（管理科学与工程专业论文）供应链环境下库存系统的优化策略研究.pdf

摘要 随着企业组织与管理模式的变化，供应链环境下的库存控制同传统的库存控制 相比有许多不同之处。在供应链环境下，库存成本控制对顾客服务水平、供应链系 统成本以及整条供应链的性能有着重大的影响。因此，研究供应链环境下的库存优 化策略问题有着重要的意义。 本文在总结传统库存管理方法的基础上，结合供应链管理的新理论与计算机技 术，研究了供应链环境下的库存控制策略问题。主要研究工作如下： 论文的第一部分介绍了本课题的研究背景、意义和主要内容，综合国内外近几 十年来库存方面的相关文献进行了文献综述；第二部分主要介绍了供应链和库存的 基本理论；第三部分在综合国内外研究文献的基础上对库存控制理论尤其是供应链 环境下的库存控制理论进行了综述研究第四部分利用w i t n e s s2 0 0 3 物流仿真技 术实现对装配企业不确定的供应链环境下库存系统优化问题的仿真研究在连续 检查库存控制策略下，将多供应商、单装配商、多分销商的供应链网络环境转化成 有限供应商、单装配商、单分销中心的供应链环境下进行研究：该模型引入提前期 和服务水平等参量，分析了供应链上各节点企业发生的订货成本、存储成本、惩罚 成本和运输成本；在假定需求和提前期是随机分布的前提下，研究了在保证供应链 上各企业一定服务水平的条件下，通过使供应链上单位成本库存服务水平最高，以 确定最佳订货批量和订货临界点，从而实现了复杂供应链环境下的库存系统的仿真 建模与优化分析；最后，总结了全文的工作，并指出了进一步研究的方向。 关键词：供应链管理库存控制策略库存优化模型订单式装配 w i t n w s s2 0 0 3 物流仿真技术 a b s t r a c t w i t ht h ec h a n g e so fe n t e r p r i s es t r u c t u r ea n dm a n a g e m e n tm o d e ，m o r er e q u i r e sa n d n e wc h a r a c t e r i s t i c se x i ti ns u p p l yc h a i nm a n a g e m e n t , c o m p a r e dw i t ht h et r a d i t i o n a l m e t h o do fi n v e n t o r ym a n a g e m e n t i ns c m ， i n v e n t o r yc o n t r o lh a sag r e a te f f e c to n c u s t o m e rs e r v e rl e v e l s ，t h et o t a ls u p p l yc h a i nc o s ta n dt h eq u a l i t yo ft h i ss u p p l yc h a i n t h e r e f o r e , i th a sag r e a tm e a n i n gt os t u d yt h ep r o b l e mo fi n v e n t o r yc o s tc o n t r o li nt h e s u p p l yc h a i nm a n a g e m e n t t h em o s tw o r k s a r ep r e s e n t e di nt h ef o l l o w i n gf i v ea s p e c t si e t h ed i s s e r t a t i o ni sd i v i d e di n t of i v ep a r t s t h ef a s tp a r tg i v e sa l li l l u s t r a t i o no f r e s e a r c hb a c k g r o u n d ，m e a n i n ga n dm a i nc o n t e n t t h es e c o n dp a r tm a i n l yi n t r o d u c e st h e t h e o r yo fi n v e n t o r yc o n t r 0 1 b a s e do nt h eo v e r s e a sa n dd o m e s t i cs t u d yo ni n v e n t o r y ，t h e i n v e n t o r yc o n t r o lp o l i c y , e s p e c i a l l yt h eo n ei ns u p p l yc h a i nm a n a g e m e n t i sr e v i e w e da n d a n a l y z e df r o mt h eq u a l i t a t i v ea n dq u a n t i t a t i v ea s p e c t s , a n da l s of r o mt h r e el a y e r so f r e s e a r c ho b j e c t , r e s e a r c hm o d e l i n ga n dr e s e a r c hc o n t e n ti nt h et h i r dp a r t t h i sp a r tm a i n l y f o c u s e so nt h ei s s u eo fm o d e l i n ga n ds i m u l a t i n gf o rat h r e e s t a g ei n v e n t o r ys y s t e mi na s u p p l yc h a i ne n v i r o n m e n tu n d e ru n c e r t a i nd e m a n dt h r o u g hw i t n e s s 2 0 0 3c o m p u t e r s i m u l a t i n gt e c h n o l o g y i nat h r e e e c h e l o ns u p p l yc h a i nc o m p o s e do fm u l t i - s u p p l i e r , o n e - a s s e m b l e r , o n e - d i s t r i b u t i o n c e n t r et h a t i st r a n s f e r r e df r o m m u l t i - s u p p l i e r , o n e - a s s e m b l e r , m u l t i - d i s t r i b u t o ri se s t a b l i s h e di nt h ef o r t hp a r t u n d e rt h ec o n t i n u o u s i n v e n t o r yr e v i e wc o n t r o lp o l i c y , b ys y n t h e s i z i n gl o g i s t i c sc o s t si n c l u d i n gi n v e n t o r yc o s t , o r d e rc o s t , t r a n s p o r t a t i o nc o s t ，s h o a a g ec o s t ，as e r v i c el e v e lp e rc o s tm o d e lf o ri n v e n t o r y s y s t e mi ns u p p l yc h a i ne n v i r o n m e n tn 6 d e rc e r t a i ns e r v i c el e v e lp r o v i d e db yt h ed e a l e r si s e s t a b l i s h e d h e n c em o d e lm a x i m i z a t i o np r o b l e mi ss i m u l a t i n ga n da n a l y z i n gb yw h i c h t h eo p t i m a lo r d e r i n gq u a n t i t i e sa n do r d e r i n gc r i t i c a lp o i n ta r ed e t e r m i n e d i nt h ee n d ，t h i s d i s s e r t a t i o ni ss u m m a r i z e da n df i l r t h e rr e s e a r c hd i r e c t i o n sa r es h o w n k e y w o r d s ：s c m i n v e n t o r yc o n t r o lp o l i c yi n v e n t o r yo p t i m i z e dm o d e l a t s w i t n w s s2 0 0 3l o g i s t i c ss i m u l a t i n gt e c h n o l o g y 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得丞洼王些盔堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：禹硇唧 签字日期：年7 月；护日 l 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解云洼工业太堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权丞洼王些盔堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学 校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：导师签名： 签字日期：们年7 月刁护日 签字日期： ， 易甜孑 d 1 年7 月；o 日 学位论文的主要创新点 一、在综合国内外研究文献的基础上，从定性、定量两个角度， 对库存控制理论尤其是供应链环境下的库存控制理论进行了综述研 究，提出了“四流二网三关系”的供应链环境下库存系统的建模思想。 二、在连续检查库存控制策略下，以单位成本库存服务水平最高 为目标函数进行优化分析，以确定最佳订货批量和订货临界点，从而 实现了复杂供应链环境下库存系统的建模分析。 第一章绪论 1 1 课题的研究背景和现状 第一章绪论 由于科学技术不断进步和经济的不断发展、全球化信息网络和全球化市场的形 成及技术变革的加剧，围绕新产品的市场竞争也日益激烈技术进步和需求多样化 使得产品寿命周期不断缩短，企业面临着缩短交货期、提高产品质量、降低成本和 改进服务的压力。虚拟制造、网络化制造、动态联盟等新的制造模式不断涌现，迫 切需要新的管理模式与之相适应。 1 1 1 课题背景 在经济全球化的进程中，企业的生存环境发生了巨大的变化：科技和信息已经 成为主要生产要素；制造模式发生了巨大变化，大规模的标准化生产逐渐向适度个 性化生产转移，柔性制造系统流行开来；组织管理发生巨大变革，多层次的金字塔 型组织管理模式已不能适应新的生产方式，出现了供应链管理系统和敏捷制造系统， 管理咨询业迅速发展起来。在这个变化过程中，经历c i m s 、m r p 、闭环m r p 、m r p i i 和e r p 这样一个发展过程。8 0 年代末提出的供应链概念，在全球制造和全球经济一体 化浪潮的推动下，得到了更加广泛的应用，并逐步成为一种新的管理模式供应 链管理( s u p p l yc h a i nm a n a g e m e n t ，s c m ) 。供应链管理思想的运用，使企业不仅 能够面对激烈的国际市场竞争压力，而且，能够承受需求不确定性和技术迅速革新 等因索的影响。国际上一些著名的企业如i b m 公司、d e l l 公司等在供应链实践中取 得的巨大成绩，使人们坚信供应链管理是企业适应全球竞争环境的一种有效途径。 而且特别是近几年来，消费者需求的特征发生了前所未有的变化，整个世界的经济 活动也出现了前所未有的全球经济一体化特征，这些变化对企业的竞争能力提出了 更高的要求，使得竞争方式也发生了潜移默化的转变，企业之间的竞争在某种意义 上已经成为双方供应链之间的竞争。因此，如何建立有效合理的供应链，如何降低 供应链成本已成为企业和学者的一项重要课题 库存管理始终是企业生产经营过程中不可缺少的重要组成部分，是价值链实现 增值的重要环节。虽然它在企业生产管理领域里是一个古老的课题，但并没有因此 而受到冷落，一直是生产管理理论界和实务界关注的热点问题之一。库存管理之所 以受到如此的重视，一方面，由于它在企业竞争中所处的地位重要，直接影响到企 业产品的成本、对市场的反应速度、交货期等指标，另一方面，库存系统是一个动 态系统，涉及到的库存量大，面广，况且从原材料到产成品的每一个环节都可能存 在在制品库存，管理好这些库存对企业来说很具有挑战性。 第一章绪论 1 1 2 国内外研究现状 信息技术的飞速发展正在深刻改变着传统制造业的发展模式。随着全球化与网 络化进程的深入，虚拟制造、网络化制造、动态联盟等新的制造模式不断涌现，也 迫切需要新的管理模式与之相适应“哪。鲍莱斯( j mb e u l e n s ) 提出供应链作为一个整 体进行管理可以获取更低成本m 。 供应链管理专家马丁克里斯夫在物流竞争：后勤与供应链管理一书中指出： “先进的企业把创造顾客价值的价值链看作一个有机整体，通过提升价值链的价值 和降低整体成本使所在的价值链更具竞争力。真正的竞争已经不是企业与企业之间 的竞争，而是供应链与供应链之间的竞争“】。c r o o m s 提出：在供应链整合过程中， 库存控制是供应链企业为应对生产、供应和需求等不确定因素的影响而采取的一种 必要策略嘲。著名管理学家l e e 认为，提高库存管理绩效应着重关注以下三个方面； 企业之间的决策协调、供应与需求的不确定性、供应链绩效的评价。l e e 把库存决策 协调作为降低库存成本的关键。p a d m a n a b h a nv 认为，供应链管理的关键是链上各 企业的协调与合作，而库存协调是供应链协调与合作的重要组成部分0 1 。托马斯 ( t h o m a s d j ) 和格瑞芬( c r i m u p m ) 1 9 9 6 年在文章中也强调了协作咖。 纵观国内外基于供应链管理的库存优化策略的研究，大致可以归纳如下几点贡 献： ( 1 ) 复杂产品需求模式下的库存建模 在供应链环境下，消费者需求的不确定性和复杂性日益增高，建立或拟合某种 环境中某类产品的需求模式已经成为建立库存成本模型的前提 学者们从不同角度研究了需求的不确定性对成本，利润、服务水平和库存水平 的影响。r e y n i e r sd ( 1 9 9 1 ) ”提出了一种在不确定条件下求解报童问题的高低 搜索算法，假设需求d 是一个常数，d 未知但其下界和上界已知，寻找在需求最不利 的条件下使期望利润最大的订货量。s e na ( 1 9 9 9 ) o ”则研究了低运费需求和高运费 需求两种需求模式下的报童问题，并对价格的上升和下降两种情况进行了分析，给 出了最优订货量的边界不过，最为常见的还是假设需求服从某一分布，如正态分 布、泊松分布、二项分布、均匀分布、指数分布、负双峰分布、b e t a 分布、g a m m a 分布等等，有些文献甚至放宽了需求服从某一分布的假设，允许需求服从自由( f r e e ) 分布。因为需求的不确定性，一方面来自于其随机性，另一方面来自于其模糊性， 所以模糊需求下的库存问题也开始受到学者们的关注“。 ( 2 ) 复杂目标函数下的库存建模 经典e o o 模型只包含库存持有成本、订货成本和采购成本，而且因为假设需求 为常数且均匀到达，所以各项成本的近似表达很简单。目前，越来越多的文献开始 将缺货成本和运输成本以及管理成本和信息交流成本等加到传统库存模型中，因为 第一章绪论 库存决策的目标就是令物流总成本最小，要想得到订货量等库存决策变量的更为精 确的解，就必须将所有相关成本恰当地合并到物流总成本函数中，并将供应链作为 一个整体来讨论，即决策的目标应该是供应链联合总成本最小，并用服务水平来约 束和控制分散的多阶段库存系统。此外，针对具体产品的需求模式，各项成本的描 述方式也己经在原有基础上出现了很多扩展。例如，传统的单位库存持有成本一般 是根据单位库存持有成本占单位价值的百分比计算出来的 ( 3 ) 多周期环境下的库存建模 经典报童模型的目标是令单周期利润最大或单周期总成本最小，而在大多数实 际运作环境中，库存管理者更关心的是多周期( 无限时间水平上) 的库存成本，这有 助于其进行中长期的库存决策与分析，因此，多周期库存问题一直是供应链库存建 模的一个重要努力方向。b h a t t a c h a r j e e s 和r a m e s h r ( 2 0 0 0 ) “”在确定的需求下，建立 了一个零售供应链多周期利润最大化的定价与订货模型模型中假设需求为价格弹 性需求d 。- ，( 只) 一圈：“( a ) 1 ) ，产品有k 期的固定生命周期，销售额损失概率和价 格在不同周期是不同的。丁泳海等( 2 0 0 2 ) 在供应链管理的背景下，建立了一个具 有不确定需求的多周期合作型供应链库存控制模型，并利用计算机仿真的方法对该 模型进行了求解“”。 ( 4 ) 多极化环境下的库存建模 供应的不确定性一直是库存理论研究的一个重要方向。早期的库存模型都假设 库存产品是由单一供应商来补给的。r a m a s e s h e ta 1 ( 1 9 9 1 ) “”将其扩展到两个供应商， 假设两个供应商的提前期具有完全相同的正态分布或指数分布，并且订货量是等分 批量的，他们通过令总的库存持有成本和延期交货成本最小来确定订货量和再订货 点水平，结论是当提前期不确定性很高且订货成本低的时候，双供应商更为经济一 些。r a m a s e s h e ta 1 ( 1 9 9 3 ) 对上述模型做了扩展，把两个供应商的订货分量作为决策 变量，证明了在供应商的提前期服从不同的指数分布且供应价格也不同的情况下， 两个供应商能够节约库存成本和缺货成本。以上研究都假设需求是确定的。p e t r o v i c de ta l ( 1 9 9 8 ) “”研究了不确定环境下的供应链建模与仿真，他认为供应链包含三个 子系统：采购系统、生产系统和分销系统，其建模的目标是决策有限时间水平之内 的供应链每个节点上的库存水平和订货量，从而使整条供应链在某一适当总成本处 取得预期的运作绩效，其模型的特点在于兼具决策性和面向不确定性 在国内，越来越多的学者加入供应链库存控制的研究中。与当今国外学术界丰 富的库存系统优化研究呈鲜明对比的是，国内对供应链库存控制的研究整体上仍处 于起步阶段，缺乏定量和深入的研究。徐贤浩、马士华“”的文章给出了供应链网络 结构的一个多级库存控制模型，建立了研究最优库存控制策略的大致框架。赵道致 的文章对企业内部供应链产量联合优化决策进行了研究，提出了一个供应链各环节 产量联合优化决策模型，证明了最优解的存在性，并给出了计算方法。赵天志等 第一章绪论 ( 2 0 0 0 ) 提出把a g e n t 技术应用供应链管理的思想；富勇辉等( 2 0 0 0 ) ! 把_ a g e n t 思想 应用到了合作性库存管理，并提出该问题的模型框架。这些研究解决了部分实际问 题，但还存在很多不足，没有发挥供应链的整体优势，有些方法只是对传统的库存 管理方法的局部改进。 从上文总结的库存系统优化的研究进展可以看出，大多数研究都只涉及到供应 链的局部成员，如仅研究供应链上、下游成员之间的库存、分销、运输、定价，确 定多个供应商的再订货点和订货量以及最佳的供应商数目方面等的决策，而从整体 上对整条供应链进行分析研究的文献比较少，其主要原因在于，供应链的整体运作 与优化比较复杂，普通的建模方法很难处理这种复杂系统，但仍然有一些学者通过 模糊建模和仿真建模的方法对该问题进行了探索。今后，对除可靠性以外的更为复 杂的供应源情况进行研究将是对该问题的研究的深入。另一方面，随着供应链网络 的复杂性的增加，随机提前期库存问题研究也有待于进一步深入。 1 2 课题研究的意义 供应链管理的关键是企业的协调与合作，而库存协调是供应链协调与合作的重 要组成部分。供应链的库存控制是企业为应对生产、供应和需求等不确定因素的影 响而采取的一种必要策略。 信息技术的飞速发展正在深刻改变着传统制造业的发展模式。随着全球化与网 络化进程的深入，虚拟制造、网络化制造、动态联盟等新的制造模式不断涌现，也 迫切需要新的管理模式与之相适应，传统的库存管理是静态的、单级的，是单个企 业绩效的局部优化，库存控制决策没有与供应商、分销商联系起来，没有充分利用 供应链上宝贵的信息资源，它们往往侧重于优化单一的库存成本，从存储成本和订 货成本出发确定经济订货量和订货点，造成链上企业间运作相互抵触，物流不畅， 供应链上企业间运作的库存成本增加，服务水平下降。从单一的库存管理角度看， 这种库存管理方法有一定的实用性，但是从供应链整体的角度看，这种各自为政的 “山头主义”行为，没有供应链的整体观念，将导致供应链中的重复库存，影响供 应链的整体效率。 最近一次调查的结果表明，供应链成本在企业的运行费用中占有很高的比例， 在某些行业，该比例甚至高达7 5 以上。但是通过有效管理，供应链成本完全有可 能降到现有成本3 5 左右。供应链成本主要包括财务成本、信息系统建立和运行成 本、制定计划的成本、库存成本、物料购置成本和订货管理成本。其中，库存成本 是供应链成本的重要组成部分之一，一般占总成本的3 0 以上“”，而且，在供应链 管理环境下，库存量的高低不仅影响着单一企业的综合成本，而且也制约着整条供 应链的性能，库存管理对顾客服务水平和供应链系统成本也有着重大的影响。因此， 第一章绪论 研究供应链环境下库存系统的优化控制具有极其重要的现实意义。 1 3 文章主要内容和研究思路 第一章：介绍了本课题的研究背景、意义和主要内容 第二章：从供应链及库存的基本理论入手，对供应链环境下库存系统优化分析 的常见问题、库存控制策略及优势进行了概述；提出了目前供应链环境下库存管理 存在的新要求和意义。 第三章；在供应链环境下对库存系统进行优化研究已成为当今国内外众多学者 关注的焦点，受到理论界和企业界的广泛重视，并取得了一定的研究成果。本章在 综合国内外研究文献的基础上，从定性、定量的角度对库存控制理论尤其是供应链 环境下的库存控制理论进行了综述研究。 第四章：由于现实中的不确定性可能会引发模型的错误使用，而大多数库存模 型的开发都是针对某一特定系统、基于某些条件和假设而设计的，考虑到供应链仿 真模型的开发以及供应链模型的仿真分析是深入研究供应链管理理论的一个有效途 径，所以，本文利用w i t n e s s2 0 0 3 物流仿真技术实现对装配企业不确定的供应链 环境下库存系统优化问题的仿真研究在连续检查库存控制策略下，将多供应商、 单装配商、多分销商的供应链网络环境转化成有限供应商、单装配商、单分销中心 的供应链环境下进行研究；该模型引入提前期和服务水平等参量，分析了供应链上 各节点企业发生的订货成本、存储成本、惩罚成本和运输成本；在假定需求和提前 期是随机分布的前提下，研究了在保证供应链上各企业一定服务水平的条件下，通 过使供应链上单位成本库存服务水平最高，以确定最佳订货批量和订货临界点，从 而实现了复杂供应链环境下的库存控制系统的仿真建模与优化分析。 第五章：总结了本文的研究内容，并指出了有待于进一步研究的方向。 第二章供应链环境下库存系统的基础理论概述 第二章供应链环境下库存系统的基础理论概述 2 1 供应链相关理论概述 供应链从2 0 世纪8 0 年代提出概念至今，在欧美发达国家的企业中已得到了广泛 应用。许多国际著名的大企业如宝洁、惠普、i b m 公司等已在供应链管理( s u p p l y c h a i nm a n a g e m e n t ，s c m ) 的实践中获得了巨大收益，在零售、纺织等行业中供应链 管理也取得了非常显著的效果“町。供应链由于其具有开放性、动态性、集成性、群 体性和分布性等特点“”，因此在供应链中存在大量的不确定性因素，这给库存控制， 尤其是供应链环境下的库存控制带来了巨大的挑战。 2 1 1 供应链理论概述 当今全球市场上的激烈竞争、产品寿命周期的缩短以及顾客期望的提高，迫使 商业企业投资并关注其供应链。这与通信技术和运输技术( 如：移动通讯和隔夜交货) 方面的进步一起，促使供应链的不断演变以及供应链管理技术的不断发展。 供应链与供应链管理的概念是一个发展的过程，与很多其他领域的概念一样， 不同的学者和组织对其持有不同的理解和定义。早期的观点认为供应链是企业内部 的一个过程，指的是从企业外部采购的原材料和零部件，通过生产转换和销售活动， 传递到零售商和用户的一个过程。这一概念局限于企业的内部操作层上，注重企业 自身的资源利用。后来供应链的概念注重了与其他企业的关系，注重了供应链的外 部环境，认为它是一个“通过联合不同企业的制造、组装、分销、零售等过程将原 材料转换成产品，再到最终用户的转换过程”。这是更大范围、更为系统的概念 供应链是围绕核心企业，通过对物流、信息流、资金流的控制，从采购原材料 开始，审0 成中间产品以及最终产品，最后由销售网络把产品送到消费者手中的将供 应商、制造商、分销商、零售商直到最终用户连成一个整体的功能网链结构模式。 供应链的构成如图2 一l 所示 2 1 2 供应链管理的理论概述 供应链管理是一种集成的管理思想和方法，通过对供应链上多个企业之问的有 效协调，完成供应链上资金、信息、物料的计划和控制，使物流、资金流和信息流 在供应链上合理流动并优化配置，执行供应链中从供应商到最终用户的物流的计划 和控制等职能( 如图2 1 ) 。 供应链管理( s u p p l yc h a i nm a n a g e m e n t ，简称s c m ) 还没有一个统一的定义，一 般认为：“供应链管理是通过前馈的信息流和反馈的物料流及信息流，将供应商、制 造商、分销商、零售商，直到最终用户连成一个整体的管理模式”菲利浦( p h i l l i p ) 第二章供应链环境下厍存系统的基础理论概述 则认为供应链管理不是供应商管理的别称，而是一种新的管理策略，它把不同企业 集成起来以增加整个供应链的效率，注重企业之间的合作美国物流协会在这之前 给供应链管理下的定义：供应链管理是以提高企业个体和供应链整体的长期绩效为 目标，对特定公司内部跨职能部门边界的运作和在供应链成员中跨公司边界的运作 进行战术控制的问题“”。这里涉及战略协调和战术层次上的控制，与物流的定义进 行比较可以看出，物流肯定是供应链运作当中的一部分。它既是一条从供应商的供 应商到用户的用户的物流链，又是一条价值增值链，因为各种物科在供应链上移动， 是一个不断增加其市场价值或附加价值的增值过程。因此，供应链管理不同于企业 中传统的物资供应管理职能。 供应链管理意味着跨企业的物流管理，它包括供应商、生产商、批发商和零售 商等不同企业在内的整个链的计划和运作活动的协调，意味着跨越各个企业的边界， 在整个链上应用系统观念进行集成化管理。如果供应链上的所有企业都孤立地优化 自己的物流活动，那么整个供应链的物流不可能达到最优化。因此，要实现更大范 围，整个供应链物流的最优化，就必须从供应链整体出发来协调各成员企业的物流 活动，这就是供应链管理的本质。毫无疑问，供应链管理的驱动力是使供应链的总 成本最小化。供应链上的库存主要集中在“成员企业组织的边界”，即企业与企业 之间的接口( i n t e r f a c e ) ，也就是供应链管理的利润空间所在。供应商行为的不确定性 和客户行为的不确定性导致企业囤积缓冲库存( b u f f e rs t o c k ) 为了提高整个供应链 的整体竞争优势和增加共同利益，供应链成员企业之间必须实现信息共享和物流活 动的高度集成化，从而最大限度地缩短提前期( 1 e a dt i m e ) 以减少总库存，实现车辆 重载率最大化，空运率最小化，运输方式、搬运系统、仓库容量的高效化。 辰材料供应 目造+ 装配叶盼铺零售+ 用户 !iiij 。 堕璺苎 丝璺塞童垒塞 ， 三丝壅 一， 图2 - 1 供应链管理概念模型 第二章供应链环境下库存系统的基础理论概述 2 2 库存相关理论概述 库存以原材料、在制品、半成品、成品等形式大量地存在于物流的各个环节。 库存源于供应与需求的不同步，不同量，发生供过于求或供不应求的现象。如果库 存过多，则会造成积压浪费以及保管费的上升；如果库存过少，会造成缺货，进而 导致顾客不满意，甚至顾客流失。因此，选择一个适当的库存和订货策略，是一个 值得研究的问题。 2 2 1 库存及库存控制概述 ( 1 ) 库存的定义 库存是指处于储存状态的物品或商品。无论是在生产企业，还是流通企业，库 存无处不在。库存具有整合需求、维持各项活动顺畅进行的功能。当顾客订货后要 求收到货物的时间比企业从采购材料、生产加工到运送至顾客手中的时问要短的情 况下，为了填补这个时间差，就必须预先准备一定数量的该商品，也就是说要有一 定数量该产品的库存。一般来说，企业在销售阶段，为了能及时满足顾客的要求， 避免发生缺货或延期交货现象，需要有一定的成品库存。在采购阶段，为了保证生 产过程的平准化和连续性，需要有一定的原材料、零部件库存。而库存商品要占用 资金，发生库存维持费用，并存在库存积压而产生损失的可能。因此，既要防止缺 货，避免库存不足，又要防止库存过量，避免发生大量不必要的库存费用。 ( 2 ) 库存控制的定义 库存控制指的是在保障供应的前提下，使库存物品的数量最小所进行的有效管 理的技术经济措施。它是对库存据点设置及其所存物品的数量和质量进行有效管理、 调整与确定所采取的技术措施库存控制过程中常涉及如下基本概念： 平均库存量：平均库存量是指一个库存的平均数，是存货模式的重要概念， 其数量一般是进货量的一半。 安全库存量：仓库经常需要处理各种突发情况，例如发生需求变化，货订不 到，运输中断等，因此还要有安全库存量( 又称缓冲性库存量) 以便应付这种情况 订货点与订货批量：随着物品的出库，库存会下降到某一点，这时补充活动 必须着手进行，否则就要脱货，严重影响公司的正常运营，这个点就称订货点。当 库存达到订货点时，就要着手订货，订货时所订购物品的数量称为订货批量。 订货提前期：一旦库存量降到订货点并安排了订货，等待物品到货以补充库 存，这种等待时间称为订货提前期，简称为提前期或交货期。它是从订货开始到收 到订货批量为止的一段时问。 定量订货法：定量订货法是指每次货物数量相同，而订货间隔期不一定相同， 当库存量下降到订货点时就发出订单的一种订货方法。 第二章供应链环境下厍存系统的基础理论概述 定期订货法：定期订货法是每隔一定时间检查一次库存，并发出订单，订货 数量等于最大库存量与实际库存量的差额。 订货费用：订货费用是指为取得物资而订货时所需要的费用。每订货一次就 会发生一次费用，如订购的追踪、收货、验收、进库等费用。 保管费用：保管费用是指物资库存期间所需要的费用，如仓储费用，物资积 压所发生的利息损失，物资因陈旧，变质、损耗所发生的损失等费用。 2 2 2 库存及库存控制的作用 库存费用是总的物流费用中重要的部分，它包括物品在保管、运输途中的维持、 缺货费用库存费用也受其他费用因素影响，例如，采购价格和运输费率取决于订 单及运输量的大小，这些反过来又影响库存费用。在有些情况下，当到货时间己知 或为保持及时控制进行总量订货时，库存决策可简单确定。库存策略的制定主要依 赖于对生产过程和市场行情的仔细分析，在企业内持有库存主要有以下五个方面的 作用。 ( 1 ) 使企业获得规模经济 一个企业要想实现在采购、运输和制造等物流过程方面的规模经济，拥有一个 适当的库存是必要的。大批量的订货能够使企业在众多方面获得优势：如降低原材 料的采购价格和运输费用；降低单位产品的制造成本；减少因缺货而形成的订单损 失和信誉下降等。 ( 2 ) 平衡供求方面的关系 季节性的供给和需求使企业不得不持有库存例如在节日期间，产品需求量剧 增，这就要求企业能够有充足的货源来迅速满足市场的需要；另一方面，某些产品 的需求在一定的时期可能相对比较平稳，但其相应原材料的供给和需求变化较大， 这同样要求企业保留适当的原材料库存以维持生产的连续性，避开不利的价格变动。 ( 3 ) 有助于物流系统的合理化 合理的仓库选址可以带来诸多方面的便利，减少耗费在运输配送方面的时间和 费用。原材料能够从仓库中被合理地配送到各地的生产基地，满足生产的需要；产 成品能够被迅速运往仓库，然后配送到各地满足顾客的需求。这些方面的专业化极 大地节省了运输环节的费用。 ( 4 ) 预防需求和订货周期的不确定性 由于市场需求情况的瞬息万变以及订货周期的不确定性，常常使库存不足，从 而导致缺货损失，这时库存就显得十分重要。存贮生产所需要的原材料不仅能够保 持正常生产的连续性，而且常常会在未来原材料价格上涨或原材料短缺时赚取额外 的利润。 ( 5 ) 在某些关键领域起到缓冲、调节的作用 第二章供应链环境下库存系统的基础理论概述 库存在整个供应链的某些关键环节起着缓冲、调节的作用，它可以缓和由于物 资供应的延迟、短缺而造成的对生产过程的冲击，可以作为配送环节的中介，调节 生产过程中因原材料、半成品的不足而可能发生的比例失调。 库存问题与订货策略关系非常密切，因此，有必要以先进的优化技术来确定物 流管理中供需双方的库存订货问题。 2 2 3 常见的库存控制模型 库存是企业的一项庞大且昂贵的投资。良好的库存管理能够加快资金的周转速 度，提高资金的使用效率，增加投资的收益。对于制造业来说，原材料短缺将影响 生产，导致费用增加，产品短缺。而库存积压将增加仓储，积压资金，提高成本， 减少盈利。这些都反映了库存管理对企业的重要性。库存管理是物流管理的核心内 容之一，库存的合理优化是众多学者广泛关心的问题。库存问题经长期研究己得出 一些行之有效的模型，大体分两类：一类叫做确定性模型，即模型中的数据皆为确 定的数值；另一类叫做随机性模型，即模型中含有随机变量。 ( 1 ) 确定性库存模型 确定性条件下的库存是指当一个时期内的产品需求量确定以后，相应的库存成 本就基本上确定了。如果暂时不考虑缺货成本，库存成本由产品成本、存贮成本和 订货成本三部分组成。最经典的订货模型是经济订货批量e o q 模型，经济订货批量 是存货维持与订货相结合使成本最低的补给订货批量。模型成立需要以下几个假设 条件：缺货费用无穷大；当存贮降为零时，可以立即得到补充；需求是连续的，均 匀的；每次订货量不变；单位存贮费不变。由于经济批量模型需要相当严格的假设 才能直接应用，所以在其延伸的模型中往往有以下诸多假设：不允许缺货，生产需 一定时间；允许缺货( 缺货需补充) ，生产时间很短；允许缺货( 需补足缺货) ，生产 需一定时间。不同的假设模型不尽相同。另外，为了利用特殊的购买形势和单位化 特征而必须做出某些调整，与e o q 有关的两种调整分别是：运量费率和数量折扣。 我们常看到一种商品有所谓的零售价、批发价和出厂价，购买同一种商品的数量不 同，商品单价也不同，一般情况下购买数量越多，商品单价越低。 ( 2 ) 随机性库存模型 随机性库存模型的重要特点是需求为随机的，其概率分布为已知，通常分为需 求是连续和需求是离散两种情况研究。在随机性库存问题中，如果想让商品既不因 缺货而失去销售机会，又不因滞销而过多积压资金，可供选择的策略主要有三种。 第一种策略：定期订货，但订货数量需要根据上一个周期剩下货物的数量决定订货 量。剩下的数量少，可以多订货；剩下的数量多，可以少订或者不订货。第二种策 略：定点订货，存贮降到某一确定的数量时立即订货，不再考虑间隔的时间。这一 数量值称为订货点，每次订货的数量不变。第三种策略：把定期订货和定点订货综 第二章供应链环境下库存系统的基础理论概述 合起来的方法，隔一定时间检查一次存贮，如果存贮数量高于一个数值s ，则不订 货。小于时则订货补充存贮，订货量要使存贮量达到s ，这种策略可以简称为( s ，s ) 存贮策略。 另一种更为复杂的模型是具有随机需求过程和随机供货时间的库存模型。由于 随机库存模型与排队论和控制论联系紧密，这就需要相当严格的假设才能直接应用， 所以在其延伸的模型中往往有以下诸多假设：不允许缺货，生产需一定时间；允许 缺货( 缺货需补充) ，生产时间很短；允许缺货( 需补足缺货) ，生产需一定时间。不 同的假设模型不尽相同另外，为了利用特殊的购买形势和单位化特征而必须做出 某些调整，与e o q 有关的两种调整分别是：运量费率和数量折扣我们常看到一种 商品有所谓的零售价、批发价和出厂价，购买同一种商品的数量不同，商品单价也 不同，一般情况下购买数量越多，商品单价越低。 以往的研究模型大多只考虑了供方( 供应商或物流中心) 的利益，而没有考虑需 方( 顾客或物流中心) 的利益。而在现代物流体系中，顾客的需要被放到了首位，在 库存订货问题中也不应例外。事实上，某个客户的需求不但可以由多个供应商 共同满足，而且由于每个供应商的库存取决于客户的选择行为，同时这种选择行为 在很大程度上具有较高的随机性。因此，有必要以考虑客户选择行为的新模型、新 方法、新技术来求解库存订货联合优化问题。 2 3 供应链环境下的库存控制策略 经典库存理论根据库存检查的方式，将库存控制策略分为连续检查库存控制策 略和周期检查库存控制策略。前者是一种对库存水平进行连续检查，一旦低于再订 货点即发出一次订货的库存控制策略，它适用于周转慢、价值较高的产品；后者是 一种每隔一定时期检查一次库存，并发出一次订货的库存控制策略，它有利于生产 的平准化，适用于周转快的标准产品。 在库存理论中最常见的两种订货策略是批量订货( b a t c h - o r d e r i n g ) 镱略和逐批 ( 1 0 t f o r - l o t ) 订货策略。其中，批量订货策略是指每次的订货批量是固定的，该订货 策略通常与连续检查库存控制策略相结合。最常用的是( r ，q ) 策略，其中r 代表再订 货点，q 代表订货量，该策略要求对库存水平的变化进行连续检查，一旦库存水平 低于再订货点r 就发出一次订货批量为q 的订货。q 一般是决策变量，再订货点r 一 般等于提前期需求加上安全库存s s 。其中，提前期l 黾指从发出订单到收到订货之 间的时间问隔。目前有关提前期的假设主要包括两种确定提前期( 提前期为零或 为常数) 和随机提前期( 提前期是一个随机变量，服从某一分布) 。在随机提前期和随 机需求下，再订货点等于与安全库存与提前期需求均值的和；逐批订货策略是指每 次订货的批量并不是固定的，而是与当前库存水平和前一次的订货量有关，该策略 第二章供应链环境下厍存系统的基础理论概述 常与周期检查库存控制策略相结合最常用的是最大库存水平策略( o r d e r u p t o p o l i c y ) ，也叫基本库存策略( b a s e s t o c kp o l i c y ) ，该策略要求每隔一定时间对库存检 查一次，订货量等于最大库存水平s 减去当前库存( 当前库存一般等于期末库存加 上在途库存再减去延期交货量) 。 前面提到的两种库存控制策略和订货策略都是针对单阶段库存系统提出来的。 在供应链环境下，多阶段库存系统更为常见。而且，供应链的某一阶段上可能还包 含多个库存的存储点，如零售商阶段由雌个零售商组成，这些零售商可能在成本结构 和库存策略方面可能是完全相同的，也可能是完全不同的，而且可能多个零售商处 的需求具有一定的相关性。所有这些供应链结构的复杂性都大大增加了库存控制的 难度，正因为如此，多阶段分销系统的库存问题己经成为供应链中库存理论的一大 研究热点和难点。 文献中针对多阶段库存问题提出了两类库存决策策略一级库存( e c h e l o n st o c k ) 策略和点库存( i n s t a l l a t i o ns t o c k ) 策略。其中，级库存策略是指上游成员的库存决策 是综合考虑自己及所有下游成员的现有库存而做出的：点库存策略是指每个成员的 库存决策都是依据个人的库存水平做出的。 近年来，很多学者致力于开发面向多阶段库存系统的新型订货策略。最初的( r q ) 策略和最大库存水平( s ) 策略被分别扩展为( r ，n o ) 策略和( s ，s ) 策略。其中， ( rn q ) 策略表示每次的订货批量都是最小批量q 的整数倍；( s ，s ) 策略认为，如果检 查时的库存水平大于s ，则不订货；如果小于等于s ，则发出订货量为( s s ) 的订单。 针对供应链下游有多个成员的库存系统，降低上游成员库存处理和决策的复杂性的 下游成员订货策略有交错( s t a g g e r e d ) 订货策略和联合订货策略。其中，交错订货策 略是指每个下游成员( 如零售商) 都采用周期检查的最大库存水平( s ) 策略，每n 期 订一次货，每期只允许一个下游成员( 零售商) 订货，这种下游成员( 零售商) 交错订 货的策略在上游成员的仓库库容最有限的情况下是适用的；联合订货策略是指多个 下游成员( 零售商) 在协调的情况下统一向仓库订货，当所有下游成员( 零售商) 的 库存总和降到某一联合再订货点时，由库存水平最低的成员( 零售商) 发出订单。 当上游成员现有库存不足以满足下游成员需求时，有三种库存比较常见的存货 分配策略过去优先策略、现在优先策略和随机分配策略( 订单交叉策略) 。其中， 过去优先策略是指按照零售商订货的顺序将订货依次送到被延期交货的零售商手 中，即先来先服务