多級庫存策略模擬建模

摘要：面向傳統供應鏈結構，即由供應商、制造商、分銷商、零售商、顧客市場五部分組成的供應鏈，研究了中心庫存策略供應鏈管理系統的組成部分，采用了離散系統模擬建模方法對多級庫存策略進行模擬建模。文章不只針對一種庫存策略或單一目標的模型進行模擬，而是針對多級庫存策略，從整體出發，使用BPMN對供應鏈的各個流程均建立了概念模型，并可以采用Arena進行實現，為建立供應鏈模型提供了流程化的方法，為企業進行決策提供了有力的幫助與支持。

關鍵詞：多級庫存；供應鏈流程；概念模型

中圖分類號：F253.4文獻標識碼：A文章編號：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

物流作為一個多因素、多目標的復雜系統，追求其整體的優化一直是眾多學者關心的一個問題。供應鏈成本在企業的運行費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化目標來研究庫存成本，降低了問題的難度，卻有可能使其優化結果在實際問題中并不合理，導致決策的片面性。而其他多級庫存策略在理論上可能考慮了更加復雜的因素，但是在實際運作中，并不是所有因素都在考慮和控制范圍內，例如信息共享程度。為了更加全面地、動態地了解和研究供應鏈的結構，該模型盡可能的考慮更多的供應鏈因素與組成部分，即一般情況下的供應鏈，這樣，通過改變模型的某些參數，就可以達到從特定角度研究模型的目的。

1多級庫存策略模擬的研究現狀

一般認為，最早開始研究多級庫存的學者是Clark和Scarf（1960），其最優庫存控制政策是所謂的最大訂貨水平（Order-up-to-Level）政策。其后，諸多學者對供應鏈庫存問題都進行了大量的研究，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/庫存系統；（2）庫存/配送系統；（3）生產—庫存—配送系統；（4）庫存分配。

多級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庫存點獨立采取各自的庫存策略，這種策略在管理上比較簡單，它需要更多的信息共享，否則，多數情況產生的是整體供應鏈優化的次優結果。用中心化策略，所有的庫存點的控制參數是同時決定的，考慮了各個庫存點的相互聯系，通過協調的方法可獲得庫存的優化。

目前已有的模擬研究結果對現實作了過多的抽象，不能完全展示供應鏈的結構與模式。對于整體供應鏈模型來說，信息安全共享的程度，供應商、制造商和顧客需求的不確定性，某些衡量指標定義的不充分性，以及例如JIT（Just In Time）、供應鏈延遲（Delay）等技術不能融合到供應鏈模型中，在一定程度上影響了對整體供應鏈的研究。

2多級庫存策略

考慮到供應鏈中生產制造商的最終產品為多個品種，以及動態的客戶市場需求，確定生產制造商為核心企業，采取中心化策略。本文集中討論供應鏈庫存問題，所以對于客戶市場的需求確定性與不確定性不加以討論，因為客戶市場不產生供應鏈庫存。模型將采用基于訂單生產與低于安全庫存即生產的混合混存策略，采取事件驅動法。

3多級庫存策略模型

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

3.1多級庫存所在的供應鏈模型

本文所要建立的多級庫存策略模擬模型將在具有供應商、制造商、分銷商、零售商、顧客五個組成部分的供應鏈模型中構造，如圖1。在這個供應鏈模型中，需要對供應商、制造商、分銷商、零售商四處的庫存水平進行構造與分析，即供應商庫存、制造商庫存、分撥中心庫存、零售商庫存。

為了實現供應鏈整體庫存的最優化，需要考慮各個庫存點的相互關系，需要考慮所有庫存點的控制參數，這樣增加了管理上協調控制的難度。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，最后到供應商；下方虛線代表物資流，物資流則由供應商到制造商，再由制造商到分銷商，最后到顧客市場。

多級庫存的優化與控制是在單級庫存控制的基礎上形成的。但是單級庫存策略只通過單個庫存點的庫存數據來判斷當前節點的庫存水平，而不考慮下游節點的庫存水平，這樣會造成需求放大現象，使得供應鏈整體庫存量擴大，不能達到最優結果。通過考察本地庫存節點和其下游節點的庫存數據，某節點級庫存等于節點現有庫存加上轉移到或正在轉移給其下級節點的庫存。

多級庫存策略模擬建模假設條件

3.1.1此供應鏈模型考慮的方面包括

（1）供應鏈中五個階段：供應商、制造商、分銷商、零售商和顧客市場；

（2）供應商供貨情況，供貨方式，庫存情況，原料情況；不同的顧客市場需求；

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

（4）分撥中心庫存設置，接受訂單后發貨條件，與上游生產制造商的庫存聯合關系；

（5）零售商訂貨周期，庫存設置；

（6）顧客市場的需求分布，滿意度；

（7）運輸時間，運輸成本，運輸能力。

本文研究的是多級庫存策略，當供應鏈的層次比較多，即供應鏈長度增加時，增加了協調控制的難度。在建立模型時所考慮的內容以庫存為中心出發，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。

3.1.2假設條件

（1）把生產商作為核心企業，具有兩個供應商、一個制造商、兩個分撥中心、二十個零售商的供應鏈模型。

（2）兩個供應商：庫存無限大，不考慮向制造商運輸產品的時間。

（3）一個制造商：生產產品種類為三種，所需原材料種類為兩種，單位產品生產周期為半天，隨時可以向供應商訂貨，訂貨時間為零，對于分銷商的訂單采取FIFO策略。

（4）兩個分撥中心：收貨發貨時間。

（5）二十個零售商：零庫存，直接向分銷商訂貨。

（6）運輸：將運輸作為一個對象，不考慮內部運作，屬性只有裝貨量，裝貨時間，速率。

（7）原材料供應商接受生產商訂貨方式與生產商接受分銷商訂貨方式類似。

（8）生產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即時訂貨，每種商品都存在一個最小訂貨量限制。庫存能夠滿足訂貨數量是立即安排送貨，不能滿足時安排生產，生產周期根據貨物品種分別符合不同的分布規律的隨機變量，同時必須考慮缺貨損失和服務水平，即缺貨期和缺貨品種、服務水平是觀察變量。

（9）零售商收訂單的按照訂單到達規律（產生訂單周期、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，庫存能夠滿足訂貨數量是立即安排送貨，不能滿足時立即向供應商訂貨。

（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節，例如車間生產計劃，成本預測等等。

3.2評價指標

訂單滿足率——這是在第一時間，現有成品庫存滿足訂單所需產品量的百分比。

周轉率水平——這是一個訂單的處理時間。

成品庫存時間——這是對于歷史需求目前庫存水平可以滿足的天數。

觀察變量：

3.3建立模型

考慮了供應鏈包含的供應商、制造商、分銷商、零售商和顧客市場五個基本階段后，概念模型結構將通過分層結構來表現。如圖2所示，這是模型所要模擬的供應鏈中各個節點的組成與活動。本模型采取事件驅動法，即產生訂單觸發推動模型運行。由于客戶在供應鏈中并沒有庫存產生，而本文目的在于研究供應鏈中庫存水平，所以在模型建立過程中，假設零售商是最終用戶，客戶的需求按照某種分布產生隨機數。圖2中藍色標記為還有下層詳細活動圖。

圖3詳細描述了供應商的概念模型。對于供應商、制造商、分銷商和零售商是如何安排他們的生產、銷售工作，這是很重要的。在這個模型中，是以生產商的庫存為中心庫存的，所以已經假設了供應商對于生產制造商的訂單要求是隨時可以滿足的，即JIT策略。

生產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量，如果可以滿足，那么立即安排運輸。如果不滿足，則計算出可以滿足分銷商所需要的貨物品種，貨物數量的百分比，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，則立即制定采購計劃，安排生產。在安排送貨之后，立即減少庫存中的訂單中的相應數量，并判斷，是否低于安全庫存，如果低于安全庫存，那么再要進行制定訂貨計劃，安排生產。生產制造商與供應商之間，也可以根據合同周期定時進貨。當供應商供貨到位時，開始記錄生產制造商的產品制造時間，這都將記錄到生產制造商向分銷商的供貨延遲時間中。

分銷商的出現大大體現了聯合庫存管理的思想，地區分銷中心體現了一種簡單的聯合庫存管理的思想。分銷商儲備了一定量的庫存，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水平。

模型中假設零售商的庫存為零，即根據客戶市場隨機產生的消費分布，定時向分銷商訂貨。

運輸在模型中作為一個對象，只考慮其運輸時間，以及利用韋伯分布計算出的交通意外時間。

4結論

對于各個企業來說，他們大多只關心企業的庫存成本問題。從長遠眼光來看，我們必須調節整體供應鏈的總體成本問題，所以建立此模型，為即時調整各種參數，研究個體供應鏈提供了方便。以上是模型的概念模型，利用模擬工具Arena進行模擬。

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