远距离零部件供应商循环取货应用

王东方

(武夷学院 商学院，福建武夷山 354300)

随着我国汽车制造业的发展，精益生产模式广泛应用到国内各大主机厂，各大主机厂越来越重视零部件供应物流系统的优化。传统的供应商自送模式(DD)越来越不适应现代汽车产业发展的高要求，因此研究汽车制造企业零部件循环取货的理论，对降低汽车供应链成本、提高我国汽车制造业整体竞争能力具有重要意义。目前对于循环取货的研究集中在取货路径设计等方面。徐秋华［1］详细介绍了循环取货方式在上海通用的应用与实践，在分析供应商直接送货弊病的基础之上，介绍了上海通用汽车对整车厂周边的供应商开展循环取货模式的流程和循环取货过程中不同角色的职责，并介绍了上海通用循环取货路线设计和取货车辆参数的确定。汪金莲等［2］研究了循环取货在国内汽车零部件供应物流中的应用，建立了循环取货路径规划的模型。陈建华等［3］针对由多个供应商、RDC和制造企业组成的3级供应链的补货策略问题，基于供应链协同思想，将多个供应商按照一定规则分组，建立了循环取货模式下RDC补货的成本优化模型。通过引入线边最大库存的限制，并最小化运输、库存成本，设定了取货路径及其运行频率。王利芳等［4］以某汽车制造厂为例，对近距离零部件供应商milk-run规划及其实施进行了研究，建立了直送系统模型，并对实施效果进行分析，证明了该模式能大大提高主机厂生产效率并降低主机厂生产成本。黄爽等［5］探讨了零部件供应商分类模型，将战略供应商、技术供应商和普通供应商分别看作A类、B类、C类，介绍了B类供应商在提供变速箱、发动机等零部件时，采取看板供货方式;当B类零部件供应商的地理位置分布比较集中时，可以采取循环取货的方式进行供货，从而降低成本;当供应商不集中时，可采取供应商直送模式。Timort等［6］研究了基于循环取货模式的取货系统的参数设置，使用了事件管理、车辆管理、订单管理、产品管理、客户管理、RDC管理和GIS管理等七个模块实现实时取货，并通过实验确定相关参数。

上述关于循环取货理论和应用的研究大多局限于近距离的零部件供应商循环取货路线设计和运输车辆参数的确定等方面，对于远距离零部件供应商的循环取货理论和应用缺乏系统的研究。本文以远距离零部件供应商为研究对象，结合远距离汽车零部件供应商循环取货的特点，从供应商集并中心选址、循环取货车辆路径的设计、汽车零部件远距离供应商循环取货流程设计、循环取货信息系统的设计和商务系统规划5个环节系统规划远距离零部件供应商的循环取货，并通过W公司远距离零部件供应商循环取货的实证研究进行验证，扩展了循环取货的应用范围。

一、相关概念界定

(一)远距离零部件供应商

远距离供应商是指与主机厂的距离在300公里以上的零部件供应商，由于这部分供应商距离主机厂较远，传统的物料供应一般采用供应商直送的模式，但这种运输方式很难适应主机厂多频次、小批量的物料需求，对这部分供应商采用循环取货的方式成为必然，我国的汽车零部件供应企业在区域上具有较高的集中度，为远距离零部件供应商循环取货的开展奠定了基础。

(二)循环取货

汽车零部件的循环取货是由第三方物流企业用同一取货车辆从多个供应商处收取零部件的运作模式，当主机厂生产计划比较稳定时，主机厂按一定周期将取货的数量间接通过主机厂供应链平台或其他方式发送给供应商和第三方物流企业，供应商根据主机厂物料需求时间进行备货，第三方物流企业根据主机厂物料需求时间，结合循环取货运作时间安排循环取货。

远距离供应商的循环取货的操作包括三个阶段:第一阶段由第三方物流企业在接收主机厂生产计划的基础上进行循环取货，并将货物送至SCC(Supplier Consolidation Center:供应商集并中心)，在SCC内完成货物的重新组合或通过越库作业(Cross-Docking)将货物重新组合装车;第二阶段是将SCC的货物通过干线运输的方式送至物流优化中心［7］(LOC);第三阶段是由物流中心的运营方通过看板、序列等方式将物料送至主机厂的线边仓库或生产线。

二、问题描述及模型的建立

结合远距离供应商区域特点，远距离供应商循环取货的运作设计应以主机厂的积极推动为基础，在循环取货的设计阶段要综合考虑循环取货运作过程中可能存在的问题，并通过系统规划解决，从而保证远距离供应商循环取货的顺利实施。

针对循环取货运作过程中存在的问题，远距离供应商循环取货的设计主要包括五个环节:SCC选址、循环取货车辆路径的设计、汽车零部件远距离供应商循环取货流程设计、循环取货信息系统的设计和商务系统设计［8］。通过整体设计，在解决上述问题的同时实现远距离零部件供应商循环取货的实施。

(一)SCC选址

SCC的选址直接决定着循环取货线路的规划，进而影响整个循环取货的运作成本，所以，在汽车零部件远距离供应商循环取货运作设计过程中，SCC的选址至关重要。考虑到SCC选址属于连续点选址，本文中SCC的选址采用的方法为改进的欧几里德模型［9］，在使用改进的欧几里德模型完成SCC的初始选址后，在此基础上再根据迭代计算的方法对初始选址结果进行修正，最后结合实际情况对选址结果进行调整。

SCC选址建模时，作如下假设:

(1)循环取货的物流成本以运输费用的形式表现，而且产品的运输费用仅仅和供应商集并中心(SCC)、供应点之间的直线距离成正比例关系，而不考虑城市的交通状况。

(2)不考虑集并中心(SCC)所处地理位置不同所引起的成本差异，如土地使用费、建设费、劳动力成本、库存成本等。

记SCC到供应商点j的运费为qj，总运费为H，则有:

式中:hj为SCC到供应商j的运费费率，即每吨公里的运输费用;wj为供应商到SCC j的物量;lj为从SCC到供应商 j的直线距离，即 lj=k为将欧氏距离变为实际距离的转换因子，它依赖于区域的实际调查情况，本文设定k=1.4［10］。因此，可以将欧几里德模型选址最优评价函数表示为:

为求得总运费最小的SCC的位置，对x0、y0求偏导数，并令其为0，有:

由式(3)和式(4)可得SCC最适合的坐标为:

但是由于式(4)和式(5)中含有lj，即含有x0、y0，不能直接求出SCC的坐标，因此采用迭代计算的方式进行SCC的选址。

(二)远距离零部件供应商循环取货车辆路径设计

循环取货车辆路径的设计是典型的VRP(Vehicle Routing Problem)［11］问题，结合远距离供应商循环取货特点，采用扫描算法和递归算法分两个阶段完成对VRP问题的求解。

本文中循环取货问题描述为:SCC拥有容量为Q的车辆m辆，负责从N个供应商取货工作，第i个供应商的的货物供给量为 qi(i=1，2，…，N)，且qi＜Q，求满足需求的路程最短的车辆行驶路径。

本文中远距离供应商循环取货路径设计的思想分为两个阶段:第一个阶段是根据循环取货车辆的装载量采用扫描算法［12］对循环取货区域进行分组;第二阶段是采用递归算法［13］求解最优取货路径，首先计算每组供应商的最优取货路径，然后将各组的最优取货路径加总即为该区域循环取货的最优路径。

1.扫描算法实现循环取货区域的分组

(1)建立极坐标系:以起始点SCC作为极坐标系的原点，以任意供应商所在地和原点的连线定义为极轴正方向，建立极坐标系，然后，把网络中所有供应商所在地位置全部转换为极坐标。

(2)分组:从最小角度的供应商开始，按逆时针方向旋转，将供应商逐一并入一个组，直到供应商的供应总量达到取货车辆额定载重量，从而将循环取货区域内所有供应商进行分组。

2.递归算法求解最优取货路径

设v1，v2…vn是已知的n各供应商节点，v0为SCC，供应点vi到供应点vj的最短距离为dij(i，j=0，1，2…n)，现求从 v0出发，经过各个供应一次返回v0的最短路程。已知该SCC有某型号取货车辆K辆，单车容量为C，目标函数为:

约束条件:

式(7)是车辆容积的限制条件;式(8)表示所有的车辆必须从SCC出发然后回到 SCC;式(9)和(10)表示每个顾客有且只有一辆车服务;式(11)和(12)为决策变量。

本文中对循环取货最优路径的求解通过递归算法来实现，递归算法的原理如下:为求解规模为n的问题，设法将它分解成规模较小的问题，然后从这些小问题的解构造出大问题的解，并且这些规模较小的问题也能采用同样的分解和综合方法，分解成规模更小的问题，并从这些更小问题的解构造出规模较大问题的解。特别地，当规模n=1时，能直接得解。本文中假设SCC到各供应商以及各供应商之间的运费费率一致，则递归算法解决循环取货路径问题的步骤如下:

(1)设起始点为P0，终点为P0。中间有n个点，依次取P1—Pn作为第2个点，有n种情况，分别计算P0到这n个点的距离并取最短路径，设最短路径对应点为Pi。

(2)对剩下的n－1个点，以Pi为起点，P0为终点，则Pi和P0之间有n－1个点，重复第一步操作，计算Pi到这n－1个点的最短距离。

(3)重复以上步骤，直到将n个点全部递归。

三、远距离零部件供应商循环取货实证研究

W公司是国内一家著名的汽车制造企业，目前拥有超过2000种的国产零部件，供应商300多家，其中200余家国产零部件供应商遍布江浙沪等10省市，随着W公司产量的提升，这些零部件供应商无法满足W公司精益生产的需求。省外这些供应商的通过自己的车队运输或者是外包给第三方物流商直接对W公司供料，这在W公司的生产初期具有一定的合理性。随着W公司车型的增加、产能的提升以及精益生产的需求，省外供应商继续采用直送模式供货就不可避免地为主机厂带来混乱的物流局面，在这种形势下，W公司远距离零部件供应商循环取货项目势在必行。

(一)SCC选址

通过对W公司上海市30多家供应商供货情况的分析，适合采用循环取货模式的零部件供应商有12家(详细信息见表1)，根据W公司精益生产需求，对上海市零部件供应商循环取货的频次设定为每天一次，取货车辆为长度7.2 m飞翼车。

表1 W公司上海市供应商分布及供货情况

采用上文所用方法对W公司上海区循环取货SCC进行选址，最优点位置为东经121.39776760958904，北纬 31.14409931479452。W公司项目组成员以该最优点为基础，综合考虑仓库可得性、仓库运营成本、取货线路等因素，通过对上海区供应商分布情况的实地考察，确定上海区循环取货SCC的地址为距离该最优点1.5公里处的A物流公司，通过租用A公司仓库，由T公司完成SCC作业。

(二)循环取货路径规划

根据上文内容，结合循环取货车辆情况，采用扫描算法对上海市12家供应商分组，共有12种分组方法，具体分组情况见表2。

根据上文内容，采用递归算法对以上12种供应商的分组方法分别进行取货路线的优化并计算各组的最小取货成本，取货线路及成本见表3。

表2 上海市供应商分组表

表3 上海市循环取货线路优化表

由表3可知，最优的循环取货路线为:0－1－10－12－2－0－0－4－3－1－8－5－7－9－0－0－6－9－11－0

该最优循环取货线路的取货距离为277.25 km，最低取货成本为2772.49元。

(三)W公司上海市循环取货流程规划

远距离供应商循环取货运作涉及信息、单证、实物在主机厂、供应商、物流企业三者之间流动，流动过程必须进行系统设计，从而保证远距离供应商循环取货顺利实施。循环取货流程如图1。

(四)W公司上海市循环取货信息系统设计

主机厂、零部件供应商、3PL之间信息传递的通畅与否决定着循环取货的实施。为保证远距离零部件供应商循环取货项目的顺利开展，必须建立一套科学合理、高效的循环取货信息系统，项目团队根据循环取货信息流程，在W公司现有的ERP系统和SCM平台的基础上规划了远距离供应商循环取货信息系统架构，见图2。

图1 上海市循环取货操作流程

图2 远距离供应商循环取货信息系统架构

(五)W公司远距离供应商循环取货商务系统规划

1.零部件供应商零部件报价拆分

在W公司上海市循环取货项目的准备阶段，W公司要求各供应商将零部件报价由原来的到厂家价拆分为出厂价、物流费用、保险费用及其他费用，零部件报价拆分见图3。

图3 供应商零部件报价拆分图

2.确定出现货损或不良时的处理方式

当零部件送达主机厂或LOC后，由主机厂相关人员负责零部件的质检工作，若出现货损或零部件的不良时，首先应明确造成货损或不良的原因及责任方，确定是由于运输问题导致的货损还是者是供应商出厂时零部件就存在问题，通过主机厂、零部件供应商、3PL多方的沟通对零部件不良品进行处理，向责任方索赔，并在此基础之上进行及时补货。

3.构建系统的KPI考核体系

为了保证循环取货运作的高质量，主机厂必须构建完整的KPI考核体系以实现对循环取货的各相关方运作水平的考核。该考核体系考核对象为供应商、循环取货操作、SCC、干线运输、LOC等，考核指标共19项。表4是以循环取货流程划分的各阶段的KPI考核指标体系。

四、结论

结合主机厂精益生产需求，针对远距离汽车零部件供应商循环取货的特点，从供应商集并中心选址、循环取货车辆路径的设计、汽车零部件远距离供应商循环取货流程设计、循环取货信息系统的设计和商务系统规划等五个环节对远距离零部件供应商循环取货进行系统的研究。以W公司为例，进行实证研究，拓展了循环取货的应用范围。

表4 按循环取货流程划分的KPI指标体系

［1］徐秋华.循环取货方式在上海通用汽车的应用［J］.现代物流，2002(11):35 －37.

［2］汪金莲，蒋祖华.汽车制造厂零部件入厂物流的循环取货路径规划［J］.上海交通大学学报，2009(11):1703－1714.

［3］陈建华，帅颖.三级供应链循环取货成本优化模型［J］.武汉理工大学学报，2009(10):838 －841.

［4］王利芳，汪玉春.汽车零部件milk-run模式物流规划与实施［J］.物流技术，2010(7):154－157.

［5］黄爽，马士华.汽车制造业的供应商分类研究［J］.物流技术，2006(7):191 －192.

［6］Timort Du，F K Wang，Pu Yun Lu.A real time vehicle dispatching system for consolidating milk runs［J］.Transportation research part E:Logistics and Transportation Review in Press，Corrected Proof，2006(3):265 －272.

［7］陈飞平.Milk-run和supply hub集成策略仿真研究［J］.技术经济，2009，28(11):111 －115.

［8］堪述勇，陈荣秋.论JIT环境下制造商和供应商之间的关系［J］.管理工程学报，1998(3):46－52.

［9］鲁晓春，詹荷生.关于配送中心重心法选址的研究［J］.北方交通大学学报，24(6):110.

［10］刘飞.基于改进的重心法在配送中心选址中的应用［J］.物流科技，2009(6):19 －21.

［11］刘云忠，宣慧玉.车辆路径问题的模型及算法研究综述［J］.管理工程学报，2005，1(19):124 －128.

［12］Gillett B E，Miller L L.A heuristic algorithm for a vehicle-dispatch problem［J］.Operation Research，1974，22(2).

［13］步立新，罗文钰，冯允成.随机递归算法求解车辆路径问题［J］.系统工程理论与实践，2008(11):142－148.