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设计一个有效的闭环托盘管理系统

摘要

目前托盘管理系统是供应链进行货物物流处理最为广泛的应用系统：它们是所有企业，特别是物流服务提供商的关键资产。根据物流角度分析托盘管理系统是一个新的研究趋势。开放或闭环网络系统是现在在全球范围内使用最广泛的托盘物流网络系统：后者由于存在逆向物流过程，因而在设计和管理方面更加复杂;必须对几个入站和出站过程进行评估。另一方面，从环境和经济角度来看，闭环托盘管理系统是最有效的。本文的目的是在设计闭环托盘管理系统时概述其关键因素（如托盘物流网络，交换系统）;已经开发了一种基于模拟的工具，以便为后勤管理人员设计这些系统提供有效组织场景。基于成本和时间的KPI将通过仿真模型进行估计。还分析了有关LSP公司的案例研究，以验证提出的模型。已经进行了灵敏度分析，旨在评估由于上下文参数对供应链绩效的影响。本文提出的研究可以支持从业者和学者更好地了解闭环托盘管理涉及的关键管理方面，从而允许对这一重要的逆向物流系统进行最有效的设计。

关键词

bull;闭环;

bull;托盘管理;

bull;物流服务提供商;

bull;逆向物流;

bull;离散事件模拟;

bull;情景分析

介绍

现在包装可以代表所有公司提高运营效率的重要绩效来源，特别是物流服务提供商。用于材料处理和运输的最广泛的包装类型是托盘：托盘是用作组装，存储，堆放，处理和运输货物的基座的便携式刚性平台。码垛装载允许公司优化物流成本，因为负载可以作为一个独特的单元进行运输和存储。市场上有几种托盘类型可用于满足各种货物装载要求;此外，托盘可以由各种材料制成，例如木材，金属和塑料（Clarke，2004），尽管木制品是美国在欧洲最常见的（Buehlmann等人，2009）。世界各地使用的托盘数量非常多：Kim等人报道说，在美国使用的托盘总数估计为19亿。最近的市场研究（Freedomia，2013）预测，新托盘的年需求量呈上升趋势：到2017年为止每年增长约3.5％。根据经济观点，达拉里（2010）在近期对意大利托盘市场研究，LSP的单一管理成本约为1.2欧元，木制托盘的单一采购成本约为9欧元;意大利使用的托盘的年平均数量约为35万件。

这些数据将托盘作为优化公司运作和成本的关键，特别是在物流服务提供商方面。托盘研究领域主要集中在三个问题：产品设计问题，托盘装载和托盘物流系统设计问题。简而言之，第一个重点是评估用于生产托盘的不同材料和技术，这些不同可以如何改善其性能，耐久性，可再生性等方面问题。后者是指确定托盘装载的最佳配置，以减少运输成本。最后第三个影响物流网络的设计，用于管理托盘作为关键的公司资产。物流系统的一个相关决定可能是建立在一个开放或封闭的网络的基础之上。在开放的物流网络中，即使客户向公司支付实际的空托盘价值，空托盘也没有从客户身上收回（Breen，2006）。另一方面，在闭环模型中，空托盘由公司在交货过程之后或交货过程中回收。经济和环境问题可能会影响决策问题。在最后一个研究课题之后，本文的目的是提出一个设计闭环托盘管理系统的框架。

本文的组织结构如下：在第2节中，提出了一个简短的现状分析，以概述当前影响供应链托盘的研究问题;第3节提出了影响托盘物流问题的决策问题的一般框架。接下来，已经开发了一个离散事件仿真模型，以支持分析中的决策问题：该模型基于三级供应链，闭环托盘管理系统适用于所有行为者。该模式的重点在于LSP的观点，也是供应链考虑产品交付的中心角色。该模型的描述在第4节。最后，提出了一个关于意大利LSP公司的测试案例，以验证仿真工具。

关于托盘设计和管理的文献分析

目前托盘是LSPs以及生产者和终端零售商的重要资产：参与供应链的行为者通过供应链为内部物料搬运和外部运输使用托盘。通过谷歌学者使用诸如“托盘设计”，“托盘物流”等关键词分析托盘管理的科学文献，研究课题可分为三个主要问题

1、产品设计问题：它通常影响托盘生产企业。该领域的研究重点是分析不同材料和工艺技术如何改善在材料处理操作中应用的托盘的性能（例如在耐久性，可回收性方面）。 Masood和Haider Rizvi（2006）; Kim等人（2009）; Soury等人（2009）提出了不同的方法来评估托盘设计中不同替代材料的性能。 Patricio和Maravall（2007）描述了创新技术在监控托盘状况方面的应用，以保证其性能;

2、托盘装载问题：它影响物流以及生产者公司，为客户提供码垛装载。它是指定义托盘的“最佳”装载水平，以优化其仓库和运输成本。研究研究侧重于评估分析（Bischoff等，1995，Letchford和Amaral，2001，Martins和Dell，2007，Martins and Dell，2008，Yaman and Sen，2008和Kocjan andHolmstrouml;m，2010）以及启发式（Falcone等等，2005年，Alvarez-Valdes等人，2005a，Alvarez-Valdes等人，2005b，Pureza和Morabito，2006和Lau等人，2009）用于评估在不同操作下的码垛负载的“最佳”配置的模型条件;

3、托盘后勤系统设计问题：设计物流网络的包装通常是一个复杂的活动，因为如果应用可重复使用的集装箱，它可能涉及直接和反向流动。第一个问题是定义可以基于开放或封闭网络的物流系统。这两种模型的应用影响投资和运营成本：由于新托盘补货的成本在闭环模型中平均降低，因为单个托盘的总体使用寿命增加。国家木制托盘和集装箱协会最近进行的一项调查（Trebilcock，2010）概述了闭环是最普遍的型号：使用寿命从“两年”到“六年的使用”，这两种模式也具有不同的环境影响：托盘重用可能有助于减少公司的废物数量和二氧化碳排放量（Gasol et al。，2008，Mazeika Bilbao et al。，2011，Paksoy et al。 2011年，Atamer等，2013和Silva等，2013）; Carrano等人提出了一个有趣的最新评论。最近的研究也侧重于应用诸如射频识别的创新技术，用于在闭环托盘管理系统中跟踪托盘（Gnoni和Rollo，2010年，Kim和Glock，2014）。

这一简要的分析表明，必须整合经济和组织的问题，以便设计一个管理供应链中托盘的有效后勤系统：必须概述在开放和封闭的物流网络中的关键过程，旨在支持决策问题分析。

在供应链中设计托盘物流：决策问题

通过对LSP公司的研究，通过对意大利公司的托盘管理流程的直接观察研究，进行了流程分析;已经研究了30家公司的样本。现场观察概述了当前影响供应链托盘物流的常见问题和因素。

实地观察结果支持了一个框架，提出如下：托盘物流系统设计过程中涉及的主要活动如图所示。

图1托盘物流设计中的决策过程

第一个问题（步骤1）是定义托盘物流网络的组织模型，即开放式与封闭的物流模型。当一个开放的网络正在工作时，从第i家公司接收码垛装载的第j家公司不会将空托盘返还给第i家公司;因此，第i家公司将空托盘的成本退还给已经交货的公司。如果闭环工作，则空托盘的逆流必须从下游公司到上游管理。

开放的物流网络通常更容易管理，因为客户的物品的返回增加了所有相关公司进行的库存和物流活动的复杂性。另一方面，闭环系统可以使我们能够减少由于每个空托盘的多次利用而导致的补货成本，从而影响空托盘的库存管理。此外，从环境的角度来看，闭路网络可以有助于减少托盘后勤系统的整体环境影响。

如果开放模型已被评估，则下一步骤（步骤3）包括设计用于空托盘存储系统的库存管理系统（例如，仓库容量，补货模型等）。

另一方面，如果闭路系统正在进行托盘管理，则必须在分析中引入逆向物流问题。通过关注LSP的观点，闭环托盘管理涉及前进以及必须同步的反向流;可以由LSP管理的所有潜在流程如图1所示。

图2根据LSP的闭环托盘管理系统的观点

流入空托盘存储系统的入库托盘可以从三个来源获得新托盘：该流程的实体取决于LSP公司为替换旧的或不可用的托盘定义的新的空托盘的补货率;来自上游客户的堆垛运输的卸货活动的托盘：上游客户是通过托盘将货物运送到LSP配送中心的生产商。 流量取决于每个LSP上游客户的传输速率;空托盘从其下游客户（例如最终零售商）返回到LSP存储中心。 流量主要取决于用于在向下游客户交货后应用于恢复空托盘的逆向网络的LSP所定义的组织方案（参见图1中的步骤2）。

1旧托盘被处置：如果瑕疵太高，托盘被送到处置或可以回收的公司;

2为下游客户准备货物所需的空托盘：率主要取决于下游客户需求和LSP交货计划;

3空托盘，如果应用闭环系统，则必须在交货后返回上游客户。

因此，下一步（步骤2）将影响可用于交换空托盘的不同组织场景的评估：两个是定义为直接和推迟交换系统的最广泛的模型。 图2中描绘了两个组织场景中的主要活动。

图 3直接和推迟的托盘交换方案应用于标准托盘系统

在直接交换系统中，空托盘由下游客户的LSP在同一行程中由下游客户收集，用于提供堆垛装载物：交付给LSP的空托盘总数必须等于用于运送货物的托盘数量，因此由于空托盘的反向流动必须与向前输送协调，所以快递员必须等待所有货物从自己的托盘卸载。此外，如果标准化托盘系统正在工作，则严格限定托盘质量和特征。必须注意的是，普遍接受的唯一托盘标准尚未被应用，因为几个托盘标准化模型（例如尺寸和材料）现在在全世界运行（Li，2006）。在这种情况下，快递员可以接受下游客户现场已经可以使用的标准化空托盘;因此，由于客户立即提供相同数量的标准托盘，快递员不会等待托盘卸载来恢复自己的空托盘。直接交换可以减少客户所在地的等待时间：快递只能在装载下游客户提供的空托盘之前，先验证空托盘功能（基于标准规格）。如果提供的托盘不符合标准规格，客户必须将这些托盘的总成本支付给快递员，因为空托盘不能退回。

在推迟的交换中，目的是减少下游客户的等待时间：因此，快递员在验证快递交付的托盘的质量后，不会等到客户卸货过程结束时，释放所谓的“托盘凭证”。凭证的总数等于旅行中交付的总码垛货物总数。还必须进行托盘质量检查和检查活动，因为交付的托盘的实际成本必须在凭证中进行。当发出托盘凭证时，下游客户不会立即提供空的托盘，因为他可以在特定的时间间隔（例如一个月，两个月）内推迟物理交货。例如，为欧洲交流系统定义的时间间隔在三个月内已经确定（ECR，2006）。否则，如果没有及时向LSP提供托盘，客户将全额支付给LSP与直接交换类似，LSP将对下游客户在推迟的时间段内交付的托盘进行质量检查，因为他必须验证交货的质量与代金券中定义的托盘质量。

最后，按照LSP的观点，延期交换可以有助于减少往返的整个周期时间，因为它可以减少等待时间，主要是由于客户现场的托盘质量检查活动。另一方面，它不能保证托盘的即时物理可用性，即使所交付的托盘的经济价值被恢复，在分配中心也必须评估延迟时间（例如具有最大值）。直接交换系统提供了更容易的库存管理流程，因为即使新托盘的补货率增加，反向流量也不存在。

根据LSP公司的闭环托盘管理系统设计仿真模型

4.1方法论

通过对在供应链环境中工作的意大利LSP的样本公司（约30家公司）进行直接观察研究，进行了过程分析：公司的特征在于中等尺寸;这些公司在区域地区提供物流服务;国际交货尚未提供。公司有不同行业的客户，例如从快速消费品（快速消费品）到时尚食品行业。现场观察是通过初步调查分析进行的，随后通过与物流经理的直接访谈进行。现场分析强调了该供应链中托盘物流特征的共同特征。主要概述的问题报告如下：

LSP公司在供应链中提供的主要服务是从生产者和运输到零售商的托盘装载的仓储。码垛装载由一个产品或多个产品交付给客户的地点; LSP公司可以进行旨在提高客户满意度和/或优化运输成本的内部采购活动;

特别是在快速消费品行业，LSP配送中心码垛装载的到达率是已知的，并且相当稳定;以同样的方式，从LSP分发中心到客户现场的交付费率也是已知和不变的。几家LSP公司为每个客户提供专门的服务，旨在减少补货交货时间;

基于LSP物流流程特征的以前的功能，LSP公司通常不会使用开放物流网络，因为它们的成本太高。因此，空托盘基于闭环系统被多次使用。标准化托盘系统基于欧洲托盘协会（EPAL）定义的模型：它也是欧洲地区最广泛的。 EPAL系统提供尺寸和技术特征，以支持有效的托盘交换系统;

由于代表意大利市场（EC，2012）的托盘生产商和维修公司的密度很高，新的和修理的托盘可以在短时间内提供。

现场分析还提供了分析中供应链特征的定量平均数据，将在下一节提出的仿真模型中使用。

4.2仿真模型

基于现场研究，已经开发了基于离散事件模拟的工具，以支持这些闭环系统的有效设计。离散事件模拟模型尚未被用于评估供应链中逆向物流系统的性能（Kara等，2007和Jayant等，2014），因为它们具有建模复杂系统的内在能力。

仿真模型由三个梯级组成，即生产者公司（即LSP的上游客户），LSP公司和零售商（作为LSP的下游客户）。生产公司使用托盘运送货物到LSP;堆垛装载在LSP配送中心定期到达。必须注意的是，传送码垛载荷的百分比按“原样”存储。没有任何处理活动的LSP;另一方面，由于LSP进行的拣选活动，进货量的百分比被卸载。将零卸货（例如拣货）送到零售商需要空的托盘。

因此，表示空托盘仓库的主要活动描述如下：

检查活动：使用的托盘不能直接移动到空的托盘存放区域，因为必须进行检查活动以验证其整体功能

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