（管理科学与工程专业论文）基于vmi的库存与运输联合优化问题研究.pdf

中文摘要 摘要；供应商管理库存作为一种先进的库存管理方法已经在实际中被广泛采用。 i 管理使得供应商对运输策略的选择具有了更大的自主性和能动性，因此供应商 可以选择不同的配送策略，在提高服务水平的同时寻求成本的最小化。 本文研究分析了基于v i i i 的供应商的库存控制与运输策略联合优化问题，并 建立了供应商在即时配送策略和以时间为基础的整合配送策略两种情况下的基于 库存控制与运输策略联合优化模型，以计算供应商的最佳订货量( 或者最佳整合 配送周期) ，使得供应商的长期期望平均总成本最小。模型运用了随机过程的更新 理论相关定理进行分析，并采用运筹理论中的非线性规划约束极值理论探讨模型 的计算方法。 算例分析和成本比较表明，一般情况下供应商整合配送策略下的长期期望平 均成本要比即时配送策略下的成本少；零售商需求速率和供应商配送成本对于供 应商即时配送策略下的长期期望平均成本的影响要比对于整合配送策略下的成本 影响大得多。因此一般情况下供应商宜采用以时间为基础的整合配送策略，而当 零售商需求速率较小时供应商宜采用即时配送策略。图1 5 幅，表1 7 个，参考文 献5 5 篇。 关键词：库存控制；即时配送；整合配送：联合优化模型；随机需求 分类号： a b s t r a c t a b s t r a c t ：a sa na d v a n c e dm e t h o d o n i n v e n t o r ym a n a g e m e n t , v e n d o r - m a n a g e di n v e n t o r yh a sb e e na d o p t e db r o a d l yi nr e a l i t y i nv i v l is y s t e m s ， v e n d o rc a nc h o o s ed i f f e r e n tt r a n s p o r t a t i o np o l i c i e sm o r oa c t i v e l ya n d f r e e l yt om i n i m i z e t h et o t a lc o s t sa n da l s ot oi m p r o v et h es t a n d a r do f s e r v i c es i m u l t a n e o u s l y t h ed i s s e r t a t i o n a n a l y z e si n v e n t o r y - t r a n s p o r t a t i o ni n t e g r a t e do p t i m i z a t i o n p r o b l e mf o rv m i ，a n dt w oi n v e n t o r y - t r a n s p o r t a t i o ni n t e g r a t e do p t i m a lm o d e l sf o r i m m e d i a t ed e l i v e r yp o l i c ya n dt i m e b a s e dc o n s o l i d a t e dd e l i v e r yp o l i c ya r eb u i l tt o c o m p u t et h eb e s to r d e r i n gq u a n t i t y ( o rb e s tc o n s o l i d a t e dd e l i v e r yc y c l e ) a sw e l l 嬲t o m i n i m i z el o n g - r u na v e r a g ec o s to fv e n d o r si nv m i r e n e w a lt h e o r i e so fs t o c h a s t i c p r o c e s sa r ea p p l i e dt oa n a l y z et h em o d e l s n 地s o l u t i o n sa r ea l s od i s c u s s e db yr e s t r a i n e x t r e m e v a l u et h e o r yi nn o n - l i n e a rp r o g r a m m i n go f o p e r a t i o nr e s e a r c h a se x a m p l ea n dc o s tc o m p a r i s o n ss h o w , l o n g - r u n a v e r a g ec o s tf o rv e n d o mu n d e r a t i m e - b a s e dc o n s o l i d a t e dd e l i v e r yp o l i c yi sl o w e rt h a na ni m m e d i a t ed e l i v e r yp o l i c yi n c o m m o ns i t u a t i o n ；r e t a i l e r sd e m a n dr a t ea n dv e n d o rd e l i v e r yc o s ti n f l u e n c eo nt h e l o n g - r a na v e r a g ec o s tf o rv e n d o ru n d e ra ni m m e d i a t ed e l i v e r ym o r et h a nat i m e - b a s e d c o n s o l i d a t e dd e l i v e r yp o l i c y ；a n dv e n d o rs h o u l da d o p tt h et i m e b a s e dc o n s o l i d a t e d d e l i v e r yp o l i c yc o m m o n l y , e s p e c i a l l ya d o p tt h ei n m l e d i a t ed e l i v e r yp o l i c yw h e nt h e r e t a i l e r sd e m a n dr a t ei sm u c hl o w k e y w o r d s ：i n v e n t o r yc o n t r o l ；i m m e d i a t ed e l i v e r y ；c o n s o l i d a t e dd e l i v e r y ；i n t e g r a t e d o p t i m a lm o d e l ；s t o c h a s t i cd e m a n d c l a s s n 0 l 符号集 序号符号说明 l a r 供应商向生产商的订货成本 2 c r 供应商单位商品的购入成本 3 _ i ， 供应商单位商品的库存持有成本 4 彳d 供应商配送一次的固定成本 5 c a 供应商单位运输成本 6 w 零售商单位时间单位商品的等待成本 7r供应商订货周期( 整合配送周期) 8 q 供应商的最佳订货量( 最高库存水平) 9 c ( q )供应商即时配送所负担的长时期期望平均成本 1 0 c ( q ，t )供应商整合配送所负担的长时期期望平均成本 1 l i ( 0 t 时刻供应商的平均库存水平 1 2 ( dr 时间内零售商申请的商品配送数量( 更新次数) 1 3 e z 】 ，- 时供应商平均库存持有水平 1 4 三( ，)供应商车辆在，时刻累计装载量 1 5 z ( ，)供应商在，时刻从生产商的补货量 1 6 g ( 0n ( r 1 的概率密度函数 1 7 g ( 0| ( d 的分布函数 1 8k供应商一个订货周期包含的整合配送周期数 给定供应商的初始库存水平为q 和整合配送周期为r ，供应 1 9 h ( 0 ，n 商累计到下个订货周期前的库存持有量的总和 2 0彳零售商等待时间与整合配送商品数量的和( a m o u n tw a i t i n g ) 2 1 w ( a r )一个整合配送周期内零售商等待的彳形值 致谢 本论文的工作是在我的导师李伊松副教授的悉心指导下完成的。李伊松老师 对于我的科研工作和论文提出了许多的宝贵意见，在此表示衷心的感谢。 李伊松老师严谨求实的学风和宽以待人，教书育人的高风亮节使我受益匪浅。 在三年的学习和生活中，李伊松老师给予了我很大的关心和帮助，在此我向李老 师表示由衷的谢意! 在撰写论文期间，中科院应用数学系樊玲玲博士、北京交通大学交通运输学 院交通运输系宋国华博士以及北京交通大学经济管理学院研究生毕康、阎君等同 学也对论文研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。 另外也感谢我的父母，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。 1 1 研究的背景和意义 1 1 1 研究背景 1 引言 库存控制问题和运输策略问题都可以称为运筹学研究的经典问题，关于它们 的文献都足以于计，但是将两个问题集成到一个系统中，用一个目标函数来描述 这两个相互矛盾而在物流系统优化中又十分重要的领域，则是一个较新的研究方 向。库存控制与运输策略联合优化问题主要是研究这样一类问题：在同时考虑库 存控制和运输策略的相应要素的前提下，如何有效而经济的管理和组织配送活动， 在有限( 或无限) 周期内，将一种( 或多种) 货物从一个( 或多个) 供货商配送 给一个( 或多个) 客户。 在实际的物流管理中，现代企业的大型化、国际化趋势越来越明显，如沃尔 玛要统一管理分布于1 0 个国家的5 3 0 0 多个超市；华联公司仅在上海已有几百家 分店。此时该如何调配车辆和分配库存，在平衡这两个“效益悖反”的功能要素 基础上谋求理想的运营业绩，必然要依靠先进的管理思想以及优良可靠的优化模 型对于库存控制与运输策略联合优化问题进行量化分析。尤其随着诸如v m i 等比 较新的物流管理思想被广泛采用，库存控制和运输策略联合优化问题的研究显得 更为重要，更能顺应现代物流的发展趋势。 供应商管理库存( v e n d o rm a n a g e di n v e n t o r y , v m i ) 是一种新的供应链库存管 理方法，是在零售商和供应商之间的合作性策略，供应商在一个双方协定的目标 框架下管理零售商库存。v i i 库存管理模式突破了传统的条块分割的库存管理模 式，打破了传统的各自为政的库存管理模式，以系统的、集成的管理思想进行库 存管理，体现了供应链的集成化管理思想。相对于传统的库存管理模式，精心设 计与开发的v m i 系统，不仅可以降低供应链的库存水平，而且用户还可获得高水 平的服务，并使得供应商获得更高的用户信任度。v m i 管理模式的作用具体表现为： ( 1 ) 降低库存，减少库存成本 实施v i i i 最显而易见的好处是降低了供应商和供应链下游企业的库存水平， 从而减少了供应链的库存成本。在i 模式下，供应商能够对异常的需求情况早 做准备，避免了传统情况下供应商存储过量货物以应付异常需求的情况，降低了 供应商的安全库存水平。同样由于实施i ，供应商承担了将货物及时送达买方的 责任，这样供应链下游企业对安全库存的需求也就大大降低了。 ( 2 ) 提高顾客服务水平和销售额 在v m i 库存管理系统中，通过有效的信息传递，供应商能够及时了解下游企 业的库存状况，决定补货的时机，从而使缺货情况得到改善，及时满足顾客的需 求。同时由于通过信息共享能够得到下游企业库存消耗的数据、不同地理分布的 市场情况和更多的业内信息，供应商可以适当地在不同的产品问分配投资，从而 提高销售额和投资回报率。 ( 3 ) 提高需求预测的精确度 在i 模式下，供应商可以及时获取下游企业的库存信息和产品的销售信息， 从而对市场需求预测和库存补货做出正确决策，更有效、更快速地对市场变化和 消费者需求做出快速反应。因此供应商并不依赖零售商发出的订单进行预测，而 是通过获得的顾客需求信息进行预测，从而大大提高了预测的准确度。 ( 4 ) 降低双方的某些管理费用 由于v m i 模式下供应商与下游企业频繁的信息沟通，使得双方用在处理错误 订单、协调定单与发货分歧等方面的费用将大大减少。下游企业同时节省了采购 的时间、人力和财力。此外，通过实施v i i i 而节省的库存成本和管理费用以及增 加的收入，供需双方可以各自进行再投资，进一步增加企业的竞争能力。 v m i 作为一种新的库存管理模式，在理论与实践上逐渐得到完善。它的实施已 经在众多企业获得成功。大型零售商如w a l - m a r t 以及k m a r t 都是实施v m i 的先驱 者。2 0 0 1 年雀巢和家乐福也尝试了v m i 系统，雀巢对家乐福物流中心产品到货率 由8 0 9 6 提升至9 5 ，家乐福物流中心对零售店面产品到货率也由7 0 9 6 提升至9 0 。 联想在2 0 0 4 年中旬开始对上游原材料供应商实施v m i 管理，实施一年多以来已经 取得了不错的效益，大大降低了企业的原材料库存，降低了供应链管理的成本， 提升了企业的核心竞争力。目前无论是制造型企业还是零售企业都有很成功的v m i 实施案例，i 已经是一种十分成熟的管理模式。 但是实施v m i 虽然减少了下游企业的库存、降低了运营成本，但对供应商来 说则加大了风险，提出了更高的要求。根据供应链上下游企业的基本协议，库存 成本、运输成本和意外损失不是由供应链下游企业承担，而是由供应商承担。从 基于i 的供应商库存控制方面分析，如果零售商缺货，供应商需要支付其一定 的缺货成本。从基于v l d i 的供应商运输策略方面分析，由于供应商的配送次数明 显增加，供应商可以选择不同的配送策略，在提高服务水平( 如准时送货) 的同 时寻求成本的最小化。因此供应商如何制定最优的库存控制和运输策略，成为v m i 实施过程中的关键性问题。 2 1 1 2 研究的意义 在供应链管理库存环境下，供应链的上游企业不再是被动地按照下游的订单 发货和补充订货，而是根据自己对众多下游需求的掌握，主动安排更为合理的配 送策略，既满足需方的需求，同时也使自己的库存管理、补货订货和配送策略更 加合理，从而带来供应链上供需双方的成本降低。这对下游企业来说减少了库存、 降低了运营成本，但对上游企业提出了挑战，首先是配送次数的增加，其次是对 准时送货提出了更高的要求。因此在满足下游企业需求的基础上，研究如何协调 供应商的库存控制和运输策略问题，成为实现供应链上下游企业多赢的必然要求。 在实际运作中供应商必须依靠优良可靠的优化模型，选择适当的运输策略， 对于库存控制与运输策略联合优化问题进行分析。这对于v m i 模式下供应商的库 存控制和运输策略有着重要的理论指导意义，同时能够从v m i 系统的角度使得总 运作成本最小，帮助供应商制定合理优化的库存和运输决策。本文就是针对基于 v m i 的库存控制与运输策略联合优化问题进行了初步的探讨。 1 2 国内外研究现状 单纯的库存控制与运输策略是运筹学长期研究的经典问题，对大多数实际问 题所对应的模型已有了或精确或较理想的求解算法，但对于库存与运输的联合优 化问题，尤其是在新的物流思想指导下的联合优化问题的研究却刚刚开始。目前 随着全球市场竞争的加剧，高效率及高效益的配送一体化战略开始凸显其重要性 和必要性，库存控制问题和运输策略问题的联合研究尤其是在新的管理模式下的 联合优化问题开始成为众多学者研究的重点。 1 2 1 国内研究现状 国内关于物流系统中单独的库存控制问题或者运输问题研究已经有了一定的 成果o 。l o 。研究主要集中于有提前期的安全库存问题、多级库存控制策略问题、 结盟企业的库存管理问题、准时化方式下的库存管理问题及运输线路优化调度问 题、多目标车辆优化调度问题、实时车辆调度问题等。 国内关于库存控制与运输策略联合优化问题的研究较少，研究一般集中于讨 论此类问题的重要性，或者更多侧重于运输方案的选择，基本处于对该问题的定 性研究阶段。 高梦昭。张文烈u 】( 2 0 0 3 ) 通过对1 9 6 0 年到1 9 9 6 年间美国的物流成本数据进 行统计分析，研究证明了运输成本与库存成本之间存在线性强相关关系，并以制造 业为例，证明了在单个行业中运输成本与库存成本之间也存在类似的关系； 袁达庆，游斌【1 2 1 ( 2 0 0 1 ) 对库存与运输联合优化问题进行了介绍，着重分析 了此类问题的性质和已有研究中存在的不足，并指出了潜在的研究方向； 容榕、邢相勤1 1 3 1 ( 2 0 0 4 ) 运用现代供应链理论，针对传统供应链模式中存在 的问题，提出了基于第三方物流和信息技术的库存控制与运输管理的优化模型并 为采用第三方物流策略的企业可能遇到的问题提供了一些建议和解决方法，但他 们没有提出具体求解该模型的方法； 张敏洪【1 4 1 ( 2 0 0 3 ) 在对供应链中需求、运输、库存、产品生产等分析的基础 上，提出了一种解决厂家供应链整体优化的随机线性规划模型。 陈治亚、付延冰、陆凤山等【1 5 】( 2 0 0 4 ) 应用随机过程和管理经济学理论，研究 了企业供应链中库存和运输服务，建立了单种商品的库存模型，导出了不同需求 分布和不同服务水平时订货量、订货点和最大库存容量等的计算公式，同时导出 了考虑运输费用的库存模型和合理的送货间隔时间的计算。 国内关于v , l i 问题的讨论【1 6 - , 2 3 1 多集中于介绍v m i 的基本思想、在供应链管理 方面的作用和意义、v m i 基本运营策略以及物流绩效评价等方面，基本处于v m i 的定性研究阶段，宏观说明介绍较多。 总体来看国内关于运输优化和库存控制的单独研究已经取得一定成果，这些 成果为研究运输优化与库存控制联合优化问题提供了一定的方法和手段。对于库 存控制与运输策略联合优化问题研究在理论上刚刚起步，在实际物流管理( 诸如 v m i ) 中的应用也刚刚开始。国内当前关于v m i 系统的研究多是分析v m i 系统运作 机制特点以及带给供应链成员的价值，而关于诸如v m i 运输策略与库存控制的系 统决策文章很少。 1 2 2 国外研究现状 国外对于库存控制与运输优化问题的研究已经有了一定的水平，根据不同应 用背景的实际问题所建立的研究模型十分繁多。国外的研究开始于需求确定性假 设，这便于对库存控制和运输策略联合优化问题进行分析和推导，得出的结果对 某些实际问题具有一定的指导意义；但确定性假设对实际问题却只是一种近似， 由此推得的结果对很多实际问题的应用并不理想。故近年来一些文献开始由需求 确定性假设过渡到需求服从随机分布假设进行此类问题的研究。 h a r r i s 早在1 9 1 3 年就讨论了需求速度为常量、以连续速率发运，单发点单收 点并使库存与运输总成本最小化的模型，并给出了经典的基本经济订货批量 4 ( e c o n o m i co r d e rq u a n a 埘, e o q ) 公式。h a r r i s 的单路径配送模型是基本的物流 网络模式，为复杂的物流网络模型求解提供了基础。 b u r n s 等刚于1 9 9 5 年研究了单发点多收点物流网络的联合库存和运输最小费 用问题。他们模型的特点是只有一种产品且服从确定性需求。他们提出了两种配 送策略，第一种策略是分别装载直接运送至每一零售点，使用基于e o q 的最优补 货批量；第二种策略是多销售商货物同装于一车辆而巡回送货，实行满载运输， 对该策略他们关注的是顾客的密度和同一区域的运送。在第二种策略中，客户被 分成若干交付区域，每一区域内的客户由一辆车以相同的频率配送。研究表明随 着货物价值、运送距离、区域内客户密度及库存持有费用等因素的增加，第二种 策略要优于第一种策略。这为本文提供了较明确的研究思路。 e r n s t 和p y k e t 2 n ( 1 9 9 5 ) 讨论了客户随机需求的单供应商单零售商的配送系统。 模型同时考虑库存和运输费用。他们给出的算法确定出零售商和中心仓库的最优 基本库存政策和最优的补货周期期望长度。 c h a n d r a 和凡f 加冽( 1 9 9 7 ) 讨论了单产品、一对多配送( 车队从单一原点运 输产品到多个需求点) 的联合运输和库存模型，考察了库存控制和运输操作相互 协作的优点，运用概率论并通过实证分析表明两者之间协作可以导致较大的期望 费用的节约。 s p e r a n z a 和u k o v i c h 2 7 ( 1 9 9 7 ) 研究了单发点单收点时间离散的确定性模型。 模型的目标是在多商品的系统中确定每一商品的期望配送频率，并通过建立混合 整数规划来求解。结果显示将配送频率共享用一辆车配送是最好的配送策略。 c h e n 和z h e n t 2 8 】( 1 9 9 8 ) 讨论了多级包括订货费用的库存系统，对泊松需求的 多级配送系统通过启发式算法给出了近似最优解。该算法首先给出了费用函数的 上界和下晃，然后使其最小化从而获得启发式解，即近似最优解。 s i l a 和c h u n g - y e e 2 9 1 , 寸论了有关整合配送策略，考虑了库存和运输相关成本， 建立模型并指出整合配送策略的优势，着重对以时间为基础的整合配送策略进行 了初步的探讨和假设，讨论了总运作成本的组成部分，但其并没有对总目标函数 进行求解和分析。 p ，弦一o l ( 2 0 0 1 ) 研究一个零件供应商到一个装配工厂( 点对点) 以满足给定 生产计划的供应问题。研究将库存和运输作为一个系统，在不考虑车辆的行驶线 路的前提下得出结论联合优化研究可以节约期望配送费用约1 2 。 b h a t 等d 1 l ( 2 0 0 1 ) 研究了在考虑运输费用情况下的随机库存过程和补货策略， 并建立了相关模型，运用随机过程理论进行求解，讨论了解的唯一性和近似性。 研榭【3 习( 2 0 0 2 ) 研究了齐次泊松分布的延伸更新过程理论，推导出相关 定理和结论，并初步讨论了需求符合更新过程( 齐次泊松分布) 的库存控制模型， 运用概率论对模型的解进行了讨论。 总体看来国外库存与运输决策联合优化研究的现有成果对确定性需求的各种 模型研究文献较为丰富，研究思路和成果已经较为成熟；但对随机性需求的各种 模型的研究较为困难，很多的实际问题即使可进行较准确地描述，但往往难以找 到较好的求解算法。从供应链拓扑结构分析，国外对典型的一对多配送网络模型 开始有一些成果。 综上，国内外关于运输与库存联合优化问题的相关文献对于本文的讨论有一 定的启发和指导意义。首先，b u r n s 的研究为本文提供了较为明确的思路，即通过 比较不同配送策略下的运作成本，研究考虑运输成本条件下的运输与库存联合优 化问题。其次，运输策略与库存控制联合优化问题的需求一般服从随机过程( 更 新过程) ，这为运用概率论和随机理论对模型进行分析和讨论奠定了基础；再次， 一般将供应链系统的总运作成本期望值( 或者平均期望值) 作为研究运输与库存 联合优化问题的目标，在考虑不同配送策略情况下对问题进行必要的假设和讨论 成为研究此类问题的主要思路；此外不确定性需求模型的准确解一般很难求得， 有必要将模型参数进行转换，并应用确定性需求的研究成果进行近似。 1 3 研究主要内容和方法 本文分析了基于v i i i 的供应商的库存控制与运输策略及其联合优化问题，并 重点介绍了供应商两种不同的配送策略一即时配送策略和以时间为基础的整合 配送策略。研究的核心内容是从供应商的角度建立在两种不同配送策略下的库存 控制和运输策略联合优化模型，目标是使得供应商的长期期望平均总成本最小， 通过算例比较分析两种策略下供应商的运作成本，总结出两种策略的适用范围， 对于实际i 运营模式中供应商的运输配送策略提出借鉴。 本文在随机性需求的假设下进行研究，假设配送的零售商为多个而非只有一 个，这样更符合实际要求且更能体现v m i 的管理思想。模型参数反映了供应商的 库存成本和配送成本，采用了随机过程中更新理论的有关定理分析模型，并参考 了需求确定性条件下的库存控制模型来建立两种策略下的供应商库存控制与运输 策略联合优化模型，模型的求解采用了运筹理论中的非线性规划约束极值理论。 1 4 论文框架结构 本文的内容主要分为五章。 第一章介绍了研究的背景和意义，结合国内外在该方向上的研究现状提出了 6 本文研究的主要内容和研究方法； 第二章介绍了供应商管理库存的基本概念、基本思想，并分别介绍了基于v u i 的供应商库存控制问题和运输策略问题的特点以及不同的配送策略，最后从库存 控制与运输策略联合优化的一般性问题引出了基于v i i i 的库存控制与运输策略联 合优化问题的基本特征和假设。 第三章通过设定有关参数，分别建立了在供应商即时配送策略下基于v m i 的 库存控制与运输策略联合优化模型和在供应商以时间为基础的整合配送策略下基 于v w i 的库存控制与运输策略联合优化模型，并对模型进行了分析和求解。 第四章通过给定参数值，以实际算例求解两个优化模型，并对模型中参数的 敏感性进行了分析。最后通过比较模型的目标成本，给出了两种策略的实际适用 范围。 第五章进行了全文总结，并分析了该方向有待于进一步研究的问题。 7 2 基于v m i 的库存控制和运输策略问题分析 库存决簧和运输策略始终是运筹学研究的经典问题，随着v g i 等新的物流管 理思想的广泛应用，研究库存决策与运输策略联合优化问题更符合现代物流的本 意。而在v g l 管理模式下，供应商如何制定最优的库存控制方法和运输策略，成 为v m i 运营策略的关键问题。因此，将v m i 模式下的供应商库存控制和运输策略 看作一个大问题，建立基于v i d l 的库存控制与运输策略联合优化模型，侧重从理 论上分析和求解某类具体的联合优化问题，可以帮助供应商制定合理优化的库存 和运输决策。 当同时考虑i 模式下的库存和运输问题，设计或优化一个实际的物流系统 时，首先必然要了解v m i 的基本思想，然后从供应商的角度对库存控制和运输策 略两个方面分别进行分析。 2 1 供应商管理库存的基本思想 2 1 1 m 的概念 供应商管理库存( v e n d o rm a n a g e di n v e n t o r y , v m i ) 是指一种在客户和供应商 之间的合作性策略，在一个双方协定的目标框架下由供应商来管理库存。i 库存 管理模式突破了传统的条块分割的库存管理模式，打破了传统的各自为政的库存 管理模式，以系统的、集成的管理思想进行库存管理，体现了供应链的集成化管 理思想，适应市场变化的要求，使供应链系统能够获得同步化的运作，是一种新 的有代表性的库存管理思想。 v m i 的管理模式如图2 - i 所示： 3 2 1 2v m i 的基本思想 v m i 的基本思想是在用户和供应商之间形成的合作性策略，以对双方来说都 是最低的成本优化产品的可获性，在一个相互同意的目标框架下由供应商管理库 存，这样的目标框架被经常性监督和修正，以产生一种连续改进的环境。 v m i 的关键措施主要体现在如下几个原则中：1 、合作性原则；在实施该策略 时，相互信任与信息透明是很重要的，供应商和用户( 零售商) 都要有较好的合 作精神，才能够相互保持较好的合作。2 、互惠原则；v m i 不是关于成本如何分配 或谁来支付的问题，而是关于减少成本的问题。通过该策略使双方的成本都获得 减少。3 、目标一致性原则；双方都明白各自的责任，观念上达成一致的目标。如 库存放在哪里，什么时候支付，是否要管理费，要花费多少等问题都要回答，并 且体现在框架协议中。4 、连续改进原则；使供需双方能共享利益和消除浪费。v m i 的主要思想是供应商在用户的允许下设立库存，确定库存水平和补给策略，拥有 库存控制权。 2 2 基于v m l 的库存控制分析 2 2 1v m i 的库存控制内容和目标 供应商通过v m i 模式，整合了供应链上的库存管理职能，其库存控制的内容 主要是根据通过信息共享而获得的下游企业需求情况，结合供应商的经营目标来 决定供应商的库存量、订货时间及订货量等。与传统库存模式不同，i 实际上是 对传统库存控制策略进行“责任倒置”后的一种库存管理方法，具体的说i 的 库存控制内容就是要解决供应商决策的以下问题：在独立需求条件下，供应商何 时补货( 订货) ? 补充( 订货) 多少? 库存系统的基本库存、安全库存、周转率 等各是多少? 如果下游企业缺货，供应商支付的缺货成本多少? 供应商在v m i 模式下的库存控制是在动态中达到最优化的目标，供应商应尽 量减少因下游企业订单决策失误所带来的库存积压或者库存短缺问题，力求尽可 能地降低自身库存，提高供应链的整体效益。供应商基于i 的库存控制目标主 要有两个：一个是降低库存成本，二是提高顾客服务水平。这两个目标存在悖反 关系，就是说在等同的环境情况下，供应商想要提高服务的水平就必须付出高额 的成本；同样想要降低成本有时不得不以降低服务水平为代价。供应商基于i 的库存控制目标就是要在两个目标之间寻求平衡，使得供应商效益最大化。同时 在满足下游企业需求的情况下，使得下游企业对于安全库存的需求减少，而能够 9 专注于产品的分销和市场开发，增强供应链对市场变化的应变能力，提高其综合 竞争实力 2 2 2 基于v m i 的供应商库存成本 v s i 模式整合了供应链的库存职能，为及时满足下游企业的需求，供应商必须 保存一定的安全库存，同时也要周期性地向生产商补货，维持基本库存量。从供 应商角度分析由此而产生的库存成本包括： 1 、供应商库存持有成本 库存持有成本是因供应商一段时间内存储或持有商品而发生的，即货物从入 库到出库期间所发生的成本，大致与所持有的平均库存量成正比。主要包括空间 成本、资金成本、库存服务成本和库存风险成本。其中空间成本是因占用存储建 筑内立体空间所支付的费用( 仓库设施的运行费、维修费、折旧费、仓库工作人 员的工资以及仓库的其他日常管理费等) ；资金成本是指库存占用自己的成本即存 货占用资金应计的利息( 机会成本) ；库存服务成本主要是指有关库存的保险费； 库存风险成本指的是与产品变质、短少( 偷窃) 、破损或报废相关的费用。 2 、供应商订货成本 订货成本是指供应商为了维持库存向上游企业( 生产商) 订购货物所发生的 成本。它包括手续费、催货跟踪费、收获费、有关人员的工资费用等。一般情况 下，供应商订购成本与订购次数直接有关，而与订货量无关。 3 、供应商购入成本 购入成本是指供应商从上游企业( 生产商) 购入货物本身的成本。它包括货 物价值、运输装卸费、保费及装运过程中的损耗等。供应商购入成本与所选购货 物的品种、规格和数量、运输方式和路线等因素有关。 4 、供应商缺货成本 当下游企业下达订单，但所订货物无法由供应商供货时，就产生了供应商缺 货成本。缺货成本包括失销成本和客户等待成本。失销成本是当下游企业选择收 回购买要求时产生的，它本应获得的销售利润，也可能包括缺货成本对未来销售 造成的消极影响。客户等待成本是当客户愿意等待订单履行从而出现订单履行的 延期而产生的，同时也包含失去未来销售机会的成本。供应商缺货成本的高低与 供应商库存量有关：当库存量较大时，缺货的次数和数量就相对较少，缺货成本 就可能较低，但持有成本必然较高；另一方面当库存量小时缺货成本可能较高， 而存储成本可以较低。 与传统库存理论相同，要确定供应商订购量补足库存，就要对其相关成本进 l o 行权衡。基于v m i 的供应商的库存成本关系如图2 2 ： 供 应 商 库 存 相 关 成 本 q 供应商订购数量q 图2 - 2 供应商库存成本的关系 f i g u r e2 - 2r e l a t i o n sb e n v e e ni n v e n t o r yc o s t so f v e n d o r 2 2 3 基于v m i 的供应商基本库存补给策略 供应商库存补给策略是确定供应商什么时候应该向上游企业补充库存，以及 每次的补货量是多少的策略。在v m i 模式下，从供应商的角度分析库存补给策略 有助于进一步选择供应商库存控制模型。这里我们研究的是独立需求条件下的库 存控制方法，因此供应商的订货点控制策略是建立基于i 的库存控制与运输策 略联合优化模型的基础。一个好的库存补给策略，既可以使供应商库存总成本最 小，也可以尽量减少因缺货而产生的客户等待成本。 在库存控制系统中，订货量和订货频率( 订货周期) 是两个主要的变量，两 个变量的不同变动组合形成多种库存补给策略，主要分为连续性检查和周期性检 查两种类型。这里主要参考传统库存控制方法中的补货策略，从供应商库存控制 的角度，介绍四种基于i 供应商的库存补给策略。 1 、 ，鼬策略 图2 - 3 为固，刚策略的示意图。该策略的基本思想是：供应商对库存进行 连续性检查，当库存降低到订货点水平s 时，即向生产商发出一个订货请求，每 次的订货量保持不变，都为固定值q 。该策略适用于需求量大、缺货费用较高、 需求波动性很大的情形。 2 、商，印策略 该策略和他，s ) 策略一样，都是连续性检查类型策略，也就是供应商要随 时检查库存状态，当发现库存降低到订货点水平s 时，即向生产商开始订货，订货 后使最大库存保持不变即为常量若供应商发出订单时库存量为厶则其订货量 即为( s - 1 a 该策略和 ，s j 策略的不同之处在于供应商订货量是按实际库存而 定，因而订货量是可变的。 当j = o ，s = q 时，这里q 表示供应商的最高库存水平，即巾，q ) 策略。其 含义是当供应商发现库存降低到订货点0 时，即向生产商开始订货，订货后使最 大库存保持不变即为常量q 。第三章中的优化模型就是基于，q ) 的库存补给 策略假设，是本文研究的基于v m i 的重点补货策略。 l l。 订 货 量 l q l 。订货点 呻h 卜时间 击詈嘏 图2 - 3v m i 固，刚策略 3 、p ，矽策略 f i g u r e2 - 3 阻印p o l i c yf o rv m i 该策略是周期性检查策略。该策略确定固定的订货周期和最大库存量，不设 定固定订货点。而根据每一检查周期需求量的变化而改变订货数量。供应商对每 一商品规定一个最高库存量s ，每隔一定时间间隔f 供应商检查一次库存量，当库 存量低于最高库存量s 时，即向生产商发出一次补货订单，把现有库存补充到最 大库存水平s 。如此周期性检查库存，不断补给。该策略适用于一些不很重要的、 或使用量不大的物资。 4 、p ，s ，黟策略 该策略是策略以刚和策略囟刚的综合。这种补给策略有一个固定的检查 周期t 、最大库存量s 、固定订货点水平s 。当供应商经过一定的检查周期t 后，若 库存低于订货点，供应商即向生产商发出订货，否则不订货。订货量的大小等于 最大库存量减去检查时的库存量。如此周期进行下去，实现周期性库存补给。 2 2 4 基于v m i 的供应商基本库存控制模型 传统的库存控制方法是基于满足用户需求和降低成本的目标而建立的，其库 存控制的核心就是根据自身库存的需求特点，在实现一定的客户服务水平的条件 下，使自身库存成本费用最小。而基于v m i 的库存控制是要寻求供应链上下游企 业总物流成本最小化以及客户服务水平的提高，供应商应尽可能从总体物流成本 最小化以及客户服务水平最大化出发制定库存决策。 1 2 这里要讨论的基于i 的库存控制模型的前提是独立需求条件。所谓独立需 求是指需求变化独立于人们的主观控制能力之外，因而数量与出现的概率是不确 定的。参考传统库存控制模型，基于v m i 的基本库存控制模型根据其主要的参数， 如需求量与提前期是确定的还是随机变化的，分为确定型库存模型和随机型库存 模型。 1 、确定型库存控制模型 所谓确定型库存控制模型，是指供应商的需求量、前置期都是确定条件下的 库存控制模型。模型需要确定订货点和订货量两个参数，也就是解决 ，s 夕库 存补给策略的两个参数的设定问题。从供应商的角度分析，w i 的确定型库存控制 模型可以分为：( 1 ) 不允许缺货、瞬时到货的库存控制模型；( 2 ) 允许缺货、瞬 时到货的库存控制模型；( 3 ) 不允许缺货、持续到货的库存控制模型；( 4 ) 允许 缺货、持续到货的库存控制模型；( 5 ) 价格有折扣的库存控制模型。 鉴于篇幅有限，为了同第三章的优化模型进行比较，这里只简单讨论供应商 不允许缺货、瞬时到货的确定型库存控制模型和供应商允许缺货、瞬时到货的确 定型库存控制模型，其他模型参见有关文献。 ( 1 ) 不允许缺货、瞬时到货的确定型库存控制模型 假设条件：供应商的缺货成本无穷大( 不允许缺货) ；供应商当货物库存 量降为零时，可以立即得到补充( 即前置期很短，可以近似看作零) ；零售商的 需求是连续的、均匀的，设需求速度为r ( 单位时间需求量) 为定值，则t 时间内 的需求量为瓜；供应商每次订货量不变，订货成本不变；供应商单位存储成 本不变； 圉2 - 4 供应商不允许缺货、瞬问到货的确定型库存模型 f i g m 2 - 4 d c t c r r a i n i s t i c i n v t o r y m o d e l w i t h n s t m l t m , k o u s r e p l m i s h m e n t a n d a l l o w i n g n o t b c i 惦o u t o f s t o c k f o r w n d o r 如图2 - 4 所示，随着时间的推移，供应商的库存量以r 的速度下降，经过时 间t 后供应商库存已经全部配送给零售商，此时供应商开始向生产商订货q 。由于 是瞬时到货( 前置期为零) ，供应商库存量立即上升为q 。然后开始下一个周期， 周而复始，形成供应商多周期库存控制模型。 有关参数为：4 表示供应商向生产商的订购成本；c 。表示供应商单位购入成 本；h 表示供应商单位库存持有成本；由图2 - 4 可以得出订货成本为以+ g r t ； t 时间内供应商平均存储量为r t 2 ，t 时间内所需平均持有成本为h r t 2 ； 因此供应商t 时间内总的平均费用c ( f ) = 4 t + c 。r + h r t 2 ；因此问题转化 为t 取何值c ( t ) 取得最小值。只需对上式利用微积分求最小值的方法求出 f = 惜妒地一半 ( 2 1 ) 式( 2 1 ) 即为经典的经济订货批量模型伍d q q 称为经济订购批量，广称 为最佳订货周期； ( 2 ) 允许缺货、瞬时到货的确定型库存控制模型 在这种情况下，供应商可以暂时缺货而不必完全满足零售商的要求。由于允 许缺货，所以供应商在库存量降至零以后，还可以等一段时间再向生产商订货。 那么一方面由于供应商订货周期的延长使一定时间内的订货次数减少了，因而节 省了订货成本；另一方面缺货时的库存量为零，使得供应商整个库存周期的平均 库存量也减少了，因而又降低了供应商的储存成本。当然这种情况会造成缺货损 失，例如丧失销售机会、企业声誉受损等。只要缺货损失小于因缺货而带来的各 项成本的节省。 图2 - 5 供应商允许缺货、瞬间到货的确定型库存模型 f j g l m 2 5d c 耙m m 蜥c i n w n m r y m o d e l w i t h i n s m n u r e p l e n i s h m e n ta n d a l l o w i n g b e i n g o u t o f s t o c k f o r v d o r 本模型的假设条件除允许供应商缺货外，其余条件皆与模型( 1 ) 中相同，如 图2 - 5 所示，参数设置增加w 表示单位缺货成本，同理可得经济订购批量： = 牌w ( 2 2 ) 2 随机型库存控制模型 所谓随机型库存控制模型就是指在供应商库存需求量、前置期以及订货完成 时间等因素存在不确定的条件下所采用的库存控制模型。而这些不确定因素的变 1 4 化规律应是已知的，可用相符的概率分布规律替代。由于在实际中绝对的确定是 不存在的，所以随机型库存控制模型更贴近实际。 在随机型库存控制模型中，g o o 的计算是十分复杂的，它是订购成本、持有 成本、缺货成本等的总期望最小值的订货批量。而为了计算相关成本的数学期望 必须了解需求的概率分布规律，并利用概率密度函数与分布函数进行一系列的运 算。随机型库存模型要解决的问题是：确定经济订货批量或经济订货期；确定订 货点和订货后最大库存量。由于随机型库存控制模型更贴近实际，所以在第三章 中将讨论不确定因素是随机变量时的基于v m i 的库存控制与运输策略优化模型。 2 3 基于v mi 的供应商运输策略分析 运输是供应链运作管理的必需环节，运输成本也是供应链物流成本中比重最 大的部分，因此以良好的运输策略作为基础，企业的竞争能力将会大大提高。同 样在v m i 模式下，供应商不再是被动地按照下游的订单发货和补充订货，而是根 据自己对众多下游需求的掌握，主动安排运输策略( 这里只考虑供应商与零售商 间的运输问题) 。应该说i 使得供应商对运输策略的选择具有了更大的自主性和 能动性，其目标是要满足下游企业需求的同时降低自身的成本。 基于i 的运输策略是供应商根据下游企业( 零售商) 的需求规律和地理方 位以及自身的库存水平、运输车队等情况而选择有效的运输策略，内容主要包括 运输方式选择、路径和网络选择、配送策略选择等方面。 2 3 1 供应商运输方式选择 同供应链管理理论中的运输问题相同，供应商在v m i 模式下的运输方式主要 包括铁路、公路、水运、航空和管道五种不同的运输方式或者多种方式的联合。 各种运输方式提供的运输服务各有其优势和不足。彼此之间既存在着竞争的关系， 也有着取长补短的互补协作关系。如果将供应商的运输问题看作基于i 的库存 控制与运输策略联合优化问题的子问题来讨论，供应商既要注意到每种运输方式 自身的特点，又要考虑到运输方式选择的不同对库存控制的影响。 事实上以上五种运输方式及其多种方式的联合是一种狭义运输方式的概念。 在本文