张锦  西南交通大学物流研究院院长、中国物流学会兼职副会长

在2021年（第十四届）物流领域产学研结合工作会暨国家物流枢纽建设（洛阳）交流研讨会上的演讲（摘要）

（2021年4月23日 河南·洛阳）

各位领导、各位专家、各位嘉宾大家好，非常高兴能和大家分享全球供应链在风险与不确定性下的优化研究。我将从四个方面跟大家做一些分享。第一，介绍一下全球供应链的不确定性；第二，供应链网络鲁棒优化方法；第三，全球供应链不确定性分析案例；第四，全球供应链及国际物流风险应对策略建议。

一、全球供应链的不确定性

先通过六个事例来说明，物流网络和供应链网络面临着需求的不确定性和供给的不确定性，这些不确定性将促使我们在未来构建物流和供应链网络的时候，必须要有新的视角和新的方法。

供应链需求不确定事件Ⅰ：2008年全球金融危机

2006年春到2009年初，美国次贷危机席卷美国、欧盟、日本等主要金融市场，2008年达到高峰，这场金融危机极大地影响了全球经济。无论是从进出口的订单，还是股市、债券以及有价证券市场波动来看，都给全球经济造成断崖式下降。当然也给物流和供应链带来显著影响，简言之就是需求锐减，如：出口出货的需求在锐减，库存以及货物运输大幅度减少，物流货运订单大幅地减少。

供应链需求不确定事件Ⅱ：中美贸易摩擦

从2017年开始，中美贸易摩擦日渐加剧。尽管2020年因为新冠疫情影响有一些变化，但是中美之间的贸易摩擦仍然在深度加速。刚刚的4月21日，美国参议院的外交关系委员会表决通过了“两党对华全面法案”，以保护和促进美国“重要利益和价值观”。在深度分裂的美国国会，“对中强硬”已经达成罕见的共识。未来中美之间的贸易摩擦还会引起中国的其它产业发生一些变化。这些变化可以从统计数据发现，通过中国国家统计局数据、美国商务部统计数据来看，2018年开始，中国对美国主要出口商品，以及美国和中国之间的机电产品、机械设备、纺织品和家具玩具的贸易额都大幅度下降。对于物流和供应链的从业者，意味着需求的减少、品类结构和流向的变化，带来的需求的不确定性显著变化。

供应链需求不确定事件Ⅲ：新冠肺炎疫情

2020年全球新冠肺炎疫情一直在蔓延，尽管我国在防疫控制方面取得了非常大的成绩，但并不是其它国家都能做到这一点，特别是近期印度又爆发了新一轮的更大规模的疫情。由于新冠肺炎疫情的蔓延，全球贸易受到极大损害。2020年，据国家商务部统计，我国外贸进出口额比同期下降的幅度非常大。同时由于抗疫的需要，国家启动了应急生产，一些传统领域的生产停滞了，而新的应急产品的生产迅速启动。产业供应链发生了变化。同时由于防疫物资激增，面对防疫所需要的应急物资的物流和配送上也发生了变化。所以需求锐减的同时，品类结构、流向流程和服务时效要求都发生很大变化。这说明物流的需求侧存有诸多风险。

供应链网络不确定事件Ⅰ：3·11东日本大地震

2011年，3·11东日本大地震之后，首先是中断了生产，物流和供应链的需求发生变化。据国际汽车制造商组织估计，中国、美国、日本、德国、韩国汽车的生产量的增长率，在之后一段时间都发生变化。最主要的是在运输物流和供应链的网络方面，由于灾害导致了道路中段、园区仓储被淹、河道冲毁、港口瘫痪，局部地区的供给网络发生巨大变化，实际上也带来了全球物流供应链网络同时发生了变化。

供应链网络不确定事件Ⅱ：泰国洪灾

2011年7月，泰国发生洪灾。由于泰国也是全球产品供应链中的重要一环，特别是在IT产品如硬盘的生产方面在全球市场上占有较大比重。受洪灾的影响，硬盘的产量下降约30%，同时汽车制造业也受到相应的影响。据半导体行业协会统计，这一年及其后面几个月，全球的半导体销售量、产量都大幅下降。当然这是需求侧的影响，同时带给供给侧影响也很大。长时间的洪灾延续，导致了园区和仓库被淹、农田和道路被淹、机场车站港口码头被淹等等，严重波及到物流和供应链网络中的基础设施，导致网络发生了明显中断。

供应链物流不确定事件Ⅲ：苏伊士运河堵塞

2021年3月23日，长荣海运集装箱船“长赐号”因机舱突然失电，横向搁浅，中断苏伊士运河通行。6天后搁浅货轮起浮脱浅，运河交通逐步恢复。11天后等待的422艘船只全部通过，拥堵结束。大家知道苏伊士运河在全球贸易中的地位，这次短暂的中断导致的损失是不可估量的。据初步统计，货物零售价受影响超过830亿美元，周损失达到60至100亿美元，从中国到欧洲的集装箱价格比一年前高出近三倍。所以带给物流和供应链网络的供给和服务侧的影响非常大。

以上这些事例说明，随着经济社会的快速发展，全球人类活动的不断加剧，以及各种各样的摩擦的明显增加，物流和供应链领域中的不确定性和脆弱性表现的越来越充分。引发我们不得不思考，在未来的物流和供应链的发展中，包括供应链网络的构建与运营中，我们如何抗击风险？如何降低网络的脆弱性，如何提高网络的抗毁性、鲁棒性。

二、供应链网络鲁棒优化方法

1.复杂网络鲁棒性指标

复杂网络的鲁棒优化方面的衡量指标很多，如：网络的平均节点度、平均度变化比例、网络孤立节点比例、网络聚类系数，以及网络平均距离、网络效率等。

2.不确定优化问题

不确定优化的过程中，我们常常会发现，在优化领域中有模型不确定性、过程不确定性、环境不确定性和离散不确定性。通常会采用有界变量、概率分布函数和模糊集等一些手段和数学方法来描述不确定性。

3.鲁棒优化思想

在鲁棒优化中，需求的概率分布函数是未知的，我们对于不确定性的刻画，使用概率分布函数的情况比较多，当然也可以采用很多诸如模糊集等其它手段。常见的有盒式不确定集、椭球不确定集、多面体不确定集、基数/预算不确定集、数据驱动不确定集等等。当前，鲁棒优化在物流、供应链领域的应用研究主要涉及“铁路运输”、“交通运输经济” 、“公路与水路运输” 、“航空航天科学与工程”、“供应链网络”等等。特别是近五年已有研究分别在“优化调度”、“班轮航线”、 “交通运输网络设计”等方面，有很多学者已经建立了相应的鲁棒优化模型。下图是我们查到的近五年文献分布情况和典型代表作情况。

 

4.鲁棒优化基本流程

供应链与物流网络的鲁棒优化的实质是在识别风险与刻画不确定性基础上找到提升网络抗毁能力和鲁棒性能的方案，而在不确定性参数集合中寻求一个最坏情形下的最优解是一种常见的优化方法。就像这个基本流程图一样，通过分析、建模、求解就可以找到最优解。

 

 

 

5.鲁棒优化示例

我来举一个示例，如不确定环境下应急救援供应链网络的鲁棒优化模型。我们各方面没有不确定或者其他因素的时候，我们的目标函数是比较明确的。这个网络优化问题的目标函数可以由救援配送中心建设或者租用成本、选址成本、救援产品从供应商到救援配送中的运输成本、以及救援中心到灾区的运输和配送成本来构成，同时要考虑到受灾区域的缺货损失。当然这部分成本确定起来比较复杂。但总体上讲，整个目标函数是使得所有成本最小，所以是一个最优化的问题。这里，最优化问题的约束条件也是比较清楚，每个约束条件的边界和定义都是可以准确地给出，决策变量的定义也是清楚的。但是，如果是不确定型应急救援供应链优化问题呢，就会使得目标和约束条件中，与需求有关的变量描述要发生变化，因此相应的函数、约束条件公式表达也要进行更新。比如需求的取值范围，我们采用多面体集法量化需求集，就是一个新的界定量。这个时候每一种救援产品的需求约束发生变化，每个受灾区域满足需求的最小百分比的界定发生变化。因此使得这个模型与我们传统确定型的供应链网络优化问题不同。当然对应的求解方法也发生一些变化，我们一般采用对偶转换，或者是借鉴现有的启发式算法来做一些改进，寻求鲁棒优化下的最优解。

三、全球供应链不确定性分析案例

这里我分别介绍两个案例，一个是一种分析供应链网络鲁棒性的方法，另一个是供应链网络鲁棒优化问题的建模和求解。

1.主航道中断背景下中国集装箱海运网络鲁棒性分析及相关对策

基于全球海运网络相关资料统计，2019年全球海洋共分布约有23个主要航道，包括海峡、运河等。运营规模排名前一百位的集装箱班轮公司对挂靠的所有港口和运营航线进行统计的结果显示：2019年全球集装箱海运网络大约有航线2827条（重叠航线不计）。这里包括著名的马六甲海峡、苏伊士运河、巴拿马运河等。根据相关资料的统计，在地理位置上有几个重要的，跟中国有密切关系的。通过数据上可以看到，2019年经马六甲海峡、苏伊士运河和巴拿马运河的航线分别为643条、285条和108条，约占全球当年航线总数23%、10%和4%。全球集装箱港口734个中，经过三个航道挂靠的港口分别为：188个、117个和92个，约占港口总数的25.61%、15.94%和12.53%。

基于复杂网络指标的全球集装箱海运网络鲁棒性分析，可以简单地对受攻击前后的网络平均节点度、平均度变化比例、孤立节点比例、网络聚类系数、网络平均距离、网络效率等网络特征指标进行计算和对比，分析其网络鲁棒性。

首先，我们对三大主航道遭受攻击时网络鲁棒性指标计算及分析。分别比较马六甲海峡、苏伊士运河、巴拿马运河遭到中断以后受到的影响。在复杂网络结构方面，相关港口和通道受到一定的影响，这个主要考虑网络节点问题。在网络孤立节点方面，指标计算表明，当各个航道受到攻击时，马六甲海峡产生网络孤立节点最多，所以它的全球贸易和供应链网络中的地位应该是最凸现的，和我们的统计数据是相互印证的。同时，我们也分析了三大主航道遭受攻击时对中国海运港口的影响。当马六甲海峡、苏伊士运河、巴拿马运河分别遭到攻击或者中断的时候，对中国的上海港、香港港、宁波港、深圳港、青岛港、厦门港、天津港等港口的影响程度是不一样的。变化有大有小，但是总体上来讲，一旦它们遭到攻击或者中断，国内港口受到影响非常大。三大主航道受到攻击时有没有可替代方案呢？我们进一步研究，当马六甲海峡受到攻击时，我们寻求了替代的航道，比如巽他海峡。但是成本、时间和距离会发生变化。当苏伊士运河和巴拿马运河发生中断的时候，也有海运和海陆结合的替代方案。总体上讲，在主航道受到攻击的时候，所有的替代方案必须要付出成本的，后面的案例还会印证这一点。

2.新冠疫情影响下S航空公司的航空物流网络鲁棒优化及相关对策

在新冠疫情期间，需求和供给都发生变化。在航空物流网络中，由于客运航线中断，腹舱运力基本消失了。在全货机的运输力量还不充分的情况下，我们一般采取了客改货的方式。即便这样，从2020年1月到11月，按照中国民航客货运量累计情况来看，货运量一下跌到低谷，然后再逐步恢复。这个时期的航空物流网络的供给和需求都发生了很大变化。针对这种情况，构建的一个不确定环境下的客机腹舱货运运力鲁棒优化问题，建立起一个鲁棒优化的模型，考虑了全货机运输航段载运能力、腹舱运输航段运输能力，以及腹仓运输航段不确定性等因素。优化目标是使由固定成本、运输成本、延期服务惩罚成本和空驶运输成本共同构成的成本最小。刚才汪鸣所长也讲了，物流最好是平衡的，当不平衡的时候，返空的空驶运输成本是必然的。总体上，在这种情况下，目标函数和约束条件是清晰的，尽管问题很复杂，是一个非线性的大规模优化问题，但是使用或者改进应用已有的智能算法是能够求解的。但是，若要考虑鲁棒优化的时候，首先要考虑不确定需求。通过不确定需求的刻画，调整模型中的目标函数和约束条件的所有需求表达式。需求名义值和最大需求偏差值是我们纳入考虑的范围值。同时，我们对于不确定服务时间，也就是对供给中的服务质量问题做了调整，调整约束条件中服务时间表达式。考虑到腹舱货运的不确定性，因此建立了一个航线路径鲁棒优化模型。目标函数的构成没有变化，但是约束条件中的不确定服务时间和相应的需求量也发生了变化。这里设计了一个改进的启发式算法进行求解，运用某航空货运公司的全年数据进行案例分析。获得了一个全货机和客机腹舱运输的鲁棒优化结果。通过鲁棒优化前后结果对比，可以看出提高网络鲁棒性的成本是上升了。我们所模拟的过程中，最大的成本上升是在30%左右。这个鲁棒优化的结果，明显比前面使用复杂网络指标进行比较分析的结果更加量化和清楚。

四、全球供应链及国际物流风险应对策略建议

前面的介绍其实是想说明当前我们的经济环境和发展环境的不确定性大幅度增加，带给供应链网络的规划设计和运营以新的挑战，是需要在理论研究和应用研究方面做响应的。

1.理论上，重视物流与供应链网络的风险识别与刻画、以及不确定性条件下的鲁棒优化研究，充实和创新优化理论与方法，支撑供应链网络构建、物流管理及供应链运营。当前物流和供应链网络的优化都是基于最优化，也就是寻求唯一的最优解，这是我们学者追求的目标，特别希望在各种复杂的环境下，各种约束下找到一个最佳的。但是事实上，随着现代经济社会的发展以及全球不确定性的增加，我们在网络优化理论方面的确应该充分考虑不确定性带来的变化，调整和充实一些研究对象，创新网络优化理论和方法，支撑全球物流和供应链网络构建，乃至于国内的物流和供应链网络的构建与运营。

2.措施上，继续支持“一带一路”沿线交通设施、物流园区、物流枢纽建设；推进西部陆海新通道建设、打通中西部南北通道；加强国际航空货运航线建设、提高航空货运中全货机比例；引导中欧班列常态化稳定开行；重视北极航线、西北利亚铁路通道对接等。由于最近一段时间的国际关系变得复杂，有些项目的推进遇到很多困难。但即便这样，我们还是要下大力气，要鼓励继续在这些方面加大节点建设、通道建设。同时要推动西部陆海新通道建设，打通中西部南北通道。加强国际航空货运航线建设，特别希望在十四五期间，对航空物流给予更多的关注，提高航空货运中的全货机比例，同时引导中欧班列常态化稳定开行。中欧班列的运营补贴受到质疑是比较多的，但是对于国际供应链抗风险至关重要。同时要重视北极航线的对接利用、西北利亚铁道通道的对接利用。

3.政策上，支持参与国际物流通道建设、国际供应链体系构建的企业与项目；完善国际物流与供应链应急动员、管理、补偿机制；建立政府层面的风险防范工作机制，保证国家战略物资安全。

不妥之处，请批评指正。谢谢大家！

（根据速记整理，经本人审阅，转载请注明作者和来源中国物流学会。）