内部供应链视角下二级供应产品结构优化研究——以传统电铝产业为例

张先腾 （江苏联合职业技术学院徐州经贸分院，江苏 徐州 221000）

0 引 言

为适应社会经济的高质量发展要求，政府和企业越来越重视能源的可持续发展以及环境保护。产品结构的优化既能有效解决资源的盲目投入又能促进企业生产的良性发展，在双碳目标的背景下，传统型企业的规模生产优势不再明显，高耗能项目也在不断改良或陆续被取缔，类似于农产品加工、纺织服装、建筑工程制造、能源开发与供应等传统内部供应型企业的产品结构亟需产品结构优化或流程再造。

1 概念界定

1.1 内部供应链

内部供应链是对企业内部模块核心竞争力的整合，早期的研究将企业内部供应链等同于企业内部制造链，即企业内部物料供给或传送的流动过程。目前较新的研究多把企业内部供应链看作企业内部市场化的必然结果，将市场化机制运用到企业内部，即存在于企业内部产品生产和流通过程中所涉及的原材料供货商、生产商、储运中间商、零售商以及最终消费者等多方组成的供需网络，而企业内部供应链的概念局限于单个企业内部，强调的是企业内部市场、销售、计划、制造和采购等部门之间的协调，可以看作是外部供应链的缩小化。

1.2 产品结构优化

产品结构优化是通过调整产品结构，扬长避短、扶优限劣、有取有舍地进行筛选，使各产品实现协调发展，以相同数量的投入为企业取得最大的经济效益，要求企业对现有产品的盈利水平、产品所处的寿命周期阶段以及产品对市场的适应程度等问题进行分析，合理确定现有产品的取舍，并对其进行限制或淘汰，从而使企业产品结构达到最佳水平的过程。

本文认为产品结构优化是多目标或者一个组合优化的问题，在既定产品组合的基础上，在经营利润最大化的前提下通过资源的优化组合，综合考虑成本、时间和资源等因素的影响，协调产品结构或淘汰不合时宜的产品，优化生产线设置、产量、供应量、传导方向等。在对产品结构进行分析时，以产品利润作为目标函数，以一些影响产品利润的产量、价格等因素作为自变量，可得到：=（1,2,3...）。在这个函数中，通过分析影响产品利润的主要自变量及对目标利润的灵敏度分析，从而得到影响产品利润的产品结构。

本文从整体角度来考察产品结构的优化问题，以企业内部二级供应链理论来构建总利润模型，在供应链利润最优的目标下研究产品结构的优良性。

2 模型建立

供应链视角下总利润的最大化不仅取决于价格、产量，同时受到内部产品流向及资源的分配，本文引入0-1变量构建总目标函数，0-1变量用于内部供应中下游企业产品生产结构的问题，在输入变量的调整对市场价格和产量变动的情况下可进行灵敏度分析，从而寻求在既定价格或产量确定时，或在总利润最大目标下的产品结构设置、产量、流向，实现供应链的动态最优。

上游企业利润模型

下游企业利润模型

二级供应链总利润模型

约束条件：

模型参数解释：

一级企业产品多样化以表示，为非零正整数，代表多种产品；二级企业产品多样化以来表示；

产量为决策变量，当价格一定时，输入变量和决策变量，由于存在内部供应，下游企业除外采之外的产品单位成本=，固定成本为输入变量，此关系的确立，代表着模型多级企业总利润存在优化的可能性；

Lingo运算环境下，设置0-1变量于产品中，当Q等于零时代表停产决策；

各产量、价格数据均大于等于0。

3 算例验证d

以X市D集团存在内部供应的电、铝板块近两年数据测算模型的科学性，通过实际运营数据和模型求解结果的对比得出结论。该集团主营煤电铝三级产业，三级产业中电力产业作为中间产业既使用上游供电，又支撑本集团铝业板块运营，还有生活、上网用电；近几年铝业由于市场环境的变化，造成电铝板块均出现收益负增长，如图1所示。本文重点以电铝板块为分析对象，文章在LINGO环境下，构建二级供应目标函数。

图1 近两年经营数据模型验证比较图

3.1 电力板块目标函数：ED=(PDD×XDD+PSD×XSD+PWD×(QD-XDD-XSD-XZD))-(GCD+(MD× PXHM+SCD)×QD)

产能约束条件：

QD≤ ND;

QD-XSD-XDD-XZD-DLY×QLY＜=80 000。

电力板块优化模型中的变量及解释：电的利润主要是在地方用电、生活用电、直供铝厂用电和上网用电四个流向上的销售收入扣除发电的完全成本，而发电成本包括固定成本、发电燃料费和发电水费等。

第一，定值变量主要有发电煤耗、电厂固定成本、电厂单位发电水费和铝液产品的单位耗电量。假设如下。

MD：发电煤耗(万吨/万kW·h)；GCD：电厂固定成本（万元）；

SCD：电厂发电水费(万元/万kW·h)；DLY 铝液耗电（万kW·h /万吨）。

第二，输入变量包括上网电价、生活用电价格、直供地方电价、生活用电需求量、直供地方用电需求量和电厂生产自用电量等。此部分为后期灵敏度分析的主要变量值，假设如下（万元/万kW·h）。

PWD：上网电价；PSD；生活用电价格；PDD：直供地方电价；

XSD：生活用电需求量；XDD：直供地方用电需求量；XZD：电厂生产自用电量。

第三，决策变量主要是电厂的发电总量，以QD表示。

3.2 铝板块优化模型

铝板块主要生产四种产品，分别为铝液、铝锭、铝板带箔和冷轧卷。受双碳目标和亏损现状的影响，对各产品引入0-1变量。具体关系如下：铝利润=铝锭价格×铝锭的产量-（铝锭固定成本×0-1变量+（铝锭可变成本+铝液价格）×铝锭产量-（1-0-1变量）×铝锭停产成本+铝液价格×铝液产量-（铝液固定成本×0-1变量+铝液可变成本×铝液产量）-（1-0-1变量）×铝液停产成本）；铝板带厂主要是冷轧卷的销售收入扣除其生产成本，关系公式如下：铝板带厂利润=冷轧价格×冷轧产量-（冷扎固定成本×0-1变量+冷轧可变成本×冷轧产量）-（1-0-1变量）×冷轧停产成本；四方铝业主要产品是铝箔，所以有四方铝业利润=铝箔价格×铝箔产量-（铝箔固定成本×0-1变量+铝箔可变成本×铝箔产量）-（1-0-1变量）×铝箔停产成本。

LINGO环境下，具体优化模型如下：

目标函数：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

产能约束条件：

QLD≤NLD; 铝锭产量≤产能

QLY≤NLY; 铝液产量≤产能

QLZ≤NLZ; 冷轧卷产量≤产能

需求约束条件

QLB≤NLB; 铝板带箔产量≤产能

QLD ≤XLD; 铝锭产量≤需求量

QLY≤XLY; 铝液产量≤需求量

QLZ ≤XLZ; 冷轧卷产量≤需求量

QLB≤XLB; 铝板带箔产量≤需求量

0-1变量约束：

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 运营数据分析

4.1 电板块实际运行与模型优化分析

优化模型下的电板块利润模型主要解决了二级供应链目标利润最大时的发电量和各电量输出比例问题。通过调研资料得到电板块的实际运行情况，与模型优化情况对比得到如下结果（单位：万kW·h）：

由表1可知，优化后2020年的发电量多于实际电量，直供铝厂电量明显减少，上网电量达到了最大（应地方政策要求，上网电量被限制在8亿万kW·h）。这是由于优化后铝液停产，电厂将原供铝厂使用电量转为上网电量所致。另外，虽然发电量一样，但是电板块的亏损得到减少，直供铝厂的电量减少，上网电量增多。因此，在发电量满足相关需要的情况下，增加发电量使上网电量达到上限，可以提高电板块收入，两级供应链达到高效止损。

表1 电板块实际运行与优化后数据对比

4.2 铝板块实际运行与模型优化分析

在企业实际的运行过程中，由于铝板块一直亏损严重，所以优化模型在铝板块各产品线增加了是否生产的0～1决策变量，来决定各项铝产品是否要停产，以减少亏损或者扭亏为盈。在0-1变量中，模型考虑了产品在不生产情况下的停产成本。因此，在铝板快的优化模型中，决策变量还包括各产品是否生产，若生产，产量应为多少。以下为铝板块各种产品利润及总利润的实际情况和模型对比情况分析。

近两年铝板块各产品实际利润和优化后利润对比分析。

由表2可知，铝板块各种产品的实际经营几乎全部亏损，由模型优化后，铝锭产品出现盈利，有些利润虽然仍为负值，但达到了减亏的优化目的。另外，产量优化如下，2020年铝锭和冷轧卷应停产，铝液和铝板带可继续生产，产量分别为3.3万吨和4万吨；由于市场行情的变化，2021年铝板带箔和冷轧卷应停产，铝锭和铝液继续生产，产量均为最大产能。

表2 优化模型下铝板块各产品利润和产量

5 结 论

由分析可知，该算例电厂供给铝厂的电量和电价对电厂利润的影响是最大的。而直供生活用电和直供地方用电的用电量比较少且与市场价差价不明显，对电厂利润的影响有限。另外，由于直供地方用电和生活用电是该公司对当地居民提供的优惠福利，短期内在电价和输出电量上不会进行调整，因此得出模型决策的重点在于直供铝厂部分。由此可得出以下结论：

电力板块在需求范围80 000万kW·h以内，地方政策对电厂上网电量的限制影响了电厂产能的发挥和利润；在集团环境允许的情况下，还原电厂直供地方、生活用电价格后，能适度提高电厂利润；电厂自用电量的所占比例较大，应考虑适当减少自用电力的浪费；铝液生产具有高耗能性且外购电价较高，电厂应该在满足铝液生产用电后再将剩余电量上网；铝板块中铝板带箔和冷轧卷的可变成本较大，亏损严重，从整体最优来讲，应该及时停产；铝液市场需求量的局限造成产大于销，潜在地限制了内供电价优势的发挥。

综上所述，两级供应链中产品结构的优化要考虑当地政策、产能限制等要素，且重点在于供需产品的价格和数量研究，内部供应链的存在决定了企业不能单纯地从某一级利润考虑生产经营，而应从整体利润最优来决策供应数量、价格及流向。0-1变量的引入实现了总利润最优目标下各级供应链的供需关系，为企业进一步对各产品输入变量的灵敏度分析、动态调整产品结构提供了科学的路径。