JIT配送方式對CO2排放量的影響分析

譚 勇，吳 丹，黃 焜

(1.武漢工業(yè)學(xué)院經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，湖北武漢 430023;2.長江證券股份有限公司，湖北武漢 430015)

JIT(Just-in-Time)作為一種先進(jìn)的生產(chǎn)和庫存管理思想，在世界范圍內(nèi)被各國裝配制造企業(yè)紛紛學(xué)習(xí)和效仿。JIT生產(chǎn)是以客戶訂單為驅(qū)動的拉動式生產(chǎn)，杜絕浪費，也稱作“精益生產(chǎn)”，它提高了生產(chǎn)效率和客戶服務(wù)水平，并且降低了生產(chǎn)各環(huán)節(jié)的庫存。然而，隨著生產(chǎn)水平的發(fā)展，人類生存的環(huán)境變得越來越不堪重負(fù)。在各種外部壓力和動力的作用下，企業(yè)在進(jìn)行各種決策的過程中已經(jīng)不能只著眼于生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，還必須將生產(chǎn)活動對環(huán)境的影響也納入決策考慮的范圍［1－2］。在這樣的趨勢下，學(xué)術(shù)界也逐漸關(guān)注到如何平衡供應(yīng)鏈運作效率和生產(chǎn)活動對環(huán)境影響的問題。因為JIT管理思想改變了企業(yè)傳統(tǒng)的運作模式，越來越多的學(xué)者開始思考:JIT管理思想給企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益，創(chuàng)造了更大的客戶價值的同時，對環(huán)境的影響又是如何?

King，et al.(2001)利用美國環(huán)境保護(hù)署TRI(Toxic Release Inventory)數(shù)據(jù)庫，采用實證分析的方法，研究了精益生產(chǎn)對環(huán)境的影響［3］。他們將企業(yè)是否獲得ISO9001認(rèn)證作為精益生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)，將ISO14001認(rèn)證，生產(chǎn)活動產(chǎn)生的污染物總量、污染物就地處理水平、以及有毒物質(zhì)排放作為環(huán)境影響的評價因素。King et al.(2001)的研究結(jié)果顯示，精益生產(chǎn)使企業(yè)的庫存水平更低，生產(chǎn)中的浪費更少，污染的排放也更少。由此，他們認(rèn)為，精益生產(chǎn)就是“綠色”生產(chǎn)。Klassen(2000)在對5家家具生產(chǎn)廠商進(jìn)行調(diào)研后，認(rèn)為實施JIT生產(chǎn)可以促使減少污染物的產(chǎn)生。同時他還發(fā)現(xiàn)，采取預(yù)防措施減少生產(chǎn)過程中的污染可以改善企業(yè)的訂單交付表現(xiàn)。所以，Klassen(2000)認(rèn)為，JIT生產(chǎn)與環(huán)境保護(hù)是相互促進(jìn)的［4］。但是，并非所有類似的研究所得到的結(jié)論都是一致的。Rothenberg et al.(2001)對北美和日本的31家汽車生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行了調(diào)研和采訪，他們采用揮發(fā)性有機化合物(VOCs)的排放、水和能源的消耗等指標(biāo)評價環(huán)境效益;通過最小庫存量、生產(chǎn)系統(tǒng)以及人力資源管理方式來評價精益生產(chǎn)的程度。通過統(tǒng)計回歸分析，得到的結(jié)果顯示，精益生產(chǎn)對減少水和能源的消耗有一定的作用，但同時也明顯增加了 VOCs的排放［5］。Zhu and Sarkis(2004)對186家企業(yè)進(jìn)行了實證研究，分析了質(zhì)量管理、JIT等運作管理策略對綠色供應(yīng)鏈管理績效的影響［6］。Zhu and Sarkis(2004)的研究突破了單個企業(yè)的范疇，把研究范圍擴大到供應(yīng)鏈層面。他們也認(rèn)為，實施JIT管理策略對環(huán)境存在著負(fù)面影響。其它還有 Kainuma(2006)、Cholette(2009)以及Simpson(2007)等人也進(jìn)行了類似的研究［7－9］。上述研究所得的結(jié)論不盡相同，這可能是由于研究的視角不同以及研究的企業(yè)對象差異較大，實施JIT(或精益生產(chǎn))的企業(yè)不同，往往實施的效果差別很大。

而另一方面，上述研究都只關(guān)注了生產(chǎn)環(huán)節(jié)對環(huán)境的影響。而JIT思想除了改變制造商內(nèi)部的生產(chǎn)方式之外，還有一個重要的特點是要求其供應(yīng)商采用小批量、多批次的方式對生產(chǎn)所需的原材料和零部件進(jìn)行JIT配送，以支持制造商的JIT生產(chǎn)。小批量、多批次配送降低了運輸車輛的裝載率，因而不得不更多地使用載重量小的汽車。JIT配送還甚至改變了原有的運輸模式，如鐵路運輸和航運運輸都因為不能滿足JIT的時效性要求而越來越不被采用，供應(yīng)商更多地采用公路，甚至航空運輸來配送零部件。配送方式的這些變化，降低了單位零部件配送的燃油經(jīng)濟(jì)性，同樣數(shù)量的原材料或零部件送達(dá)裝配生產(chǎn)企業(yè)所消耗的燃油更多。

更多的燃料消耗則會釋放更多的氧化硫(SOX)、氧化氮(NOX)、VOCs和CO2等溫室氣體，使環(huán)境更加惡化。從目前的研究文獻(xiàn)來看，雖然已有不少學(xué)者關(guān)注到“JIT運作與環(huán)境影響”問題，但仍然很少有人對JIT運作模式下原材料和零部件配送方式的變化對環(huán)境產(chǎn)生的影響進(jìn)行深入的分析。

JIT策略下，供應(yīng)商以小批量、多批次向裝配生產(chǎn)企業(yè)配送零部件的方式主要有兩種:一種是供應(yīng)商各自獨立地向制造商的生產(chǎn)線邊倉庫或設(shè)立在制造商附近的VMI倉庫配送原材料和零部件;另一種方式是采用第三方物流運作的Supply－Hub模式對制造商配送所需的原材料和零部件。Supply－Hub模式是一種新的供應(yīng)物流運作模式，在裝配式供應(yīng)鏈中已經(jīng)逐漸得到應(yīng)用。在Supply－Hub模式下，制造商所需的零部件不再由各個供應(yīng)商直接送至制造商，而是存儲在Supply－Hub，由第三方物流企業(yè)集中管理，循環(huán)取貨(milkrun)是這種模式下供應(yīng)商到Supply－Hub的主要配送方式之一。循環(huán)取貨的具體運作方式是:每天固定的時刻，卡車從Supply－Hub出發(fā)，到第一個供應(yīng)商處裝上準(zhǔn)備發(fā)運的原材料，然后按事先設(shè)計好的路線到第二家、第三家，以此類推，直到裝完所有安排好的原材料再返回。國內(nèi)外多家裝配制造商的實踐表明，這種模式在提高供應(yīng)鏈的運作效率上具有很好的效果［10］。Barnes(2000)以及龔鳳美(2008)等人也都認(rèn)為Supply－Hub模式是一種適合裝配生產(chǎn)系統(tǒng)采用的降低成本，提高響應(yīng)性的JIT運作模式［11－12］。本文將分別基于供應(yīng)商獨立配送和Supply－Hub模式下的循環(huán)取貨兩種模式，以零部件配送過程中車輛的CO2排放量作為評價指標(biāo)，建立這兩種模式下的CO2排放量計算模型，分析JIT配送對環(huán)境產(chǎn)生的影響。

1 CO2排放計算方法與假設(shè)

本文通過計算原材料或零部件從供應(yīng)商處配送至裝配生產(chǎn)廠過程中的CO2年排放總量，衡量對環(huán)境產(chǎn)生的影響。計算中需要確定的關(guān)鍵參數(shù)有兩個:配送車輛一年行駛的總里程;以及配送車輛的載重噸位。載重噸位用以確定車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性(Fuel Economy)。燃油經(jīng)濟(jì)性可以用車輛的百公里耗油量來表示。零部件配送所產(chǎn)生的CO2年排放總量計算公式寫為:

CO2年排放量=車輛年行駛里程×燃油經(jīng)濟(jì)性×燃油CO2排放系數(shù)或E=TM·FE·e

其中，E表示CO2年排放量，TM表示一年內(nèi)車輛行駛的總里程，F(xiàn)E表示車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性(百公里耗油量)，e表示燃油的CO2排放系數(shù)。

燃油經(jīng)濟(jì)性是由車輛的總重量(車輛自重+燃油重量+載重)、發(fā)動機馬力以及行駛工況等一系列因素決定的。美國橡樹嶺國家實驗室編寫的《運輸能源數(shù)據(jù)手冊(Transportation Energy Data Book)》中依據(jù)車輛滿載狀態(tài)下的總重量將載重車輛分為8個級別，并給出了各個級別載重車輛綜合行駛工況下的平均燃油經(jīng)濟(jì)性［13］。由于不同的車輛個體，其燃油經(jīng)濟(jì)性都有所不同，而我國目前又還沒有相關(guān)的統(tǒng)計參考數(shù)據(jù)，本文暫采用美國《運輸能源數(shù)據(jù)手冊》中的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行了單位換算，具體如表1所示。

表1 車輛總重、載重以及燃油經(jīng)濟(jì)性

車輛的載重占滿載總重的百分比，不同的車輛有所不同。為了研究方便，我們采用美國環(huán)境保護(hù)局(EPA)的估算方式，假設(shè)車輛的載重占車輛滿載總重的三分之二，而車輛自重以及燃油重量占車輛滿載總重的三分之一［14］。由此，我們可以得到表1中各個級別載重車輛的載重范圍。在相同行駛工況下，若載重較輕，燃油經(jīng)濟(jì)性將有所提高。根據(jù)EPA的估算數(shù)據(jù)，車輛的重量每降低10%，車輛行駛相同里程的燃油消耗將降低5%［14］。由以上假設(shè)，我們用FE(W)表示實際載重為W的車輛燃油經(jīng)濟(jì)性;TW表示滿載狀態(tài)下的燃油經(jīng)濟(jì)性;TW表示滿載狀態(tài)下的車輛總重量。FE(W)可以表示為:

2 兩種配送模式下的碳排放模型

2.1 供應(yīng)商獨立配送

在供應(yīng)商獨立配送的模式下，供應(yīng)商各自配送零部件至裝配生產(chǎn)廠。假設(shè)，裝配生產(chǎn)廠對供應(yīng)商i供應(yīng)的零部件Pi的日需求量為定值Ri，供應(yīng)商至裝配生產(chǎn)廠的距離為DMi。供應(yīng)商每隔T日向裝配生產(chǎn)廠配送一次零部件，則每次配送的批量Qi=Ri·T。零部件Pi的單位重量為wi。

2.2 Supply－Hub配送模式

在Supply－Hub的運作模式下，由第三方物流采用循環(huán)取貨的方式負(fù)責(zé)零部件從供應(yīng)商到Supply－Hub的配送，這樣做的好處是省去了所有供應(yīng)商獨立配送情況下空車返回的浪費，同時使物料能夠及時供應(yīng)，發(fā)運貨物少的供應(yīng)商不必等到貨物累計到一定的裝載率再發(fā)運，可保持較低的庫存，最大程度地實現(xiàn)JIT供應(yīng)。

由于供應(yīng)商至Supply－Hub的距離不等，Supply－Hub實施循環(huán)取貨的路線規(guī)劃本身就是復(fù)雜的優(yōu)化問題。為簡單起見，本文假設(shè)取貨車輛從Supply－Hub出發(fā)，先去距離最近的供應(yīng)商，在供應(yīng)商裝貨完畢后，再去距離供應(yīng)商最近的供應(yīng)商處取貨，以此規(guī)則直至將家供應(yīng)商全部裝貨完畢，然后從供應(yīng)商處返回Supply－Hub，如圖1所示。

圖1 基于Supply－Hub的循環(huán)取貨模式

根據(jù)上述假設(shè)，基于Supply－Hub的循環(huán)取貨模式，零部件配送的CO2年排放總量計算模型為:

其中，EM1表示取貨車輛從Supply－Hub空載行至最近的供應(yīng)商1處的CO2年排放總量;Eij表示取貨車輛從供應(yīng)商i行至距其最近的供應(yīng)商j處的CO2年排放總量;EnM表示取貨車輛從最后取貨的供應(yīng)商n處返回Supply－Hub的CO2年排放總量。

3 算例分析

本文以國內(nèi)某著名中外合資汽車生產(chǎn)企業(yè)為原型進(jìn)行算例分析。該企業(yè)建廠之初就遵循精益理念，設(shè)定了柔性生產(chǎn)方式以及JIT補貨計劃，要求供應(yīng)商對生產(chǎn)線實施JIT供貨。該企業(yè)生產(chǎn)廠地處上海，有3 000多種國產(chǎn)零部件，主要由分布在江浙滬等十多個省市的150多家供應(yīng)商供貨。本文僅以其在寧波的10家供應(yīng)商為例。

采用保守計算的原則，選用車輛的載重噸位均按表1中每個級別的最高值計算。其它相關(guān)參數(shù)如表2所示。

表2 生產(chǎn)廠與供應(yīng)商及供應(yīng)商之間的距離

3.1 供應(yīng)商獨立配送

根據(jù)表2中所列參數(shù)，假設(shè)各供應(yīng)商每天配送兩次、每天配送一次、兩天配送一次……七天(一周)配送一次，分8組，計算各供應(yīng)商獨立配送模式下的CO2年排放量。計算結(jié)果如表3所示。

表3 供應(yīng)商獨立配送模式下CO2年排放量 /kg

從表3中可以看出，在配送頻率較高的區(qū)間(一天兩次至兩天一次)，隨著配送頻率的降低，供應(yīng)商到裝配生產(chǎn)廠的零部件配送產(chǎn)生的CO2降低得很快。但是，在配送頻率較低的區(qū)間(三天一次至七天一次)，配送頻率對CO2年排放量的影響變得相對緩和。我們抽取其中一家供應(yīng)商(供應(yīng)商8)的CO2年排放量數(shù)據(jù)以及相應(yīng)的使用車輛級別、車輛裝載利用率數(shù)據(jù)，作曲線圖(圖2和圖3)觀察發(fā)現(xiàn):

(1)CO2年排放量總的變化趨勢是隨著配送頻率的降低而降低。雖然數(shù)據(jù)顯示并非每一次配送頻率的降低CO2年排放量都降低(配送頻率從三天一次變化到四天一次，以及從五天一次變化到六天一次)，原因主要是配送頻率的變化導(dǎo)致配送車輛的級別提高了。重型的車輛排放出更多的CO2，抵消了一部分因配送頻率降低，車輛年行駛總里程減少而減少的CO2排放。

(2)配送車輛級別不變的情況下，配送頻率的降低可以顯著降低CO2的排放。在配送頻率較高的區(qū)間內(nèi)，由于配送批量很小，始終使用的是級別最低的輕型車輛，配送頻率的降低使得車輛年行駛總里程減少，CO2年排放量也迅速降低，而且降低幅度幾乎與車輛年行駛里程減少的幅度相同。然而，在配送頻率較低的區(qū)間內(nèi)，隨著配送批量的增大，配送車輛的級別不斷提高，車輛行駛總里程的減少對降低CO2排放量的作用逐漸減小。如配送頻率從六天一次降低至七天一次，車輛年行駛總里程減少了14.2%，而CO2年排放量僅降低了8.7%。

以上結(jié)果說明，在JIT運作方式下，過小的配送批量和過高的配送頻率必然導(dǎo)致CO2排放量的急劇增加。供應(yīng)商應(yīng)當(dāng)在如圖2、圖3的CO2排放曲線上選擇較為平緩的區(qū)間內(nèi)確定合適的配送頻率和配送批量，并盡可能提高配送車輛的裝載利用率。

圖2 供應(yīng)商CO2年排放量與使用車輛級別

圖3 供應(yīng)商CO2年排放量與車輛裝載利用率

3.2 Supply－Hub配送模式

雖然基于Supply－Hub模式的循環(huán)取貨路線規(guī)劃本身就是一個較為復(fù)雜的優(yōu)化問題，本文設(shè)定的循環(huán)取貨規(guī)則為:取貨車輛每次都選擇距離最近的供應(yīng)商作為取貨的下一站。這樣簡單地設(shè)定并不影響本文對碳排放問題的研究結(jié)果。按照之前設(shè)定的相關(guān)參數(shù)以及假設(shè)的配送頻率，計算Supply－Hub循環(huán)取貨模式下的CO2年排放量，結(jié)果如表4所示。

表4 Supply－Hub配送模式及CO2年排放量

在Supply－Hub循環(huán)取貨模式下，表4的結(jié)果也同樣顯示出，CO2年排放量總的變化趨勢是隨著配送頻率的降低而降低。但是，我們還注意到，配送頻率從三天一次降低至四天一次，以及從五天一次降低至六天一次時，CO2年排放量卻出現(xiàn)了顯著增加。這可能是由于這兩次配送頻率變化引起的配送車輛的總載重變化較大(Class8+Class1增加為Class8+Class7，Class8+Class8增加為2×Class8+Class4)。如前所論述，車輛級別的大幅提高，抵消了一部分因配送頻率降低，車輛年行駛總里程減少而減少的CO2排放。

另外，將兩種模式下CO2年排放量進(jìn)行對比，計算Supply－Hub循環(huán)取貨模式下CO2排放量減少的幅度(見表4)。我們發(fā)現(xiàn)，在配送頻率較高的情況下，Supply－Hub循環(huán)取貨模式減少CO2年排放量的幅度較大。這是因為，當(dāng)最大載重的車輛都不能裝載全部十家供應(yīng)商供應(yīng)的零部件時，配送車輛在滿載后就不再駛?cè)ハ乱徽竟?yīng)商，而是直接返回Supply－Hub。剩余供應(yīng)商的零部件，由其它車輛取貨。這實際上是減小了循環(huán)取貨的“循環(huán)圈”。由此可見，循環(huán)取貨的“循環(huán)圈”所包含的供應(yīng)商數(shù)量越多，減少CO2排放量的成效越顯著。所以，在規(guī)劃循環(huán)取貨項目時，應(yīng)該選擇配送批量小、零部件重量輕的供應(yīng)商，在一個“循環(huán)圈”內(nèi)盡可能包含數(shù)量較多的供應(yīng)商。

4 結(jié)論與展望

本文結(jié)合JIT運作環(huán)境下兩種主要的零部件配送模式——供應(yīng)商獨立配送和Supply－Hub循環(huán)取貨模式，建立了零部件配送過程中的CO2排放量計算模型，并且分析了JIT配送策略和配送頻率對CO2排放量的影響。分析結(jié)果表明，在不改變配送車輛載重級別的條件下，配送頻率的降低，可以顯著減少CO2排放量，而且在配送頻率越高的區(qū)間內(nèi)，這種CO2排放量的減少越顯著。但是，在配送頻率較低的區(qū)間內(nèi)，配送頻率的降低對減少CO2排放量的影響逐漸減小?；赟upply－Hub的循環(huán)取貨模式相比供應(yīng)商獨立配送模式可以顯著降低CO2的排放量。循環(huán)取貨所包含的供應(yīng)商數(shù)量越多，這種模式減少CO2排放量的成效就越大。

本文在研究中僅討論了配送方式與配送頻率對運輸過程中的CO2排放量的影響。零部件配送方式和配送頻率的變化必然引起平均庫存量、供應(yīng)鏈客戶服務(wù)水平等要素的變化。把CO2排放量與庫存成本、缺貨成本、客戶服務(wù)水平等傳統(tǒng)分析要素結(jié)合起來，同時考慮環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益，研究供應(yīng)鏈優(yōu)化模型和協(xié)同策略，將可能成為重要的發(fā)展方向之一。

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