《面向网络零售商的批量库存模型研究》研究目的与研究方法分析

1.研究目的及意义

本研究的主要目的就是帮助网络零售商设计合适的批量库存模型，在动态的竞争环境中优化补货与发货的决策方法，从而减少相应的运作成本，具体体现在以下四方面：首先，网络零售商的经营特征和供应链运作有别于传统企业，在为补货及发货问题构建合适的批量模型之前，有必要对网络零售商进行深入的了解。所以，本研究的目的之一就是分析网络零售商及其整体供应链运作的特征，并重点探讨其补货和发货的运作流程，为模型设计提供相应的问题背景。其次，一部分网络零售产品的需求信息非常确定，且顾客在下订单后会默认等待一段时间，直到需求被满足，这就为网络零售商提供了宝贵的提前需求信息（advance demand information，ADI）。在随机库存政策下，提前需求信息的价值已经被充分挖掘，但在确定性动态批量问题中，则还未被研究。因此，本研究的第二个目的就是探究网络零售环境下考虑提前需求信息的动态批量补货问题。再次，当网络零售商售卖新产品时，对于顾客的需求往往是很不确定且难以预测的，但是，如果该产品是换代品或有其他类似替代品，就有方法预测其需求。于是，本研究目的之三就是研究网络预售新产品的补货问题，利用BASS模型预测这种新产品的需求，把预售期看成是缺货期，来探讨起始有缺货情形下的连续时间批量补货问题。最后，还有一些网络零售产品的需求信息可以通过较好的预测方法来准确获取，如亚马逊就根据最新的需求预测技术申请了一项名为“预判发货”（anticipatory shipping）的专利，它可以在顾客还未下订单之前，准确预测该需求，然后将货物提前配送至离需求发生点最近的配送站，从而等顾客下订单后以最快速度满足需求。本研究的目的之四就是在预判发货应用的背景下，构建存在不同成本结构的两种运输模式的动态批量配送模型，来解决对应的订单发货问题。

本研究从网络零售商实际存在的补货和发货问题出发，结合已有文献中关于批量模型的理论知识，构建了多个能够解决不同问题的批量补货与发货模型。本研究具有重要的理论与实践意义。

1）理论意义

针对网络零售商及其供应链运作的特征，提出了已有文献中未曾研究的批量补货与发货新问题。基于问题的特点，从零售商角度出发，构建了定制化的离散时间动态和连续时间批量补货和发货模型，并对模型进行了最优性质分析，以及求解方法设计，对相应的建模和算法理论进行了扩充。首先，对于易获取需求信息的成熟产品，结合零售商利用网络平台销售产品时可以延迟处理顾客需求的特点，将提前需求信息理论引入到动态批量模型中，同时结合需求优先级理论，在网络零售商拥有多种销售渠道的背景下，构建了新的动态批量补货模型。然后，在需求时间窗理论的基础上，将考虑提前需求信息的动态批量模型重新建模，得到了能够解决多种网络零售情境下的统一动态批量模型。接着，针对不易获取需求信息的新产品，将BASS需求扩散理论与连续时间批量模型理论结合，构建了适用的补货模型。最后，为了解决网络零售商采取“预判发货”策略下的发货问题，本研究还构建了一个双配送模式的动态批量发货模型，并引入了网络流理论的方法对问题重新建模，使问题分析与求解变得简单。在这些特定背景下的批量补货与发货模型，都具有非常好的可拓展性，从而丰富了相关研究领域的理论。

2）实践意义

本研究从网络零售商及其运营特征的角度出发，构建了基于多种实际情况下的批量补货和发货模型，并针对每种模型采用了不同的技术方法进行性质分析与算法设计。许多网络零售商在其订单履行中心都使用了先进的资源管理系统，其中就会包含类似MRP的一些与补货和发货等决策相关的管理模块，这些模块都提供良好的编程环境，本研究得到的算法能够由编程人员在这些模块上方便地实现，进而得到应用。这些算法还可以由任何一种编程语言实现，为网络零售商节省了高额的智能优化软件购置费用。另外，本研究中的多种模型还是解决其他更为复杂问题的基础，如多层级补货问题、多产品协调补货问题、有能力约束的批量问题等，在实际应用中具有良好的可扩展性。

2.研究方法

本研究考虑实际网络零售企业中存在的库存补货与订单发货问题，结合离散时间动态批量模型和连续时间批量模型的理论知识，综合运用了多种定量的研究方法和技术，针对网络零售情境下有着不同需求信息特征的产品，以及不同运作模式的特点，构建了多种批量补货和发货模型，并对模型进行了详尽的数学性质分析，以及求解算法设计。具体而言，本书主要运用了以下几种研究方法：

1）调查研究(www.xing528.com)

笔者走访了实际的网络零售企业，参观了其中一些仓库与订单处理中心，详尽地了解了网络零售商运营的特征，并对其围绕订单履行的供应链体系中的一系列运作流程进行了深入分析。另外，重点调查了实际中网络零售商的库存补货与订单发货运作过程，也认识了其中存在的一些问题。

2）文献分析

笔者收集整理了国内外关于网络零售环境下有关供应链管理，尤其是库存管理方面的研究，以及关于离散时间动态批量模型和连续时间经济批量模型的研究。同时，对相关文献进行了归类总结，着重分析了各领域中与本书相关的研究，并发现了其中尚待研究的问题，强调了本研究的理论贡献。

3）数学建模

本书采用了多种数学建模的方法，主要体现为混合整数线性规划和微分方程，对多种批量补货和发货问题构建了模型。例如，利用混合整数线性规划技术为多种网络零售情境下的库存补货问题构建了考虑提前需求信息的动态批量模型；为“预判发货”应用背景下的发货问题构建了双模式批量配送模型；利用微分方程组为网络预售新产品的补货问题构建了连续批量模型。

4）网络流技术

引入网络流规划的方法，将一些特别复杂的数学模型进行模型转换，从而使问题在网络流模型中变得直观易懂，也给问题的分析带来了便捷。例如，本书在“预判发货”背景下的双模式批量配送问题中，采用了网络流方法，将混合整数规划模型重新构建为一个单起点多终点的三层网络流模型。

5）算法设计

在多种数学和网络流模型的基础上，本书对最优解性质进行了详尽的分析。针对离散时间动态批量模型，主要采用了动态规划技术，为不同问题设计了定制化的多项式时间最优求解算法；而对连续时间批量模型，则采用了微分求导、黑塞矩阵求极值等方法，为对应问题求得最优解析解。