多級庫存策略模擬建模

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)模擬建模方法對多級庫存策略進(jìn)行模擬建模。文章不只針對一種庫存策略或單一目標(biāo)的模型進(jìn)行模擬，而是針對多級庫存策略，從整體出發(fā)，使用BPMN對供應(yīng)鏈的各個流程均建立了概念模型，并可以采用Arena進(jìn)行實現(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：多級庫存；供應(yīng)鏈流程；概念模型

中圖分類號：F253.4文獻(xiàn)標(biāo)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(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)心的一個問題。供應(yīng)鏈成本在企業(yè)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(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)果在實際問題中并不合理，導(dǎo)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(fù)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(nèi)，例如信息共享程度。為了更加全面地、動態(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(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，所有的庫存點的控制參數(shù)是同時決定的，考慮了各個庫存點的相互聯(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)果對現(xiàn)實作了過多的抽象，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整體供應(yīng)鏈的研究。

2多級庫存策略

考慮到供應(yīng)鏈中生產(chǎn)制造商的最終產(chǎn)品為多個品種，以及動態(tài)的客戶市場需求，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(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(yīng)鏈成本的概念模型，即首先定義多級庫存所在供應(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)鏈多級庫存策略。

3.1多級庫存所在的供應(yīng)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(yīng)商、制造商、分銷商、零售商、顧客五個組成部分的供應(yīng)鏈模型中構(gòu)造，如圖1。在這個供應(yīng)鏈模型中，需要對供應(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。

為了實現(xiàn)供應(yīng)鏈整體庫存的最優(yōu)化，需要考慮各個庫存點的相互關(guān)系，需要考慮所有庫存點的控制參數(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。

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

多級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)鏈中五個階段：供應(yīng)商、制造商、分銷商、零售商和顧客市場；

（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(dāng)供應(yīng)鏈的層次比較多，即供應(yīng)鏈長度增加時，增加了協(xié)調(diào)控制的難度。在建立模型時所考慮的內(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)，具有兩個供應(yīng)商、一個制造商、兩個分撥中心、二十個零售商的供應(yīng)鏈模型。

（2）兩個供應(yīng)商：庫存無限大，不考慮向制造商運輸產(chǎn)品的時間。

（3）一個制造商：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，隨時可以向供應(yīng)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(fā)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(nèi)部運作，屬性只有裝貨量，裝貨時間，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(shù)量是立即安排送貨，不能滿足時安排生產(chǎn)，生產(chǎn)周期根據(jù)貨物品種分別符合不同的分布規(guī)律的隨機變量，同時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，庫存能夠滿足訂貨數(shù)量是立即安排送貨，不能滿足時立即向供應(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)計劃，成本預(yù)測等等。

3.2評價指標(biāo)

訂單滿足率——這是在第一時間，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(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、零售商和顧客市場五個基本階段后，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)鏈中各個節(jié)點的組成與活動。本模型采取事件驅(qū)動法，即產(chǎn)生訂單觸發(fā)推動模型運行。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)生隨機數(shù)。圖2中藍(lán)色標(biāo)記為還有下層詳細(xì)活動圖。

圖3詳細(xì)描述了供應(yīng)商的概念模型。對于供應(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)商對于生產(chǎn)制造商的訂單要求是隨時可以滿足的，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(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，則立即制定采購計劃，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)合同周期定時進(jìn)貨。當(dāng)供應(yīng)商供貨到位時，開始記錄生產(chǎn)制造商的產(chǎn)品制造時間，這都將記錄到生產(chǎn)制造商向分銷商的供貨延遲時間中。

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)了一種簡單的聯(lián)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(wù)水平。

模型中假設(shè)零售商的庫存為零，即根據(jù)客戶市場隨機產(chǎn)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(jié)論

對于各個企業(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，為即時調(diào)整各種參數(shù)，研究個體供應(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。

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