基于新版GSP标准的医药冷链物流配送优化

熊永婧,于丽英

基于新版GSP标准的医药冷链物流配送优化

熊永婧,于丽英

(上海大学管理学院,上海200444)

随着我国医药行业、物流行业的不断发展,医药冷链物流市场发展潜力巨大.分析了国内外医药冷链物流管理标准,以新版产品供应规范(good supply practice,GSP)标准为基础,总结了医药冷链物流配送问题的关注点,并建立了医药冷链物流配送优化模型.该模型以配送成本最小为目标,在约束条件中考虑了供需平衡、中转站容量以及不同周期的最大运输量等问题.以实例说明了改进后的配送方案符合新版GSP标准的要求且成本更低,为构建高效率、低成本和低损耗率的医药冷链物流体系提供了一定的参考依据.

医药冷链物流;新版GSP标准;配送优化模型

近年来随着生活水平的提高,居民的食品药品安全意识逐渐增强,对冷链物流及医药冷链物流的需求和关注度都在逐年增长.据Healthcare Commerce Media Corporation旗下的Pharmaceutical Commerce刊登的文章介绍,医药冷链物流技术在发展中国家及发达国家中都在不断发展,预计到2019年,医药冷链制品的发展速度将是整个医药制品行业的两倍,而与之息息相关的医药冷链物流行业年平均增长率将达到6%左右;2013年医药冷链制品全球销售额为216亿美元,2019年该项销售额预计可达361亿美元,实现67%的增长率;在全球医药冷链物流成本方面,2015年预计超过10亿美元将会被用于医药冷链运输,而到2019年这项预算可达13亿美元,其中北美市场所占预算份额最大.

早在20世纪初,国外已有学者开始关注物流问题,而直到20世纪90年代医药冷链物流问题才得以深入研究.目前在医药冷链物流研究方面,国外学者侧重于运输质量与可靠性问题的研究和冷链物流的市场研究.Kendal等[1]和Chatterjee等[2]对疫苗的温度、包装、运输等进行了研究.Parraga等[3]建立了一套执行标准以应对冷链运输过程中的“断链”现象.van Arnum[4]发现医药冷链物流具有很大的市场前景,医药企业物流和第三方物流都在争夺该市场份额.Muller[5]通过实验对比强调了生物样本在冷链物流运输中具有更高的稳定性.Forcinio[6]通过对温敏药品运输的研究,预估冷链物流市场到2017年将有57%的增长率.Thakur等[7]对温敏产品运输过程中的在线温控进行了研究.

在我国,医药冷链物流是刚起步的新兴产业,学者们主要针对实际操作中存在的问题进行探讨并提出对策.杨冰芝等[8]提出在储存管理中运用ABC(activity based classif i cation)分析法.张维[9]和雍佳松等[10]针对我国冷链物流发展中存在的问题提出了解决方法和建议.赵贤[11]就中美药品冷链物流体系进行了比较,在基础设施、冷链质量控制标准以及现代信息技术运用等方面提出了建议.陈宁[12]通过分析美、日、欧洲等国家的医药冷链物流发展模式,提出了构建基于中国国情的医药冷链物流.王光明[13]将数据包络分析(data envelopment analysis,DEA)模型应用于我国医药物流模式以分析现有模式的效率,为将来医药物流企业的发展提供参考.另外,冯健[14]和牛秀明[15]对我国医药冷链的发展模式、政策、环境进行了总结与研究,并给出了发展方向和建议.由于我国医药冷链物流起步较晚,2013年才开始实施药品运输相关的标准,故已有研究均未结合药品运输标准来对医药冷链物流进行优化,而药品的运输与生命安全息息相关,成为企业和社会共同关注的问题.本工作基于医药冷链市场的特点,从企业角度出发,考虑在新版产品供应规范(good supply practice,GSP)标准下企业如何实施医药冷链运输中的实际运输操作及成本控制优化.

1 模型提出的背景

1.1 医药冷链物流管理标准的简介

由于质量管理标准对市场起引导作用,因此世界各国在发展医药冷链物流的过程中纷纷制订了相关的法律法规.早在1960年前后,美国各州就将药品流通的各个问题落实到了法律法规上,制订了《药房法》及《美国药房示范规则》;2004年美国冷链协会发布了冷链质量指标(cool-chain quality indicators,CCQI),对易腐品的运输、处理以及储存易腐品企业的可靠性等都作了明文规定.20世纪70年代,日本制订了《医药品的供应与质量管理的实践规范》,之后多次修改,以保证药品流通的规范化,并在1971年又将1921年颁布的《中央批发市场法》修改为《批发市场法》,以后每隔5年修订一次,在建立冷链物流信息与技术标准体系的同时,实现了冷链物流可追溯性.1994年欧洲委员会健康与消费者保护总司发布了《人用药品分销质量管理规范指南》,并于2011年将其替代为《欧盟委员会关于人用药品分销质量管理规范指南》,以实现对各个欧盟国家药品分销的质量把控.

而在我国,标准化体系的建立起步较晚,发展相对落后.2009年中共中央、国务院发布了《关于深化医药卫生体制改革的意见》,对药物的生产、采购、配送、流通等各环节都提出了不同的要求.2013年由国家食品药品监督总局颁布了新修订的《药品经营质量管理规范》(简称新版GSP标准),以作为我国规范药品经营质量管理的基本准则.修订前的GSP标准是2000年颁布实施的,经过十多年的实践,有些规范已不能适应新兴药品及环境的发展情况,市场需要一个新的管理准则来引领医药行业的发展.新版GSP标准提高了对医药物流企业各方面的要求,尤其对冷链药品的储存与运输、药品收货与验收、药品的温湿度监测等都作了具体的说明.

1.2 医药冷链物流的特殊性

依照我国现有冷链物流的发展,运用冷链配送运输的产品主要有食品和药品两大类,食品主要包括乳制品、蔬菜、水果、生鲜类等,药品则根据药品不同的作用进行分类,由于食品与药品在用途和成分上存在本质区别,故即使同样使用冷链物流,其中也会有诸多不同(见表1).

表1 医药冷链物流与食品冷链物流的区别Table 1 Dif f erences of pharmaceutical cold-chain logistics and food cold-chain logistics

由表1可知,医药冷链物流相对于食品冷链物流具有不易察觉变质、灵活性小、保质期短等特点,特别需要注意的是,一旦患者服用了变质药品,后果严重甚至会有生命危险.因此,相对于其他行业的冷链物流,医药冷链物流需要更加规范的操作和更为严格的管理以保障药品质量安全与人类生命安全,新版GSP标准对于医药冷链物流中各环节的操作都作了细致的说明,对各医药冷链物流企业起到了引导作用.

1.3 基于新版GSP标准的医药冷链物流的改进

医药冷链物流对配送有很高的要求,因此物流环节必定会产生较高的配送成本,尤其是在新版GSP标准下,医药公司所承担的物流成本已经成为企业关注的重要因素.按照新版GSP标准,对冷链药品收货、验收、储存、养护、出库、运输等环节也作了更加严格的要求(见表2).对于企业而言,需要更多的人力财力去完善医药冷链物流中的各个环节.

表2 新版GSP标准部分附录Table 2 Part appendix of the new GSP standard

目前,多数企业采用的单点单运的配送方式并不适合在新版GSP标准下操作,否则难以保证药品配送的规范性和药企配送成本的可控性.因此,在新版GSP标准下企业需要改变原有单点单运的配送方式,可采用改变运输路径、缩小运输范围、增建中转站、注重人员培训等方法提高运输效率.所采用的方法在保证医药冷链药品质量的同时,应兼顾企业的成本问题.对医药企业而言,根据市场需求情况采用增建中转站的方法优化配送方案,一方面可以使医药冷链药品得以集中化管理,能更系统地监测其温度、湿度的指标,另一方面相对于单点单运的运输方式,货品成批次运输至中转站提高了运输资源的利用率和操作人员的工作效率,降低了企业的配送成本.

2 医药冷链物流配送优化模型的建立

配送成本包括运输成本、仓储成本和惩罚成本,这对医药企业而言是十分重要的.在新版GSP标准下,物流配送的优化策略可根据市场情况决定是否建立中转站、如何安排药品运输以保证药品质量和满足市场需求,最终实现配送成本最低.因此,在优化模型中配送成本需要考虑3个方面:①是否建立中转站和使用何种直接影响运输成本的运输方式;②中转站作为物流配送的一个重要环节,所产生的仓储成本也应考虑;③鉴于路径和医药冷链药品的包装问题,需要考虑药品运输的惩罚成本;④约束条件需要考虑供应点、配送点的供需平衡,是否使用中转站,中转站的容量问题,不同周期的最大运输量,不同运输方式的运输次数等.

由于社会进步与科技发展,更为严格的医药冷链物流规范相继出台,原有的配送模型往往只考虑了当时的规范,不能满足新的要求,故本模型在目标函数中设立了惩罚成本,当药品到达目的地并按照表2的要求对药品进行检验时,如果有不符合规定的操作,则根据配送过程中违规的严重程度设立不同的惩罚系数,以促使医药冷链物流配送依照新版GSP标准操作.

2.1 变量介绍

2.1.1 下标的设定

候选供应点集合为{i|i∈I,i=1,2,···,M};

配送中转站集合为{k|k∈K,k=1,2,···,N};

需求点的集合为{j|j∈J,j=1,2,···,P};

h为运输方式,h=1表示空运,h=2表示铁路运输,h=3表示汽车运输.

2.1.2 输入变量的设定

供应点i的供应量为ai,中转站k的容量为Qk,需求点j的需求量为bj;

fk为第k个配送中转站的单位周期租借费用;

E为现有方案运输次数;

λik为从i到k配送操作不符合新版GSP标准时的惩罚系数;

λkj为从k到j配送操作不符合新版GSP标准时的惩罚系数;

Sh为选用第h种运输方式时的单次运输方式成本;

Qik为从i到k的运输量,Qkj为从k到j的运输量,Qij为从i到j的运输量,Qh为选

dik为供应点i到中转站k的距离,dkj为中转站k到需求点j的距离,dij为供应点i到需求点j的距离;

Cikh为从i到k选择h种运输方式时的单位货物单位距离的运输成本,Ckjh为从k到j选择h种运输方式时的单位货物单位距离的运输成本;

Eikh为从i到k选用第h种运输方式时的运输次数,Ekjh为从k到j选用第h种运输方式时的运输次数;

2.1.3 决策变量的设定

t为运输周期数(月);

rk为第k个配送中转站所需要的仓库个数;

F为租赁仓库费用半年结算次数;

ωk为0-1变量,当使用第k个中转站时ωk=1,否则ωk=0;

uik为0-1变量,当在i到k之间建立运输关系时uik=1,否则uik=0;

vkj为0-1变量,当在k到j之间建立运输关系时vkj=1,否则vkj=0;

Xh为0-1变量,在i到k之间选用第h种运输方式时Xh=1,否则Xh=0,h=1,2,3;

X′h为0-1变量,在k到j之间选用第h种运输方式时X′h=1,否则X′h=0,h=1,2,3;

σik为0-1变量,在i到k之间配送操作符合新版GSP标准时σik=0,否则σik=1;

σkj为0-1变量,在k到j之间配送操作符合新版GSP标准时σkj=0,否则σkj=1.

2.2 目标函数

医药冷链物流配送优化模型的目的是配送成本最小,配送成本包括医药冷链药品在运输过程中的运输成本、医药冷链药品置于中转站的仓储成本、医药冷链药品在运输过程中由于各种原因造成的未在需求点规定时间内送达引起的惩罚成本.

2.2.1 运输成本

运输成本(C1)受到医药冷链药品在运输过程中需求量的多少、运输路程的远近、运输方

式的不同等因素的影响,而成本的变化可表示为

2.2.2 中转站的仓储成本

在物流系统中,中转站的建立起着运输与配送间承上启下的作用.物流的上游是供应地,下游则是需求地,物流中转站的合理选择与安排对总运输成本(C2)有着不可忽视的影响:

2.2.3 惩罚成本

由于新版GSP标准对于医药冷链物流配送的规范化有更高的要求,因此设立惩罚成本(C3)以督促各物流企业和药品企业的操作.如果监管部门检测出的药品配送流程与环境不符合新版GSP标准时,根据违规程度的不同对相关企业进行惩罚:

综上,目标函数可以表示为

2.3 约束条件

医药冷链物流配送优化模型的约束条件主要考虑以下几个方面:①供应点和需求点有供应量和需求量的约束,并且根据新版GSP标准对中转站有容量的约束;②由于新版GSP标准对于运输中的药品质量控制有严格要求,故无论何种运输方式都不能超过其相应的最大运输量;③从物流运输与配送角度考虑,不同的运输方式也有最低运输量的要求.于是,得到如下约束条件(6)～(15),其中约束条件(6)～(9)分别考虑的是供应点、中转站和需求点的供应量、容量和需求量约束;约束条件(10)表示在使用中转站k的情况下,i到k之间、k到j之间的运输关系;约束条件(11)表示在3种冷链运输方式中只能选择其中的一种进行运输;约束条件(12)表示运输的药品量不能超出各运输方式的最大运输量;约束条件(13)表示运输的货物量不低于各运输方式的最低运输量;约束条件(14)和(15)用于计算在一个运输周期内,从i到k以及从k到j选用第h种运输方式时的运输次数.

在一个运输周期内,

在一个运输周期内,

3 案例分析

X公司是一家医药企业,公司旗下的A,B产品的需求地遍布全国36个省市和地区,而供应点只有上海一处,需求点中既有距离供应点路程较远的云贵川地区(距离上海平均2 000 km左右),也有路程较近的江浙沪地区(距离上海平均150 km左右),每次需求量不尽相同.新版GSP标准推行后,企业原有运输方案的各项成本均有增加,且运输条件不能完全满足新版GSP标准中各条例的要求,对企业的发展提出了新的挑战.本模型是混合0-1规划问题,因此借助交互式的线性和通用优化求解器(linear interactive and general optimizer,LINGO)计算得到最终结果.运用本模型设计2015年上半年医药冷链药品配送方案,模型中需求点为中国西南、华南、华中地区的16个城市,供应点为上海,以实际运营中的药品需求量为数据输入,并根据实际运营情况,由配送优化模型决策是否在一线、二线城市设置中转站,以及供应点到中转站、中转站到需求点的配送方案.根据X公司实际需求情况计算得到的各方案2015年上半年配送成本如图1所示.图中,最佳配送方案t=0.5,即以半个月为周期进行药品配送;适宜在成都、广州、长沙增设中转站;最佳配送方案的成本C=730 228.50元.在相同条件下,原有配送方案采用单点单运的方式,完全以客户需求为导向,也即收到订单后立即发货,即使一天之内的订单,也会按照订单时间的先后,分批次运输,由此计算出的2015年上半年按照原有配送方案所发生的配送成本为900 021.50元.可见,优化模型得到的物流配送方案是优于原有运输方案的,其中运输周期为半个月的方案是最佳的,本方案不仅总成本达到最小,而且能更好地保证医药冷链药品的质量.

图1 各方案2015年上半年配送成本Fig.1 Distribution costs of each scheme in the f i rst half of 2015

在模型计算中,需求量的预测影响着模型最优解的情况,在通常情况下企业可以根据以往的需求情况进行预测进而安排运输计划.但本模型还不能有效应对突发状况,如在突发某种疾病时,一些特定的药品需求量会激增,这种情况下的药品需求量难以预测,会对计算结果的准确性有一定的影响.

4 结束语

新版GSP标准的推行对医药冷链物流行业来说是一个挑战,对冷链运输中的药品质量及人员操作都提出了新的要求,各医药及附属企业都需要基于新版GSP标准对运输流程进行优化,因此本工作针对新版GSP标准的要求,在一般物流运输与配送的基础上,根据医药冷链药品运输的特殊性考虑了不同运输方式、中转站的建立与否、冷链药品的数量等对运输成本的影响,构建了医药冷链物流配送优化模型,并以X公司为例说明了从企业的角度来看本方法是可行且有效的,并且在一定程度上为医药冷链物流企业保障运输药品的质量安全提供了方案,并降低了运输成本.

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Optimization of distribution system for pharmaceutical cold-chain logistics based on new GSP standard

XIONG Yongjing,YU Liying
(School of Management,Shanghai University,Shanghai 200444,China)

With advances of pharmaceutical and logistics industries,the pharmaceutical cold-chain logistics market has great potential for development.This paper analyzes the progress and criterion,focuses on the distribution of pharmaceutical cold-chain logistics,and builds an optimization model for it.The model uses minimum distribution cost as an objective function with constraints such as co-ordination of supply and demand,capacity of transfer stations,and largest volume of dif f erent transportation cycles.An example is used to show that the improved method meets the demand of the new good supply practice(GSP)standard at a lower distribution cost.This work provides ideas for building a system of pharmaceutical cold-chain logistics with high-efficiency,low-cost and low attrition rate.

pharmaceutical cold-chain logistics;new good supply practice(GSP)standard;optimization model of distribution

O 221

A

1007-2861(2017)05-0801-09

10.12066/j.issn.1007-2861.1766

2015-12-31

于丽英(1969—),女,教授,博士生导师,博士,研究方向为系统科学与战略创新、管理科学.E-mail:yuliying@shu.edu.cn

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