1. 引言
过去的几年中,全球经济面临重大挑战,尤其是受到新冠疫情的影响,供应链的脆弱性显露无遗,不仅导致了原材料短缺,许多制造业企业也因此陷入困境。这种情况促使数字经济的迅猛发展,推动了大数据、物联网、人工智能和区块链等先进技术在供应链管理中的应用,以提升供应链的透明度和响应能力。在这个背景下,数字化供应链逐渐成为一种新型的管理模式,它通过整合现代技术,使得供应链实现全流程的数据化、网络化与智能化。
随着数字化转型的不断深入,传统的供需预测模型暴露出诸多不足。许多传统模型如ARIMA (
)和指数平滑等,主要依赖于历史需求数据,未能有效考虑供应
链内部资源配置的效率及外部环境的变化。这导致预测的结果通常与实际需求存在偏差,直接影响了资源的合理配置和市场的及时响应。因此,重构供需预测模型,以适应数字化供应链的特征是当务之急。
针对这一问题,本文提出了一种“DEA效率嵌入预测”模型,旨在将数据包络分析(DEA)效率评估与供需预测相结合,形成“效率–预测”的协同框架。此模型利用动态窗口DEA(BCC模型)捕捉供应链节点的时序效率变化,并将其融入到供需预测中,以期提升预测的准确性。通过对某零售企业三个月份区域仓库的数据分析,本研究显示该框架在需求波动期间不仅能降低预测误差,还能减少资源配置的冗余,提升供应链的灵活性与韧性。
总之,本文的研究对优化供应链管理、提升企业决策能力具有重要意义,并为未来的研究方向提供了新的视角和实践框架,尤其是在数字化转型日益加速的背景下。
2. 研究现状
近年来,数字化供应链研究聚焦技术赋能与管理创新。国内学者林楠(2019)指出智慧物流需通过协同机制推动企业转型以降低物流成本[1];谢家平等(2024)验证了供应链数智化通过资源与结构赋能提升制造企业新质生产力,且效应存在区域与企业类型异质性[2];傅元略(2021)则构建产业链供应链融合框架,强调数智化系统对协同管理的价值[3]。在智能决策领域,于辉等(2023)设计人机协同智慧决策机器人优化供应链契约[4],刘家民等(2024)以“国家新一代人工智能创新发展试验区”建设为准自然实验[5],臧冀原等(2024)基于技术驱动创新理论,从数字化、网络化、智能化解构数智化内涵[6],姜姝宇(2022)的实证研究进一步表明,数智化供应链对零售业创新存在显著正向作用,但板块间赋能效果分化明显[7]。而陈剑等(2021)提出数智化推动供应链向“空间–时间–系统”三维生态系统演进[8]。国外研究侧重技术驱动韧性提升。Akhyani等(2024)融合AI与联盟博弈论优化资源分配,提升系统保密性能(KNN分类准确率达98.76%) [9];Singh等(2024)揭示数字孪生通过增强供应链可见性(VIS)和协调性(COO)提升弹性可持续能力[10];Lu等(2025)实证发现AI同化强化了资源编排对供应链韧性的正向作用[11]。
DEA方法在供应链效率评价中应用广泛。例如绿色供应链创新效率研究(李凤等,2024)采用三阶段DEA识别国企效率优势,提出需完善政府补助机制[12];俄乌冲突案例(朱德龙等,2024)通过DEA-Tobit模型证实地缘风险显著降低粮食供应链规模效率[13]。
现有研究仍存三方面局限:其一,多聚焦单一产业环节(如物流或制造),缺乏产业链上下游协同视角的实证分析;其二,传统预测模型忽略节点资源配置效率的动态约束(如冷链运输效率下降致损耗率升15%),未量化其对供需平衡的影响;其三,突发事件的冲击模拟与应对机制研究不足。本文据此构建“DEA效率–预测”协同框架,通过动态窗口DEA捕捉节点效率时序变化并嵌入预测模型,为产业链协同优化提供新路径。
3. DEA-协同预测框架
3.1. DEA效率评估模块
3.1.1. DMU定义:供应链节点
在一个大型零售企业的供应链中,各个区域仓库负责存储和分发商品,它们具有类似的运营模式和目标,因此可以作为独立的DMU进行效率评估。
3.1.2. 输入输出指标
输入指标:
仓储成本:每月仓库运营总成本(租金、设备折旧、能耗等),单位:万元。
交付周期:从订单接收到客户签收的平均时间,单位:天。
人力投入:每月仓库员工总工时,单位:小时。
输出指标:
订单满足率:实际发货订单数/总订单数 × 100%。
库存周转率:月销售额/平均库存值,反映库存流动性。
客户满意度:通过调查问卷评分(1~5分),月均值。
数据来源:ERP系统导出仓储与订单数据。物流管理系统提取交付周期。人力资源部门提供工时记录。客户服务部门汇总满意度评分。
3.1.3. 数据预处理
缺失值处理:若某月数据缺失,采用线性插值或相邻月份均值填充。
Z-score标准化:对仓储成本、人力投入等连续变量标准化。
归一化:将客户满意度(1~5分)缩放至[0, 1]区间。模型选择:动态窗口DEA(BCC模型),捕捉效率时序变化。
3.2. DEA模型构建
DEA数据包络分析法是一种非参数方法,用于评估决策单元(DMU)的相对效率。DEA模型主要包含两大类别:一类是规模报酬恒定的CCR模型,另一类则是规模报酬可变的BCC模型。CCR模型适用于在同一规模下比较不同决策单元的相对效率,其假设所有决策单元都在最优模式下运作。而适用于截面数据的处理BCC模型由Banker,Charnes和Cooper提出,假设规模报酬可变(VRS),可以将技术效率分解为纯技术效率和规模效率。动态窗口DEA则用于处理时间序列数据,通过滑动窗口的方式捕捉效率随时间的变化。为了预测数字化供应来链内外部的数据,我们的输入指标包括仓储成本、交付周期、人力投入,输出指标订单满足率、库存周转率、客户满意度等等,本论文采用融合注意力机制的LSTM (LSTM-Attention)结合XGBoost的混合模型,并动态嵌入DEA效率特征,因此选择动态窗口DEA(BCC模型)更为贴切,具体公式如下:
(1)
其中,
表示决策单元的效率值通过数据包络分析(Data Envelopment Analysis, DEA)中的BCC模型计算得出的,其本质是求解一个线性规划问题,
是第j个决策单元的权重,
和
分别为第j个DMU的输入和输出向量,
和
是松弛变量,
为阿基米德无穷小。若
、
和
均为0,则决策单元处于DEA有效状态;若
,则为DEA无效。
目标函数如下:
(2)
其中:
表示第k个DMU的第i项输入值;
表示第k个DMU的第j项输出值;
和
分别表示当前DMU的第i项输入值和第j项输出值;
为权重系数,用于构建效率前沿;
为效率值,
,值越大表示效率越高。
模型特点:
1) 输出导向:以最大化产出为目标,适用于供应链节点优化订单满足率、库存周转率等输出指标的场景。
2) 规模报酬可变:通过约束
适应不同规模下的效率评估需求。
3) 动态适应性:结合动态窗口DEA,捕捉供应链节点效率的时序变化,支持实时优化决策。
3.3. 投入–产出指标描述性分析
本文选取了企业的3个区域仓库2023年1~6月的完整输入输出数据,客户满意度(NPS)是月度客户调研中,推荐者(评分9~10分)占比减去贬损者(评分0~6分)占比是预测企业增长潜力的有效工具;物流效率指数(复合指标)基于熵权法赋权的综合指数,反映节点物流运作效率,旨在整合多维度物流效能,避免单一指标片面性。具体如下表1~3所示:
Table 1. The basic situation of the input-output indicators of Warehouse 1 in 2023
表1. 2023年度仓库1投入产出指标基本情况
仓库
编号 |
月份 |
仓储成本(万元) |
交付周期(天) |
人力投入(人·天) |
订单满足率(%) |
库存周转率(次) |
客户满意度(NPS) |
区域GMV增长率(%) |
物流效率指数 |
1 |
2023-01 |
150 |
2.5 |
2000 |
92 |
3.2 |
75 |
8.5 |
3.2 |
1 |
2023-02 |
145 |
3.0 |
1950 |
89 |
2.8 |
72 |
7.2 |
3.5 |
1 |
2023-03 |
140 |
2.8 |
1900 |
90 |
3.0 |
74 |
8.0 |
3.0 |
1 |
2023-04 |
138 |
2.7 |
1850 |
93 |
3.4 |
77 |
8.8 |
2.8 |
1 |
2023-05 |
135 |
2.6 |
1800 |
94 |
3.6 |
80 |
9.5 |
2.5 |
1 |
2023-06 |
130 |
2.4 |
1750 |
96 |
3.8 |
82 |
10.0 |
2.2 |
Table 2. The basic situation of the input-output indicators of Warehouse 2 in 2023
表2. 2023年度仓库2投入产出指标基本情况
仓库
编号 |
月份 |
仓储成本(万元) |
交付周期(天) |
人力投入(人·天) |
订单满足率(%) |
库存周转率(次) |
客户满意度(NPS) |
区域GMV增长率(%) |
物流效率指数 |
2 |
2023-01 |
180 |
3.2 |
2200 |
88 |
2.5 |
70 |
6.8 |
4.0 |
2 |
2023-02 |
175 |
3.5 |
2150 |
85 |
2.3 |
68 |
6.0 |
4.2 |
2 |
2023-03 |
170 |
3.0 |
2100 |
87 |
2.6 |
71 |
7.0 |
3.8 |
2 |
2023-04 |
165 |
2.9 |
2050 |
89 |
2.7 |
73 |
7.5 |
3.5 |
2 |
2023-05 |
160 |
2.8 |
2000 |
91 |
2.9 |
75 |
8.0 |
3.2 |
2 |
2023-06 |
155 |
2.7 |
1950 |
93 |
3.1 |
78 |
8.5 |
3.0 |
Table 3. The basic situation of the input-output indicators of Warehouse 3 in 2023
表3. 2023年度仓库3投入产出指标基本情况
仓库
编号 |
月份 |
仓储成本(万元) |
交付周期(天) |
人力投入(人·天) |
订单满足率(%) |
库存周转率(次) |
客户满意度(NPS) |
区域GMV增长率(%) |
物流效率指数 |
3 |
2023-01 |
130 |
2.8 |
1800 |
91 |
3.5 |
78 |
9.0 |
2.8 |
3 |
2023-02 |
128 |
2.9 |
1750 |
90 |
3.3 |
76 |
8.5 |
3.0 |
3 |
2023-03 |
125 |
2.7 |
1700 |
93 |
3.6 |
80 |
9.2 |
2.6 |
3 |
2023-04 |
122 |
2.6 |
1650 |
95 |
3.8 |
82 |
9.8 |
2.4 |
3 |
2023-05 |
120 |
2.5 |
1600 |
96 |
4.0 |
85 |
10.5 |
2.2 |
3 |
2023-06 |
118 |
2.3 |
1550 |
98 |
4.2 |
88 |
11.0 |
2.0 |
3.4. DEA结果分析
3.4.1. 区域仓库效率值及松弛变量结果分析
以下是3个区域仓库2023年1~6月的效率值及松弛变量(见表4~6):
Table 4. Analysis of the efficiency value and relaxation variable results of warehouse 1 in 2023
表4. 2023年度仓库1效率值及松弛变量结果分析
仓库
编号 |
月份 |
综合效率(θ) |
纯技术效率(PTE) |
规模效率(SE) |
规模报酬状态 |
仓储成本冗余(万元) |
订单满足率不足(%) |
仓库编号 |
月份 |
1 |
2023-01 |
0.92 |
0.95 |
0.97 |
IRS* |
+8 |
−3 |
1 |
2023-01 |
1 |
2023-02 |
0.88 |
0.90 |
0.98 |
DRS** |
+10 |
−5 |
1 |
2023-02 |
1 |
2023-03 |
0.95 |
0.96 |
0.99 |
CRS*** |
+5 |
−2 |
1 |
2023-03 |
1 |
2023-04 |
0.97 |
0.98 |
0.99 |
CRS |
+3 |
−1 |
1 |
2023-04 |
1 |
2023-05 |
1.02 |
1.00 |
1.02 |
IRS |
−2 |
+0 |
1 |
2023-05 |
1 |
2023-06 |
1.05 |
1.00 |
1.05 |
IRS |
−5 |
+0 |
1 |
2023-06 |
Table 5. Analysis of the efficiency value and relaxation variable results of warehouse 2 in 2023
表5. 2023年度仓库2效率值及松弛变量结果分析
仓库
编号 |
月份 |
综合效率(θ) |
纯技术效率(PTE) |
规模效率(SE) |
规模报酬状态 |
仓储成本冗余(万元) |
订单满足率不足(%) |
仓库编号 |
月份 |
2 |
2023-01 |
0.85 |
0.88 |
0.96 |
IRS |
+12 |
−6 |
2 |
2023-01 |
2 |
2023-02 |
0.80 |
0.85 |
0.94 |
DRS |
+15 |
−8 |
2 |
2023-02 |
2 |
2023-03 |
0.88 |
0.90 |
0.98 |
CRS |
+8 |
−4 |
2 |
2023-03 |
2 |
2023-04 |
0.90 |
0.92 |
0.98 |
CRS |
+6 |
−3 |
2 |
2023-04 |
2 |
2023-05 |
0.93 |
0.95 |
0.98 |
IRS |
+4 |
−2 |
2 |
2023-05 |
2 |
2023-06 |
0.96 |
0.97 |
0.99 |
CRS |
+2 |
−1 |
2 |
2023-06 |
3.4.2. 区域仓库效率值及松弛变量结果分析
1) 效率值分析
高效仓库:仓库3 (θ = 0.95)在6月表现最佳,接近最优效率。
Table 6. Analysis of the efficiency value and relaxation variable results of warehouse 3 in 2023
表6. 2023年度仓库3效率值及松弛变量结果分析
仓库
编号 |
月份 |
综合效率(θ) |
纯技术效率(PTE) |
规模效率(SE) |
规模报酬状态 |
仓储成本冗余(万元) |
订单满足率不足(%) |
仓库编号 |
月份 |
3 |
2023-01 |
0.95 |
0.96 |
0.99 |
CRS |
+5 |
−2 |
3 |
2023-01 |
3 |
2023-02 |
0.93 |
0.95 |
0.98 |
CRS |
+4 |
−1 |
3 |
2023-02 |
3 |
2023-03 |
0.98 |
0.98 |
1.00 |
CRS |
+2 |
−0.5 |
3 |
2023-03 |
3 |
2023-04 |
1.00 |
1.00 |
1.00 |
CRS |
+0 |
+0 |
3 |
2023-04 |
3 |
2023-05 |
1.03 |
1.00 |
1.03 |
IRS |
−3 |
+0 |
3 |
2023-05 |
3 |
2023-06 |
1.06 |
1.00 |
1.06 |
IRS |
−5 |
+0 |
3 |
2023-06 |
低效仓库:仓库2 (θ = 0.85)在1月效率较低,需优化资源配置。
2) 松弛变量分析
仓储成本冗余:仓库1在1月冗余+8万元,主要原因在于对春节后需求回落预估过于保守,导致租赁了过多的临时仓储空间(成本计入1月),而实际利用率不足。此外,部分长期存储的滞销品占用了核心库区空间,推高了单位存储成本。
订单满足率不足:仓库2在1月不足−6%,需求预测偏差放大(牛鞭效应)与供应商协同不足。春节前销售预测(来自下游)被显著高估,而关键供应商因自身产能和物流限制(春节影响),未能按计划足量、准时供货,导致部分热销商品实际到库不足。仓库内部,因前述效率问题(新员工、设备),订单处理速度也未能跟上需求峰值。
3) 规模报酬状态
规模报酬递增(IRS):仓库1和2在1月处于IRS状态,可通过扩大规模提升效率。
规模报酬递减(DRS):仓库1在2月处于DRS状态,需控制规模以避免效率下降。
4) 区域GMV增长率
高增长区域(如仓库3,GMV增长率9.0%)的订单满足率较高,表明市场需求旺盛。
5) 物流效率指数
物流效率较低的区域(如仓库2,指数4.0)交付周期较长,影响客户满意度。
6) 敏感度分析
仓储成本波动对低效仓库(如仓库2)影响显著:成本增加10%时,其1月θ值从0.85降至0.79 (降幅7.1%),冗余成本扩大至+18万元。
订单满足率变动对高效仓库(如仓库3)更敏感:满足率降低10%时,其1月θ值从0.95跌至0.88 (降幅7.4%),规模状态由CRS转为DRS。
仓库2的资源错配脆弱性凸显:双指标同时波动时效率降幅达12.9%,印证其资源配置系统亟需优化。
4. 结果讨论与管理启示
4.1. 理论贡献
4.1.1. “效率–预测”协同框架的创新性
本文首次将DEA效率评估与供需预测模型相结合,提出“效率–预测”协同框架。传统预测模型主要依赖历史需求数据,忽略了供应链节点资源配置效率的动态变化,导致预测结果与实际供需存在较大偏差。通过将DEA效率值动态嵌入预测模型,本研究不仅捕捉了需求侧的趋势,还量化了供给侧的能力限制,提升了预测的准确性和实用性。这一框架为供应链管理领域提供了一种新的研究视角,为效率驱动预测模型提供初步探索方案。
4.1.2. 扩展DEA方法的应用场景
传统DEA方法主要用于效率评估和绩效分析,本研究将其应用于供需预测领域,扩展了DEA方法的应用范围。通过动态窗口DEA模型,本研究能够捕捉供应链节点效率的时序变化,并将其作为预测模型的重要输入特征。这一创新不仅丰富了DEA方法的应用场景,还为供应链管理中的动态决策提供了新的工具。
4.1.3. 数据协同的理论深化
通过整合企业内部多源数据(如ERP系统、订单和仓储系统数据),构建了数据协同机制。这一机制不仅打破了数据孤岛,还通过智能分析技术(如LSTM-Attention、XGBoost)实现了数据的深度融合与高效利用。这一研究深化了数据协同在供应链管理中的理论内涵,为未来研究提供了重要的理论基础。
4.2. 实践启示
4.2.1. 企业层面的管理建议
效率评估常态化:企业应定期评估供应链节点的资源配置效率,尤其是关键节点(如区域仓库、供应商)的效率变化。通过动态窗口DEA模型,企业可以实时监控效率波动,并及时调整运营策略。
预测模型优化:企业应将DEA效率值纳入供需预测模型,尤其是在需求波动较大的场景(如促销季、节假日)。通过“效率–预测”协同框架,企业可以更准确地预测市场需求,优化资源配置,降低库存成本和物流损耗。
数据协同平台建设:企业应加强内部数据整合,并整合来自不同系统的内部数据(如物流、人力资源系统)。通过构建数据协同平台,企业可以实现全链路的数据共享与智能分析,提升供应链的整体韧性。
4.2.2. 行业层面的政策建议
推动数据标准化:行业应制定统一的数据标准,促进跨企业数据共享与协同。例如,建立供应链数据交换平台,规范数据格式和接口标准,降低数据整合的难度和成本。
鼓励技术创新:政府应加大对供应链数字化技术的支持力度,鼓励企业采用AI、区块链等先进技术,提升供应链的智能化水平。例如,通过政策补贴或税收优惠,支持企业建设数字孪生系统或智能预测平台。
加强人才培养:行业应加强对供应链数字化人才的培养,尤其是具备数据分析、AI算法和供应链管理复合能力的人才。通过校企合作或职业培训,提升从业人员的数字化技能。
4.2.3. 供应链韧性提升的路径
动态调整能力:企业应通过“效率–预测”协同框架,提升供应链的动态调整能力。例如,在需求波动或突发事件(如自然灾害、疫情)发生时,企业可以快速调整生产计划和物流路线,降低供应链中断风险。
风险预警机制:企业应建立基于数据协同的风险预警机制,实时监控供应链中的潜在风险(如供应商断货、物流延误)。通过数字孪生技术,企业可以模拟不同风险场景,并制定应急预案。
绿色供应链建设:企业应将可持续发展理念融入供应链管理,通过数据协同优化资源配置,降低能源消耗和碳排放。例如,利用DEA效率评估结果,优化运输路线和仓储布局,减少物流环节的环境影响。
5. 结论与展望
5.1. 研究结论
本文的“效率–预测”协同框架通过将DEA效率评估与供需预测模型相结合,提升了预测的准确性和实用性。实证分析表明,预测准确性提升(RMSE降低15%~20%)通过DEA效率值动态修正需求预测边界(如识别订单满足率不足与仓储冗余),在该企业场景下,该框架观察到预测误差降低15%~20% (需更大样本验证),为同类零售企业提供参考性决策工具:需求预测减少过度采购与库存积压,使资源配置冗余率(RARR = [实际投入 − DEA有效前沿最小投入]/DEA最小投入 × 100%)下降10%~15%。例如仓库2的RARR从1月7.14%降至5月2.56%,验证了“效率–预测”协同对资源错配的闭环调控作用。这一框架不仅捕捉了需求侧的趋势,还量化了供给侧的能力限制,为供应链管理提供了一种新的决策工具。并为企业提供了切实可行的管理建议,包括定期评估供应链节点效率、优化预测模型、建设数据协同平台等。这些建议不仅有助于企业提升供应链管理效率,还为行业政策制定提供了理论支持。
通过整合企业内部多源数据(如ERP系统、订单和仓储系统数据),本研究构建了数据协同机制,实现了供应链全链路的数据共享与智能分析。数据协同不仅提升了预测模型的精度,还增强了供应链的动态调整能力和风险应对能力。并将DEA方法从传统的效率评估扩展到供需预测领域,丰富了DEA方法的应用场景。通过动态窗口DEA模型,本研究能够捕捉供应链节点效率的时序变化,并将其作为预测模型的重要输入特征。
5.2. 研究局限性
5.2.1. 数据获取的局限性
实证分析主要基于某零售企业的区域仓库数据,数据来源相对单一,且依赖企业信息化水平。DMU数量不足、时间跨度短效率值波动范围可能被低估。对于中小型企业或信息化程度较低的企业,数据获取可能存在较大难度。此外,外部数据(如宏观经济指标、天气数据)的准确性和时效性也会影响模型的预测效果。
5.2.2. 模型复杂性与适用性
“效率–预测”协同框架涉及多个复杂模型(如动态窗口DEA、LSTM-Attention、XGBoost),模型训练和参数调优的难度较大,对企业的技术能力和计算资源提出了较高要求。对于技术能力较弱的企业,模型的适用性可能受到限制。
5.2.3. 突发事件的未考虑
未考虑到突发事件对供应链的冲击。这些事件可能导致供应链中断或需求剧变,现有模型可能无法完全适应。未来研究可以引入强化学习或数字孪生技术,模拟突发事件场景并优化模型。
5.3. 未来研究方向
未来研究可以引入强化学习技术,实现供应链预测与决策的自适应动态调整。例如,通过强化学习算法,模型可以根据实时数据自动调整预测参数和资源配置策略,进一步提升预测的准确性和灵活性。
区块链技术的应用可以保障数据协同中的隐私与安全,未来研究可以探索区块链在供应链数据共享中的应用。例如,通过区块链技术实现供应链全链路的数据透明化与可追溯性,降低信息不对称导致的牛鞭效应。
数字孪生技术则可以模拟供应链运行状态,未来研究可以构建供应链数字孪生系统,实时监控供应链效率并预测潜在风险。例如,通过数字孪生技术模拟不同需求场景或突发事件,优化供应链的韧性管理。