基于系統動力學的連鎖超市多級庫存優化研究

□ 譚慧敏,白 樺,閆星臣,鄭競恒

(1.南京林業大學 汽車與交通工程學院，江蘇 南京 210037；2.華設設計集團，江蘇 南京 210000；3.蘇州市運輸管理處，江蘇 蘇州 215000)

自2004年年底中國零售業開始向外資全面開放[1]，大量外資超市涌入國內市場，我國連鎖超市迎來了前所未有的激烈競爭，本土連鎖超市得到飛速發展的同時也顯現出了諸多問題。突出表現在庫存管理方面，主要有：①供應商眾多，未形成統一配送。有些商品供應商自行配送至超市門店，給店員帶來一定的工作壓力且運輸效率不高；②庫存管理系統信息化程度不高。門店方只負責記錄店面庫存和預測未來需求，不與供應商形成統一的聯網庫存管理體系；③供應鏈上各節點庫存各自為政，庫存信息共享水平較低。供應商和連鎖門店單獨管理各自庫存。

現代管理體系中，庫存是保證連鎖超市高效率運營和利潤最大化的關鍵因素[2]。因此，庫存優化對提高連鎖超市核心競爭力具有重要意義。連鎖超市庫存優化涉及供應商、配送中心和超市等多類實體，是供應鏈多級庫存管理問題，在該問題中，單純強調單一節點的庫存問題，需求的不真實性會從供應鏈底部開始逆向傳播，產生需求逐級放大的牛鞭效應問題[3]。對于連鎖超市多級庫存系統的動態復雜性以及由此產生的牛鞭效應問題，系統動力學是一種流行且有效的研究方法。汪小京等將第三方物流引入供應商管理庫存模式中，建立了VMI-APIOBPCS系統動力學模型，測試在不同的需求狀態下模擬系統的表現[4]。李卓群建立閉環供應鏈系統動力學模型，分析缺貨策略下回收物流的牛鞭效應[5]。黃杰等以制造企業為背景，建立包括兩個供應商和一個制造商的供應商庫存管理動態仿真模型[6]。這些文獻僅著眼于供應鏈的局部問題進行研究，但關于系統動力學應用于處理連鎖超市多級庫存管理中的問題的文獻還是比較少的。本文利用系統動力學定量和定性分析結合的特性建立了包括供應商-配送中心-超市門店的連鎖超市庫存系統動力學模型，以案例分析的形式，借助Vensim平臺對模型進行仿真模擬，運行并修正相關參數，最終得出優化結果和對超市實際運營提供改進措施。

1 基于系統動力學連鎖超市庫存系統模型的構建

系統動力學模型是一種動態的仿真模型，它可以表達在不同的條件下和不同的時間狀態下整個系統的動態變化。本文通過Vensim軟件建立起涵蓋供應商、配送中心和超市門店的三級庫存管理模型。

1.1 建模目的

本文研究從供應商到配送中心直至超市最后抵達客戶手中的連鎖超市供應鏈系統庫存。探究如何實現供應鏈各節點的信息反饋機制和有效的信息傳遞，尋找降低庫存水平的動態因素，實現庫存從供應商到配送中心再到超市的實時監控。

1.2 模型邊界

本文針對超市供應鏈系統，考慮供應商-配送中心-超市-顧客的流程，從下游客戶發出需求到超市購買，超市向配送中心發出訂貨需求，配送中心向上游產品供應商提出訂貨。供應商、配送中心和超市還有其他服務，如采購、包裝、配送等環節，屬于系統邊界之外內容這里不做考慮。

1.3 模型的假設

①本模型針對特定商品且需求較穩定，即在一定范圍內發生有限度的隨機波動，不受季節等因素的影響；

②商品都是合格的，不考慮退貨問題；

③商品可以按延遲時間準時到達，完成配送流程；

④不考慮連鎖超市庫存系統的采購、銷售、運輸和存儲能力限制。

1.4 超市庫存管理系統系統因果關系圖的構建

結合前述對系統邊界的確定，可以得到連鎖超市庫存系統因果關系圖，如圖1所示。

圖1 庫存管理系統系統因果關系圖

1.5 連鎖超市庫存管理系統流程圖構建

在分析因果關系圖的基礎上，構建出連鎖超市庫存系統仿真模型，如圖2所示。

圖2 連鎖超市庫存管理系統流程圖

根據流程圖中各變量之間的關系，確定供應鏈多級庫存仿真模型方程關系如表1所示。

表1 模型方程式表

2 模型模擬與結果分析

本文以某種油作為研究對象，對模型初始值、系統仿真初始值及常量進行賦值，賦值結果如表2所示。

表2 模型初值總表

運行Vensim軟件并得到以下結果：

從圖3中可以看出，超市庫存存在嚴重不真實狀況，供應鏈整體信息反饋速率降低，信息的不真實性開始出現并放大。針對供應鏈多級庫存管理中經典的牛鞭效應問題，本文運用上述模型，通過調整相關變量，例如調整運輸延遲1(記為TL1)、運輸延遲2(記為TL2)和配送中心庫存調整時間(IAT)，觀察這些變量對庫存和牛鞭效應的影響。

圖3 初始超市庫存曲線

2.1 調整TL2

基于調整單一變量的準則，其余變量設定保持初始狀態，僅對TL2進行調整，分別將其設置為0.25天和0.6天，運行結果如圖4、圖5所示。

圖4 TL2=0.25天超市庫存曲線圖

圖5 TL2=0.6天超市庫存曲線圖

從圖4可以看到，TL2=6h，超市庫存始終保持正值，即不會缺貨狀態，是理想庫存狀態。系統經過前期不穩定波動，隨后保持在庫存量大于25件的小范圍內波動，而平均需求是25件/天，此時正好可以保持良好的供應狀態。延長TL2至0.6天，庫存波動非常大，系統處于極度不穩定狀態，從庫存量和缺貨量來看，與超市庫存實際嚴重不符，導致牛鞭效應增強。

2.2 調整TL1

保持TL2設置為0.25天，TL1初始值為3天，其余初始值不變。分別將TL1設置為2天和1天分別進行模擬，由于TL1為配送中心在途庫存延遲時間，故配送中心存貨模擬結果輸出如圖6所示。

圖6 配送中心存貨對比圖

曲線1-3分別對應TL1等于1天、2天、3天的情況。經仿真模型運行可知：隨著TL1的增大，庫存波動在變小，庫存水平進一步降低，系統運行更加平穩。對于配送中心本身而言，配送中心貨物眾多，適當延長配送中心貨物在途時間能夠維持庫存的穩定變化，降低庫存管理復雜度，便于倉儲人員管理，有助于實現經濟效益最大化。

2.3 調整配送中心庫存調整時間

IAT初始值為2天，分別調整為1天和5天的情況，運行模型并保存輸出結果，依次對應圖7中的曲線3、曲線2和曲線1。

圖7 配送中心存貨對比圖

當IAT增加到5天時，配送中心已經完全處于缺貨狀態，這意味著過長的庫存調整時間不能滿足庫存供應，不符合實際情況。當IAT=1天時，貨物流動速率加快，庫存量保持較高水平。這對配送中心倉庫的倉儲能力和人員管理造成壓力，要求在一天之內對庫存進行調整，需要更多的配送車輛和人員。同時觀察到IAT=2天時，庫存水平下降明顯且平均庫存較小。

從總的延遲天數來看，適當延長IAT能夠提高系統整體的穩定性，進一步延長IAT卻是以降低供應鏈整體反應能力為代價的，而往往使得系統反饋不足造成缺貨現象。由此可見，在合理的范圍內，適當縮短配送中心庫存調整時間，能夠減輕庫存壓力，同時提高系統的時效性，有利于緩解需求放大效應。

3 模型優化總結

從上述3個方案的仿真結果來看，一味降低貨物在途延遲時間并不一定是緩解庫存壓力的好方法，有些階段的延遲時長變化會明顯緩解牛鞭效應，有的則會帶來更大的庫存積壓。所以就貨物在途時長而言，需要根據實際情況進行恰當的處理。對于庫存周轉時長而言，企業可以根據不同產品的性質來合理安排出入庫時間。總體來說，該模型降低了供應鏈三級庫存系統的庫存量，并很好地緩解了缺貨情況，增加了供應鏈節點間的信息傳遞。

連鎖超市庫存系統改進措施如下。

一是采取庫存集中控制管理[7]，建立倉儲配送范圍和終端配送能力能夠覆蓋全銷售門店的全品類集中倉庫，以集中庫存布局高效率應對市場需求的變動，提高配送效率，同時緩解企業供需不匹配的問題。

二是建立信息化庫存管理系統。將區塊鏈技術[8]應用于庫存數據處理，區塊鏈相當于提供了一個共享數據庫，將供應鏈多個節點鏈在一起，構成數據資源共享的多層次、多功能和多元化鏈式組織，該組織能夠強化相關主體溝通、增加物流透明度和數據資源可信度。

三是采取聯合庫存管理策略。供應鏈上多點庫存轉化為核心企業庫存，共同制訂庫存計劃，供應鏈分為上游和下游兩個庫存協調管理中心，借助信息化庫存管理系統平臺的共享信息實現集成化的庫存管理，緩解需求放大現象。

4 結語

通過構建連鎖超市供應鏈三級庫存管理系統動力學模型，得出了不同延遲時間和庫存調整時間對連鎖超市系統整體庫存的變化規律，能夠較好地模擬實際系統狀況。通過分析不同情況下庫存量的變化情況，總結出模型優化結果，可以對實際連鎖超市系統提供一定的實施措施建議。

本文的不足之處：由于連鎖超市庫存管理系統涉及的因素眾多，關系復雜，其他復雜因素并未考慮其中，比如供應鏈中更多層級庫存和運輸距離問題。在以后的研究工作中將在這方面繼續進行深入探索。