考虑运输安全投入自营物流的危化品制造企业供应链网络均衡研究

摘

要：随着我国经济的快速发展，危险化学品的需求量飞速增长，同时危化品物流规模也迅速扩大。危化品生产企业以自营物流为主，道路运输事故频发，造成大量人员伤亡和巨大的经济损失。结合以上情况，文章将使用变分不等式、空间价格理论等，在考虑运输安全投入的前提下，构建两层供应链网络模型，结合实例进行算例分析。研究结果表明，当自营物流的危化品制造企业采用不同的成本投入决策时，供应链网络整体利润更大。文章旨在为广大的危险化学品企业提供供应链网络整体决策建议与优化。关键词：危化品;价格均衡理论;供应链网络均衡0

引

言危险化学品简称危化品，具有毒害、腐蚀、爆炸、燃烧、助燃等性质，是对人体、设施、环境具有危害的剧毒化学品和其他化学品[1]。同时危化品需要进行安全、可靠、有效的运输产生了危化品物流，危化品物流主要服务对象是危化品制造及流通企业，主要包括与危化品相关的运输和仓储服务等。由于危化品的特殊性，因此危化品物流的运营操作复杂、安全性要求高、技术要求严格、设备专业化程度高。危化品的物流运输方式主要包括公路运输、水路运输、铁路运输。由于国内化工原料产销分布不均，公路运输的灵活性优势突出，占据了主要地位。2020年我国危化品物流市场规模超过2万亿元。危化品物流行业以公路运输为主，2020年公路运输量约为12亿吨，占总量的69%。由于危化品的特殊性，且危化品物流的运营操作复杂、安全性要求高、技术要求严格、设备专业化程度高，在运输量庞大和操作危险的情况下，危化品公路运输事故频发。2017年8月，山东省内一起由于某物流公司超资质违规装载过氧化二叔丁基而引发的爆炸事故，造成5人死亡、11人受伤，多辆汽车损毁。2020年6月13日16时41分许，台州温岭市发生一起液化石油气运输槽罐车重大爆炸事故，造成20人死亡，175人入院治疗，其中24人重伤，直接经济损失9477.815万元。我国危化品公路运输事故频发，造成大量人员的伤亡和数亿的经济财产损失，遏制危险化学品道路交通事故高发、降低交通事故伤害迫在眉睫。因此，本文将着眼于危化品的主要运输途径——道路运输安全问题展开研究。危化品相关企业都会对运输安全进行相关投入，以降低事故的风险。运输安全投入包括对人员投入、安全设备投入、环境监控和管理等的支出，同时这几个方面投入也会降低这些因素对危险化学品道路运输的影响，换而言之会降低危险化学品发生事故的概率，安全投入可以降低危化品运输事故的风险。如图1所示，首先对人的投入包含了培训、保险等方面投入。通过对驾驶员和监督管理人员的培训能够提高危化品运输的安全性，驾驶员需要接受专业的培训，了解危化品的特性和运输规定，掌握正确的驾驶技能和应急处理能力，也会为驾驶员和货物购买相应的保险。同时为了避免驾驶员的不安全行为（打电话、看手机、疲劳驾驶等），可以安装实时监控系统，对驾驶员的不安全行为进行提醒。对管理人员的投入，让其了解相关法规和标准，制定科学的安全管理制度，督促企业对员工进行安全意识培训和安全技能培训。然后，安全设备的投入可以提高危化品运输的安全性。例如，可以用于购买更加安全的运输车辆，对现有车辆进行设备升级，更换新的零部件，保障并提高危化品运输车辆的安全性能;安装传感器、监控设备等，可以实时监测车辆的运行状态，及时发现问题并采取措施。此外，投入防火、防爆等设备也能有效降低事故的风险。其次，安全投入同样可以减少恶劣环境对危化品道路运输的影响。如购买防滑链、防滑轮胎。可以购买危化品运输专用的GPS导航，其与普通的导航系统有以下不同点，包含了危化品道路交通管制信息，提供危化品道路交通管制信息，帮助车辆避免进入禁行区域或遵循特定通行规定，有些城市会针对危化品运输车辆设置时段限行措施;提供危化品运输道路限制信息，提供危化品运输车辆不适宜通过、受限制的道路和区域信息，例如桥梁承重限制、隧道高度限制等;提供危化品事故救援站点信息，以便在发生事故时可以及时获得紧急帮助;提供卫星监控技术来跟踪车辆的位置和方向，确保危化品运输车辆始终在安全路线上行驶，也可以对最优路线进行规划，提高运输的安全性;可以提供实时气象信息，以预测天气对车辆驾驶的影响，从而做出相应的调整。最后，管理投入可以提高危化品运输的安全性。管理投入包括监管、检查、整改等方面的支出，可以及时发现问题并采取措施。例如，安全投入可以用于建设完善的危化品运输安全管理体系，规范运输过程中的操作流程和管理流程，提高运输过程的安全可控性;对危化品运输企业进行定期的安全检查和督导，对发现的问题进行整改，可以有效降低事故的发生率;可以用于建设完善的应急预案和应急设备，提高危化品运输事故应急处置的能力，减少事故的损失。安全成本的投入对危化品运输的影响非常重要，可以提高运输的安全性，减少事故的发生率，企业应该加强对危化品运输安全的投入，提高危化品运输的安全水平。同时，如果危化品企业在运输安全方面没有投入足够的资金或时间，可能会面临事故的风险，一旦发生事故不仅会影响企业自身导致直接的损失，如人员伤亡和物资损毁，还可能引起沿着供应链传播的连锁反应，进一步放大对危化品供应链造成影响。钟慧玲[2]、谬小红等[3]认为危险化学品供应链是一种双层供应链，分为实体的生产制造供应链与虚拟的服务供应链，实体供应链与传统的生产制造供应链相似，服务供应链包含了应急处理、危险源识别等服务。如图2所示，危险品的供应链中，由制造商自己承担物流占总体的70%以上，占据了市场主导地位，余下的会委托第三方物流公司。本文将研究危化品制造企业自营物流的相关问题。运输安全投入也是一种危险化学品供应链网络的成本因素，会对节点企业产业影响。宏观层面上看，危险化学品供应链网络节点企业成本是指在危险化学品供应链网络中，节点企业为了保证危险化学品安全、高效地运输和储存所投入的各项成本的综合。供应链网络的成本扰动是指供应链网络中各个组成部分之间的联系和协调所需的成本。这些成本可能会受到各种因素的影响，如运输成本、存储成本等，为了最大程度地优化供应链网络的效益，企业需要对这些成本进行全面的分析和管理。学者索晨霞和邓子琼[4]通过流程环节法，指出供应链成本主要包含了定货成本、购买成本、存货存储成本、仓储成本、运输成本、管理成本、交易成本、资金转移成本、信息成本、生产成本、财务费用和经营成本。具体来说，危险化学品供应链网络节点企业成本包括以下几个方面：生产成本：指企业生产危险化学品的成本。生产成本包括原材料、人工费等。基础运输成本：指危险化学品从供应商到终端客户的运输成本。运输成本包括运输车辆的费用、油费、人工费用等。库存成本：指企业将危险化学品存储在仓库中的库存成本。仓储成本包括仓库租金、仓库管理费用、保险费用等。安全运输成本：指企业为保障危险化学品运输和储存安全所投入的成本。安全成本包括安全培训费用、安全设备费用、安全管理费用等。环境成本：指企业为保护环境所投入的成本。环境成本包括废弃物处理费用、环境保护费用等。销售成本：指企业为保证危险化学品的销量所投入的成本。销售成本包括广告费、销售策略费用等。管理成本：指企业为保障危险化学品供应链网络的高效运作所投入的成本。管理成本包括人员培训费用、信息系统建设费用等。如果危化品企业在运输安全方面没有投入足够的资金或时间，或者未能及时发现和处理潜在的风险，那么它可能会面临事故的风险，从而对整个供应链造成影响。这不仅会导致直接的损失，如人员伤亡和物资损毁，还可能引起沿着供应链传播的连锁反应，进一步放大损失。同时安全运输投入不仅会增加危险化学品直接成本，影响企业的盈利能力，还可能会增加产品的售价，影响销售量，影响到下层企业的需求，从上游企业开始影响到危化品供应链网络整体。节点企业成本是多方面的，需要全面考虑各方面成本，制定合理的成本控制策略和安全运输投入策略，以提自身在高危险化学品供应链网络的效率和竞争力。因此，需要建立对应的考虑运输安全投入的供应链网络模型，来研究运输安全投入对危化品供应链网络的影响。一方面，可以研究安全运输投入对总成本的影响，并进一步确定供应链中的关键环节，有助于成本管理和维护供应链网络优化，另一方面，由于危化品供应链网络是一个多级的网络，成员之间有复杂供需关系，单个供应链成员的运输安全投入成本不仅影响整个网络的成本分配特性，还影响成员之间的供需关系。学者尚文芳和祁明[5]在总结前人研究的基础上，全面分析了供应链成本构成因素，指出供应链网络中节点企业的成本包括直接成本和间接成本。TranvouezandFerrarini等[6]研究指出，供应链网络是节点企业之间相互作用形成的复杂系统，产品需求、供应量、价格等节点企业的决策进一步影响整个供应链网络。同时学者YUGandQIX[7]认为以下方面的因素会影响供应链网络的均衡状态：供应链网络环境变化、系统参数发生意外变化、可用资源改变、商业环境改变、系统性能的不确定性、临时出现的新事件、消费者投诉等都可能对供应链网络运行中需求、生产、价格等方面的扰动。在供应链网络中，各成员的利益经常在发生冲突的同时又相互依赖与影响，主要表现为同层成员间的竞争和上下层成员之间的协调关系，当今供应链网络研究主要就是探求均衡条件及寻求最优。Nagurney等[8]构建了一个确定性均衡模型。DongandZhang等[9]建立了考虑随机需求假设的由零售商和需求市场组成的二级供应链网络均衡模型。李伯齐[10]研究如何通过服务水平调整来应对扰动，并且将扰动因素扩展到需求扰动和生产成本扰动同时发生，分别建立了集中式和分散式供应链扰动管理的基准模型。陈安和李铭禄[11]认为扰动管理的核心是能够使事件回到原始状态，决策者所面临的是存在较小偏离的事件，期望通过调整来消除负面影响。尚文芳等[5]研究了供应链中发生的所有成本，发现多数节点企业没有考虑各个节点企业之间因为成品交易、信息交换等产生的交易成本，只考虑了直接成本和间接成本，成本管理缺乏全面性。RCananSavaskan等[12]研究解决了从客户处收集废旧产品时选择合适的逆向渠道结构的问题，同时证明了可以设计简单的协调机制，使得零售商的收集努力和供应链利润达到与中心协调系统相同的水平。Yang等[13]研究生产成本扰动对供应链网络的均衡的影响，节点企业面对生产成本扰动如何决策才能使得影响降低。综上所述，危化品供应链中的节点企业成本是多方面的，需要全面考虑各方面成本，制定合理的成本控制策略和安全运输投入策略，以提自身在高危险化学品供应链网络的效率和竞争力。因此需要建立对应的考虑运输安全投入的供应链网络模型，同时为了突出运输安全投入的重要性，并且减少危化品供应链网络的复杂性，先前学者的研究已经表明运输安全投入可以作为成本因素，影响节点企业自身的决策，并会由小及大影响整个危化品供应链网络均衡。成本总是与交易量相关，具有一一对应的函数关系，后续研究将以运输安全投入为主研究对危化品供应链网络的影响，将对制造商的库存成本、基础成本、环境成本、管理成本和销售成本相整合，减少供应链网络的复杂性进行研究。本文在以上的研究基础之上，先构建一个具有多个危化品制造商和多个需求市场的两层供应链网络模型，通过变分不等式和空间价格均衡理论对其进行研究，得出了危化品制造商利润最大化模型，分析了需求市场的均衡条件。最后根据案例危化品制造企业的实际情况，考虑了当危化品制造商的成本与需求市场的需求函数对称与不对称的两种情况，并用Lingo11.0求解了算例。1

考虑安全运输投入的制造商自营物流二层供应链网络模型1.1

问题描述本文研究的是生产相同品质产品的m个危化品制造商和n个需求市场的二层供应链网络，i表示第i个i=1，…，m制造商，j表示第j个j=1，…，n需求市场，如结构图3所示。由于危化品供应链网络的复杂性，在不改变研究问题实质的基础下，对一些复杂的情况加以简化，并在模型构建前有以下几点假设：（1）在二层危化品供应链网络中制造商层的决策者为Nash非合作竞争关系，决策者追求利润最大化。（2）费用函数中，为了降低问题的复杂性，将制造商的成本由直接成本和间接成本简化为运输安全投入成本和交易成本。（3）所有的费用函数都是连续可微的凸函数。假设决策变量如表1所示：假设其费用函数如表2所示：1.2

危化品制造商利润模型在二层危化品供应链网络中制造商为大型的危险化学品生产企业，其子公司或者单独的职能部门承担了物流运输，所以其运输安全投入属于制造商内部的成本之中，一方面运输安全投入会影响制造商本身的定价策略，另一方面货物运输的安全性和价格也会影响需求市场的定价。对于制造商本身需要制定合理的安全运输成本，在使得自身综合成本最低的情况下，实现利润最大化的目标。危化品制造商的利润U等于制造商i从n个需求市场的得到的总收入减去总成本，制造商i利润记为U，最大化的模型为：MaxU=dt-Stt-cTs.t.t≥0

（1）制造商层的利润最大化模型为：Maxdt-Stt-cTs.t.t≥0

（2）1.3

需求市场模型与均衡条件在二层危化品供应链网络中制造商层的决策者为Nash非合作竞争关系，决策者追求利润最大，根据空间价格模型，所有的参与者都希望能买入满足需求的商品，并且以合理的价格进行交易。从需求市场的角度看，其均衡条件为：且对任意一个i，j，都有：t=t，p=t。式（3）表示：即只有交易价格加上交易成本不超过该产品的需求价格，需求市场j才会与制造商i之间产生交易。式（4）表示：当需求市场j需求q价格大于零时，需求市场j与制造商i的需求量等于制造商i对需求市场j的供应量。根据上述式子，在需求市场都是非合作竞争等假设前提下，需求市场j会根据制造商的供应量t、供货价格d和自身的需求量p来进行决策。故构建一个集合K：K=D，T，P，同时t=t，p=t。需求市场j的均衡条件可以表示为变分不等式：若D，T，P∈K是均衡解，当且仅当D，T，P∈K时：即如制造商i与需求市场j之间存在交易量，即q>0，那么其需求量p一定与供应量t相等，制造商i与需求市场j之间的边际收益等于该次交易的边际机会成本。1.4

供应链网络整体均衡条件在供应链网络整体追求利润最大化的前提下，根据变分不等式相关定理，将正向的制造商与逆向的需求市场均衡条件下利润相加，即可得到整个供应链网络的总利润：Maxdt-Stt-cT+pqs.t.t≥0同时还应该满足以下条件：所以制造商自营物流的二层供应链网络利润最大化的问题可以优化如下：（6）2

算例分析上文已将制造商自营物流的二层供应链网络利润最大化模型解出，其上层是一个利润最大化求解，下层是一个变分不等式约束，将求解危化品供应链利润问题转化为变分不等式的两层规划问题，并用罚函数法求解。函数法是一种常用的优化算法，用于将约束条件转化为目标函数的一部分，从而将约束条件纳入优化问题中。罚函数法的基本思想是，在目标函数中添加一个罚项，以惩罚不满足约束条件的解，从而使优化问题的解满足约束条件。罚函数法的优点是可以将约束条件转化为目标函数的一部分，从而使得求解约束优化问题变得更加容易，罚函数法广泛应用于各种优化问题，如非线性规划、整数规划、拟凸规划等。根据调研得知CB企业是C市最大的危化品生产企业，从事危险化学品的生产、运输、销售和研发，公司为江苏省绿色精细化工科技创新服务平台的牵头及核心建设单位。CB企业具有两个主要的生产基地和物流运输基地，分别辐射长江以北和长江以南地区的需求市场。如图4所示，由于CB企业自己负责运输，会涉及两种情况，一种生产和物流部门采取相同决策，即有对称成本函数和对称的需求函数情况下，即制造商1和制造商2的成本函数对称，需求市场1和需求市场2需求函数对称时供应链整体的均衡和最大利润;另一种是采取不同决策，即成本函数和需求不对称，将通过算例来对比分析这两种情况，为企业决策指明方向。详细式子如下：当两个制造商的成本函数和需求市场需求函数对称时，对应的生产成本函数为：共计迭代46次，解得供应链总利润为152.632，t=3.421053，t=1.842105，t=3.421053，t=1.842105。当两个制造商的成本函数和需求市场需求函数不对称时，对应的生产成本函数为：共计迭代28次，解得供应链总利润为204.835，t=7.434524，t=0，t=3.910714，t=1.988095。综上得出结果如表3所示。根据算例结果，可以得知需求市场对制造商可能没有产生交易量，因为其供应价格没有符合需求价格，但不会影响供应链网络整体的均衡。同时当供应链网络的制造商安全投入和成本与需求市场的需求、价格函数具有对称性时，供应链的总利润为152.632，不对称时供应链的总利润为204.835，前者小于后者。说明在危险化学品供应链网中，当危险化学品制造商采用相同的安全投入和成本函数，需求市场采用相同的需求价格和需求量策略时，供应链整体的利润偏低，其结果符合Nash均衡。危化品制造商的物流部门或者子公司，即使身处同一个制造商之下，应该针对需求市场制定出不同的运输安全投入决策，来满足不同需求市场的需求，例如根据目的地和道路的情况，进行不同的运输设备的投入，或者根据需求市场的时间和安全性需求，来进行供应链优化;同时制造商本身也要制定不同的交易成本策略，这样才能保证其整体利润的最大化。3

自营物流的危化品制造商对策研究安全运输投入能改善运输设备，提升危化品运输安全水平，降低事故风险。为保障安全，罐车应根据危险品种类和运输条件进行设计。罐体材质应具有耐腐蚀、耐压、防泄漏等特性，以便在发生事故时减少危险。危化品企业应该采用先进的技术和设备，确保生产过程的自动化、智能化和数字化，降低生产过程中发生意外事故的风险，减少人为干预，保证工人和环境的安全，从而避免事故的发生;企业应配备必要的安全设备，例如耳塞、防护手套、呼吸器、眼镜等;应确保使用的车辆都经过严格检查，防止出现机械故障，并保证一切设备都处于良好状态;选购必要的硬件设备：选择化学品实时监测仪器，如气体检测仪、液体检测仪等。另外还需要摄像头、温湿度计等配套设备。定期维护危化品运输设备，危化品运输设备的维护和保养，直接关乎人员安全、运营成本等企业的核心利益。危化品本身就具有较高的危险性质，而运输设备在经过长时间运营后，可能会产生机械磨损、腐蚀、老化、渗漏等情况，加重了装载、卸载、储存及使用过程中的安全隐患，通过定期维护和修理，可以减少运输设备故障导致事故的风险。定期按照设备制造商的指南检查和保养设备，包括润滑、清洗、检查管路和阀门是否正常，确保减震器和其他重要组件不会出现损坏或老化等。装车前正确存储危险化学品信息，并贴上合格的标记和标签，以便识别化学品的种类、性质和风险等级，确保安全运输。确保在危化品装车和卸车时的安全性，装车前运输危险品的罐车必须进行清洁，卸车后运输危险品的也需进行清洁，如果有残留物或其他物质附着在内部或外部表面上，可能会与新货物混合，从而导致事故的发生。由于危化品制造企业不仅要负责危化品的生产，还需要负责危化品的存储、运输等。危化品企业需要整合