基于多智能體的被裝精準(zhǔn)申領(lǐng)庫(kù)存策略仿真研究*

史博元 董 鵬 鄭麗莎 文昊林

（海軍工程大學(xué) 武漢 430000）

1 引言

2018 年8 月，我軍在全軍72 個(gè)單位進(jìn)行“精準(zhǔn)申領(lǐng)”試點(diǎn)工作，經(jīng)過(guò)兩年時(shí)間的探索與改進(jìn)，2021年，軍委后勤部與多家地方物流公司簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，以戰(zhàn)區(qū)為保障單位建立軍民融合倉(cāng)庫(kù)，利用地方物流公司成熟的技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)，加速被裝運(yùn)輸鏈路的“最后一公里”，同年4 月21 日，在全軍范圍內(nèi)正式推廣被裝的“精準(zhǔn)申領(lǐng)”保障模式［1］。不同的是，試點(diǎn)期間每年兩次的“定期申領(lǐng)”升級(jí)成了“隨時(shí)申領(lǐng)”：官兵可以在任意時(shí)間登錄平臺(tái)申領(lǐng)被裝，并且可以實(shí)現(xiàn)十天內(nèi)送達(dá)，極大地提高了被裝保障效率。

在我軍以往的被裝實(shí)物供應(yīng)模式中，長(zhǎng)期存在著差異化需求難以滿(mǎn)足、保障精確性不高、閑置浪費(fèi)等問(wèn)題，而被裝精確申領(lǐng)模式很大程度上解決了上述問(wèn)題，邁出了保障能力提升的關(guān)鍵一步［2］。但由于這種供應(yīng)保障模式推行的時(shí)間較短，目前仍處于探索階段，在供應(yīng)鏈效費(fèi)比方面還存在一定的不足，例如各節(jié)點(diǎn)庫(kù)存控制策略不夠精準(zhǔn)，導(dǎo)致部分被裝庫(kù)存長(zhǎng)期缺貨或積壓。本文在現(xiàn)有的庫(kù)存控制策略基礎(chǔ)上，利用anylogic仿真，對(duì)其存在的問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)，以期實(shí)現(xiàn)提高效率、降低成本、減少浪費(fèi)的目標(biāo)。

2 策略分析

2.1 現(xiàn)狀分析

目前，被裝精確申領(lǐng)的供應(yīng)鏈主要分為四個(gè)節(jié)點(diǎn)，分別是軍需物資供應(yīng)商（下稱(chēng)工廠）、軍需物資倉(cāng)庫(kù)（下稱(chēng)軍需倉(cāng)庫(kù)），配送服務(wù)供應(yīng)商（下稱(chēng)物流公司）和部隊(duì)用戶(hù)，供應(yīng)鏈中最常見(jiàn)的保障模式如圖1 所示。首先，由軍委后勤保障部定期匯總申領(lǐng)平臺(tái)中的官兵需求信息，將其與軍需倉(cāng)庫(kù)和工廠的庫(kù)存進(jìn)行匯總對(duì)接后，調(diào)配物資并開(kāi)展下一個(gè)周期的采購(gòu)，工廠根據(jù)訂單，將被裝送達(dá)軍需倉(cāng)庫(kù)；而后，倉(cāng)庫(kù)將調(diào)配完畢的被裝，送至軍民融合倉(cāng)庫(kù)；最后由物流公司進(jìn)行相應(yīng)的分揀后，配送至部隊(duì)用戶(hù)［3］。這種庫(kù)存控制策略對(duì)每個(gè)周期采購(gòu)量預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性依賴(lài)較大，但由于精準(zhǔn)申領(lǐng)模式運(yùn)行時(shí)間較短，可參考數(shù)據(jù)較少，加之新冠疫情的影響，難免會(huì)出現(xiàn)需求和產(chǎn)能兩方面的波動(dòng)，造成某些被裝長(zhǎng)期缺貨，影響保障效率和質(zhì)量，或者庫(kù)存嚴(yán)重積壓，浪費(fèi)大量的庫(kù)存成本。考慮到配送階段由地方物流中心負(fù)責(zé)，本文只研究工廠和軍需倉(cāng)庫(kù)的庫(kù)存策略，著重從軍方層面入手，降低成本、提高效率。

圖1 常見(jiàn)供應(yīng)鏈保障模式

2.2 軍需倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存策略設(shè)計(jì)

本文采用的原始數(shù)據(jù)，來(lái)源于實(shí)行精準(zhǔn)申領(lǐng)一年內(nèi)中部戰(zhàn)區(qū)Z 倉(cāng)庫(kù)某被裝的庫(kù)存量和需求量，去除起始階段訂單量暴增導(dǎo)致的極端數(shù)據(jù)，最終選取的時(shí)間范圍為2021年5月7日至2022年4月21日，庫(kù)存狀態(tài)折線(xiàn)圖如圖2所示。

圖2 庫(kù)存狀態(tài)折線(xiàn)圖

數(shù)據(jù)顯示，庫(kù)存波動(dòng)范圍較大且水平整體偏高，產(chǎn)生大量的庫(kù)存成本。針對(duì)庫(kù)存策略的不足，進(jìn)行改進(jìn)并利用anylogic軟件進(jìn)行建模仿真。軍需倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存狀態(tài)圖設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 軍需倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存狀態(tài)設(shè)計(jì)圖

其庫(kù)存策略及參數(shù)設(shè)計(jì)如下［5］：

1）庫(kù)存閾值S：當(dāng)軍需倉(cāng)庫(kù)某型被裝庫(kù)存低于該數(shù)值時(shí)會(huì)向工廠訂購(gòu)產(chǎn)品。

2）訂購(gòu)批量P：每次向工廠訂購(gòu)的批量。

4）工廠要求的最小訂購(gòu)批量M。

由于每次訂購(gòu)產(chǎn)生的額外成本較低，可以忽略不計(jì)，因此根據(jù)經(jīng)典EOQ 理論，通過(guò)降低訂購(gòu)批量可以達(dá)到降低成本的目的［4］；另外，在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，國(guó)內(nèi)新冠疫情形勢(shì)仍不容樂(lè)觀，原料斷供和工廠停產(chǎn)依舊會(huì)是常態(tài)，無(wú)疑將對(duì)生產(chǎn)和庫(kù)存造成巨大影響。綜合各種影響因素，應(yīng)該盡量減少單次的采購(gòu)批量，增加采購(gòu)次數(shù)，降低成本的同時(shí)，將不確定性事件的影響降至最低［6］，但是采購(gòu)量還需要滿(mǎn)足下列約束條件：

1）在采購(gòu)期內(nèi)滿(mǎn)足最大需求。該最大需求可作為發(fā)起采購(gòu)的時(shí)機(jī)，即庫(kù)存閾值S。

2）滿(mǎn)足下一個(gè)訂購(gòu)期的需求。若訂購(gòu)批量較小，在貨物運(yùn)輸?shù)絺}(cāng)庫(kù)時(shí)庫(kù)存可能無(wú)法滿(mǎn)足需求，因此考慮最極端的情況，即每日都消耗最高的數(shù)量，即可推算出訂購(gòu)批量P。

3）采購(gòu)量過(guò)低會(huì)急劇提高單位制造成本，所以采購(gòu)批量要滿(mǎn)足工廠的最小訂購(gòu)批量。

通過(guò)模擬仿真，得到的直接數(shù)據(jù)有：

1）fx：在x天內(nèi)產(chǎn)品需求統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)集，x為整數(shù)，max(fx)表示在x天內(nèi)最大的需求量。

2）Fx：在x天內(nèi)產(chǎn)品需求積累情況，x為整數(shù)。

對(duì)此，根據(jù)仿真系統(tǒng)計(jì)算出的多日需求統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)了以下幾種庫(kù)存策略。

若只考慮T 日內(nèi)的需求情況，易得庫(kù)存閾值S應(yīng)為max(f)，這樣的庫(kù)存閾值能夠保證庫(kù)存在天的時(shí)間內(nèi)不會(huì)耗盡。考慮每個(gè)周期的需求量最大都為max()時(shí)為極限情況，天后的庫(kù)存又會(huì)小于庫(kù)存閾值，同時(shí)會(huì)發(fā)起第二次訂貨請(qǐng)求，此時(shí)訂購(gòu)批量P應(yīng)為

通過(guò)仿真系統(tǒng)將參數(shù)帶入，得到軍需倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存變化情況，如圖4所示。

圖4 軍需倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存變化情況

分析圖中數(shù)據(jù)可以得出，該庫(kù)存策略雖然滿(mǎn)足了全部需求，但整體庫(kù)存仍維持較高水平，不夠合理，這是由于現(xiàn)實(shí)中很少出現(xiàn)相鄰幾天需求都達(dá)到最大的情況，因此，還需對(duì)該策略進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。

在上述訂購(gòu)批量P 的條件下，可能會(huì)導(dǎo)致缺貨，所以還需對(duì)訂購(gòu)批量進(jìn)行修正：

通過(guò)仿真系統(tǒng)將參數(shù)帶入，得到軍需倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存變化情況，如圖5所示。

圖5 軍需倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存變化情況

圖中最低庫(kù)存水平?jīng)]有趨近0，這是由于同時(shí)滿(mǎn)足庫(kù)存數(shù)量最低，且剛好遇到最大需求的概率較低，因此該方案比較符合實(shí)際情況。但方案也存在一些問(wèn)題，考慮到部分被裝的季節(jié)性特點(diǎn)，大部分情況下庫(kù)存水平維持較高，只有一些特定月份需求較大，因此還可以通過(guò)考慮特殊時(shí)期進(jìn)一步對(duì)庫(kù)存方案進(jìn)行設(shè)計(jì)［7］，具體見(jiàn)2.2.3節(jié)。

2.2.3 按月規(guī)劃庫(kù)存策略

在前兩種設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)按月規(guī)劃庫(kù)存的策略，原因在于考慮到了被裝的季節(jié)性特點(diǎn)，目的是為解決因季節(jié)需求差異而導(dǎo)致的總體庫(kù)存偏高的問(wèn)題。以某型被裝為例，通過(guò)分析該被裝的適用季節(jié)及往年數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在3 月及10 月，訂單需求會(huì)有較大的增加。因此，只需使用2日需求分析的方法將每月的庫(kù)存策略區(qū)分處理即可。對(duì)庫(kù)存策略按月區(qū)分規(guī)劃，得到庫(kù)存變化如圖6 所示，倉(cāng)庫(kù)根據(jù)歷史需求信息和季節(jié)變化調(diào)整庫(kù)存策略，從而能夠達(dá)到降低庫(kù)存成本的目的［8］。

圖6 軍需倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存變化情況

2.3 工廠庫(kù)存及生產(chǎn)策略設(shè)計(jì)

相比軍需倉(cāng)庫(kù)，工廠的庫(kù)存數(shù)量與被裝產(chǎn)量有直接關(guān)系，因此還需要同步設(shè)計(jì)其生產(chǎn)策略。工廠的庫(kù)存狀態(tài)圖設(shè)計(jì)如圖7所示。

圖7 工廠庫(kù)存狀態(tài)設(shè)計(jì)圖

其庫(kù)存及生產(chǎn)策略參數(shù)設(shè)計(jì)如下［9］：

1）每日生產(chǎn)R：每天生產(chǎn)固定數(shù)量的產(chǎn)品。

2）庫(kù)存閾值S：當(dāng)產(chǎn)品庫(kù)存低于該數(shù)值時(shí)會(huì)進(jìn)行加急生產(chǎn)。

3）生產(chǎn)批量P：加急生產(chǎn)的批量。

4）生產(chǎn)周期T：被裝從生產(chǎn)、入庫(kù)到最后出庫(kù)的時(shí)間，單位為天。

通過(guò)模擬仿真，得到的直接數(shù)據(jù)如下：

1）fx：x天內(nèi)產(chǎn)品需求統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)集，x為整數(shù)，max(fx)表示在x天內(nèi)最大的需求量。

2）Fx：從第1 天到第x天產(chǎn)品需求積累的情況，x為整數(shù)。

根據(jù)仿真系統(tǒng)計(jì)算出的多日需求統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)了以下幾種生產(chǎn)策略。

2.3.1 固定生產(chǎn)策略

在該策略下工廠每天只生產(chǎn)固定數(shù)量的產(chǎn)品R，不進(jìn)行加急生產(chǎn)，使得全年都可滿(mǎn)足需求。所以為維持每年的總體需求，每日產(chǎn)量R 為，得出工廠庫(kù)存變化曲線(xiàn)如圖8所示。

圖8 工廠庫(kù)存變化情況

圖9 工廠庫(kù)存變化情況

由圖8 可以看出，由于設(shè)定了較高的每日生產(chǎn)數(shù)量，庫(kù)存水平會(huì)有一段時(shí)間的積壓，維持在較高水平，且該策略需要比較合適的初始庫(kù)存，不太符合實(shí)際情況。

2.3.2 批量生產(chǎn)策略

該策略類(lèi)似于軍需倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存策略的設(shè)計(jì)，在該策略中，每日固定生產(chǎn)量為0，當(dāng)庫(kù)存低于某一閾值時(shí)才開(kāi)始生產(chǎn)。特點(diǎn)是工廠在低庫(kù)存時(shí)生產(chǎn)固定的量后停工，但這種策略需要高庫(kù)存水平以應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)，且每日生產(chǎn)波動(dòng)較大。

將參數(shù)帶入仿真系統(tǒng)，得到工廠庫(kù)存變化情況示意圖如下所示：

2.3.3 二級(jí)生產(chǎn)策略

為了使每天生產(chǎn)數(shù)量波動(dòng)變小，同時(shí)避免較高的庫(kù)存水平，應(yīng)結(jié)合2.3.1 節(jié)與2.3.2 節(jié)中的方案設(shè)計(jì)新的策略：工廠每天生產(chǎn)固定數(shù)量R 的產(chǎn)品，當(dāng)庫(kù)存低于某一閾值S 時(shí)，每天加急生產(chǎn)P 件產(chǎn)品，在生產(chǎn)時(shí)間T 天后交付。在這種生產(chǎn)策略下，生產(chǎn)批量分為兩級(jí)：高庫(kù)存時(shí)每天生產(chǎn)R 件產(chǎn)品，低庫(kù)存時(shí)每天生產(chǎn)R+P 件產(chǎn)品。通過(guò)每日的固定生產(chǎn)滿(mǎn)足部分需求，同時(shí)降低了高需求時(shí)的波動(dòng)水平［10］。這種策略中的加急生產(chǎn)數(shù)量相對(duì)于前一種策略更少，生產(chǎn)波動(dòng)更平緩，但會(huì)造成高水平庫(kù)存的延遲，且生產(chǎn)時(shí)間越長(zhǎng)，延遲增長(zhǎng)越高。采用OptQuest Engine 智能優(yōu)化引擎，進(jìn)行500 次迭代，得到的庫(kù)存變化曲線(xiàn)如圖10所示。

圖10 庫(kù)存變化情況

對(duì)比2.3.2 節(jié)中的數(shù)據(jù)，顯然2.3.3 節(jié)中的策略生產(chǎn)數(shù)量的波動(dòng)更小，且?guī)齑嫠捷^低。對(duì)這種二級(jí)生產(chǎn)策略進(jìn)行擴(kuò)展，可以得到基于庫(kù)存數(shù)量的生產(chǎn)策略，具體見(jiàn)2.3.4節(jié)。

2.3.4 基于庫(kù)存數(shù)量的生產(chǎn)策略

在該策略下，輸入數(shù)據(jù)為每日產(chǎn)品的需求量和生產(chǎn)時(shí)間，輸出策略為生產(chǎn)數(shù)量關(guān)于產(chǎn)品需求量的表函數(shù)，也可以稱(chēng)之為多級(jí)庫(kù)存控制策略，總體方法是將產(chǎn)品需求分布轉(zhuǎn)換成生產(chǎn)數(shù)量與庫(kù)存數(shù)量的關(guān)系［11］。設(shè)生產(chǎn)時(shí)間為T(mén)，每日產(chǎn)品需求量分布為f1。該策略的目標(biāo)是使最低庫(kù)存不下降到0 以下，且平均庫(kù)存數(shù)量最低。在此策略下需要設(shè)計(jì)若干個(gè)控制點(diǎn)，其中橫坐標(biāo)為庫(kù)存數(shù)量，縱坐標(biāo)為該庫(kù)存數(shù)量下應(yīng)生產(chǎn)的產(chǎn)品數(shù)量，由此可以構(gòu)建一個(gè)表函數(shù)，再使用插值計(jì)算［1］，形成圖像，將2.3.3節(jié)中的二級(jí)生產(chǎn)策略用這種方式表示如圖11所示。

圖11 改進(jìn)后的生產(chǎn)策略

2.3.5 按月規(guī)劃的生產(chǎn)策略

研究需求發(fā)現(xiàn)3月和10月訂單數(shù)目會(huì)激增，可結(jié)合以上所有策略設(shè)計(jì)不同月份的庫(kù)存策略參數(shù)。由于篇幅所限，在此不再展示仿真結(jié)果。

3 結(jié)語(yǔ)

被裝精確申領(lǐng)模式是我軍后勤保障歷史上的一次重大突破，其質(zhì)效直接關(guān)系到官兵的切身利益，意義重大，影響深遠(yuǎn)。本文針對(duì)申領(lǐng)模式供應(yīng)鏈中存在的庫(kù)存問(wèn)題，提出相應(yīng)的改進(jìn)方法，并利用anylogic軟件，對(duì)庫(kù)存策略的效果進(jìn)行模擬仿真，仿真結(jié)果表明，該方法對(duì)于提高效率和降低成本作用比較明顯，可以為相關(guān)部門(mén)的策略制定提供一定的思路。