多級(jí)庫存策略模擬建模

摘要：面向傳統(tǒng)供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)，即由供應(yīng)商、制造商、分銷商、零售商、顧客市場(chǎng)五部分組成的供應(yīng)鏈，研究了中心庫存策略供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)的組成部分，采用了離散系統(tǒng)模擬建模方法對(duì)多級(jí)庫存策略進(jìn)行模擬建模。文章不只針對(duì)一種庫存策略或單一目標(biāo)的模型進(jìn)行模擬，而是針對(duì)多級(jí)庫存策略，從整體出發(fā)，使用BPMN對(duì)供應(yīng)鏈的各個(gè)流程均建立了概念模型，并可以采用Arena進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，為建立供應(yīng)鏈模型提供了流程化的方法，為企業(yè)進(jìn)行決策提供了有力的幫助與支持。

關(guān)鍵詞：多級(jí)庫存；供應(yīng)鏈流程；概念模型

中圖分類號(hào)：F253.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1002-3100(2008)06-0113-04

Abstract: This paper is about the simulation of multi-echelon inventory policy model which is in the supply chain concludes suppliers， manufactures， distributors， retailers and consumers as five parts. It does not aim at only one inventory policy or one objective， but multi-echelon inventory through the whole supply chain. It also used BPMN to define the conceptual model of each part which can help enterprises making the decision.

Key words: multi-echelon inventory; the flow of supply chain; conceptual model

0引言

物流作為一個(gè)多因素、多目標(biāo)的復(fù)雜系統(tǒng)，追求其整體的優(yōu)化一直是眾多學(xué)者關(guān)心的一個(gè)問題。供應(yīng)鏈成本在企業(yè)的運(yùn)行費(fèi)用中占有很高的比重。其中，庫存成本一般占總成本的30%以上，是供應(yīng)鏈成本的最重要組成部分之一。目前已有的研究大多是以單一優(yōu)化目標(biāo)來研究庫存成本，降低了問題的難度，卻有可能使其優(yōu)化結(jié)果在實(shí)際問題中并不合理，導(dǎo)致決策的片面性。而其他多級(jí)庫存策略在理論上可能考慮了更加復(fù)雜的因素，但是在實(shí)際運(yùn)作中，并不是所有因素都在考慮和控制范圍內(nèi)，例如信息共享程度。為了更加全面地、動(dòng)態(tài)地了解和研究供應(yīng)鏈的結(jié)構(gòu)，該模型盡可能的考慮更多的供應(yīng)鏈因素與組成部分，即一般情況下的供應(yīng)鏈，這樣，通過改變模型的某些參數(shù)，就可以達(dá)到從特定角度研究模型的目的。

1多級(jí)庫存策略模擬的研究現(xiàn)狀

一般認(rèn)為，最早開始研究多級(jí)庫存的學(xué)者是Clark和Scarf（1960），其最優(yōu)庫存控制政策是所謂的最大訂貨水平（Order-up-to-Level）政策。其后，諸多學(xué)者對(duì)供應(yīng)鏈庫存問題都進(jìn)行了大量的研究，通過研究成果可以看出，他們研究庫存的角度大致可以概括為：（1）生產(chǎn)/庫存系統(tǒng)；（2）庫存/配送系統(tǒng)；（3）生產(chǎn)—庫存—配送系統(tǒng)；（4）庫存分配。

多級(jí)庫存控制的方法通常有兩種：一種是非中心化（分布式）策略，另一種是中心化（集中式）策略。非中心化策略是各個(gè)庫存點(diǎn)獨(dú)立采取各自的庫存策略，這種策略在管理上比較簡(jiǎn)單，它需要更多的信息共享，否則，多數(shù)情況產(chǎn)生的是整體供應(yīng)鏈優(yōu)化的次優(yōu)結(jié)果。用中心化策略，所有的庫存點(diǎn)的控制參數(shù)是同時(shí)決定的，考慮了各個(gè)庫存點(diǎn)的相互聯(lián)系，通過協(xié)調(diào)的方法可獲得庫存的優(yōu)化。

目前已有的模擬研究結(jié)果對(duì)現(xiàn)實(shí)作了過多的抽象，不能完全展示供應(yīng)鏈的結(jié)構(gòu)與模式。對(duì)于整體供應(yīng)鏈模型來說，信息安全共享的程度，供應(yīng)商、制造商和顧客需求的不確定性，某些衡量指標(biāo)定義的不充分性，以及例如JIT（Just In Time）、供應(yīng)鏈延遲（Delay）等技術(shù)不能融合到供應(yīng)鏈模型中，在一定程度上影響了對(duì)整體供應(yīng)鏈的研究。

2多級(jí)庫存策略

考慮到供應(yīng)鏈中生產(chǎn)制造商的最終產(chǎn)品為多個(gè)品種，以及動(dòng)態(tài)的客戶市場(chǎng)需求，確定生產(chǎn)制造商為核心企業(yè)，采取中心化策略。本文集中討論供應(yīng)鏈庫存問題，所以對(duì)于客戶市場(chǎng)的需求確定性與不確定性不加以討論，因?yàn)榭蛻羰袌?chǎng)不產(chǎn)生供應(yīng)鏈庫存。模型將采用基于訂單生產(chǎn)與低于安全庫存即生產(chǎn)的混合混存策略，采取事件驅(qū)動(dòng)法。

3多級(jí)庫存策略模型

定義多級(jí)庫存策略模型必須逐步定義供應(yīng)鏈成本的概念模型，即首先定義多級(jí)庫存所在供應(yīng)鏈模型；其次定義模型中供應(yīng)商、制造商、分銷商、零售商的內(nèi)部組成部分。本文將采用BPMN描繪供應(yīng)鏈多級(jí)庫存策略。

3.1多級(jí)庫存所在的供應(yīng)鏈模型

本文所要建立的多級(jí)庫存策略模擬模型將在具有供應(yīng)商、制造商、分銷商、零售商、顧客五個(gè)組成部分的供應(yīng)鏈模型中構(gòu)造，如圖1。在這個(gè)供應(yīng)鏈模型中，需要對(duì)供應(yīng)商、制造商、分銷商、零售商四處的庫存水平進(jìn)行構(gòu)造與分析，即供應(yīng)商庫存、制造商庫存、分撥中心庫存、零售商庫存。

為了實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈整體庫存的最優(yōu)化，需要考慮各個(gè)庫存點(diǎn)的相互關(guān)系，需要考慮所有庫存點(diǎn)的控制參數(shù)，這樣增加了管理上協(xié)調(diào)控制的難度。如圖1中，上方虛線代表信息流，信息流從顧客到分銷商，再由分銷商到制造商，最后到供應(yīng)商；下方虛線代表物資流，物資流則由供應(yīng)商到制造商，再由制造商到分銷商，最后到顧客市場(chǎng)。

多級(jí)庫存的優(yōu)化與控制是在單級(jí)庫存控制的基礎(chǔ)上形成的。但是單級(jí)庫存策略只通過單個(gè)庫存點(diǎn)的庫存數(shù)據(jù)來判斷當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的庫存水平，而不考慮下游節(jié)點(diǎn)的庫存水平，這樣會(huì)造成需求放大現(xiàn)象，使得供應(yīng)鏈整體庫存量擴(kuò)大，不能達(dá)到最優(yōu)結(jié)果。通過考察本地庫存節(jié)點(diǎn)和其下游節(jié)點(diǎn)的庫存數(shù)據(jù)，某節(jié)點(diǎn)級(jí)庫存等于節(jié)點(diǎn)現(xiàn)有庫存加上轉(zhuǎn)移到或正在轉(zhuǎn)移給其下級(jí)節(jié)點(diǎn)的庫存。

多級(jí)庫存策略模擬建模假設(shè)條件

3.1.1此供應(yīng)鏈模型考慮的方面包括

（1）供應(yīng)鏈中五個(gè)階段：供應(yīng)商、制造商、分銷商、零售商和顧客市場(chǎng)；

（2）供應(yīng)商供貨情況，供貨方式，庫存情況，原料情況；不同的顧客市場(chǎng)需求；

（3）生產(chǎn)制造商的庫存是否作為中心庫存，其產(chǎn)品類型，所需原料種類，生產(chǎn)周期，庫存水平，缺貨率，生產(chǎn)制造商接受分銷商的訂貨方式；

（4）分撥中心庫存設(shè)置，接受訂單后發(fā)貨條件，與上游生產(chǎn)制造商的庫存聯(lián)合關(guān)系；

（5）零售商訂貨周期，庫存設(shè)置；

（6）顧客市場(chǎng)的需求分布，滿意度；

（7）運(yùn)輸時(shí)間，運(yùn)輸成本，運(yùn)輸能力。

本文研究的是多級(jí)庫存策略，當(dāng)供應(yīng)鏈的層次比較多，即供應(yīng)鏈長(zhǎng)度增加時(shí)，增加了協(xié)調(diào)控制的難度。在建立模型時(shí)所考慮的內(nèi)容以庫存為中心出發(fā)，在確立模型的研究角度之后，將這些角度具體量化，才可以為建立模型服務(wù)。

3.1.2假設(shè)條件

（1）把生產(chǎn)商作為核心企業(yè)，具有兩個(gè)供應(yīng)商、一個(gè)制造商、兩個(gè)分撥中心、二十個(gè)零售商的供應(yīng)鏈模型。

（2）兩個(gè)供應(yīng)商：庫存無限大，不考慮向制造商運(yùn)輸產(chǎn)品的時(shí)間。

（3）一個(gè)制造商：生產(chǎn)產(chǎn)品種類為三種，所需原材料種類為兩種，單位產(chǎn)品生產(chǎn)周期為半天，隨時(shí)可以向供應(yīng)商訂貨，訂貨時(shí)間為零，對(duì)于分銷商的訂單采取FIFO策略。

（4）兩個(gè)分撥中心：收貨發(fā)貨時(shí)間。

（5）二十個(gè)零售商：零庫存，直接向分銷商訂貨。

（6）運(yùn)輸：將運(yùn)輸作為一個(gè)對(duì)象，不考慮內(nèi)部運(yùn)作，屬性只有裝貨量，裝貨時(shí)間，速率。

（7）原材料供應(yīng)商接受生產(chǎn)商訂貨方式與生產(chǎn)商接受分銷商訂貨方式類似。

（8）生產(chǎn)商接受分銷商的訂貨有兩種方式：按合同周期性訂貨和隨機(jī)即時(shí)訂貨，每種商品都存在一個(gè)最小訂貨量限制。庫存能夠滿足訂貨數(shù)量是立即安排送貨，不能滿足時(shí)安排生產(chǎn)，生產(chǎn)周期根據(jù)貨物品種分別符合不同的分布規(guī)律的隨機(jī)變量，同時(shí)必須考慮缺貨損失和服務(wù)水平，即缺貨期和缺貨品種、服務(wù)水平是觀察變量。

（9）零售商收訂單的按照訂單到達(dá)規(guī)律（產(chǎn)生訂單周期、訂單的貨物品種、每種貨物的量）。

（10）分銷商接受零售商訂單時(shí)，庫存能夠滿足訂貨數(shù)量是立即安排送貨，不能滿足時(shí)立即向供應(yīng)商訂貨。

（11）不考慮最終客戶訂單。即把零售商作為終端客戶。

（12）本模型不考慮中間操作環(huán)節(jié)，例如車間生產(chǎn)計(jì)劃，成本預(yù)測(cè)等等。

3.2評(píng)價(jià)指標(biāo)

訂單滿足率——這是在第一時(shí)間，現(xiàn)有成品庫存滿足訂單所需產(chǎn)品量的百分比。

周轉(zhuǎn)率水平——這是一個(gè)訂單的處理時(shí)間。

成品庫存時(shí)間——這是對(duì)于歷史需求目前庫存水平可以滿足的天數(shù)。

觀察變量：

3.3建立模型

考慮了供應(yīng)鏈包含的供應(yīng)商、制造商、分銷商、零售商和顧客市場(chǎng)五個(gè)基本階段后，概念模型結(jié)構(gòu)將通過分層結(jié)構(gòu)來表現(xiàn)。如圖2所示，這是模型所要模擬的供應(yīng)鏈中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的組成與活動(dòng)。本模型采取事件驅(qū)動(dòng)法，即產(chǎn)生訂單觸發(fā)推動(dòng)模型運(yùn)行。由于客戶在供應(yīng)鏈中并沒有庫存產(chǎn)生，而本文目的在于研究供應(yīng)鏈中庫存水平，所以在模型建立過程中，假設(shè)零售商是最終用戶，客戶的需求按照某種分布產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)。圖2中藍(lán)色標(biāo)記為還有下層詳細(xì)活動(dòng)圖。

圖3詳細(xì)描述了供應(yīng)商的概念模型。對(duì)于供應(yīng)商、制造商、分銷商和零售商是如何安排他們的生產(chǎn)、銷售工作，這是很重要的。在這個(gè)模型中，是以生產(chǎn)商的庫存為中心庫存的，所以已經(jīng)假設(shè)了供應(yīng)商對(duì)于生產(chǎn)制造商的訂單要求是隨時(shí)可以滿足的，即JIT策略。

生產(chǎn)制造商接受分銷商的訂貨，首先判斷庫存是否可以滿足分銷商的訂單中的貨物數(shù)量，如果可以滿足，那么立即安排運(yùn)輸。如果不滿足，則計(jì)算出可以滿足分銷商所需要的貨物品種，貨物數(shù)量的百分比，與分銷商溝通，判斷是否可以不完全送貨；如果可以，那么立即送貨；如果不可以，則立即制定采購(gòu)計(jì)劃，安排生產(chǎn)。在安排送貨之后，立即減少庫存中的訂單中的相應(yīng)數(shù)量，并判斷，是否低于安全庫存，如果低于安全庫存，那么再要進(jìn)行制定訂貨計(jì)劃，安排生產(chǎn)。生產(chǎn)制造商與供應(yīng)商之間，也可以根據(jù)合同周期定時(shí)進(jìn)貨。當(dāng)供應(yīng)商供貨到位時(shí)，開始記錄生產(chǎn)制造商的產(chǎn)品制造時(shí)間，這都將記錄到生產(chǎn)制造商向分銷商的供貨延遲時(shí)間中。

分銷商的出現(xiàn)大大體現(xiàn)了聯(lián)合庫存管理的思想，地區(qū)分銷中心體現(xiàn)了一種簡(jiǎn)單的聯(lián)合庫存管理的思想。分銷商儲(chǔ)備了一定量的庫存，大大減少了零售商的庫存，減緩了庫存浪費(fèi)的問題。這樣，零售商既減少了庫存，又保證了客戶的滿意度與服務(wù)水平。

模型中假設(shè)零售商的庫存為零，即根據(jù)客戶市場(chǎng)隨機(jī)產(chǎn)生的消費(fèi)分布，定時(shí)向分銷商訂貨。

運(yùn)輸在模型中作為一個(gè)對(duì)象，只考慮其運(yùn)輸時(shí)間，以及利用韋伯分布計(jì)算出的交通意外時(shí)間。

4結(jié)論

對(duì)于各個(gè)企業(yè)來說，他們大多只關(guān)心企業(yè)的庫存成本問題。從長(zhǎng)遠(yuǎn)眼光來看，我們必須調(diào)節(jié)整體供應(yīng)鏈的總體成本問題，所以建立此模型，為即時(shí)調(diào)整各種參數(shù)，研究個(gè)體供應(yīng)鏈提供了方便。以上是模型的概念模型，利用模擬工具Arena進(jìn)行模擬。

參考文獻(xiàn)：

[1] 韓堅(jiān)，吳澄，范玉順. 供應(yīng)鏈建模與管理的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)[J]. 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，1998，8(4):8-14.

[2]J W Forres ter. Indus trial Dynamics[M]. MIT Press， Cambridge， MA， 1961.

[3]H L Lee， V Padmanabhan， S Whang. The bullwhip effect in supply chains[J]. Sloan Management Review， 1997，38(3):93-102.

[4] 衛(wèi)忠，徐曉飛. 協(xié)同供應(yīng)鏈多級(jí)庫存控制的多目標(biāo)優(yōu)化模型及其求解方法[J]. 自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2007，33(2):181-187.

[5] 吳忠. 基于供應(yīng)鏈管理的企業(yè)庫存模擬分析[J]. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2003，23(8):93-95.

[6] 趙琰，鄒萍. 從整個(gè)供應(yīng)鏈的角度管理庫存[J]. 科協(xié)論壇，2007(6):63.

[7] 劉延政，徐克林，徐勇. 供應(yīng)鏈管理下的多級(jí)庫存模型的優(yōu)化研究[J]. 中國(guó)科技教育，2007(8):246-247.