面向大型家电零售的全渠道订单履约问题.pdf
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1、Management Science and Engineering 管理科学与工程管理科学与工程,2023,12(4),538-555 Published Online July 2023 in Hans.https:/www.hanspub.org/journal/mse https:/doi.org/10.12677/mse.2023.124065 文章引用文章引用:林鑫涌,杨东.面向大型家电零售的全渠道订单履约问题J.管理科学与工程,2023,12(4):538-555.DOI:10.12677/mse.2023.124065 面向大型家电零售的全渠道订单履约问题面向大型家电零售的全渠
2、道订单履约问题 林鑫涌林鑫涌,杨杨 东东*东华大学管理学院,上海 收稿日期:2023年6月18日;录用日期:2023年7月9日;发布日期:2023年7月24日 摘摘 要要 随着零售商布局全渠道的兴起,结合线上、线下渠道优化订单履约方案受到日益关注。大型家电零售存随着零售商布局全渠道的兴起,结合线上、线下渠道优化订单履约方案受到日益关注。大型家电零售存在着从订单接收到包裹发货的决策空窗期,本文研究的问题是利用该决策空窗期把订单分配给各渠道履在着从订单接收到包裹发货的决策空窗期,本文研究的问题是利用该决策空窗期把订单分配给各渠道履约,以降低总的履约成本。考虑到库存水平的有限,采用订单拆分与库存转运
3、策略。进一步根据订单的约,以降低总的履约成本。考虑到库存水平的有限,采用订单拆分与库存转运策略。进一步根据订单的3种拆分方式种拆分方式(产品单分配、产品多分配、订单不拆分产品单分配、产品多分配、订单不拆分)分别建立混合整数规划模型,以对比不同拆分方式分别建立混合整数规划模型,以对比不同拆分方式对总履约成本的影响。考虑到如今多数零售商采用的是即时履约策略,即接收到订单后立即履约,进一对总履约成本的影响。考虑到如今多数零售商采用的是即时履约策略,即接收到订单后立即履约,进一步设计了贪婪算法对即时履约进行模拟并与上述步设计了贪婪算法对即时履约进行模拟并与上述3种数学模型做比较。数值实验表明:产品多分
4、配模型种数学模型做比较。数值实验表明:产品多分配模型的成本最低,但与产品单分配差距极小;与订单不拆分模型和贪婪算法相比,采用订单拆分策略与库存的成本最低,但与产品单分配差距极小;与订单不拆分模型和贪婪算法相比,采用订单拆分策略与库存转运策略能有效降低总的订单履约成本。转运策略能有效降低总的订单履约成本。关键词关键词 订单拆分,库存转运,全渠道零售,订单履约订单拆分,库存转运,全渠道零售,订单履约 Omni-Channel Order Fulfillment for Large Household Appliance Retail Xinyong Lin,Dong Yang*School of
5、Business and Management,Donghua University,Shanghai Received:Jun.18th,2023;accepted:Jul.9th,2023;published:Jul.24th,2023 Abstract With the rise of omni-channel retail,optimizing order fulfillment solutions by combining online and offline channels has become increasingly important.This article focuse
6、s on the decision win-dow between receiving orders and shipping products in large home appliance retail,and studies how to allocate orders to different channels during this time to reduce overall fulfillment costs.*通讯作者。林鑫涌,杨东 DOI:10.12677/mse.2023.124065 539 管理科学与工程 Considering the limited inventor
7、y levels,the article proposes an order splitting and inventory transshipment strategy.Three different ways of order splitting(Product Single Allocation,Product Multiple Allocation,and Order Single Allocation)are established as mixed integer programming models to compare their impacts on total fulfil
8、lment costs.Given that most retailers nowadays adopt the just-in-time fulfillment strategy,which involves fulfilling orders immediately upon re-ceiving them,this article further designed a greedy algorithm to simulate the just-in-time fulfill-ment process and compared it with the aforementioned thre
9、e mathematical models.The numeri-cal experiments show that the Product Multiple Allocation Model has the lowest cost,but the dif-ference from the Product Single Allocation Model is minimal.Compared with the Order Single Al-location Model and the greedy algorithm,using the order splitting and invento
10、ry transshipment strategy can effectively reduce the overall order fulfillment costs.Keywords Order Split,Inventory Transshipment,Omni-Channel Retail,Order Fulfillment Copyright 2023 by author(s)and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International Licens
11、e(CC BY 4.0).http:/creativecommons.org/licenses/by/4.0/1.引言引言 在新零售兴起的时代,采用全渠道零售已成为一种流行的策略。全渠道零售指企业采取尽可能多的零售渠道类型进行组合和整合,以满足消费者购物、娱乐和社交需求。这些渠道类型不仅包括有形店铺和无形店铺,还包括信息媒体等等1。优衣库最先提出了“线上下单,门店提货”的零售策略。而小米在 2020 疫情期间推出了门店 Go 服务,用户可在微信小程序上选择附近的门店下单,并在营业时间安排配送和取货。这一策略极大缩短了订单履约所需的响应时间,类似于京东的前置仓同城配送。根据中国电子信息产业发展研
12、究院发布的2022 年中国家电市场报告,2022 年我国家电市场规模达到 8352 亿元,同比下降了 5.2%;但线上市场规模同比增长了 4.24%,线上渠道占比进一步提升至 58.2%2。这表明对于传统线下家电零售商而言,开设线上渠道、整合渠道资源变得日益重要。通常情况下,线上零售商对接收到的订单可以采用延迟履约和即时履约这两种方式进行处理。订单延迟履约,即对接收到的订单进行周期性检查并统一分配,可以利用这一个周期内零售商具有的资源达到最优的履约方案;即时履约是指把订单立即分配给仓库,属于短视的策略,因为它无法考虑零售商后续接收到的订单以及库存补充计划3。目前,有关订单分配的研究大多采用延迟
13、履约策略。Xu 等4在 Xu,Allgor和 Graves 3的基础上进一步研究在多个时间段内分配订单给履约中心的订单履约问题。Leung 等5提出了和订单延迟履约类似的“仓库延迟策略”,该文章从理论和实践上将传统的供应链延迟策略扩展为线上零售背景的仓库延迟策略,通过将待处理的物流订单进行分组处理,从而解决物流过程的延迟问题。然而,对于全渠道零售商而言,面临着在订单到达后,将订单分配给哪个渠道来履约的权衡问题。Alptekinolu 和 Tange 6在包含仓库与门店的两级配送网络中,探讨面对新增线上需求时,该把线上订单分配给门店还是更高一级的仓库来履约的权衡决策。Mahar 等7则开发和评估
14、了一种准动态分配策略,用于将未完成的线上订单分配给门店或履约中心履约。Ardjmand 等8则在全渠道环境下联合决策订单分配问题和装箱问题。该研究考虑了两个履约渠道,一个是从履约中心(Fulfilment Centers,FCs)的现有库存中履约订单,另一个是当 FCs 无法满足订单需求时,将订单外包给批发商来履约。吴限和陈淮莉9研究了订单代发策略,Open AccessOpen Access林鑫涌,杨东 DOI:10.12677/mse.2023.124065 540 管理科学与工程 即电子零售商直接将客户的订单交给供应商履约,供应商从零售商的商品利润中抽取部分作为代发奖励。在订单分配时,由
15、于库存水平不足,或者出于降低履约成本的考虑,线上零售商会采用将订单拆分成多个子订单由不同仓库履约的策略。根据现实情况,存在两种订单拆分方式:一种是基于产品种类进行拆分的“产品单分配”,即订单中每种产品只能分配给同一个仓库履约,每个子订单都包含不同的产品;另一种是基于数量拆分的“产品多分配”,子订单中可以包含重复的产品。然而,已有文献中同时采用两种拆分方式并进行对比的研究较少。Xu 等3在订单分配中采用了基于数量拆分订单的方式。该研究假设一个顾客点只有一个包含不同种类产品的订单,且允许从不同仓库往顾客点发送货物,以满足订单总需求,是一个多商品网络流问题。同样基于数量拆分订单的研究还有 Xu 等4
16、。而基于产品种类拆分的研究则大多集中在订单分配与车辆配送的联合决策,如张源凯等10、辛禹辰等11和孟湲易等12。通常,订单发生拆分的原因有两种:一种是拆分后可以降低履约总成本(如运输成本、订单拣选和打包成本);另一种是库存水平不足,为了避免订单流失而进行拆分。然而,在现有文献中,较少有综合考虑运输成本、库存水平以及订单拣选和打包成本进行订单拆分决策的研究。Xu 等3、Xu 等4以及张源凯等10只考虑了运输成本;辛禹辰等11和孟湲易等12考虑了运输成本和库存水平,但未考虑订单拣选和打包成本。这表明在订单拆分原因的考虑上还有待更全面深入的研究。当现有库存无法满足已知订单需求时,线上零售商通常还会采
17、用被动转运的方式在同级仓库将进行库存转移。Torabi 等13研究了基于被动转运的单一渠道订单分配问题。该研究假设可以在所有同级履约中心之间进行被动转运,并且不考虑转运提前期。基于 Torabi 等人的研究13,Naderi 等14进一步考虑了门店之间的连接问题。只有当两个门店之间存在连接时,才允许在它们之间进行转运,且每个门店连接其他门店的数量有限。综上所述,目前对于全渠道订单履约中的订单分配问题的研究还比较缺乏。在订单分配的研究方面,对订单拆分方式进行对比分析的文献较少,同时将订单拆分策略与库存转运策略进行结合的研究也存在空白。因此,本文旨在研究如何结合订单拆分与库存转运策略的全渠道订单分
18、配问题,从而最小化总的订单履约成本。具体地,为了探究产品单分配、产品多分配以及订单不拆分这 3 种订单拆分方式对履约成本的影响,本文建立了对应的数学模型。此外,为了论述延迟履约相对即时履约的优越性,本文设计了贪婪算法对即时履约策略进行模拟,并以此为基准方法与 3 个数学模型进行对比。最后,通过案例分析验证了采用订单拆分与库存转运策略的有效性。2.问题描述问题描述 某大型家电品牌商为了寻求营收的新增长点,在全国各大城市开设了众多集产品体验、销售以及售后服务于一体的线下门店。在 2020 年疫情期间,为了使居民能够更加便利地购买产品,该品牌商推出了从线下门店送货到家的服务。至 2021 年隔离措施
19、已经解除,但该品牌商仍保留了从门店发货的渠道。若某个地区的线上订单需求庞大,则品牌商会在该地区内建立数个履约中心,专用于履约该地区内的线上订单。此外,该家电品牌商的供应链网络中还设有服务于周边地区的区域仓库,用于线下门店与履约中心的补货,同时也承担履约线上订单的职能。对于该家电品牌商,其拥有三个履约线上订单的渠道(门店、履约中心、区域仓库),具有将大量订单进行统一分配以降低履约成本的规模优势。故研究全渠道下的订单分配是具有经济效益的迫切问题。2.1.全渠道零售配送网络全渠道零售配送网络 参照上述家电品牌商的供应链网络,建立了一个包含区域仓库 W、履约中心 F、线下门店 S 这三类供应点的全渠道
20、零售配送网络,如图 1 所示。区域仓库 W 是服务于周边地区的中心仓库,一般位于郊区,林鑫涌,杨东 DOI:10.12677/mse.2023.124065 541 管理科学与工程 负责从供应商进货并给履约中心和门店进行补货,同时也能履约线上订单。履约中心 F 是只履约线上订单的平台,一般位于近郊区。门店 S 既能线下销售又能履约线上订单,一般位于商业区。对于线上订单,该网络包含 3 种发货方式,即从区域仓库发货(Ship From Warehouse,SW)、从门店发货(Ship From Store,SS)以及从履约中心发货(Ship From Fulfillment Center,SF)
21、。此外,为应对现有库存无法满足需求的情况,允许门店和履约中心这两类同级供应点进行紧急库存转运。因为本文研究的订单分配问题属于短期的运营决策,所以在决策模型中把区域仓库的库存水平、能履约的订单数量都视作无限,并且不考虑区域仓库给门店和履约中心补货。由于库存容量有限,门店只保存了部分种类的产品,其线上线下库存共享。对于特大型家电等不方便在门店内存储的产品,只在区域仓库和履约中心有库存。受场地与人员的限制,履约中心和门店的产品库存水平、履约线上订单的数量有限,并且门店在这两项上均比履约中心小。此外,由于门店可以进行线下销售,顾客的到店购买会影响订单分配时的实际库存水平。根据以上的描述,可以对 3 类
22、供应点的特征进行归纳,由表 1 所示。Figure 1.Omni-channel retail distribution network 图图 1.全渠道零售配送网络 Table 1.Relevant characteristics of different supply points 表表 1.不同供应点的相关特征 供应点 位置 产品种类 库存水平 履约订单数量上限 区域仓库 W 郊区 所有 无限 无限 履约中心 F 近郊区 所有 较大 较大 门店 S 商业区 部分 较小 较小 由于大型家电零售在下单到履约之间会有一个时间差,因此可以采用延迟履约策略,即在营业一段时间后对积攒的订单进行统一分
23、配。综上,本文要解决的问题是在考虑库存转运的配送网络中,如何把一段时间内接收到的线上订单分配给各个供应点使得总履约成本最小。2.2.订单履约策略订单履约策略 1)订单拆分 若每个订单都只分配给一个供应点履约,考虑到门店和履约中心库存水平的限制,可能会有较多订单被分配给距离更远的区域仓库履约,导致总体履约成本较高。出于降低总体履约成本的目的,允许线林鑫涌,杨东 DOI:10.12677/mse.2023.124065 542 管理科学与工程 上订单进行拆分,即一个订单可以拆分成多个子订单。根据经验判断,子订单数量过多会导致顾客满意度降低,故本文设定每个订单最多拆分成 2 个子订单。根据现实情况,
24、本文考虑订单拆分的方式有两种(图 2)。一种是基于产品种类拆分的“产品单分配”,即订单内的一种产品只能由一个供应点履约,子订单包含的产品集互斥。另一种为基于产品数量拆分的“产品多分配”,即订单内的一种产品可以由多个供应点履约,子订单包含的产品集可以有交集。Figure 2.Two ways of order splitting 图图 2.两种订单拆分方式 Figure 3.Inventory transshipment 图图 3.库存转运 2)库存转运 当履约中心 F 和门店 S 的库存无法满足订单需求时,除了把订单分配给其他供应点,还可以在 F、S这两类同级供应点间进行紧急库存转运以满足订单
25、需求,降低总履约成本。接下来用一个例子描述该策略。如图 3 所示,有一个上海的订单包含 2 个香水和 2 个沐浴露,然而上海的履约中心 F1、门店 S2 的库存水平都无法满足该订单需求。若不进行库存转运,则订单会被分配给位于杭州的履约中心 F3。但在将上海 F1 的 1 个香水转运给上海 S2 后,就可以将订单分配给上海 S2。2.3.订单履约策略订单履约策略 订单履约成本由产品在供应点的拣选与打包成本、订单送达客户的运输成本以及库存转运成本构成。林鑫涌,杨东 DOI:10.12677/mse.2023.124065 543 管理科学与工程 假设零售商将订单配送与库存转运外包给第三方公司进行,
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