Assessing the Impact of Inventory Deployment and Sharing Policies on Hyperconnected Last-Mile Furniture Logistics
Nayeon Kim1,2 and Benoit Montreuil1,2,3,4
- H. Milton Stewart School of Industrial amp; Systems Engineering, Georgia Institute of Technology, Atlanta, United States
- Physical Internet Center, Georgia Institute of Technology, Atlanta, United States
- Supply Chain amp; Logistics Institute, Georgia Institute of Technology, Atlanta, United States
- Coca-Cola Chair in Material Handling and Distribution
Abstract: Open asset sharing is one of the concepts that form the bases of the Physical Internet. Naturally, interests of different parties are conflicting in such a setting, especially when existing assets that have been independently owned by participants are now shared. Moreover, the benefits of hyperconnected supply chains can vary significantly according to the strategies of participants. Therefore, it is important to consider the operating strategies of participants to successfully implement a hyperconnected logistic system. In this research, we examine using simulation the impact of inventory policy on the performance of last mile delivery of furniture and large appliances in an urban setting under scenarios where retailers are openly sharing their logistic assets, storage and delivery. Results show significant differences in savings achieved through open asset sharing depending on the inventory deployment and sharing policies, highlighting the importance of behavior of participants for successful implementation of Physical Internet enabled hyperconnected logistics.
Keywords: Physical Internet, Hyperconnected logistics, Last mile delivery, Product deployment, City logistics, Open asset sharing, Open shared storage, Open shared delivery, Furniture and large appliances, Simulation, Scenario analysis
1 Introduction
Openly shared logistic infrastructure is one of the fundamental concepts of the Physical Internet. (Montreuil, 2011). Openly sharing independently owned logistic assets, such as storage space or delivery vehicles, can be the first step towards hyperconnected supply chains. However, to maximize the benefits of the Physical Internet, operating strategies of participating companies must adjust to the new logistic environment. In fact, the impact of the Physical Internet on logistic operations can differ significantly depending on operating strategies of participating companies, notably their inventory strategy. For example, when logistic assets are openly shared, logistic operations would be improved the most when inventories are deployed smartly across a network of distribution centers so that the most optimal routes can be taken, whereas they are not improved by having inventories idle at a distribution center (DC). Therefore, it is important to take operating strategies into consideration when demonstrating the potential benefit brought by exploiting the Physical Internet concepts and protocols.
Most of the furniture and large appliance retailers, which are the focus of this study, operate no more than one DC to serve a city area, without sharing any logistic asset with other retailers in the area.
Goyal at el. (2016) have shown the significant advantages of hyperconnected supply chain on the last mile delivery of furniture and large appliances in a city, yet without explicitly considering inventories.
This study aims to extend the study started by Goyal et al. (2016) with a much further elaborated city logistic model embedding the notions of product and inventory, and to demonstrate the impact of inventory sharing strategy on the performance of urban last-mile logistic operations.
A simulation-based scenario analysis is performed, using as testbed a fictitious square shaped city. Overall seven scenarios are tested, combining alternatives about specific facets. For example, relative to then overall degree of logistics hyperconnectivity, three alternatives are tested: dedicated logistics, hyperconnected storage, and hyperconnected storage and delivery. Dedicated logistics represents the typical current operations and forms a baseline. The other two alternatives represent Physical Internet inspired alternatives, with open shared delivery is assumed to be done through a third-party urban delivery service provider (urban deliverer).
Where multiple DCs are available, two alternative inventory deployment strategies are tested: one- time deployment and forecast-based overnight deployment. One-time deployment indicates that, upon receipt from supplier, product units are placed in a DC and not moved afterward before being shipped to customers. Each unit of a given product may be deployed in a distinct DC so as to optimize the inventory of the product in each DC give the expected demand forecast in each demand zone. Forecast-based overnight deployment indicates that the set of orders to be delivered is not known upon deployment, the retailers deploying inventories so that products are distributed in an optimized way among the four DCs given the forecast demand in each zone. The efficiency of one-time placement and forecast-based overnight deployment is compared with order-based overnight deployment at each simulation run. In the latter part of the experimentation, order-based deployment is also tested, assuming that order information is known upon deployment and available products are moved if necessary so that all deliveries can be made from the nearest DC.
When delivery operation is done by an urban deliverer, two alternative levels of inventory information disclosure to the urban deliverer are assumed and compared: minimum disclosure and selective disclosure. With minimum disclosure, retailers assign DCs to each customer and give only the assignment information to the urba
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评估库存部署的影响并分享有连通最后一英公里家具物流的政策
Nayeon Kim1,2 and Benoit Montreuil1,2,3,4
1美国亚特兰大乔治亚理工学院工业与系统工程学院
2物理互联网中心，乔治亚理工学院，亚特兰大，美国
3供应链与物流学院，乔治亚理工学院，亚特兰大，美国
4可口可乐公司的材料处理和销售
摘要：开放性的资产共享是构成物理网络基础的概念之一。当然，在这种情况下，不同党派的利益是相互冲突的，特别是在现有资产由参与者独立拥有的情况下。此外，连通供应链的好处能够因参与者的策略而改变。因此，重要的是要考虑参与者的操作战略，以成功地实现一个连通的物流系统。在本研究中，我们通过模拟分析了库存政策对家具配送最后一公里和大型家电在大城市环境下的性能的影响，在这种情况下，零售商可以公开分享他们的物流资产、仓储和配送。结果显示，通过开放资产共享来实现的储蓄的显著差异取决于库存部署和共享政策，突出了参与者的行为的重要性，这些参与者的行为是成功地实现了物理网络的连通的物流。
关键词：物理互联网，连通物流，最后一英里配送，产品部署，城市物流，开放性的资产共享，开放性的共享存储，开放性的共享配送，家具和大型家电，仿真，场景分析
1引论
公开性的共享物流基础设施是物理互联网的基本概念之一。(Montreuil,2011)。公开地分享独立拥有的物流资产，比如存储空间或运载工具，可能是通往超连通供应链的第一步。然而，为了最大限度地利用物理互联网的好处，参与公司的经营策略必须适应新的物流环境。实际上，物理互联网对物流操作的影响可能会取决于参与公司的经营策略而显著不同，尤其是他们的库存策略。例如，当物流资产公开共享时，当库存被巧妙地部署在分布中心的网络上时，物流操作将会得到很大的改善，这样就可以采取最优的路线，而不是通过在配送中心(DC)闲置库存来改善库存。因此，在展示利用物理互联网概念和协议带来的潜在好处的时候，需要把操作策略考虑进去是很重要的。
大部分的家具和大型家电零售商，都是本研究的重点，经营不超过一个DC来服务一个城市地区，不与该地区的其他零售商分享任何物流资产。
Goyal at el.(2016)已经显示了在城市的最后一公里的家具配送和大型家用电器上的超连接供应链的显著优势，但还没有明确地考虑库存。
本研究的目的是拓展Goyal at el.(2016)开始的研究，并进一步阐述了城市物流模式下的产品和库存概念，并展示了库存共享策略对城市最后一公里物流运营绩效的影响。
一个模拟基础的场景分析被执行，用它来测试一个虚构的正方形城市。总共测试了7个场景，并结合了特定方面的可替代方案。例如，相对而言，相对于整体的物流高度连接，三个备选方案被测试:专用物流、超连接存储和超连接存储和传递。专用物流代表典型的当前操作并形成基础线。另外两种替代方案是物理互联网启发的替代方案，开放共享的交付被认为是通过一个第三方城市传递服务提供商完成的(城市配送者)。
在可以使用多个DC的情况下，测试了两个备选的库存部署策略:从前的时间部署和基于预测的夜间部署。以前的部署表明，在收到供应商的收据后，产品单元被放置在一个DC中，然后在发送给客户之前没有移动。被给定产品的每个单元都可能被部署在一个不同的DC中，以优化每个DC的产品的库存，给出每个需求区域的预期需求预测在每个需求中。基于预测的隔夜部署表明，在部署时不知道要配送的订单，零售商部署库存，以便根据每个区域的预测需求，在四个DC中以优化的方式分发产品。在每个模拟运行中，与基于订单的隔夜部署相比，一次性放置和基于预测的夜间部署的效率。在试验的后面部分，还测试了基于订单的部署，假设在部署时了解订单信息，并在必要时移动可用产品，以便可以从最近的DC进行所有配送。
当配送操作由城市配送者完成时，对城市配送者的两种备选的库存信息水平公开进行了假设和比较:最小公开和选择性公开。在最低限度的公开下，零售商将DC分配给每个客户，并只向城市配送者提供分配信息。在选择性公开下，零售商可以共享产品的库存状态，这样第三方公司就可以决定将哪些产品运往哪个DC。
最后，本文探索了一种先进的合作形式，当同样的产品被多个零售商出售时，必要时库存可以在零售商之间被借来借去。
这篇论文的结构如下。第二部分简要回顾相关文献。第3部分描述了模拟实验设计。第4部分提供了要测试的场景的分析。第五节提供并分析实验结果。最后，结论第五部分总结了这一发现并为今后的研究提供了建议。
2文献综述
本文旨在将Goyal at el. (2016)的研究成果进一步应用通过对模拟试验台进行详细的仿真试验，分析库存政策对城市地区超连通物流系统性能的影响，使其因此拥有更多在Goyal at el. (2016)。
在供应链中横向合作的好处已经在许多研究和实践中显示出来，但实际上由于竞争的性质很难实施(Simatupang et al., 2002; Cruijssen et al., 2007)。特别对家具行业来说，Audy et al. (2008, 2011)研究了加拿大家具公司之间共享交通运输在联合的情况下的合作模式。总体而言，交通运输取得了显著的进步，但同时也表明，合作必须精心设计，以使参与公司的利益不一样。
针对本论文所涉及的库存部署问题，可以将其视为横向转运问题，许多关于横向转运和库存政策的研究都存在。Paterson et al. (2011)对横向转运提供了全面的评价。然而，在作者的知识范围内，在为同一区域服务的多个DC中没有进行库存部署的研究，并将部署决策与配送路线由性能联系起来。另一方面，库存分配决定在资金补给方面来说可以被看作是一个两级的库存分配问题，与假想的中央仓库有关，因为订购政策是固定的，比如McGavin et al. (1993)研究的零售商平衡和库存分配问题。
3仿真实验设计
一个虚拟城市被创建为一个使用任何逻辑7.2.0大学的模拟试验台，如图所示1。这个城市有60个六边形的区域，每一个都有不同的需求密度。这些地区的边缘代表了城市的主要道路网。每个零售商的四个DC，黄色(1)，绿色(2)，蓝色(3)和红色(4)，位于城市的边缘。制造商在概念上代表城市的外部，公路和水路与城市相连。请注意，制造商的位置不一定代表与城市的相对距离。
图1: 一个拥有4家零售商DC和制造商和需求分配的虚拟城市
模拟运行2年(730天)，经过6个月的预热期(180天)。预热期为6个月，最长时间为不超过6个月，而且已经观察到性能参数，如每日行程的距离都是非常快的。
3.1产生需求和产品方案设计
总共有440种不同的产品在市场上销售。为了表示真实世界的运作，220种产品的信息被从家具零售商的网页中搜刮，而且麻烦的是大多数产品的颜色都是不同的。在440种产品中，348种产品属于家具类别，如床、梳妆台、床垫等，其余是大型电器，如洗碗机、冰箱、炉灶等。每个零售商分别出售176、177、186、190个产品，其市场份额在销售量上几乎同样大小。有些产品只由一个零售商销售，而有些则由多个零售商销售:见图2。当同一种产品被超过一个零售商出售时，零售商就没有偏好了。也就是说，如果有库存的零售商出售产品，消费者同样有可能成为他们的产品。
图2:零售商销售的产品数量有重叠的程度
平均而言，每个零售商每天都能满足20个客户订单。每个产品种类的受欢迎程度随帕累托分布和需求由泊松分布产生。当被要求的零售商没有存货时，客户决定等待，不同的概率取决于等待时间，转移，如果同样的产品在其他零售商可获得，或者离开。客户目的地也根据每个地区的需求密度随机生成，但与区域内的密度一致。
此外，由于家具和大型家电配送的特性，每一次交货、交货时间和安装时间都需要考虑。根据产品的特点，从三角形分布中随机分配交货时间和安装时间。例如，重音餐椅需要更短的配送时间，而不是安装，而冰箱则需要长时间的配送和安装时间。
3.2制造商种类
不同大小和类型的制造商有81家。三种操作类型的制造商被考虑:在岸/临时股票(MTS)，在岸/临时订购(MTO)，和离岸/ MTO。我们假设，对于零售商，离岸/ MTS类型的制造商相当于陆地/ MTS，因为大多数制造商都有陆上的DC。按操作类型，产品交货时间不同。在岸/ MTS型制造商的产品领先时间在1到7天，在岸/ MTO 8至29天，以及离岸/ MTO 30至90天。根据合同类型，一些制造商只通过一家零售商销售他们的产品，而其他制造商则可能向多个零售商供货。
3.3库存管理
对每个零售商的库存管理策略都是一致的。首先，每个零售商的每日操作方案如图3所示。
图3：供应商的日常操作路线
我们的目标是尽可能多地在客户订单上提供库存。为了确定库存水平和补充，s - s政策被使用。由于泊松分布是离散的，s、再订货点和S，最高订货水平是近似的。另一个关于存货补充的假设是，对于离岸/ MTO和岸上/ MTO制造商来说，零售商至少订购了6个月和3个月的存货，除了安全库存之外，许多MTO的制造商不接受小规模的订单。而且，引线时间是确定的。
s和s级别是根据表1所示的公式计算的。当方程产生非正值时，我们用1代替它。使用这种方法，平均服务水平为0.99或最小值0.98获得。
3.4配送运行
据推测，17英尺的卡车用于最后一英里的运送到客户的位置。在城市的主要道路网络上，运载车辆可以在50公里/小时内行驶，而车辆在一个区域内行驶40公里/小时。如果是在同一地区，运送车辆直接进入下一站，并沿主要道路网移动。由于包装和形状，人们认为只有最大的70%的容积和重量才能被利用。一旦确定了路线，所有运载工具在早上8点离开DC，他们的工作负载不超过8小时。
由于路由是np困难的，因此使用路由启发式方法代替了精确的解决方案。最初的路线是由CW heuristic创建的，并由intra route 2 - opt和Or - opt和inter - opt和- opt - opt和交换来改进。(Cordeau et al. (2002), Potvin et al. (1995), and Savelsbergh (1992)展示了不同的路由启发式的表现。我们利用结构和改进启发式的特殊组合，在这种背景下实现了良好的速度和精度。为了应用CW启发法，每个客户目的地首先被分配到一个DC，以距离最近的可用DC。最近的可用DC是一个与客户的位置有最小距离的DC，在那些有库存的地方。由指定的DC和路由分组的客户是由具有CW启发法的组创建的。请注意，只有当库存状态能够支持新路由时，才可以应用国际间路由改进启发法。
4结论
在此基础上，通过基于模拟的场景分析，阐述了库存政策对城市未来物流资产共享的潜在收益的影响，并以家具和大型家电产业为重点。首先，当考虑到在Goyal at el. (2016)所展示的对库存的忽略时，大量的旅行距离的减少仍然可以实现。正如预期的那样，通过库存策略的平均旅行距离节省了显著的差异。与库存的一次放置相比，结果显示，最后一英里的旅行距离可能会减少20%以上，通过智能库存重新部署和最大限度的减少64%可以通过开放共享存储和交付实现。由于不对称的需求分布和直流位置，我们也观察到DC的不同偏好。这意味着参与零售商的收益不平等，这会导致零售商之间的冲突。虽然这项研究的重点是在城市环境下的最后一公里的家具和大型家电，但其结果可以很容易地推广。
然而，有巨大的潜力来改进这项研究并提供更复杂的方法来衡量物理互联网的好处。这项研究只有几个主要的局限性。首先，这项研究只注重最后一英里的运输效率，而忽略了成本库存重新部署。为了显示这些库存策略的净收益，必须考虑这样的预处理成本。另外，更多的物理面向互联网的场景可以进一步设计和检查，而不是将共享资产限制在现有的资产上。最后，对直流电空间或成本分配策略的定价策略可以设计来解决参与零售商的不对称收益。当零售商的规模有很大差异时，不对称的收益可能是关键的障碍。很明显，这里没有列出更多的限制。换句话说，在这个问题上，未来的研究有相当大的潜力。
综上所述，虽然可以很容易地看到超连结的物流系统的好处，但现实世界中实际的收益和成功并不明显，因为每个政党都在追求自己的利益。结果表明，在现实世界中实施超连通供应链时，必须对参与企业的行为进行预测分析，并对系统结构进行仔细分析，从而有效地利用和提高物流运作效率。
参考文献
[1] Audy J. F., Drsquo;Amours S. (2008): Impact of benefit sharing among companies in the implantation of a collaborative transportation system-An application in the furniture industry, In Pervasive Collaborative Networks (pp. 519-532), Springer US.
[2] Audy J. F., Drsquo;Amours S., Rousseau L. M. (2011): Cost allocation in the establishment of a collaborative transportation agreement—an appl
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