物资采购管理优化模型的开发与应用

1、物资采购管理优化模型的开发和应用大庆油田物资公司是集采购、供应、仓储为一体的大型物资供应部门，拥有5400多家供应商，物资存储于银浪、萨尔图、让胡路三个大型仓库，仓储总面积达534万平方米，铁路专用线27.9公里，年采购供应能力在200亿元以上。近些年，物资公司在采购和库存管理优化方面做了大量尝试和探索，在保证需求的前提下，有效降低采购成本、提高库存周转率。一、现状近年来，油气储量随开采量的增大而逐步递减，油田含水量逐步增高。为了保证原油稳定，除了不断采取新工艺、新技术外，还不断加大开采力度（增加井口数量和钻井深度等），对于生产建设的物资需求呈现较高的增长趋势。然而，物资需求的增加除了对有限仓

2、库面积构成挑战外，必然也会导致采购成本的增长。基于相关统计数据，大庆油田金属类物资的采购金额于2010年已突破40亿元，相比于2009年之前已翻一番，已造成仓储能力紧张的局面。因此，在保证物资生产需求的基础上，提高库存周转率，降低物资采购成本成为了公司的重要研究方向。目前物资采购的流程是：每年油田公司下属各单位向物资公司提交下一年的物资需求计划，然后由物资公司统一展开物资招标，并进行后续一系列物资的采购配备工作，但是何时采购招标和具体采购多少，一般都是由比较资深的采购员结合实际情况和自身经验做出安排。这样做一方面可能低估了物资需求，阻碍了油田生产的正常运行，另一方面又可能高估了物资需求，造成物

3、资库存积压严重，占用大量库存资金和空间；即使对物资需求做出了正确判断，也很可能耗费较长时间，甚至错过最佳采购期，增加了购置成本。二、物资采购管理优化模型的开发针对物资公司现有的问题，结合权威性的优化方法，提出“价格波谷点采购”和“物资储备”的高效采购方法和管理理念。即基于“需求”“采购”“库存”之间的相互影响及复杂性情况，首先对采购物资进行合理分类，并对A类物资（占采购资金80%、占采购品种20%的物资）进行准确度较高的价格预测，运用运筹学中的优化模型确定最优采购和存储策略，在保证需求的前提下，提高仓储周转率，并实现在市场价格波谷点采购适量物资。主要采购和库存管理机制设置如下：一是对所采购物资

4、的品种进行合理分类，为不同类型的物资匹配合适的价格分析方法，主要对A类物资进行价格预测和采购优化，从而方便采购管理工作的有效展开和高效的物资管理。A类物资占80%的采购成本，160亿元左右，大约30-50个品种，如果对其中的一种物资的价格进行精准预测，就可节约下来至少几千万的采购成本。二是针对A类物资，基于时间序列模型构建了价格长期预测、动态短期滚动预测模式。其中，长期预测以年为跨度对物资市场价格进行预测，为最优采购策略的制定提供辅助支持；动态短期滚动预测则以月为跨度，实时更新和预测物资的月度价格，为采购者根据市场价格的实时变动调整采购策略提供依据。三是运用数学优化方法中的动态规划和混合整数规

5、划模型，构建物资采购和库存优化管理的辅助决策支持系统原型，确定最优采购点和该点的最优采购数量，保证物资仓储空间的有效利用；实现在价格曲线的较低点进行采购，对物资进行合理储备，从而提高仓储周转率，直接有效的降低物资采购成本。进一步，基于ExcelVBA和辅助决策支持系统的设计机制，编制了油田A类物资辅助决策支持系统原型软件。在上述机制中，主要构建了价格长期预测和短期预测的ARIMA模型，及物资采购优化0-1混合整数规划模型；并通过设置“库存空间”等参数，构建了多品种物资不同仓储空间限制下的最优联合采购策略计算模型。其中ARIMA模型能够对物资采购的市场价格进行精确度较高的年度预测和月度预测，物资

6、采购优化模型在预测的基础上，能够对物资的最优采购时间和采购数量进行定量分析，并且在保证物资仓储空间的有效利用下，使得采购点尽可能出现在价格曲线的波谷，有效降低物资的采购成本。三、应用实践与效果2012年2月在银浪仓储分公司将所构建的原型系统进行了使用。由于2011年物资采购推行ERP，数据掌握不全，主要选取了2009年和2010年A类物资中的4种物资为代表，即小螺纹钢（12-HRB335）、小螺纹钢（20-HRB335）、流体用无缝钢管（159*6-20#）和流体用无缝钢管（219*6-20#），在银浪仓储分公司2009及2010年物资总采购金额分别为0.4亿和1.1亿元左右，具体情况如下表所

7、示：4种物资2009年、2010年的采购量和采购金额物资名称2009年2010采购量（吨）采购金额（元）采购量（吨）采购金额（元）小螺纹钢（12-HRB335）3000.0011,700,000.007412.1632,992,386.52小螺纹钢（20-HRB335）968.813,439,943.328360.0036,772,200.00流体用无缝钢管（159*6-20#）2457.0013,039,250.003726.0420,855,214.08流体用无缝钢管（219*6-20#）2682.0014,594,500.004283.0024,214,460.00数量总计（单位：吨）9

8、107.8123781.20金额总计（单位：元）42,773,693.32114,834,260.604种物资2009年,2010年采购量占总量的百分比：物资名称2009年2010年小螺纹钢（12-HRB335）0.109%0.149%小螺纹钢（20-HRB335）0.032%0.166%流体用无缝钢管（159*6-20#）0.122%0.094%流体用无缝钢管（219*6-20#）0.137%0.109%总百分比0.400%0.519%总采购金额(元)10,686,295,670.0122,139,759,716.14针对所构建的决策支持系统中的价格预测模块、策略优化模块以及策略评估模块，分

9、别进行数据采集、价格预测及系统试用。基于历史数据，分别预测了4中物资2009年和2010年的市场价格，并结合预测价格制定了4种物资2009年和2010年的采购策略，为采购者提供了最优采购时间和最优采购量的指导策略，并与4种物资2009年和2010年实际发生的采购成本进行了效益比较和分析。长期价格预测方面， 4种A类物资2009年预测价格误差分别控制在6%以内，2010年价格预测误差分别控制在5%；对于动态短期预测，4种A类物资2009年价格预测值的误差分别控制在4%以内，2010年预测误差分别控制在了4%以内，结果详见下表。 长期预测误差动态短期预测误差2009年2010年2009年2010年

10、物资15.80%3.44%1.88%3.17%物资25.55%3.46%2.47%3.04%物资33.90%3.56%3.04%3.29%物资44.32%4.30%3.60%3.49%基于预测价格所制定的最优采购策略使得物资采购位于在价格波谷点（见下图），且所带来的直接成本节省额分别达到了300多万和800多万人民币，平均每种物资能够实现6%7%的节省率，详见下表，效益十分可观。4种物资实际库存下2009年、2010年效益分析表效益指标20092010节省金额（单位：元）3,653,7398,235,138总节省率8.54%7.17%平均节省率6.37%6.95%加权平均节省率7.97%7.0

11、5% “价格波谷点采购”和进行合理“物资储备”的优化模型和管理理念，应用中，为物资部门提供了有效降低采购成本的权威性定量分析方法，能够辅助采购者制定合理的采购方案，能有效降低采购成本、提高库存周转率，提供重要的决策依据，具有很好的参考价值。节约采购资金、提高库存周转率，永远是物资人追求的目标，但一直缺少理论依据、缺少可操作的模型，尤其是近些年，这一目标的实现显得尤为重要。数学及运筹学中预测模型和优化模型的应用，为这一问题找到了突破口，解决了困扰多年的难题，为今后提供更加优良的物资供应工作提供了坚实的基础。在下一步的研究中，将进一步结合物资采购中的实际问题，考虑更多的实际因素，对所构建的模型进一步完善。结合多种价格预测方