多級(jí)供應(yīng)鏈碳排放刻畫(huà)與度量模型—基于EOQ理論分析

藍(lán)海燕，姜力文，杜心宇，張 影

（1.遼寧工業(yè)大學(xué) 管理學(xué)院，遼寧 錦州 120001；2.東北大學(xué) 工商管理學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 100169）

多級(jí)供應(yīng)鏈碳排放刻畫(huà)與度量模型—基于EOQ理論分析

藍(lán)海燕1，姜力文2，杜心宇1，張 影1

（1.遼寧工業(yè)大學(xué) 管理學(xué)院，遼寧 錦州 120001；2.東北大學(xué) 工商管理學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 100169）

準(zhǔn)確刻畫(huà)與度量多級(jí)供應(yīng)鏈碳排放，是研究低碳供應(yīng)鏈的關(guān)鍵。在對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)行綜述的基礎(chǔ)上，以多級(jí)供應(yīng)鏈為研究對(duì)象，基于實(shí)質(zhì)性排放原則，根據(jù)供應(yīng)鏈初始碳分配方法得到初始配額，以訂單發(fā)出為分界點(diǎn)，確定多級(jí)系統(tǒng)碳排放核算空間，并歸類(lèi)刻畫(huà)?；贓OQ理論，抽象出供應(yīng)鏈碳排放度量方法，建立運(yùn)輸、庫(kù)存、生產(chǎn)活動(dòng)碳排放度量的一般模型，使多層級(jí)多成員的全部碳排放活動(dòng)得到完整的分布刻畫(huà)與計(jì)量，有利于低碳供應(yīng)鏈模型化研究。

多級(jí)供應(yīng)鏈；碳排放；刻畫(huà)；度量模型；EOQ理論

1 引言

減少溫室氣體排放已經(jīng)成為世界各國(guó)共同的責(zé)任與挑戰(zhàn)。目前，全球交通運(yùn)輸業(yè)的二氧化碳排放量占總排放的30%以上，物流業(yè)作為交通運(yùn)輸?shù)闹匾M成部分，預(yù)計(jì)2030年的排放量可能達(dá)到1990年的4.1倍。要實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，必然要求發(fā)展低碳供應(yīng)鏈。Walmart和ZETA Communities運(yùn)用低碳管理理念，實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈減排目標(biāo)［1］，可口可樂(lè)公司提出供應(yīng)鏈綠色運(yùn)營(yíng)戰(zhàn)略，海爾集團(tuán)建立全球首條“無(wú)氟變頻空調(diào)低碳產(chǎn)業(yè)鏈”。由此可見(jiàn)，低碳供應(yīng)鏈運(yùn)作理念已經(jīng)得到普遍認(rèn)同。

供應(yīng)鏈碳排放的準(zhǔn)確度量與刻畫(huà)是研究供應(yīng)鏈碳排放問(wèn)題的難點(diǎn)［2］。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于供應(yīng)鏈碳排放度

量的方法主要有兩種形式，第一，將排放因素作為研究模型的構(gòu)成因子，通過(guò)參數(shù)變化考察碳排放對(duì)供應(yīng)鏈的影響。Ballota等（2010）研究表明法國(guó)零售企業(yè)供應(yīng)鏈通過(guò)庫(kù)存共享減少25%的CO2排放量［3］。Harris（2011）研究倉(cāng)庫(kù)與運(yùn)輸碳排放與總成本之間的關(guān)系，結(jié)果表明成本最優(yōu)解與碳排放最優(yōu)解可能不相一致［4］。Mallidis等（2012）研究了相似的問(wèn)題，得出利用第三方物流的企業(yè)更應(yīng)該使用共享倉(cāng)庫(kù)，可以提高成本和環(huán)境績(jī)效，而運(yùn)輸共享對(duì)環(huán)境最有利［5］。Hua等（2011）將庫(kù)存碳排放因子融入經(jīng)典EOQ問(wèn)題中，通過(guò)環(huán)境庫(kù)存模型考察庫(kù)存與碳排放數(shù)量變化［6］。Benjaafar等（2013）研究了碳約束下廠商生產(chǎn)與庫(kù)存運(yùn)作策略，發(fā)現(xiàn)碳排放參數(shù)能調(diào)節(jié)供應(yīng)鏈的成本及排放數(shù)量［7］。Zhang等（2013）對(duì)比兩種碳約束下的企業(yè)生產(chǎn)問(wèn)題，限額與交易和碳稅能實(shí)現(xiàn)相同的排放和利潤(rùn)，但二者不能同時(shí)使用［8］。杜少甫（2009）則專(zhuān)門(mén)研究了限額與交易機(jī)制下的生產(chǎn)問(wèn)題，在碳排放政策下企業(yè)可實(shí)現(xiàn)最優(yōu)生產(chǎn)策略［9］。高振娟等（2013）在碳交易背景下探討供應(yīng)鏈碳資產(chǎn)質(zhì)押融資問(wèn)題，設(shè)計(jì)出一個(gè)基于配額交易的碳資產(chǎn)質(zhì)押貸款流程［10］。第二，利用特定評(píng)估法計(jì)算供應(yīng)鏈碳足跡。生命周期法是最主要的計(jì)量方法，如Benedetto等（2009）、Lee（2011）、Pang等（2014）［11-13］。此外，McKinnon（2010）通過(guò)文獻(xiàn)綜述與高級(jí)訪談法，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品碳標(biāo)簽工作不僅增加成本，而且結(jié)果難以令人信服，企業(yè)應(yīng)該致力于低碳創(chuàng)新［14］。Johnson等（2012）研究四種計(jì)量方法下發(fā)電廠的碳足跡，結(jié)果表明在計(jì)算生物燃料碳足跡問(wèn)題時(shí)一定要明確碳足跡計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)［15］。Dormer等（2013）使用Excel模型計(jì)算塑料托盤(pán)碳足跡，得出在原材料回收與生產(chǎn)階段碳足跡減少最多［16］。Kumar等（2014）通過(guò)印度一個(gè)汽車(chē)零部件生產(chǎn)企業(yè)的碳足跡計(jì)算，證明了綠色數(shù)據(jù)包絡(luò)分析模型（GDEA）的有效性［17］。這些評(píng)估法評(píng)價(jià)過(guò)程相對(duì)固定，確定系統(tǒng)邊界后，收集每個(gè)環(huán)節(jié)的碳排放活動(dòng)和排放因子，便得出某一產(chǎn)品或服務(wù)的排放數(shù)量。

綜上所述，國(guó)內(nèi)外關(guān)于碳排放度量的方法已經(jīng)進(jìn)行了廣泛的研究。然而，兩種計(jì)量方法都沒(méi)有明確界定供應(yīng)鏈碳排放核算邊界，以參數(shù)大小表達(dá)供應(yīng)鏈的碳排放，核算的排放數(shù)量比較粗略且層級(jí)界限模糊；而各種特定的評(píng)估方法，主要針對(duì)單一的產(chǎn)品或服務(wù)，當(dāng)供應(yīng)鏈層級(jí)結(jié)構(gòu)、組成成員越來(lái)越多時(shí)，這些評(píng)估方法很難用于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的求解模型。因此，本文以多級(jí)供應(yīng)鏈為研究對(duì)象，創(chuàng)新工作主要包括以下兩項(xiàng)：第一，明確多級(jí)供應(yīng)鏈碳排放邊界，劃分多級(jí)系統(tǒng)的碳排放核算層級(jí)范圍；第二，將各級(jí)系統(tǒng)的碳排放歸類(lèi)計(jì)算，基于EOQ理論分析，建立多級(jí)供應(yīng)鏈碳排放的度量模型。本文研究?jī)?nèi)容可為低碳供應(yīng)鏈碳排放計(jì)量與刻畫(huà)問(wèn)題提供參考。

2 問(wèn)題描述

EOQ是經(jīng)濟(jì)訂貨批量（Economic Order Quantity）的簡(jiǎn)稱(chēng)，通過(guò)適宜的訂貨成本與庫(kù)存成本得出使總成本最低的經(jīng)濟(jì)訂貨數(shù)量，是庫(kù)存管理最基本的決策模型。本文將此理論用于多層級(jí)的供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，通過(guò)多級(jí)供應(yīng)鏈庫(kù)存系統(tǒng)的協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈碳排放的度量與刻畫(huà)。本文基于多個(gè)供應(yīng)商、單個(gè)制造商、多個(gè)零售商組成的三級(jí)供應(yīng)鏈，制造商生產(chǎn)多種商品，原材料由m個(gè)供應(yīng)商提供，產(chǎn)品向n個(gè)零售商銷(xiāo)售。供應(yīng)鏈的每一級(jí)成員需要向上一級(jí)發(fā)出訂單，并自行負(fù)責(zé)運(yùn)輸。供應(yīng)商每次訂貨數(shù)量為Qs，零售商每次訂貨數(shù)量為Qr，制造商每次訂貨數(shù)量為Qm，在訂貨、生產(chǎn)與存儲(chǔ)過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生碳排放。通過(guò)明確各級(jí)碳排放核算空間，運(yùn)用EOQ理論建立各級(jí)碳排放度量模型，得出多級(jí)供應(yīng)鏈碳排放模型度量的一般方法。

根據(jù)EOQ理論運(yùn)用條件，本文研究基于以下假設(shè)條件：

（1）由于研究主題，本文忽略其他因素，僅考慮碳排放分類(lèi)與度量問(wèn)題；

（2）供應(yīng)鏈各成員的需求已知確定，且不存在缺貨；

（3）供應(yīng)鏈各成員在訂貨過(guò)程中采用相同車(chē)輛運(yùn)輸；

（4）供應(yīng)鏈各位成員庫(kù)存水平均為其訂貨數(shù)量的一半。

3 供應(yīng)鏈初始碳配額分配方法說(shuō)明

碳配額是碳交易的基礎(chǔ)，常用的初始碳配額分配方案有三種：公開(kāi)拍賣(mài)、固定價(jià)格出售和免費(fèi)分配，其中政府免費(fèi)分配是最主要的配額來(lái)源。一國(guó)或地區(qū)所獲取的免費(fèi)碳配額數(shù)量能通過(guò)Kaya恒等式計(jì)算，這是目前認(rèn)可度很高的碳排放量計(jì)算公式，它是1989年日本Yoichi Kaya教授在IPCC會(huì)議上提出的［18］，其形式如

下：

其中E表示碳排放總量，Ei為第i種能源的碳排放量，N表示一次能源消費(fèi)量，Ni為第i種能源消費(fèi)量，G表示國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值，U表示人口。將式中各項(xiàng)分解，NiN表示第i種能源在一次能源消費(fèi)中所占份額，EiNi表示消費(fèi)第i種能源的單位碳排放量，N G表示單位GDP的能源消耗，G U為人均經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出。由此可見(jiàn)，Kaya恒等式將能源、能源碳排放強(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)、人口等碳排放驅(qū)動(dòng)因素緊密地聯(lián)結(jié)起來(lái)。

王金南等（2010）將Kaya恒等式變形，得到某一國(guó)家或地區(qū)與GDP直接聯(lián)系的碳排放數(shù)量計(jì)算方法，見(jiàn)式（2）［18］：

其中，Et表示第t年CO2排放量，It為第t年的碳排放強(qiáng)度，γ為年經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度，α為強(qiáng)度控制目標(biāo)。

政府獲得的免費(fèi)碳配額向企業(yè)分配主要依據(jù)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，第一，根據(jù)企業(yè)產(chǎn)量進(jìn)行分配，第二，根據(jù)企業(yè)的外生標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分配，包括“祖父制”和“基準(zhǔn)制”。具體而言，祖父制是指依據(jù)企業(yè)歷史排放量來(lái)進(jìn)行初始碳限額分配，這一分配原則將企業(yè)現(xiàn)行排放與歷史排放相關(guān)聯(lián)，過(guò)去排放數(shù)量高的企業(yè)可以獲得更高的碳排放配額。與之相對(duì)的基準(zhǔn)制與行業(yè)結(jié)合，是根據(jù)排放企業(yè)的歷史產(chǎn)量進(jìn)行碳排放配額分配。例如生產(chǎn)多少?lài)嶄撹F排放一噸二氧化碳，根據(jù)行業(yè)的平均水平或效率最高的企業(yè)設(shè)定行業(yè)碳排放標(biāo)準(zhǔn)，以此作為行業(yè)內(nèi)所有同類(lèi)型企業(yè)執(zhí)行規(guī)范，供應(yīng)鏈企業(yè)由此獲得確定的初始碳配額。

4 多級(jí)供應(yīng)鏈系統(tǒng)碳排放邊界確定與分類(lèi)刻畫(huà)

4.1 多級(jí)供應(yīng)鏈系統(tǒng)碳排放邊界確定

合理界定碳排放核算邊界是研究多級(jí)供應(yīng)鏈排放問(wèn)題的前提。本文的三級(jí)供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)如圖1所示，在供應(yīng)鏈運(yùn)作中，既包括傳統(tǒng)物流的轉(zhuǎn)移過(guò)程，圖1中由實(shí)線(xiàn)表示，也包括伴隨物流轉(zhuǎn)移而發(fā)生的碳流運(yùn)動(dòng)，圖1中由虛線(xiàn)表示，供應(yīng)鏈上每個(gè)節(jié)點(diǎn)成員都有碳排放發(fā)生。為了避免碳排放計(jì)算遺漏，或出現(xiàn)雙重計(jì)算問(wèn)題，楚龍娟等（2010）認(rèn)為確定碳排放邊界的關(guān)鍵原則是“選擇實(shí)質(zhì)性排放”［19］。因此，本文碳排放邊界劃分以供應(yīng)鏈中實(shí)際發(fā)生的碳排放為分配依據(jù)，計(jì)算產(chǎn)品在運(yùn)輸、制造、分配等活動(dòng)中發(fā)生的直接和間接碳排放。由于每個(gè)階段的采購(gòu)運(yùn)輸自行負(fù)責(zé)，本文以訂單發(fā)出為分界點(diǎn)，將碳排放劃分為三個(gè)階段，如圖1所示。

圖1 三級(jí)供應(yīng)鏈碳排放邊界圖

第一階段：供應(yīng)商階段碳排放，供應(yīng)商向系統(tǒng)外的訂購(gòu)活動(dòng)發(fā)生的運(yùn)輸費(fèi)用自行承擔(dān)，與之相關(guān)的碳排放也一并計(jì)入供應(yīng)商核算范圍。所以，這一階段的碳排放核算空間是自供應(yīng)商向外部供應(yīng)商訂貨起至下游制造商發(fā)出訂單前這一時(shí)期的排放，包括供應(yīng)商向外部訂貨運(yùn)輸活動(dòng)，和訂購(gòu)物品入庫(kù)后的儲(chǔ)存活動(dòng)。第二階段：制造商階段碳排放，自制造商向上游供應(yīng)商發(fā)出原材料訂單起至下游零售商發(fā)出訂單前這一時(shí)期釋放的二氧化碳，包括訂貨運(yùn)輸、加工轉(zhuǎn)化至產(chǎn)成品、原材料與產(chǎn)成品儲(chǔ)存活動(dòng)。第三階段：零售商階段的碳排放，包括零售商向上游制造商發(fā)出訂單起到零售商將產(chǎn)品交付至下游顧客這一期間的碳排放，主要是運(yùn)輸與產(chǎn)品儲(chǔ)存活動(dòng)。

4.2 供應(yīng)鏈系統(tǒng)碳排放分類(lèi)刻畫(huà)

供應(yīng)鏈碳排放邊界確定以后，要對(duì)系統(tǒng)全部碳排放歸類(lèi)計(jì)算，圖2給出了碳排放核算科目：運(yùn)輸排放、生產(chǎn)排放和庫(kù)存排放。運(yùn)輸排放，核算供應(yīng)鏈各成員訂貨過(guò)程中發(fā)生的碳排放；庫(kù)存排放，主要針對(duì)于原材料與產(chǎn)成品在庫(kù)持有過(guò)程中發(fā)生的直接或間接碳排放；生產(chǎn)排放，是制造商生產(chǎn)加工過(guò)程發(fā)生。

從圖2可以看出，供應(yīng)鏈三個(gè)階段所包括的活動(dòng)產(chǎn)生碳排放均有其對(duì)應(yīng)的核算科目。對(duì)于復(fù)雜的多級(jí)系統(tǒng)從原材料采購(gòu)到產(chǎn)品生產(chǎn)加工，再到滿(mǎn)足最終消費(fèi)者的一系列活動(dòng)所產(chǎn)生的全部碳排放，得到完整的分布刻畫(huà)。

圖2 三級(jí)供應(yīng)鏈碳排放核算類(lèi)別圖

5 多級(jí)供應(yīng)鏈系統(tǒng)碳排放的數(shù)學(xué)度量模型

5.1 運(yùn)輸碳排放度量模型

運(yùn)輸碳排放包括供應(yīng)商、制造商、零售商在產(chǎn)品或原材料訂貨過(guò)程中發(fā)生，根據(jù)Palmer（2008）［20］的研究，車(chē)輛啟動(dòng)、空載時(shí)產(chǎn)生的排放可視為固定排放，而車(chē)輛載重、行駛距離等變化會(huì)影響可變排放浮動(dòng)。參考文獻(xiàn)［6-7］的研究方法，如果不考慮車(chē)輛運(yùn)輸能力，將可變排放并入固定排放中計(jì)算，這樣運(yùn)輸碳排放轉(zhuǎn)化為與訂貨次數(shù)相關(guān)的計(jì)算問(wèn)題，使用EOQ理論得出零售商運(yùn)輸碳排放如下：

其中：ETR表示零售商階段運(yùn)輸碳排放總量，Efr表示第r個(gè)零售商每次訂貨的固定排放率，Dr表示第r個(gè)零售商的需求。將每個(gè)零售商訂貨運(yùn)輸?shù)奶寂欧艛?shù)量加總，就得到整個(gè)零售商階段的運(yùn)輸碳排放總量。同理，制造商的運(yùn)輸碳排放如下：

其中，ETM表示制造商運(yùn)輸排放總量，Efm表示制造商每次訂貨的固定碳排放率，Dm表示制造商需求。則供應(yīng)商運(yùn)輸碳排放總量為：

其中：ETs表示供應(yīng)商階段運(yùn)輸碳排放總量，Efs表示第s個(gè)供應(yīng)商每次訂貨的固定排放率，Ds表示第s個(gè)供應(yīng)商的需求。多級(jí)供應(yīng)鏈訂貨環(huán)節(jié)產(chǎn)生的碳排放數(shù)量為：

即將全部成員運(yùn)輸排放加總。

5.2 庫(kù)存碳排放度量模型

庫(kù)存持有原材料或產(chǎn)成品時(shí)會(huì)發(fā)生兩部分碳排放，第一，與儲(chǔ)存數(shù)量直接相關(guān)的可變排放，第二，維持倉(cāng)庫(kù)運(yùn)營(yíng)耗費(fèi)資源的碳排放，視為固定排放。零售商的庫(kù)存水平為則多個(gè)零售商的庫(kù)存碳排放如下：

其中：EWR為零售商階段庫(kù)存持有碳排放數(shù)量，Ehr為第r個(gè)零售商持有單位產(chǎn)品的可變排放率，Eir為第r個(gè)零售商第i種能源的碳排放率，Mir為第r個(gè)零售商消費(fèi)第i種能源的總量。

制造商庫(kù)存系統(tǒng)中既包括購(gòu)入的原材料，也包括完工未售的產(chǎn)成品，庫(kù)存持有碳排放數(shù)量按以下方法計(jì)算：

式（8）中：EWM表示制造商庫(kù)存持有碳排放總量，Ehm表示制造商持有單位產(chǎn)成品的排放率，Qm表示制造商產(chǎn)品庫(kù)存數(shù)量，Ehmm表示制造商持有單位原材料的排放率，Qmm表示制造商原材料庫(kù)存數(shù)量，Ei為第i種能源的碳排放率，Mi為消費(fèi)第i種能源的總量。

供應(yīng)商庫(kù)存系統(tǒng)碳排放數(shù)量計(jì)算方法：

其中：EWS為供應(yīng)商階段庫(kù)存持有碳排放數(shù)量，Ehs為第s個(gè)供應(yīng)商持有單位產(chǎn)品的可變排放率，Eis為第s個(gè)供應(yīng)商第i種能源的碳排放率，Mis為第s個(gè)供應(yīng)商消費(fèi)第i種能源的總量。通過(guò)上述三個(gè)計(jì)算公式，計(jì)算出三級(jí)供應(yīng)鏈庫(kù)存持有活動(dòng)所產(chǎn)生的碳排放總量：

5.3 生產(chǎn)碳排放度量模型

生產(chǎn)碳排放主要來(lái)自制造商的生產(chǎn)活動(dòng)，這部分碳排放也包括兩個(gè)部分，與加工數(shù)量直接相關(guān)的碳排放，以及生產(chǎn)設(shè)施本身的固定碳排放，如果廠商生產(chǎn)數(shù)量為Q，則生產(chǎn)碳排放計(jì)算如下：

式中，EM代表制造商生產(chǎn)碳排放，EP代表生產(chǎn)單位產(chǎn)品的碳排放率，Ei為第i種能源的碳排放率，Mi為消費(fèi)第i種能源的總量。

基于EOQ理論，整個(gè)供應(yīng)鏈的碳排放總量可以準(zhǔn)確度量如下：

6 結(jié)語(yǔ)

明確界定多級(jí)供應(yīng)鏈碳排放核算邊界，可有效地避免供應(yīng)鏈碳排放的雙重計(jì)算問(wèn)題。本文首先說(shuō)明供應(yīng)鏈初始碳分配方法，所得到的初始配額基于實(shí)質(zhì)性排放原則，以各級(jí)成員發(fā)出訂單為分界點(diǎn)，將三級(jí)供應(yīng)鏈劃分為三個(gè)碳排放核算空間，并歸類(lèi)描述。通過(guò)EOQ理論抽象出的供應(yīng)鏈碳排放度量方法，得出供應(yīng)鏈運(yùn)輸、存儲(chǔ)和生產(chǎn)過(guò)程中排放的一般模型。這些數(shù)量模型很容易與其他低碳供應(yīng)鏈運(yùn)作模型結(jié)合，并克服生命周期評(píng)估法難于應(yīng)用供應(yīng)鏈求解模型的不足。供應(yīng)鏈成員可根據(jù)一般的度量方法估算各自碳排放總量，為企業(yè)減排實(shí)踐提供參考。

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Multi-echelon Supply Chain Carbon Emissions Depiction and Measurement Model：Based on EOQ Analysis

Lan Haiyan1,Jiang Liwen2,Du Xinyu1,Zhang Ying1
（1. School of Management, Liaoning University of Technology, Jinzhou 120001；2. School of Business Administration, Northeast University, Shenyang 100169, China）

In this paper, on the basis of a summary of the relevant domestic and foreign literatures, we studied the substantial rules ofcarbon emissions of the multi-echelon supply chain, calculated the initial carbon quota of the agents in the supply chain, then with the orderas the dividing point, determined the carbon emissions calculation space of the multi- echelon system and had it classified and depicted.Next, based on the EOQ theory, we abstracted the method for the measuring of the carbon emissions of the supply chain, and built the generalmeasurement model of the carbon emissions in the transportation, inventory and production activities so that the totality of the carbon emittingactivities of all members of the supply chain was comprehensively depicted and calculated.

multi-echelon supply chain； carbon emissions； depiction； measurement model； EOQ theory

F274；X196

A

1005-152X（2016）09-0107-05

10.3969/j.issn.1005-152X.2016.09.023

2016-08-02

遼寧省社科基金（L15AGL001）

藍(lán)海燕（1980-），女，黑龍江哈爾濱人，遼寧工業(yè)大學(xué)管理學(xué)院講師，研究方向：物流系統(tǒng)建模與優(yōu)化、低碳供應(yīng)鏈、庫(kù)存管理。