法將多目標問題轉(zhuǎn)化為單目標問題求解；文獻[2-3]建立了4PL路徑問題的數(shù)學模型，但是沒有考慮時間窗；文獻[4]考慮了帶有時間窗的4PL路徑問題，并采用和聲搜索算法進行求解；文獻[5]針對帶有時間窗約束的4PL路徑優(yōu)化問題，設(shè)計了兩階段算法，求解出符合客戶時間窗要求的，成本最低的物流方案；文獻[6]為了滿足客戶對配送時間的要求，同時實現(xiàn)物流運輸成本最小，建立了帶有時間窗的4PL路徑優(yōu)化問題的0-1整數(shù)規(guī)劃模型，采用 CPLEX軟件分別求解了7節(jié)點、15節(jié)點和30節(jié)點的算例，并驗證了模型的有效性。
綜上所述，現(xiàn)有的4PL路徑優(yōu)化研究只限于考慮物流運輸環(huán)節(jié)的時間和成本因素。然而，單純的最優(yōu)物流方案不一定能有效幫助供應(yīng)商實現(xiàn)降低供應(yīng)成本的目標。為了提高4PL服務(wù)的客戶滿意度，增加服務(wù)的附加價值，本文提出綜合考慮供應(yīng)商的生產(chǎn)環(huán)節(jié)和4PL提供物流服務(wù)的環(huán)節(jié)，在生產(chǎn)訂單時間限制下，根據(jù)供應(yīng)商提供的生產(chǎn)時間窗，由4PL服務(wù)商提供運輸時間對應(yīng)的最優(yōu)物流方案，建立模型得到生產(chǎn)時間和物流時間的最優(yōu)組合，使得客戶的總供應(yīng)成本最低?；诖搜芯?PL能真正實現(xiàn)從系統(tǒng)的角度為客戶提供最優(yōu)的供應(yīng)鏈解決方案，該研究對4PL創(chuàng)造附加價值、提高客戶滿意度有一定的借鑒意義。
1 供應(yīng)成本優(yōu)化
1.1 供應(yīng)成本與生產(chǎn)時間和運輸時間的關(guān)系 文獻[7]分析供應(yīng)成本與供應(yīng)時間的關(guān)系，得出供應(yīng)時間與供應(yīng)成本的關(guān)系如圖1所示，t0為最小供應(yīng)時間。得出結(jié)論：在效率約束相同的條件下，以及一定時間范圍內(nèi)，供應(yīng)時間延長，供應(yīng)成本降低。
借鑒以上結(jié)論，研究在供應(yīng)時間t限定的情況下，供應(yīng)成本C與生產(chǎn)時間ta和運輸時間tb的關(guān)系。
供應(yīng)成本函數(shù)：C=Cp（ta）+Ct（tb）+Cn
其中，C為供應(yīng)成本是供應(yīng)時間ta和運輸時間tb的函數(shù)，Cn為其他與供應(yīng)時間無關(guān)的成本。
Cp（ta）為生產(chǎn)成本函數(shù)，有■？燮0，■？叟0，即生產(chǎn)成本是生產(chǎn)時間的減函數(shù)，其邊際遞增，Cp和ta的關(guān)系同圖1中C和t的關(guān)系。可理解為在一定范圍內(nèi)，生產(chǎn)時間短，意味著該產(chǎn)品生產(chǎn)級別優(yōu)先，生產(chǎn)成本加大，如需要加班，付出額外的加班費用。
Ct（tb）為運輸成本函數(shù)，有■？燮0，■？叟0，即運輸成本是運輸時間的減函數(shù)，其邊際遞增，Ct和tb的關(guān)系同圖1中C和t的關(guān)系。可理解為在一定范圍內(nèi)，供應(yīng)時間越長，運輸工具和運輸路線有更多的選擇，成本減小。
供應(yīng)商接收的訂單供應(yīng)時間是限定的，所以生產(chǎn)時間和運輸時間互相約束，通過建立以下模型來平衡生產(chǎn)時間和運輸時間，使供應(yīng)成本最小。
1.2 時間資源調(diào)度模型 為構(gòu)建數(shù)學模型，先做如下假設(shè)：
①訂單時間t等于生產(chǎn)時間ta和運輸時間tb之和。
②供應(yīng)商發(fā)揮最大生產(chǎn)能力的生產(chǎn)時間為ta0，正常生產(chǎn)時間為ta1，最短運輸時間為tb0， 訂單時間t？叟ta0+tb0。
推演模型所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：
如果tb0>t-ta1，則可得出運輸時間窗為[tb0，t-ta0]
如果tb0？燮t-ta1，則可得出運輸時間窗為[t-ta1，t-ta0]
還需要得到運輸成本和運輸時間的關(guān)系數(shù)據(jù)，借用文獻[5]中的方法，在運輸時間窗約束下選取符合第三方物流供應(yīng)商信譽以及運載能力等約束條件的費用最小的配送方案。此時應(yīng)該對文獻中數(shù)學模型的（3）式中約束上限和下限變動為運輸時間窗分段區(qū)間的上下限。
基于以上數(shù)據(jù)，模型如下：
t為訂單要求供應(yīng)時間，ta為供應(yīng)商生產(chǎn)時間，tb為運輸時間。
minC=Cp（ta）+Ct（tb）+Cn（1）
s.t.ta+tb=tta？叟ta0tb？叟tb0
如果ta0+tb0=t，則ta=ta0，tb=tb0
如果ta0+tb0由式（2）解得ta，tb的值。
2 實例分析
某機械零件生產(chǎn)商產(chǎn)品銷往世界各地，例如其中的某個訂單要求供應(yīng)時間為22天，該生產(chǎn)商的最低生產(chǎn)時間為15天，正常生產(chǎn)時間為19天，最短運輸時間為3天。故得出需要的物流運輸時間窗為[3，7]，生產(chǎn)商生產(chǎn)時間與成本的關(guān)系如表1所示。
4PL服務(wù)商采用文獻[5]中的方法，在時間窗約束下選取符合第三方物流供應(yīng)商信譽以及運載能力等約束條件的費用最小的配送方案，此時應(yīng)該對文獻中的式（3）的約束上限和下限變動為如下表2所示各個方案的時間區(qū)間。如表中要得到方案1，則令文獻（3）式中a=2.5，l=3.5，得到方案1的最低運輸成本為5萬元，依此得到各方案的最低運輸成本數(shù)據(jù)如表2所示。
由于ta0+tb0故最優(yōu)供應(yīng)方案是生產(chǎn)時間16天，運輸時間6天，此時最低供應(yīng)成本C=82.4萬元。4PL服務(wù)商為供應(yīng)商提供此最優(yōu)供應(yīng)方案，指導(dǎo)整個訂單的生產(chǎn)和運輸過程。
從本實例中可以分析出，如果4PL只是考慮物流環(huán)節(jié)的最優(yōu)方案，那么從整個供應(yīng)過程考慮供應(yīng)成本可能將會升高。
3 結(jié)論
現(xiàn)有4PL優(yōu)化研究以物流任務(wù)的完成時間最短和成本最低為目標進行物流資源的優(yōu)化配置，或者以時間窗限制下成本最低為最優(yōu)物流方案。但是結(jié)合客戶的物流需求的上一環(huán)節(jié)，單純考慮物流方案最優(yōu)未必為客戶提供了最優(yōu)的供應(yīng)方案。本文提出4PL在現(xiàn)有水平上為顧客增加附加價值，從系統(tǒng)的角度考慮客戶的整個供應(yīng)活動，合理調(diào)配生產(chǎn)時間和運輸時間，尋求總供應(yīng)成本最低。本文建立了生產(chǎn)時間和運輸時間的調(diào)配模型，并通過實例分析得出模型的有效性和正確性。但本文還有很多不足之處需要進一步完善，如本文中對于生產(chǎn)成本和生產(chǎn)時間及運輸成本和時間的關(guān)系，只是定性的參考了前人的研究結(jié)果，沒有進行嚴謹?shù)亩垦芯浚槐疚牡挠^點只適用于客戶是生產(chǎn)制造企業(yè)的情況，有一定的局限性等，這些問題都是有待以后進一步研究的。