基于Arena的鋼鐵原材料采購庫存優化仿真

伍錦群+曾東波

摘 要 原材料采購庫存優化對鋼鐵企業成本的降低有著重要的意義。本文在分析鋼鐵企業原材料采購及庫存特征的基礎上，應用Arena仿真軟件，建立了鋼鐵企業原材料庫存仿真模型，模擬鋼鐵企業接收客戶訂單和原材料物資采購庫存流程。通過實例分析，驗證了模型在鋼鐵企業生產決策中的有效性。

關鍵詞 鋼鐵企業；原材料庫存優化；仿真；Arena軟件

中圖分類號 TP3 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）163-0165-02

隨著基礎建設的大力開展，2000年至2007年，我國粗鋼產量從1.3億t增長到4.9億t，年增長速度達到21.4%。2008年后受到經濟不景氣的持續影響，粗鋼產量增長速度放緩至7%，但由于基數較大，2015年粗鋼產量達到8.04億t，雖然比2014年稍有回落，但是全國粗鋼產能依舊過剩，鋼材需求疲軟，鋼價大跌，大部分鋼鐵企業利潤下滑并出現了虧損。2012年開始，鋼鐵企業普遍出現了虧損。2015年鋼鐵行業甚至出現了全行業虧損，重點統計鋼鐵企業虧損達到645億元[1]，部分鋼鐵企業資不抵債，處于停產和半停產的狀態。

目前鋼鐵企業通過生產技術改造獲得更高利潤已經比較困難，只有開源節流，不斷降低鋼鐵生產成本，才能獲得更大的利潤空間。“物流”作為第三利潤源泉，已經越來越多的被學者們所重視。鋼鐵行業物資的采購資金占鋼鐵企業總成本絕大部分，采購及庫存成本的高低直接影響著鋼鐵產品的成本，并以桿杠效應影響著企業的整體效益和市場競爭力。因此本文以鋼鐵企業原材料采購庫存優化為研究對象，通過Arena仿真技術，對鋼鐵企業原材料采購庫存進行仿真模擬，實現鋼鐵企業庫存成本的降低。

1 鋼鐵企業原材料采購庫存特征分析

一般來說，鋼鐵企業是根據年度和月度生產計劃，并結合技術中心提供的生產配比，從而得到各種原材料的具體采購計劃。我國鋼鐵企業主要采用長流程生產方式，需要采購物資達到幾千種，主要采購物資有鐵礦石類、煤炭、焦炭、各種鐵合金、耐火材料等。其中許多物資還涉及境外采購，如鐵礦石進口依存度較高，采購環境較為復雜。鋼鐵企業原材料物資采購量較大，每生產1噸鋼材大約需要采購3t主要物資，采購資金額巨大。

由于鋼鐵企業的生產為連續性生產，生產中斷后再恢復生產有著巨額成本，因此不允許原材料供應中斷。為了保障生產的連續性，對于重要物資，如鐵礦石、煤炭等，很多鋼鐵企業采用了維持較高庫存的做法。據調查，某千萬噸級的鋼鐵企業鐵礦石庫存量一般維持為45天消耗量，但最大庫存量能達到100天消耗量，導致了大量資金占用，庫存成本上升。究其原因，主要是鋼鐵企業采購者一般是根據經驗進行采購，鐵礦石等物資采購周期長，需要維持較高庫存以應對供應商、采購運輸以及生產中的各種不確定。若是在保障生產安全的前提下，能夠對主要原材料庫存進行優化，降低平均庫存水平，將對降低采購庫存成本有著重要的意義。

2 基于Arena的鋼鐵原材料采購庫存優化

2.1 Arena軟件仿真研究適用性

Arena是美國羅克韋爾軟件公司于1993年推出的一種可視化交互仿真軟件，其基于面向對象的思想和結構化的建模概念[2]，具有豐富的模板和庫資源體系，通過對現實業務的仿真，實現對系統的模擬再現和優化，廣泛應用于金融、電信、物流等行業。

目前，國內外已經有較多的學者應用Arena軟件進行仿真模擬，研究了各類系統的特征。朱順應等應用Arena軟件對三峽樞紐運輸系統進行仿真，提出降低過閘等待的方案措施[3]。潘燕春等以車間作業排序問題為研究對象，應用Arena軟件設計了一個通用車間系統仿真框架[4]。方邵強、尹靚、苗明等分別對場站飛行[5]、機場旅客流[6]、客運站系統[7]和集裝箱港口作業[8]等進行仿真優化。本文擬研究鋼鐵企業采購庫存系統，適合應用Arena軟件進行仿真。

2.2 基于Arena的鋼鐵企業原材料庫存仿真模型

2.2.1 仿真流程

由于鋼鐵企業全采購和生產過程較為復雜，本文僅針對原材料采購庫存進行仿真，即包括接受鋼鐵材料訂單，安排生產計劃，提出原材料物資采購需求計劃，發出采購指令，進行采購作業以及原材料入庫這一過程，仿真流程圖如圖1所示。

其中，客戶發出訂單：若鋼鐵企業鋼材庫存能夠滿足客戶需要，那即刻可以安排發貨；若鋼材庫存不滿足需求，則需要安排生產。

鋼材生產：在進行鋼材生產前，需要檢查原材料庫存是否滿足生產需求，若滿足需求，則可以直接安排生產；若不滿足需求，則需要進行原材料采購。

物資定期盤點：為了保障生產的持續進行，需要對原材料庫存進行定期盤點，若庫存已經低于安排庫存水平，則需要安排原材料物資采購。

2.2.2 仿真模型

建立仿真模型過程中，該模型主要分成2個模塊，包括客戶訂單模塊，原材料物資采購庫存模塊。其中客戶訂單模塊如圖2所示，實體對象為客戶訂單，具有訂單量等屬性，決策塊用于判斷當前鋼材庫存是否滿足客戶訂單需要，如果滿足需要，則可以直接發貨，鋼材庫存量需要減去客戶訂單量以做更新。若是不滿足需求，則記錄未滿足的客戶訂單數量，通過生產滿足客戶需求。原材料物資采購庫存模塊如圖3所示，創建原材料庫存檢查實體，判定原材料庫存是否滿足生產的需要，若是滿足，則可以安排生產，原材料庫存減去消耗的量以做更新。當不滿足時，需要進行原材料物資采購，待原材料入庫后更新庫存量，滿足生產需求后安排生產。同時還要進行原材料安全庫存檢查，當庫存量低于安全庫存時，需要補充庫存。生產完成后更新鋼鐵庫存數據，最終滿足客戶需要。

由于客戶的訂單是隨機的，90天中一共收到滿足了94個客戶訂單，共生產227萬t鋼材，在充分保障了客戶需求及生產持續性的前提下，相比經驗值做法，鐵礦石平均庫存水平降低了32%左右，90天內庫存成本降低了198萬美元，對于正處于虧損狀態的鋼鐵企業來說，也是獲得更多的利潤空間的重要舉措。

4 結論

鋼鐵企業原材料庫存決策是降低企業成本的一個重要因素，但目前企業普遍采用經驗管理手段，缺乏科學的決策手段。本文以鋼鐵企業原材料的庫存決策為研究對象，應用Arena軟件，建立了鋼鐵企業原材料庫存仿真模型。通過案例分析，以客戶需求為導向的生產模式，合理組織采購庫存業務，可以實現在保障客戶需求和生產持續進行的前提下，降低庫存成本，為鋼鐵企業開源節流，創造更多的經濟效益。

參考文獻

[1]趙毅波.2015年鋼鐵行業虧損645億[ED]財經網，http：// politics.caijing.com.cn/20160131/4064034.shtml.

[2]趙璐，金淳，于越.可視化交互仿真軟件Arena的最新進展[J].系統仿真技術，2006，2（3）：176-181.

[3]朱順應，朱凱，王麗錚.基于Arena的三峽樞紐運輸系統仿真模型[J].水運工程，2011（2）：40-44.

[4]潘燕春，周泓，馮允成.基于Arena的車間作業排序問題建模方法及其仿真優化系統設計[J].計算機集成制造系統，2006，12（3）：389-394.

[5]方紹強，衛克，陳偉鵬，等.基于ARENA的場站飛行保障過程建模與仿真[J].系統仿真學報，2008，20（3）：746-750.

[6]Soemon Takakuwa T O. SIMULATION ANALYSIS OF INTERNATIONAL-DEPARTURE PASSENGER FLOWS IN AN AIRPORT TERMINAL[Z]. 20031627-1634.

[7]尹靚，朱凱，林俊，等.基于Arena的客運站系統仿真建模[J].武漢理工大學學報：交通科學與工程版，2009，33（6）：1199-1202.

[8]苗明，郭曉霞，姚夏莉.基于Arena的集裝箱港口裝卸工藝系統方案仿真研究[J].物流技術，2006（3）：85-86.