基于VMI 的成品油库存管理及优化

2020-09-15伍常荣曲文驰

物流科技 2020年9期

王啸，伍常荣，曲文驰，谢勇，肖可

WANG Xiao1, WU Changrong1, QU Wenchi1, XIE Yong2, XIAO Ke2

（1. 中国石化销售股份有限公司华南分公司，广东广州 510620；2. 华中科技大学人工智能与自动化学院，湖北武汉430074）

(1. South China Branch, China Petrochemical Marketing Co., Ltd, Guangzhou 510620, China; 2. School of Artificial Intelligence and Automation, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China)

0 引言

供应商管理库存（Vendor Management Inventory，VMI）是指供应商根据客户需求信息对客户库存进行监控与协调，并实时做出配货、补货决策的一种新的库存管理模式。这种库存管理模式打破了传统的各自为政的库存管理方式，体现了供应链集成化管理思想，是一种先进的库存管理思想[1-2]。近年来，国内成品油销售企业主要通过提高产品销量和市场占有率来增加企业利润，但是随着国内成品油零售市场的全面开放，成品油销售竞争日益激烈，迫切需要销售企业提高物流供应链管理水平，寻求“第三利润源泉”。实施VMI 模式管理，是降低成品油供应链管理成本、发掘成品油销售利润的重要手段之一[3]。因此，研究如何实施成品油VMI 管理并实现供应链集成优化是一个具有重要意义的研究课题。王波[4]运用联合库存管理思想，提出了成品油JMI 基本模式和操作流程，建立了成品油JMI 模式下利润分配模型。马根萍和朱海龙[5]探讨了中国石油一次物流实施VMI模式的方案，并提出VMI 模式的评估方法。朱泽等[6]建立了随机需求环境下的VMI 库存模型并应用到某成品油销售公司一次物流的库存管理中。传统上，成品油库存是由库存拥有者管理的，为应对供应链中供给或需求的不确定性，需要保持一定库存。由于供应链各成员往往根据各自的需要独立运作，导致重复建立库存，因而无法达到供应链全局最优，且整个供应链系统的库存会随着供应链长度的增加而增加[7]。

本文运用供应商管理库存思想，提出了成品油二次物流分销供应链VMI 模型，并对实施VMI 的关键业务流程进行了分析，提出了需求预测、库存监控及实时补货的方法和详细流程，分析总结了成品油供应链VMI 管理模式的优势及特点，旨在为实际成品油供应链管理提供理论指导和参考借鉴。

1 成品油供应链管理现状

一个典型的成品油供应链一般由炼厂、油库、加油站三类企业构成，如图1 所示。炼厂是成品油生产企业，向作为销售企业的大区（省）销售公司供油，大区（省）销售公司一般建有大型中转油库，集中向隶属于各地区的加油站或集团用户配送成品油，加油站是成品油销售终端，直接面向市场需求。按照行业划分，成品油从炼厂到大区（省）销售公司油库的物流过程称为一次物流，从油库到加油站的物流过程称为二次物流[8]。

图1 成品油供应链结构

在传统库存管理模式下，供应链各成员都拥有各自库存，但由于缺乏集成化供应链管理，往往容易产生“牛鞭效应”，不仅严重影响炼厂生产计划制定，也会导致大区（省）销售公司和加油站库存积压，最终导致库存成本增加[3]。另一方面，由于未实行集成化的管理，在面对市场波动和不确定性因素影响时，难以统一行动，协调应对，整个供应链缺乏柔性和灵活性，难以对市场变化做出快速响应，整个成品油供应链竞争力差。因此，需要采用集成供应链管理模式VMI，来提高供应链的运营绩效。

一般来说，成品油供应链中存在两个典型的VMI 应用层面[5]：一个是炼化企业与销售企业之间的前端VMI，与成品油的一次物流体系相关；另一个是应用于销售企业与加油站之间的后端VMI，与成品油的二次物流配送体系相关。由于篇幅有限，本文针对后端VMI 进行研究，主要考虑一个销售企业油库与多个加油站之间的VMI。

2 基于VMI 的成品油库存管理

图2 成品油分销供应链VMI 模型

2.1 成品油分销供应链VMI 模型。成品油二次配送网络是一个复杂的系统，一般包括分布在不同区域的油库和大量加油站组成。一般来说，一个油库会服务一个区域内的多个加油站。本文所研究的成品油分销供应链VMI 模型主要由一个油库和若干个加油站组成，油库本身相当于一个区域的油品配送中心，具有一定的配送调度功能。成品油分销供应链VMI 模型如图2 所示。

在上述分销型供应链结构中，加油站通常经营不同型号的汽油、柴油等各每种成品油，每种成品油都有独立的储油罐并保持一定的库存量。如果加油站某种油品已接近或低于其储量的下限，则需要及时提报需求计划，由油库调度中心对该加油站进行油品输送，油品的输送量根据储罐的容量及加油站的销售情况来决定。油库储备了加油站所需的各种油品，根据各加油站油品需求和配送中心统一调度要求来进行油品配送。

目前，许多加油站主要通过经验来提报自己的需求计划，油库配送中心汇总辖区内各加油站的需求计划后由调度中心进行配送。这种由加油站提报需求、油库进行配送的管理方式本质是一种条块分割、各自为政的库存管理模式。由于各种不确定性因素的影响，这种按照经验来提报的需求与实际销售往往存在较大的出入，容易产生“牛鞭效应”，造成一些加油站的库存增加，而另一些加油站因油品资源不充足而失去市场销售机会，导致成品油供应链运行绩效低下。采用VMI 管理模式后，油库对各加油站的库存和需求进行统一管理，通过共享的信息平台实时监控各加油站的库存状况，协调全局需求和库存进行主动的配送优化，从而可以有效降低系统总库存，提高系统运行绩效。

2.2 成品油VMI 管理关键业务流程。实施成品油VMI 管理关键是要解决好各加油站“要多少、有多少、补多少”的问题，这三个问题对应着VMI 的三个关键业务流程，即需求预测、库存监控和实时补货，这些关键业务流程是通过加油站管理系统和油库配送调度系统的实时信息交互来完成的，如图3 所示。加油站管理系统主要包括加油站零售和油罐液位监测两个核心功能模块，加油站零售主要收集成品油销售信息，为做好油库的需求预测提供基础数据；油罐液位监测模块实时监测油库各油罐的油品液位，统计实时库存信息，并上报给油库库存监控模块。油库配送调度系统主要包括四个功能模块：需求预测、库存监控、实时补货和配送调度模块。需求预测模块接收加油站零售端收集到的销售信息，并采用一定的预测方法进行需求预测；库存监控模块通过接收到的库存信息实现对加油站库存监控，以便及时补货；实时补货模块综合需求预测结果和实时库存状况，采用一定的库存策略如（R,Q）进行实时补货；配送调度模块则对整个VMI 系统进行统筹优化、统一调度。

图3 成品油VMI 系统关键业务流程

（1）需求预测。需求预测的主要目的就是要弄清楚各加油站的油品需求变化规律，解决“要多少”的问题，为实时补货提供依据。通常情况下，需求受到很多影响，表现出一定的不确定性。对于图2 所示成品油分销供应链VMI 模型，通常假设需求为独立分布的正态随机变量Di:N（μ,σ2）[6-8]。需求预测就是要通过加油站销售的历史数据确定需求的期望μ 和方差σ2。需求预测往往可采用移动平均法：

其中：di为历史上观测到的实际需求值或者加油站的销售信息，N为预测窗口或者移动窗口，表示预测所需的历史数据样本数。得到参数μ 和σ2后，就可以确定需求的变化规律。

（2）库存监控。要做到实时补货，除了要掌握需求的变化规律外，还必须了解成品油的实时库存状况，即解决加油站“有多少”油的问题。安装在加油站储油罐中的液位监测仪自动采集储油罐中油品的液位信息，加油站现场控制器实现对数据的初步运算和处理，并通过网络传送到油库配送调度系统的库存监控模块，由库存监控模块进行分析判断，确定要不要预警提示，以便及时补货。

（3）实时补货。实时补货是在综合分析需求预测结果及实时库存状态情况下，确定“何时补货、补多少货”。要做到对加油站进行实时补货，首先要制定科学合理的库存策略。油库对加油站的库存控制策略可以采用（R,Q）库存策略[6,9]，即库存降到R时，要开始补货，补货量为量Q。由于目前大多数加油站每天都要安排油品配送，盘点周期较短，因此，可以近似认为是连续盘点的（R,Q），其中R为再订货点，Q为补货量，分别按照下列方式计算：

式（2）中，右边第一项为提前期内的需求量，第二项为安全库存，是专门应对需求不确定性而保有库存量，以尽量降低加油站缺货率。其中，L为补货提前期，μ 和σ 分别为通过式（1）需求预测得到需求的期望和标准差，z为安全因子，是和加油站的服务水平（即不缺货概率）有关的系数，服务水平和安全因子的对应关系如表1 所示[9]。服务水平要求越高，对应的安全因子也越大，则安全库存也越大。

表1 服务水平和安全因子对应表

式（3）补货量计算实际上是依据需求随机情况下的近似EOQ 模型，其中A为订货费，μ 为需求期望，h为油品的单位存储成本。

值得指出的是，根据式（2）、式（3）确定R和Q不是一成不变的，它可依据不同加油站的不同油品、不同盘点周期、不同的服务水平动态更新和调整。油库配送调度系统的实时补货模块会将监测到的实时库存和再订货点R进行比对，如果实时库存低于再订货点水平，则要进行补货Q。需要说明的是，补货量Q是一个优化的经济订货批量，是一个理论参考值，在实际VMI 系统运作过程中不一定要严格按照这一批量来补货，因为受到油品配送车辆实际仓容限制，配送调度系统还要统筹考虑不同站场、不同油品需求以及配送距离等因素，进行集中统一优化，给出总体最优的配送方案。成品油VMI 管理通过油库集中统一管理各加油站库存，在保证服务水平不降低的情况下，可将分散在各加油站的安全库存集中到油库端，通过共享安全库存实现风险分担（Risk Pooling），从而大大降低整个供应链的安全库存，实现整个供应链的库存优化。

总的来说，成品油分销供应链实施VMI 管理后，带来的优势主要体现在：①油库和各加油站库存管理由条块分割、各自为政的分散库存管理模式，变成油库集中统一管理的联合库存管理模式，大大降低整个供应链库存水平，更好地体现了供应链管理思维；②油库从被动供货向主动实时补货转变，提高了整个油品供应链的灵活性和快速响应能力；③由根据加油站提报需求进行粗放供货的模式，向实时精准配送模式的转变，通过科学手段精确预测需求并监控实时库存信息，从而实现精准补货，大大降低了供应链中的牛鞭效应。