基于需求替代的供應鏈庫存管理研究進展

摘要:需求替代環境下供應鏈的庫存管理因其自身獨有的特點，一直是供應鏈管理的研究熱點之一。文章在介紹需求替代的特點及分類的基礎上，分別從企業驅動型和客戶驅動型需求替代兩方面，系統分析了基于需求替代的供應鏈庫存管理研究成果，最后提出了進一步研究方向。

關鍵詞:需求替代;庫存管理;供應鏈;綜述

一、 引言

面對日益激烈的市場競爭，企業逐漸拋棄了提供單一產品的銷售方式，轉而向客戶提供功能相近、在一定程度上可相互替代的系列產品。由于產品間的可替代性，當客戶所購買產品缺貨時，可以購買替代產品以滿足其需求，即產生替代性需求(Chopra Meindl，2001)，因此，企業可以用系列產品的總庫存來滿足客戶需求，從而在不影響產品供應的情況下降低安全庫存和庫存成本。替代性需求環境下供應鏈的庫存管理因其自身獨有的特點，一直是供應鏈管理的研究熱點之一。

從替代產生的原因可以將替代性需求分為企業驅動型需求替代和客戶驅動型需求替代;從替代方向則可分為單向替代和雙向替代。本文則從企業驅動型和客戶驅動型需求替代討論基于需求替代的供應鏈庫存管理研究進展。

二、 基于企業驅動需求替代的供應鏈庫存管理研究進展

企業驅動需求替代是指替代行為是由制造商或供應商引發的，比較典型的是當低價值的產品缺貨的時候，制造商用高價值的產品代替，例如當120GB的硬盤缺貨時，Dell公司用160GB的硬盤作為替代產品進行安裝銷售。替代性使得企業可以通盤考慮某一種零部件的總需求，降低安全庫存。替代性的價值隨著需求不確定性的上升而增加。因此，企業應該在需求不確定性很高時考慮在零部件之間進行替代。

1. 單向需求替代下的單級供應鏈庫存管理。單向替代在現實中很常見，主要表現為高性能、高質量產品向下替代低性能、低質量產品。

Li等(2006)則研究了產品單向替代和產品可回收再生產條件下的生產庫存策略。Bayindir等(2007)研究了產品單向替代和資源約束條件下的制造業庫存管理，分析了產品單向替代和資源約束對最優策略和企業績效的影響。

蔡連僑等(2003a，2003b)針對產品具有可替代性情況下的庫存管理問題，建立兩種產品情況下的庫存模型，證明其目標函數是凹函數和子模函數，并給出最優訂貨量應該滿足的條件。通過分析各參數對最優訂貨量的影響，得到產品具有可替代性情況下最優訂貨量的一些基本性質。最后，所建立的模型與報童模型進行比較，證明采用替代策略可以提高銷售商的收益及服務水平。官振中和卜祥智(2007)討論了隨機需求環境下完全向下替代的兩代易逝品訂貨策略，對模型的最優條件和性質進行了證明。

2. 雙向需求替代下的單級供應鏈庫存管理。隨著產品功能質量等的互補性和各異性，雙向替代的現象變得越來越普遍，國內外的相關研究也越來越多。

McGillivray和Silver(1978)首先對雙向需求替代下的單級供應鏈庫存管理進行了研究，并給出了求解控制參數的啟發式算法。Nagarajan Rajagopalan(2009)運用報童模型研究了基于雙向需求替代的雙寡頭壟斷企業的庫存管理，探討了企業在制定庫存策略時應如何對需求替代和競爭對手的庫存水平加以考慮。

陳旭(2004)分析了隨機需求環境下兩種雙向替代易逝品的零售商訂貨策略，研究發現:零售商的訂貨量與產品的替代系數邊際利潤成正比;在產品邊際利潤不變的情況下，零售商的訂貨量與產品的零售價格成反比。

3. 需求替代下的多級供應鏈庫存管理。Gullu等(2005)考慮供應鏈由一個生產商和兩個零售商組成，零售商在訂貨提前期內有一次機會在保持雙方總訂貨量不變的情況下更改各自訂貨量，研究了替代性需求下的供應鏈庫存管理。Zhang等(2009)考慮兩條供應鏈分別生產銷售兩個品牌的可替代產品，研究了一條實施零售商管理庫存而另一條實施供應商管理庫存，以及兩條供應鏈均實施供應商管理庫存情況下的供應鏈庫存管理問題。關志民等(2005)考慮分銷系統由兩個制造商和兩個分銷商組成，建立了需求替代下供應鏈庫存控制模型，并給出了分銷系統的庫存優化策略模型及其求解方法與步驟。

三、 基于客戶驅動需求替代的供應鏈庫存管理研究進展

客戶驅動需求替代指的是當客戶所購買產品缺貨時，客戶從現貨產品中購買最偏好的產品作為替代，研究表明客戶更偏向于購買供應商提供替代產品，而非空手而歸。例如客戶在超市購買的一加侖洗潔精缺貨時，一般會購買半加侖的洗潔精作為替代。對存在客戶驅動需求替代的產品實施聯合庫存管理可以在確保相同服務水平的前提下降低供應鏈的安全庫存和庫存成本。

客戶驅動需求替代可分為基于品種的替代和基于缺貨的替代兩種。基于品種的替代是指企業沒有生產顧客最需要的產品時，一部分顧客會在企業所提供的產品中選擇一中作為替代，對企業而言，該需求替代表現為未生產產品的部分市場需求轉移到已經生產的產品上。基于缺貨的替代是指雖然企業生產了顧客最需要的產品，但該產品暫時沒有現貨，部分顧客將選擇有現貨的某種產品作為替代。

1. 基于品種替代的生產補貨問題。Van Ryzin和Mahajan(1999)研究了隨機性需求下，存在品種替代的單周期顧客選擇模型中的產品組合選擇問題，文中假設顧客的選擇受到產品種類的影響，而不受庫存水平的影響，這種靜態的替代模型簡化了庫存清單編制和產品種類分析。Cachon等(2005)則在Van Ryzin Mahajan(1999)的基礎上進一步考慮了顧客尋找成本，研究表明如果忽視顧客尋找產品的搜索成本竟會導致產品分類不足，從而降低了期望利潤。

2. 基于缺貨替代的生產補貨問題。缺貨替代是一種常見的顧客行為。哈佛商業評論最近的一次調查顯示21%~43%的顧客在面臨缺貨時愿意去其他商店購買該產品。一些研究者認為，通過讓顧客實時的訪問庫存信息來減少顧客的搜尋成本可以刺激缺貨替代，從而提高渠道效率，但研究發現效果并不是很明顯(Chiang，2010)，雖然缺貨時的客戶需求由另一渠道滿足，可以減少銷售額損失，但這種在供應鏈上多銷售渠道間基于缺貨的替代可能導致供應商和銷售商在庫存決策上的一些戰略互動，尤其是供應商建立起自己的銷售渠道時，供應商將與其銷售商成為直接競爭者，供應商和銷售商同時在縱向和橫向進行競爭，他們之間的沖突可能降低供應鏈的效率。

在雙渠道環境中，縱向競爭將因雙邊際效應導致供應鏈低效率，這種低效率主要發生在供應商將其產品以高于邊際成本的批發價賣給銷售商，銷售商則將以高于整個銷售渠道真正邊際成本的零售價進行銷售。雙邊際效應是因縱向競爭導致供應鏈低效率的一個非常經典的案例。一旦給定零售價，雙邊際效應的存在將使得在需求不確定的單周期模型中零售商所持有的庫存遠低于最優庫存量。同樣，在分散式決策的供應鏈多周期模型中也會因雙邊際效應的存在使得供應商和銷售商的庫存低于最優庫存(Caldentey Wein，2003)。另一方面，當企業銷售的是可替代產品，企業間的橫向競爭就會發生，這時橫向競爭就會影響企業庫存決策。學者們從運營管理和營銷管理兩個方向對橫向競爭企業庫存策略進行了分析，研究發現，雖然橫向競爭可能導致庫存過低，但更多的情況下，橫向競爭會導致庫存過高，使得企業利潤低于完全壟斷企業利潤(K?觟k Fisher，2007)。

當供應鏈上同時展開縱向競爭和橫向競爭時又會對庫存策略造成哪些影響呢?近年來，學者們也開始了對縱向競爭和橫向競爭對供應鏈績效的混合影響的研究，研究表明，在對稱雙銷售渠道中，當雙邊際效應和替代性同時存在于供應鏈中時，因縱向競爭所導致的庫存過低會與橫向競爭所導致的庫存過高相互抵消，從而提高供應鏈的績效(Netessine Zhang，2005)。但是，這一研究結果未必能夠應用到非對稱的多銷售渠道中。此外，這些文獻研究的是單周期庫存策略，因此都假設供應商不持有庫存，而且他們研究的庫存競爭僅發生在供應鏈同一層次的企業間。因此，當多銷售渠道中庫存競爭既發生在供應鏈同一層次的企業間，又發生在供應鏈不同層次的企業間時，這些研究就難以為多銷售渠道管理提供有用指導。

由于分析上的難度，目前很少對多層次、多渠道環境下，縱向競爭和橫向競爭并存時的庫存策略進行研究。但現實供應鏈中有很多多渠道企業，如Sony就是典型多渠道企業。Sony公司所生產的HDTV既通過Best Buy公司進行銷售，也由自己的在線銷售渠道進行銷售，調查發現，Sony公司在線銷售的大多數HDTV的價格與Best Buy公司的銷售價格完全一樣(Cattani et al.，2006)。盡管這種價格一致戰略有助于降低因價格競爭導致的渠道沖突，但兩個公司的獨立庫存決策仍然可能導致渠道低效率。如何有效管理多競爭渠道的供應鏈庫存是Sony及其它類似公司(如Xerox)所面臨的一個巨大挑戰。

Chiang和Monahan(2005)假設供應商既通過自己的銷售渠道直接向最終消費者銷售產品，又通過零售商向最終消費者銷售產品，且最終消費者對兩個銷售渠道的偏好不同;供應商和零售商獨立的選擇他們的庫存水平以滿足最終消費者的隨機需求，當某個銷售渠道缺貨時，最終消費者將到另一銷售渠道購買產品，基于以上假設，他們建立了分散式決策供應鏈的庫存博弈模型，研究了整合銷售渠道中的雙層次、雙渠道庫存問題。Chiang(2010)則采用Chiang Monahan(2005)的建模方法，對分散式決策供應鏈上多渠道企業庫存管理進行了研究，分析了供應商與其零售商存在競爭時雙方持有的庫存究竟是高于還是低于雙方無競爭時的庫存，對已有的提高渠道效率的研究進行了驗證。

3. 同時考慮品種替代和缺貨替代的生產補貨問題。Mahajan Van Ryzin(2001)在Van Ryzin和Mahajan(1999)的基礎上考慮同時存在缺貨替代和品種替代時的情況，采用隨機抽樣-路徑優化方法分析了該環境中的產品組合選擇問題。Gaur Honhon(2006)運用區位選擇模型來描述顧客選擇行為，并同時分析了品種替代和缺貨替代兩種情況。高峻峻和俞萊若(2009)假定消費者可以進行多次替代嘗試，考慮品種替代和缺貨替代并存，且產品間的替代為不完全鄰近替代，在描述多品種產品的初始需求、核心需求和有效需求的基礎上，給出零售商銷售的多種產品的總利潤，并以該類產品總利潤最大化為目標函數，以存儲空間、預算和服務水平為約束條件，構建了一個非線性整數規劃聯合決策模型，并給出了模型求解的啟發式算法。

四、 基于替代性需求的供應鏈庫存管理研究前景展望

通過以上分析可以發現，國內外學者從不同方面對基于替代性需求的供應鏈庫存管理進行了廣泛、深入研究，且取得了豐碩的成果。結合國內外相關研究成果及替代性需求下的供應鏈庫存管理實踐，本文認為還有以下幾方面的問題值得進一步研究。

1. 定制環境下基于替代性需求的供應鏈庫存管理。隨著市場需求的多樣化，越來越多的企業采用定制化生產，按客戶要求向其提供定制產品。定制化生產的一個最大特點是，企業生產時間短，且產品一完工就立即銷售出去，因此企業基本不持有產品庫存，只持有零部件庫存。定制化生產因其獨有的特點，決定了定制化生產企業的庫存管理與普通企業有很大差別，因此，有必要對定制環境下基于替代性需求的供應鏈庫存管理進行研究。

2. 異質性需求下基于替代性需求的供應鏈庫存管理。現有的替代性需求下供應鏈庫存管理研究一般假設所有客戶對產品的偏好是同質的，但事實上，每個客戶對不同特征(如質量、性能、外觀、價格等)的產品的偏好程度不同，即客戶的需求是異質的。在異質性需求下，客戶所需產品未被生產或缺貨時，客戶的替代選擇也是異質的，因此，異質性需求下的產品間替代關系及企業的庫存管理策略與同質性需求下相差較大，有必要對此進行研究。

3. 網絡外部性下基于替代性需求的供應鏈庫存管理。現實中有很多產品(如手機、傳真機等)的用戶從購買該產品中獲得的效用會隨著相同產品的用戶人數的變化而變化，產品的這種特征被稱為網絡外部性。網絡外部性在很大程度上影響著客戶對產品的偏好以及替代和購買決策，因此有必要對網絡外部性及替代性需求下的供應鏈庫存管理進行研究，為生產、銷售網絡外部性產品的供應鏈制定庫存管理策略提供指導。

參考文獻:

1. 蔡連僑，陳劍，嚴厚民.可替代產品的庫存模型研究(Ⅰ):最優訂貨量.系統工程理論與實踐，2003，23(6):63-68.

2. 蔡連僑，陳劍，嚴厚民.可替代產品的庫存模型研究(Ⅱ):基本性質.系統工程理論與實踐，2003，23(8):59- 66.

3.陳旭.面向隨機需求的可替代易逝品訂貨策略. 系統工程理論方法應用，2004，13(4):14-18.

4. 高峻峻，俞萊若.替代性需求下一類產品的品種選擇與庫存控制的聯合決策.系統工程理論與實踐，2009，29(3):76-83.

5. 官振中，卜祥智.可變價格向下替代易逝性產品最優訂貨策略.系統工程理論與實踐，2007，27(6):93-99.

6. 關志民，呂芹，馬欽海.多種產品替代需求條件下分銷系統的庫存策略.東北大學學報(自然科學版)，2005，26(5):504-509.

7. Bayindir Z.P.， Erkip N.， Güllü R. Assessing the benefits of remanufacturing option under one-way substitution and capacity. Computers and Operations Research，2007，34(2):487-514.

8. Cachon G.， Terwiesch C.， Xu Y. Retail assortment planning in the presence of consumer search. Manufacturing and Service Operations Management，2005，7(4):330-346.

9. Caldentey R.， Wein L M. Analysis of a decentralized production-inventory system. Manufacturing Service Operations Management，2003，5(1):1-17.

10. Cattani K.， Gilland W.， Heese H S.， et al. Boiling frogs: Pricing strategies fora manufacturer adding a direct channel that competes with the traditional channel. Production Operations Management，2006，15(1):40-56.

11. Chiang W K. Product availability in competitive and cooperative dual-channel distribution with stock-out based substitution. European Journal of Operational Research，2010，200(1):111-126.

12. Chiang W K.， Monahan G E. Managing inventories in a two-echelon dual-channel supply cha- in. European Journal of Operational Research， 2005，162(2):325-341.

13. Chopra S.， Meindl P. Supply Chain Management. New Jersey: Prentice-Hall， Inc，2001.

14. Gaur V.， Honhon D. Assortment planning and inventory decisions under a locational choice model. Management Science，2006，52(10):1528-1543.

15. Gullu R.， Houtum G.J. V.， Sargut F.Z.， et al. Analysis of a decentralized supply chain under partial cooperation. Manufacturing Service Operations Management，2005，7(3):229-247.

16. Mahajan S.， van Ryzin G. Stocking retail assortments under dynamic consumer substitution. Operations Research，2001，49(3):334-351.

17. McGillivray A.R.， Silver E.A. Some Concepts for Inventory Control under Substitutable Demand. INFOR，1978，16(1):47-63.

18. Nagarajan M.， Rajagopalan S. Technical Note-A Multiperiod Model of Inventory Competition. Operations Research archive，2009，57(3):785-790.

基金項目:國家社會科學基金重點項目(08AJY028);教育部新世紀優秀人才支持計劃(NCET-08-0609)。

作者簡介:劉金平，重慶大學經濟與工商管理學院博士生;黃波，重慶大學經濟與工商管理學院博士生。

收稿日期:2009-12-16。