考虑即时采购价格的物流服务供应链优化.pdf

第 卷 第 期运 筹 与 管 理 ， 年 月 收稿日期：- - 基金项目：国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 （，）； 上 海 市 浦 江 人 才 计 划 项 目 （ ）； 上 海 自 然 科 学 基 金 项 目 （）；教育部人文社会科学研究基金（）；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目。 作者简介：王志宏（- ），女，山东寿光人。 博士，副教授，硕士生导师，研究方向：物流与供应链管理、契约理论等；邵奇明（- ）， 男，山东人，硕士；王晓锋（- ），女，山西人，博士，研究方向：供应链管理。 考虑即时采购价格的物流服务供应链优化 王志宏 ， 邵奇明 ， 王晓锋 （ 东华大学 旭日工商管理学院，上海 ； 远东国际租赁有限公司，上海 ） 摘 要：物流服务市场的不确定性会影响物流服务供应链的服务水平和收益。 在考虑随机即时采购价格以及基 础物流提供商在正常情况和应急情况下具有不同物流能力投资成本的情形下，引入期权机制研究不确定市场环 境下物流服务供应链的优化决策，以提高物流服务供应链柔性和降低市场不确定性带来的风险。 构建物流服务 供应链的期权契约模型，采用 博弈理论和优化算法分析和求得物流服务集成商的最优期权采购和即 时采购策略，以及基础物流提供商的最优物流能力投资策略。 结果表明即时采购价格将影响基础物流提供商和 物流服务集成商的决策。 最后通过数值分析研究即时采购价格的不确定程度对物流服务集成商和提供商的优 化策略和利润的影响。 关键词：供应链管理；优化决策；期权契约；物流服务供应链；即时采购价格 中图分类号： 文章标识码： 文章编号：- （）- - doi： Optimal Policies of Logistics Service Supply Chain with Instant Procurement Price - ， - ， - （ Glorious Sun School of Business and Management， DongHua University， Shanghai ， China； International Far Eastern Leasing CoLtd， Shanghai ， China） Abstract： （） （）， （） - - ， Key words： ； ； ； ； 引言 物流服务业的深入发展和专业化分工，物流外 包形式也逐渐演化为以物流服务集成商（ ： ） 为核心，基础物流提供商 （ ： ）、物流服务 集成商和客户企业为基本结构的物流服务供应链 模式 ， 。 由于物流服务具有无形性、易逝性、不 可存储性等特点，这要求作为核心的物流服务集成 商具有更高的服务能力和协调能力 ，。 同时，物 流服务需求市场在价格和数量上具有很大的不确 定性，导致集成商采购数量不准确，大大影响了物 流服务水平和客户满意度，进而影响供应链收益。 针对这种现状，本文引入期权机制以提高供应链弹 性，管理物流服务需求的不确定性，降低需求风险， 从而提高物流服务水平，增加收益。 物流服务供应链本质上是以能力合作为基础 的供应链 。 期权契约可以帮助物流服务集成 商，特别是在物流需求的旺季提高物流能力的可获 得性，并可使集成商在市场信息明确后柔性地采购 物流服务能力；期权契约能够帮助基础物流提供商 降低下行的价格和需求风险。 近年来，期权契约作为供应链管理的工具和手 段不断引起国内外学者的关注。 等 研 究了需求函数是市场价格的减函数情形下，期权契 约在制造商和零售商组成的供应链中的作用；讨论 了销售商购买期权的条件；推出了制造商偏爱使用 期权的条件，它依赖常规生产和加速生产的成本结 构。 陈祥锋等 研究在现货市场和期权契约并存 的情形下制造商的产量决策和零售商的采购决策， 证明了在现货契约市场中增加了期权契约市场后， 供应链可以实现收益共享、风险共担， 提高供应链 整体效率的目标。 崔爱平等 将提供商的物流能 力投资额和集成商的初始固定物流订购量之差作 为期权订购量，研究物流服务供应链中的期权契约 协调机制。 假定供应商的生产量和制造商的 需求都是随机的情形下研究了一个制造商和一个 供应商组成的提供关键零部件的供应链采购和生 产管理问题，通过利润函数优化供应商的最优生产 策略和制造的期权定单数量。 等 在产品需 求和现货价格都是随机的情形下重点研究了采购 商在单个周期内组合采购问题；以采购商的期望采 购成本最小化为目标，利用最短单调路径算法确定 一个采购商和多个供应商之间的期权采购量。 等 主要以批发价格机制为参照，研究了期 权机制的作用，协调零售商的订货量等于制造商的 生产量使得利润到达集中决策时的供应链系统利 润。 大部分文献研究了不同情形下供应链中的期 权契约优化决策，没有考虑到不同阶段的投资成本 或生产成本的差别以及即时采购价格随机等情形。 本文研究了基于期权契约的物流服务供应链 中物流服务集成商和基础物流提供商的物流能力 投资和采购管理中的优化决策，以及期权契约对两 者效益的影响，考虑了如下情形：物流需求确定后， 如果初始期权采购量不能满足实际物流需求，根据 即时采购价格和 的应急投资成本， 决定 是否进行即时订单采购而 决定是否进行应 急能力投资。 基本假设 本模型考虑由物流服务集成商（）和基础 物流提供商（）所组成的物流服务供应链系 统，提出如下假设： ）物流服务集成商和基础物流提供商之间的 信息是对称的，且两者均是风险中性和完全理性 的； 的需求是随机的， 初期投资的物流服 务能力能够满足集成商的期权订购量。 为方便分 析， 假设物流能力投资成本一次性由该物流服务 项目全部分摊。 ） 在 个周期 T 内订购 至 次物流服 务， 个单位的物流服务需求需要 个单位的物流 服务能力来满足。 相关参数设定如下：DLSI 所面临的市场实 际需求，其平均值 E（D） xf（x）x ，密度函数 为 fD（x），分布函数为 FD（x），FD（x）是一个连续可 微且严格递增的函数，FD（x） FD（x）；QLSI 的期权订购量；QeLSI 的期权执行量；QiLSI 的 即时采购量；K正常情况下 的物流能力投 入额；P单位期权订购价格；Pe单位期权执行 价格；P单位即时采购价格，密度函数为 fP（x）， 分布函数为 FP（x），FP（x）是一个连续可微且严格 递增的函数，FP（x） FP（x）；PsLSI 提供给物 流服务需求方的单位物流服务价格；CK正常情 况下 的单位物流能力投资成本；CiBLSP 的 单位物流能力应急投资成本；CeBLSP 的单位物流 能力运作成本；s，i，w分别表示基础物流提供 商 、物流服务集成商 和系统期望利润。 其中参数的关系如下： K辰Q： 的物流服务投资额满足 的期 权订购量；Ck Ce Po Pe Ps：保证 和 都有利可图；P Po，P Pe：保证期权契约的合理 执行；P（A，B），Pe尘A B Ps；Ps Ci Ck Po： 避免基础物流提供商 无限制的投资。 在期权订购量为 Qo的情况下，实际需求 D Qo 的时候，期权执行量 Qe D；实际需求 D Qo的时 候，期权执行量 Qe Qo，则期权执行量的函数为： Qe （D，Qo）。 当实际需求 D Qo时，期权订购量不能满足所 有需求，所以物流服务集成商 二次订购，向 第 期 王志宏，等： 考虑即时采购价格的物流服务供应链优化 下达即时订单，Qi D Qo；当 D Qo，不用下达即时 订单，即Qi ，由此可得，Qi （D Qo） 。 基础物流提供商 和物流服务集成 商 的优化决策 和 都是独立的经济个体，一般都会 从自己的利益角度出发进行决策。 两者基于 博弈的过程如下：期权价格和期权执行 价格（Po，Pe）明确后， 确定期权初始订购量Qo， 基础物流提供商 综合考虑 的期权订购量 Qo和最终市场的需求信息决定物流服务能力投资 额 K；当需求确定后， 全部或部分地执行期权， 并根据实际需求决定是否进行即时采购； 比 较物流服务能力的即时投资成本和即时价格，然后 决定是否进行紧急投资。 具体地来说，若 P C Ci Ce，紧急投资情况 下的成本大于收益，基础物流提供商 不会进 行紧急投资，只会使用正常情况下所投资的物流服 务能力剩余量来满足 的即时订单，即 （D Qo） ，（K Q o） ；若 P磧C C iCe，且 剩余的物流服务量并不能完全满足 的即时订 单，此时 进行紧急情况下的应急物流服务能 力准备量为（D K） ，来满足 的即时订单量 Qi （D Qo） 。 2 1 基础物流提供商 BLSP 的优化决策 基于以上的分析，当 P C CiCe时， 的期望利润函数为： s PoQo PeE（D，Qo） PE（D Qo） ，（K Q o） CkK CeE（D，K）（） 其中第一项和第二项是 执行期权契约 的收入；第三项是 利用初始物流服务能力投 资额的剩余量执行即时订单的收入；第四项是 正常情况下的物流能力投资成本；最后一项 是 的物流服务运作成本。 当P辰C Ci Ce时， 的期望利润函数为 s PoQo PeE（D，Qo） PE（D Qo） CkK CeE（D） CiE（D K） （） 其中，第三项是 利用初始物流服务能力投资 额的剩余量或者进行应急投资满足 即时采购 订单时的收入；第五项为 满足市场需求的物 流服务运作成本；最后一项为 在应急情况下 的物流能力投资成本。 为了方便，我们表示如下： P（C） C APfp（P） dp，P（C） B CPfp（P）dp则基础物流提供商 BLSP 的 期望收益函数为： s PoQo PeE（D，Qo） P（C）E（D Qo） ，（K Q o） P（C）E（D Qo） Fp（C）CeE（D，K） Fp（C）CeE（D） Fp（C）CiE（D K） CKK （） 结合参数条件，得出 的决策问题为 k s K辰Q辰 （） 定理 1 基础物流提供商 的最优物流服 务能力投资额为： K 倡 sQ，F D（ Ck P（C） Fp（C）CiFp（C）Ce ）（） （）式表明当物流服务集成商 的期权定购量较 大时， 的物流服务能力投资定要满足期权量。 当 的期权定购量较小时， 的最优物流服 务能力投资额随着单位物流能力正常投资成本 CK 的增加而减少，而随着单位物流能力应急投资成本 Ci的增加而增加。 同时我们看到，（）表明只有当即时采购价格 小于基础物流提供商 应急投资情况下的总成 本时，其最优物流服务能力投资额将受到即时采购 价格的影响，并随着 P（C）的增大而增加；当即时采 购价格大于 应急投资情况下的总成本时，即 时采购价格不会影响其最优物流服务能力投资额。 2 2 物流服务集成商 LSI 的优化决策 考虑到基础物流提供商 的反应和即时 采购价格的不同情况， 的期望收益函数为： i Fp（C）PsE（D，K 倡 s） Fp（C）PsE（D） PQ PeE（D，Q） P（C）E（D Q） ，（K倡 s Q） P（C）E（D Q） （） 上式中第一项和第二项为 的收入；第三项 和第四项为 执行期权契约付出的成本；第五项 和第六项为 执行即时采购订单付出的成本。 定理2 物流服务集成商 的最优物流服 务期权订购量 Q 倡 i为： Q 倡 i F D（ P P（C） P（C） Pe ） P Pe 其他 （） 运 筹 与 管 理 年第 卷 其中 P（C） P（C） B A Pfp（P）dp，式（）表明 只有当单位即时价格大于期权价格和期权执行价 格之和（P磧（PPe）时， 才进行期权定购， 并取得最优期权定购量。 因为如果单位即时价格 小于期权价格和期权执行价格之和 P （P Pe）， 只需当需求确定后采用即时采购即可。 下面通过数值分析来研究即时采购价格的不 确定程度对期权定购量、物流服务能力投资额、以 及物流服务集成商 和基础物流提供商 利 润的影响。 数值分析 假设需求方的运输业务的需求 D 服从均匀分 布（，），即 X U（，），需求的均值 u（x） E（D） ，物流服务集成商 LSI 提供给需求方的 每单位运输服务的价格为 Ps ，期权价格和期 权执行价格为（P，Pe） （，），基础物流提供商 每单位运输能力的投资成本为 CK ，进行 运输能力的紧急投资的成本为 Ci ，单位运作 成本为 Ce ， 提供给 的即时采购单价 P 服从均匀分布，满足 P，。 下面分析即时采购价格的不确定程度的影响。 即时采购价格服从如下均匀分布：U（，），U （，），U（，），U（，），U（，），U（， ），均值相同，但是变化范围越来越小，计算得出 即时采购价格在不同均匀分布下的物流能力投资 额 K，期权订购量 Q， 的利润 s，LSI 的利润 i，以及供应链整体利润 w，如表 所示。 基础 物流提供商 、物流服务集成商 和系统期 望利润。 表 比较即时采购价格在不同均匀分布时正 常情况下基础物流提供商 的物流能力投入 额 K， 的期权订购量 Q，基础物流提供商 期望利润 s，物流服务集成商 期望利润 i，系 统期望利润 w。 即时采购价格 P 正常情况下 的 物流能力投入额 K 的期权订购量 Q 烫 期望利润 s 期望利润 i 系统期望利润 w U（，） 憫 父 怂 揶 U（，） 憫 父 怂 揶 U（，） 憫 父 怂 揶 U（，） 父 怂 揶 U（，） 父 怂 揶 U（，） 父 怂 揶 在即时价格 P 服从 U（，） U（，），随 着 P 的不确定程度的减少， 的期权订购量 Q 和 的物流能力投资额 K 都增加，并且对 Q 的影响程度更大。 随着 P 不确定程度的减少， 的利润增加，而 的利润则减少，但供应链整 体利润呈上升趋势。 这是因为即时价格 P 服从 U （，） U（，），即时采购价格存在大于 Ci Ce的可能，当期权预定量不能满足需求时， 就愿意进行物流能力应急投资， 就可执行即时 订单，满足市场需求，提高收益。 的利润减少 主要受两个因素影响： 的物流能力投资额增 加，使得投资成本增加和物流需求的下行风险增 加，这与 的利润负相关； 的期权预定量增 加，这与 的利润正相关，而前者对 利润 的影响大于后者。 而当即时价格 P 服从 U（，） U（，）， 因为即时采购价格小于 CiCe，当期权预定量不 能满足需求时， 只可能利用正常情况下物流 能力投资额来满足 的即时订单。 结论 物流服务集成商 和基础物流提供商 面对着需求和价格等不确定的市场环境。 本文结 合物流服务供应链的特点和实际情况，把期权契约 引入到物流服务供应链的物流能力投资和采购管 理决策中，基于 模型物流服务集成商和 基础物流提供商进行利益博弈，探究在考虑即时采 购价格具有随机性以及提供商在正常情况和应急 情况下的物流能力投资成本具有差异性等情形下， 物流服务集成商和基础物流提供商的优化策略；并 通过数值分析证明即时采购价格的不确定程度与 的物流能力投资额、 的期权订购量、 的利润和供应链整体利润正相关，而与 的利 润负相关。 将期权契约引入物流服务集成商和基 础物流提供商系统中，可提高供应链柔性，减少市 场的不确定风险，增加两者收益。 （下转第 页） 第 期 王志宏，等： 考虑即时采购价格的物流服务供应链优化 的区间核心中的分配可以通过总体单调区间分配 方案或双单调