基于系統動力學的制造企業庫存管理研究

[摘 要] 本文結合某制造企業的庫存管理實際情況，運用系統動力學的原理和方法對該企業的庫存管理問題進行了研究，構建了制造企業庫存管理系統動力學模型，并利用VENSIM仿真軟件提供的模擬環境，對模型進行了仿真運行和結果分析。同時，從仿真結果中也證實了制造企業的原材料庫存可以實行零庫存管理。

[關鍵詞] 庫存管理 系統動力學 仿真

在企業采購、生產、銷售等環節都涉及到庫存，由于庫存費用占企業總費用的20%～40%，因此，庫存控制是否合理，管理是否得當，對于降低企業成本、提高企業效益都起著很大作用。

本文利用系統動力學的定性分析和定量分析相結合的原理和方法建立庫存控制系統的模型，利用VENSIM軟件提供的模擬環境，對模型進行運行仿真和結果分析，為企業正確決策提供科學的依據。

一、系統動力學仿真模型的建立過程

1.確定系統目標:主要包括預測系統的期望狀態、觀測系統的特征、找出系統中的問題所在、描述與問題有關的系統狀態、劃定問題的范圍和邊界、選擇適當的變量等。

2.分析系統中的因果關系:描述問題的有關因素、解釋各因素間的內在關系、畫出因果關系圖和分析反饋環路及它們的作用。

3.建立系統動力學模型:建立流圖、構造DYANAMO語言方程式。

4.計算機模擬:將DYANAMO語言方程式和原始數據及相關數據(變量)在計算機上多方案模擬實驗，得出結果，繪制結果曲線圖，修改程序(方程式)，調整數據(變量)，進行反復模擬實驗。

5.分析結果:通過對結果的分析，不僅可發現系統的構造錯誤和缺陷，而且還可找出錯誤和缺陷的原因。根據結果分析情況，確定是否對模型進行修正，然后再做仿真實驗，直至得到滿意的結果為止。

二、庫存管理系統動力學模型的建立

1.庫存管理系統的因果關系圖

在企業經營活動中，庫存的變化可以通過多種因素重新影響本身的變化，而庫存量的變化則是這一系列反饋作用綜合影響的結果。因此，通過對某制造企業實際情況的分析，建立考慮多種因素后的該企業庫存管理因果關系圖，如圖1所示。

2.庫存管理系統VENSIM仿真模型的建立

因果關系圖只能描述反饋結構的基本方面，不能表示不同性質的變量的區別，這是它的根本弱點。為了克服這個弱點，本文進一步構造出流圖模型，以便更確切地描述出反饋系統的動態性能。在構造模型時，考慮到模型系統是非線性的、動態反饋的，以這些特征進行模擬在市場需求變動情況下原材料庫存量與產成品庫存量的變動情況，尋求系統的較優結構與合理化的參數，以得出較好的政策建議。

為此，本文首先從最基本的平衡庫存系統開始，如圖2所示。

上述的庫存管理模型是一個理想的模型，它包含著這樣的假定:（1）在生產決策與獲得最終產品之間不存在時間上的延遲，一經決策，產品就送來入庫。（2）沒有考慮企業生產能力和對市場需求變動的反應時間。在上述模型中，只要市場需求增加，馬上就能增加生產，重新與銷售保持平衡。很顯然，如此假定是不現實的，因此，結合企業的實際情況，將人員、原材料的供應、生產延遲等各種影響因素考慮進去以后得到的某制造型企業的庫存管理系統VENSIM仿真模型如圖3所示。

三、模型的仿真結果與分析

從前面的因果關系圖及流圖可以知道，影響該企業庫存管理系統的因素很多，它們之間的關系也很復雜，它們當中有些參數的改變對庫存控制的影響很大，主要是由于它們之間的關系是相關的，因此，一個參數的改變，勢必影響另一個或多個變量的值。例如，當勞動力調整時間發生變化時，無論是產成品庫存還是原材料庫存都發生變化。因此，企業在經營過程中，必須根據需要進行調整。

1.不考慮延遲、訂貨速率保持穩定時的仿真結果分析

我們先從最理想化的情況下來分析系統仿真結果，即沒有原材料采購延遲和生產延遲、訂貨速率保持在15000臺/月，仿真結果如圖4所示。

從圖4可以清楚看出，在一定的勞動生產率下，由于生產產成品的數量（16000臺/月）大于訂貨速率（15000臺/月），從而導致產成品庫存量逐漸增加，在2.5月左右達到最高峰，使得當前庫存與產成品期望庫存之間產生了一個差值，進而要求調整勞動力，從理論上講企業可以通過減少員工數量來減少產成品的產量（但由于市場需求的不確定性，企業為了保證其服務水平，在實際經營過程中還是按照原先的生產計劃進行生產，保持一定的過剩量，而人員的調整逐步進行的），以減少當前庫存，使其達到期望產成品庫存，到第13個月以后就基本趨于平衡。

2.勞動力調整時間發生變化時的仿真結果分析

由于企業招聘來的勞動力并不能立即就能勝任工作，必須進行一段時間的培訓才能上崗，為此，在其他條件不變的情況下勞動力調整時間為0.5月、1月、2月時產成品庫存、原材料庫存變化情況如圖5所示。

圖5 勞動力調整時間變化時產成品庫存、原材料庫存的變化圖

從圖5我們可以看到，勞動力調整時間短，產成品庫存就能很快達到平衡，而且振動的幅度也小，波動的范圍也不大，在第8月基本平衡了，勞動力調整時間為2個月時，產成品庫存振幅、波動范圍都大；對于原材料庫存而言，也有類似的情況發生。因此，企業在招聘勞動力時應盡量選擇熟練工人，以縮短勞動力的培訓時間。

3.原材料采購延遲時的仿真結果分析

在企業的實際經營過程中，由于種種原因也會出現原材料供應不及時的情況，從而影響企業的正常生產，因此，有必要對這種情況進行分析，以幫助企業作出正確的庫存決策。在其它條件不變的情況下來比較原材料采購延遲時間為0月、0.5月、1月時產成品庫存、原材料庫存的變化情況。

圖6 原材料采購無延遲時產成品庫存、原材料庫存的變化圖

圖7 原材料采購延遲時產成品庫存、原材料庫存的變化圖

從上述圖6、圖7中可以看出，原材料采購延遲對產成品庫存影響不大，但對于原材料庫存的影響則較大，延遲時間越長，原材料庫存波動的范圍越大，因此，要縮短原材料的采購延遲時間。從圖6我們也發現，當原材料的采購延遲時間為零時，原材料庫存不發生變化，由此可見，制造企業在理論上完全可以對原材料庫存實行零庫存管理。

4.當銷售量發生波動時的仿真結果分析

由于市場需求的不確定，在企業經營過程中經常會在某一個時間客戶需求突然增加的情況，對此，我們對系統模型中進行階躍測試，分析此時產成品庫存和原材料庫存的變化情況。取訂貨速率=15000+STEP（500，5），其它條件為：生產延遲時間、原材料采購延遲時間、勞動力調整時間均為0.5月，仿真結果如圖8所示。

圖8 訂貨量階躍時產成品庫存、原材料庫存、勞動力、雇用率的變化圖

從圖8可見，由于在第5月訂貨速率增加了500臺/月，此時成品庫存、原材料庫開始下降，最低點在第6個月，然后上升，原材料庫存到第10.5個月、產成品庫存到第12個月就基本平穩，從圖中我們還可以發現，本模型中測試過程中波動還是比較平穩，能夠滿足生產實際需要。

四、結論

庫存管理系統動力學模型為我們提供了一種新的物流庫存管理的方法，充分發揮了系統動力學容易結合領導決策者和實際工作者的經驗及加深對系統機制理解的優點。采用這種方法更加直觀，易于理解。通過對某制造企業庫存管理系統動力學模型的仿真，給出了改變若干影響因素條件下制造企業庫存的運行規律，表明模型具有較好的決策能力，能較好的反映實際系統。同時，仿真結果也證實了制造型企業的原材料庫存完全可以實行零庫存管理。

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注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。