单元化思想在供应链系统中的正和博弈

摘 要：文章按照单元化思想与供应链管理的逻辑联系，将供应链系统构建的主要层级分为供应链系统中的单元化、物流系统中的单元化、单元化物流与数字技术三个梯度层级。国内外学者对于供应链管理层面以及物流系统优化领域进行了长达百年的研究，过往文献主要是基于闭环供应链、单一物流系统的研究。2020年新冠肺炎疫情之后，国家大力推进新基建、数字经济等新的经济增长点，这也为打通供应链系统、物流系统以及数字技术融合物流技术等研究范畴打开了思路。文章首先对供应链管理中资金流、物流与信息流相互之间联系、单元化技术的应用以及单元化物流系统的概念、构建领域重点进行了分析，其次搜集并整理国内外关于供应链发展演变、集装单元技术、单元器具标准与分类、物流系统流程、数字技术等的相关文献资料，最终分析得出未来供应链系统发展的核心在于数字物流系统的构建，而构建数字物流系统的核心环节则是单元化物流思想，包括物理单元与数据单元，宏观上构建表达为实体物流系统与虚拟物流系统。

关 键 词：供应链;物流系统;单元化物流;数字技术;数字物流

中图分类号：F252.24 文献标识码：A 文章编号：2096-7934（2020）08-0035-11

一、供应链管理中的单元化思想

供应链（supply chain）的概念最早源于20世纪80年代，由美国哈佛商学院著名战略学家Michael Porter在《竞争优势》中提出。他将企业内外价值增加的活动区分为基本活动和服务活动，包括内部物流、生产作业、外部物流、市场和销售与售后服务在内统称为基本活动;而将采购管理、技术开发、人力资源管理、基础设施管理等活动归类为服务活动。企业价值链就是由基本活动和服务活动两大结构构成的，价值链的确定对于现代以及未来供应链管理研究打下了坚实的基础，包括协同供应链、透明供应链、绿色供应链、服务供应链以及数字供应链，都建立在价值链概念的基础之上。

1996年，美国供应链专家James Womack、Daniel Jones 通过阐述了精益管理、针对生产方式提出了相关精益系统理论，价值链（value chain）从单一概念进一步被具像化地拓展为价值流系统。价值流系统的出现可以进一步解释人类社会化大生产中存在的一切活动，利用系统化的理论和逻辑进行分析使得后续对供应链以及物流系统结构研究变为可能。当今国际学术界针对价值流讨论范畴不再是简单供应链以及供应链中物流环节的价值流，还增加了资金流和信息流两大要素。企业内部生产、企业与企业之间供需关系，跨国之间的贸易及资金流转都是现代价值流的重要组成部分。综上，一个完整的价值流应当包括增值和非增值两类活动，供应链上下游各环节间的信息交互，物料运输，生产规划以及从原材料到产品的物质形态转换过程等。工厂生产商品到分发到消费终端所包括的全部物料流动和信息流动过程（如图1所示）。

根据现代供应链范畴的定义，供应链是由供应商、制造商、仓储与配送中心、渠道商、服务商等构成的物流網络。单一企业可能构成这个网络的不同组成节点，但大多数情况下，往往是由不同类型的企业构成这个网络中的不同节点，承担不同功能。围绕一家核心企业，通过对物流、资金流、信息流三大要素的科学控制和实时数据监测，从产品原材料采购环节开始，加工制造成品，拆分包装形成最终产品并通过仓储与配送环节实现物流系统规划，最终由经销商投放市场并到达终端用户手中，以上这个线性流程，包括供应商、制造商、物流服务商、经销商、最终用户诸多要素的复杂网络链状结构模型，即传统的供应链模型。

在供应链管理范畴中，H.I.Ansoff（1965）提出“供应链协同作用”一直是学术界研究的热点问题。伴随着全球化经济发展，标志性事件是集装箱的出现，有效提升了供应链上下游高度协同性和系统性，更为关键的是集装箱的标准化奠定了全球供应链以及物流系统标准化的核心基础。托盘（pallet）作为供应链系统中体积最小且应用最广的物流单元，针对供应链系统结构提升以及运作效率优化领域将会发挥巨大作用。国内一批先进专家始终在思考如何将单元化思想贯彻进传统物流操作流程之中，2009年3月我国《物流业调整和振兴规划》中也明确了“物流标准化体系建设”的政策路线及发展方向。而物流流程中前后两端的装卸部分则是最能体现物流标准化优势的环节。经过北京帕莱特技术研究中心、北京科技大学物流研究所的调研数据分析：针对标准化托盘循环共用的大力推广，可以在物流的运输与装卸流程中，节约八成以上的时间与空间成本。

单元化思想在中国最早是北京科技大学物流研究所所长吴清一教授连同北京科技大学物流工程博士吴菁芃提出的，其重要意义不单是在供应链以及物流学术界完善并提升了集装单元、物流标准化的基本思想，在企业应用角度，特别对于跨国公司、全球贸易扩大化的服务产业领域具有快速“降本增效”的实际作用，在供应链体系内完成构建单元化物流系统，会使得供应链各个环节的物品、资金、信息三要素的周转率得到大幅度地提升，从时间、空间不同领域直接降低成本。这也使得单元化思想在生产环节和物流环节中产生了比较广泛的应用，也正是单元化思想不断发展，单元器具作为整合供应链、提高物流效率，实现供应链协同的重要工具和手段。根据发达国家统计数据显示：建立托盘循环共用系统可节约三成以上的托盘冗余。按照我国传统物流的一般作业流程计算，供应链系统中的上下游企业若实现包装与托盘、料箱的循环共用，可大幅减少物流系统中的重复劳动以及明显降低时间成本，最终为生产制造企业、物流服务企业节约近四分之一的成本。根据世界银行的理论：一个国家供应链系统的强弱将决定其对外贸易的增减，进而决定经济发展的速度。综上所述，单元化思想在整个供应链管理中存在十分重要的经济价值和社会价值。

首先，以集装单元为供应链及物流作业的基本单位，可以大幅减少重复堆码、装卸、搬运等低效劳动环节，简化出入库货物盘点流程的同时降低差错率。一旦供应链中物流系统效率大幅提升，供应链系统的运行速度就会成倍加快，这对于供应链上下游的企业抢占市场、快速铺货补货以及后续增值服务、战略转型发展等都具有重要战略意义。

其次，以集装单元器具为基础的货物单元最适合配合叉车以及货架成套使用，增加货物堆码高度、提高仓库空间利用率减少占地面积，这对于供应链整体成本控制有着重要意义。同时单元器具标准化推进会有效降低物流系统中倒装的时间成本和空间成本，有效缩短货物在供应链中停留的时间，进而稳定控制供应链库存状态与运输流程，有利于经济效益最大化原则的实现。

最后，通过集装单元器具的标准化、系统化改良，进而推动整个物流系统运作流程等标准化，使现代物流系统中每一个环节实现无缝连接，可以大幅提高物流系统运作效率。从供应链系统的角度分析，特别是在供应链的整体运行中，通过单元器具标准化实现供应链核心连接，进一步由数据采集完成资源和信息的共享，最终实现供应链环节的多方协同。这对于未来供应链立体网络结构的架构优化与功能完善都会起到极大作用。

二、单元化物流概念与单元化物流系统

吴清一和吴菁芃（2012）提出的单元化物流概念，强调了单元化物流在物流系统中的规格化、标准化特点，并且明确指出了单元化物流系统要从一而终直接贯穿于物流系统甚至是供应链系统全部环节，从系统开始运行的一刻起直至系统最终截止运行为止，供应链及物流各个环节的作业都是标准的单元形态。在供应链未来立体架构之中，即供应链的单一或多个环节，单元化物流系统构建程度越高，供应链系统获得的优化效果越明显。而在单元化物流系统中，核心地位的单元化技术应用会带来物流系统中物品的单品设计、制造与包装、储存与搬运、车辆与运输，分拣与配送等一系列变革，贯穿物流运作全过程，这是单元化物流的本质特征。那么站在供应链管理流程的角度，提升物流系统工作效率和降低生产和物流成本才有可能最终实现。单元化物流是从现代物流系统中的“物”入手，按照单元化思想进行标准化的规范，让千奇百怪的物流作业对象变成标准单元，最终实现物流系统中“分、合、搬、运、存”五大作业流程的标准化和连续性，整个物流系统的效率必然得到提升，单元化物流系统中引入数字技术和计算机技术，将物理单元赋予数据单元的特殊意义，进一步讨论物理单元与数字单元的超维度融合，将是未来单元化与物流、供应链甚至跨界到任何行业的突破点。

2013年，吴清一教授、吴菁芃博士等物流与供应链领域专家正式提出单元化物流概念，并进行了全面系统的系列论述，首次将单元化物流以系统的概念与供应链管理中物流流程的概念进行结合，单元化物流的存在意义，是为了实现物流系统作业的高度机械化、无人化甚至是数字化，最终提高供应链中物流系统运行的作业效率，并以物流系统为核心系统带动资金系统和信息系统的效率及价值提升。单元化物流是单元化思想在物流系统中的具体应用，单元化思想是一个非常重要的思想，在各个领域的应用都会带来革命性的影响。如单元化草坪技术带来了草坪领域的革命，可以把草坪种在托盘上，草坪可以在货架上维护，很短时间可以用托盘式模块化草坪拼出一个标准的足球场草坪;单元化思想在制造业应用，带动了模块化制造的革命，推動了制造业变革;单元化思想在建筑业应用，推动了模块化建筑发展，单元化建筑模块可以在生产车间生产线上制造，在建筑现场可以按照模块组合拼装建筑住房和高楼，带来了建筑业革命;等等。

集装箱和托盘作为物流系统中最为主要的单元器具，在物流系统不断发展的历史中扮演着愈发重要的角色。集装箱主要应用于航海运输等干线物流，特别是在国际运输以及跨区域干线运输场景中发挥不可忽视的作用，集装箱具有高容纳性、标准化装载能力、保护货物和监测数据的能力。特别是经过集装技术的组合，集装箱更加方便货物装满和卸空流程。集装箱广泛应用于干线物流的集装箱跨洋过海往来于各国之间，其规格已经统一，受到国际公认。托盘作为最基础的物流系统单元器具，可以说是供应链及物流系统中的活跃细胞。目前我国在吴清一教授主导之下，虽然已经制定了托盘相关国家技术与质量标准，但是面对现存的品种、质量、规格参差不齐的托盘，单元化物流系统的顺利推进仍面对一系列问题。通过构建以托盘为最小货物单元的实体物流单元，添加芯片传感器从而即时获取信息的虚拟数据单元，两种单元器具经过一定数字技术实现有序合一，这就构建出了数字物流系统（单元化物流系统的最高形态），这其中可能涉及材料收集、产品设计、工业生产、商业流通、售后服务等环节（约占90%以上）;所以，托盘标准的设计、使用以及托盘调度、分配、路径规划模型、托盘共用系统数字平台的算法设计等系列课题是构建单元化物流系统的核心课题。

托盘共用系统要为社会上所有的企业需求服务，托盘作为最具代表性的单元器具，大量快速地在供应链中不同环节之间不停流转，所以必须率先妥善解决托盘所有权和管理问题。既然单元化物流必须解决集装器具的回收与循环使用的问题，那么单元化物流系统的构建则必须依托在托盘为首的单元器具实现快速回收与高度循环使用的基本条件下，供应链各个环节才能够顺利运行。托盘作为最具代表性的集装器具，在我国托盘共用系统的建立是涉及单元化物流的发展和物流现代化的重要课题。基于数字化技术的托盘共用系统模型研究，主要是将数字技术与托盘共用系统模型进行交叉结合，所得数据上传至系统平台进行计算与分析（如图2所示）。

在常规物流领域，单元化物流的渗透程度对于整个供应链体系架构的影响至关重要。现代物流系统中交接货物、运输商品的一系列环节中，单元化物流系统的构建能够有效降低人工成本，快速搜集分析信息数据，实现无延时的信息流提升物流系统任意环节的安全性和准确性。通过有效地减少对仓储与配送资源的占用，提升作业效率，降低物流成本，而且单元器具对物品起到了保护作用，极大地降低了物流作业中的货损，这在生鲜蔬果等易损易耗产品的物流领域，具有重大经济效益。而在军事物流和应急物流领域，通过构建单元化物流系统，不仅可以简化传统物流流程包括集货、装箱、搬运、配送等;特别是在不同环境要求下，单元化物流系统可以精准快速地确定货物属性，通过数字技术手段了解货物的即时情况，未来使我国在全球供应链战略布局中占尽先机。

三、数字经济时代下的单元化发展

自2016年开始连续三届全球G20峰会，数字经济都作为其中最核心的议题被多国提出。根据中国信息通信研究院（CAICT）的相关调研数据，2020年中国数字经济总体规模预计有望突破45万亿人民币，数字经济在疫情之后将成为中国经济发展的新动力，我国也迎来从“两化融合（工业与信息）”时代全面向“数字和实体融合（经济层面）”的产业战略转型。我国的经济形态从2000年到2020年，通过不断调整已经实现了经济动能的新旧型态转换，GDP发展日趋稳定。特别是在2020年新冠肺炎疫情暴发之后，中国未来经济发展的新动能将大概率取决于我国“新基建”衍生基础之上的数字经济产业实际增长量。数字经济稳定快速的发展，成为我国战胜新冠肺炎疫情的强大支撑力量，这也正是我国经历疫情之后，仍然对国内经济未来发展持乐观态度、我国保持GDP增长趋势持续稳定的判断基础。

2019年全球数字经济规模总量排名，美国遥遥领先于数字经济规模，达到12.34万亿美元，占全球数字经济的40.9%。中国位居世界第二，数字经济规模为4.73万亿美元，与美国相比略有差距。但是通过本次疫情，中国数字经济发展速度有望猛增，进入落地快跑阶段。欧盟国家数字经济总规模接近1万亿美元，位居第三。根据全球数据规模总量的统计数据结果进行分析，人类进入数字经济时代，其中最明显的标志是数据成为和资本、土地并列的核心生产资料。同时，在满足新摩尔定律约束条件之下，预测2025年全球数据规模总量将达到170泽比特（ZB），是2000年的0.1泽比特的1700倍。

吴菁芃和吴清一（2018）联合提出了数字物流的概念，这个全新的概念强调数据（数字单元）作为人类未来最主要的生产资料。吴菁芃（2018）将数字物流看作是一个信息流、资金流和物流全部数据化的全新系统，换言之，未来全供应链的一切活动流程其实就是以数字形式展现到智能终端并最终影响改变现实世界的一个循環过程（如图3所示）。

吴菁芃和吴清一（2018）提出，数字物流系统源于实体物流，物理世界的实体物流是构建数字物流系统的基础。数字物流系统的构成，包括两大因素：一是现实世界的实体物流系统，二是网络世界的虚拟物流系统，实与虚两个维度通过数字相连接、相作用，最终形成数字孪生整体（Digital Twins）。综上，构建数字物流系统一般分为两种情况：一是从无到有，在建模开始利用全新的模型、算法搭建全新的数字物流系统;二是从一到万，即对原有物流系统进行数字技术融合，通过对原有物流系统进行改造，将物流标准化和单元化物流的基本原则通过技术手段嫁接，最终实现物流系统内部各个环节之间匹配协调统一的平衡局面。因此，未来数字物流系统中的数字单元相对于现代物流系统中的物流单元，又被赋予了全新的内涵和外延：第一，数字供应链是一个以数字单元为基础的平台模型，它可以获取并最大程度地利用全渠道即时数据迭代更新产生价值;第二，根据全球数据规模总量的统计分析，在新基建全面开始发展的数字经济时代，数据已经成为和资本、土地并列的最核心的生产资料，必将产生巨大的经济价值;第三，未来全开放式单元化系统将充分利用数字技术，通过提供网络平台服务，真正实现单元器具的共享共用，真实、有效提升物流效率;第四，开放式单元化系统将产生海量数据，对于实现物流与供应链的模拟仿真、远程优化，从供应链动力设计层面优化整条供应链（如图4所示）。

四、多维融合的单元化体系

自从Michael E. Porter（1985）提出供应链管理的定义至今已经过去34年，虽然相对其他传统学科时间尚浅，但是伴随着世界总数据量满足摩尔定律的快速增长，传统供应链已不能满足新经济、新技术和客户的新需求。资产驱动的传统线性供应链正在转化为技术驱动的动态网格数字化供应链。供应链企业要成为数据企业是一个大趋势。诸如埃森哲、IDC、德勤等数据驱动公司指出运营模式的转型是数字企业成功的基础，尤其是数字化供应链成功的基础。美国数字供应链研究院 （DSCI）研究结果表明，传统的线性供应链正在转化为数字化供应链。

数字化供应链的核心是数字物流，那么初步建立物流系统则是构建数字化供应链的起点。数字物流系统相关的数学模型仅仅是对现代物流系统进行了数字化的相关描述，对于数字物流系统的构建还有很重要的一个因素，就是要建立数学模型即实现虚拟物流系统和实体物流之间的双向信息交流渠道，使两个部分相互融合并不断彼此更新，成为一个有机统一的整体。首先要以实体物流为对象进行数据采集，并且实时地传递给虚拟系统。比如目的物体的位置信息，在运输过程中的到达地点或者存储货架的货位等和状态信息，温度、湿度、是否破损等。

数据采集与传输要依赖于传感技术和多种传感器。传感技术和传感器的合理应用，是构建数字物流系统必须重视的技术内容。那么物联网硬件的准确应用就是必然手段，在物联网硬件中，传感器是获取自然和生产领域中信息的最主要技术之一，也是当前电子信息产业研究最深、应用最广的硬件设备。一般物流系统中使用最广的传感器包括测定温度、湿度、压力等参数的传感器，特别是条码、二维码和相应的扫码器以及射频技术（RFID）与相应装置，都是已经普遍使用的数据采集技术。

数据传输技术也就是通讯技术，在网络时代，无论是有线或者是无线的信息传输技术，包括卫星定位技术（GPS）都已经普遍应用。目前也有一种具有通讯功能的传感器，称为智能传感器。智能传感器是模拟人的感官和大脑的协调动作的一个相对独立的智能单元，它依靠软件帮助可以使传感器的性能大幅度提高。未来供应链中对于数字单元的基本要求是具备ICT功能，即通过网络以数据流形式进行信息传播进而作用于实体物流系统，这也是未来AI智能化传感器核心体征之一。AI智能传感器通过5G甚至更快速网络环境，能够实现即时测试数据传输或接收指令来实现供应链系统中的各项数字与实体功能切换和控制。

在數学模型基础之上建立的虚拟物流系统本质上是由数字元素所组成的实体物流的映象，是和计算机世界本质元素融为一体的。也就是说，计算机世界或者网络时代的所有新技术和新的发展成果都可以无障碍地在虚拟物流系统中应用并发挥作用。物联网、云计算、雾计算、大数据、区块链、以太坊、软件定义网络SDN、AI及5G等令人目眩神迷的数字技术，实际上都是超高级的数字游戏，是实现现实系统和虚拟系统交互融合的必要技术手段。

数字技术在虚拟物流系统中的应用，实际上是数字家族成员之间的交流与合作，全面有效地应用最新数字技术（ICT技术）是构建数字物流系统的核心内容和研究重点。基于虚拟物流系统的设计、运算、分析最终所得结论，再通过数字孪生等融合系统反馈到实体物流系统层，最终解决实体物流系统中已存在或将要发生的问题，使系统达到最优化的运行状态。无论是管理层还是作业层，在虚拟物流系统的作用下，实体物流都会发生显著的改变，即使是物流技术装备，为了适应数字物流的发展也将提高智能化水平。扁平化的物流管理系统、智能化物流技术装备将随着数字物流的发展得到普遍运用（如图5所示）。

关于未来多维度融合的发展趋势，笔者认为主要分为三个层级来概括：第一层级，构建数字物流系统（全新系统与升级改造系统），通过仿真技术进行验证和试验运行，使其逐步优化达到理想状态;第二层级，进一步建立数学模型即虚拟物流系统和实体物流之间的双向信息交流渠道，使两个部分相互融合，成为一个有机统一的整体;第三层级，虚拟系统层面进行预测、分析和决策，再通过双向通讯系统反馈给实体物流，从而使供应链不断进化和改善，达到最优运行状态。

五、总结

未来，供应链从一维线性架构进化为多维立体架构的发展趋势是必然的，单元化物流系统能够很好地匹配供应链立体网状结构。在高速网络发展背景下，通过网络平台的优化，利用基础物流技术与数字技术将单元化物流、数字物流等理念在整个物流系统中实现集成或链式融合的相关应用，核心强调单元化以及标准化对物流系统构建的逻辑价值和模型算法，而绝非仅局限在单元化集装器具或者技术模块本身。无论是在实体物流单元构成的单元化化物流系统中，还是虚拟数据单元构成的单元化物流系统平台上，单元化理念的普及仍是核心中的核心。单元化思想的推广以及结合5G网络、物联网技术硬件的快速落地，在新基建政策下加成数字技术的融合应用，借助开放式单元器具数字系统产生的海量数据，通过建立融合化的单元器具平台，在供应链以及现代物流中全部工业和服务流程进行对应的数据储存、计算和分析，实现物流与供应链的预测和优化，最终协助企业制定物流及供应链优化方案，降低运营和资本支出，以及降低不确定性风险与供应链决策，将供应链管理的核心从人脑为主，上升到人机交互为主的全新局面。

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