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供应链环境下的库存管理及成本优化研究 摘要 进入2 l 世纪，随着信息化技术的迅速发展，全球化市场的逐步形成，企业面 临着在全球范围内竞争资源与市场，i e l 的管理模式己经不能适应这种新的需要， 竞争已经由单一企业之间的竞争发展为供应链之间的竞争。供应链管理就是在这 种背景下应运而生的。随着供应链管理思想的提出，传统的库存控制理论面临着 挑战。供应链环境下的库存问题和传统的库存问题有许多不同点，这些不同点正 体现了供应链管理思想对库存管理的影响。 本文在已有文献的基础上采用定性和定量分析相结合的方法，研究供应链中 的库存管理闯题，给出库存管理优化策略。随着电子商务的发展，企业闯订货作 业变得简单、快捷，为降低库存成本，增强市场应变能力，小批量、多批次配送 越来越得到人们的广泛关注，为此，我们在第三章建立相应的数学模型，允许供 应商在零售商的一次订购中采取多批次合理数量的运送，以达到降低供应商和零 售商的库存成本为目的，从而降低供应链的总成本。并通过对模型的分析以及数 值模拟测验，验证模型的合理性和有效性；在第四章研究了包括多个分销商的三 级供应链模型，对模型的求解提出了两种算法：优化算法和启发式算法。同时通 过数值模拟分析该算法所产生的微小误差。供应链一般由三个基本阶段构成：采 购、生产和分销，所以三级供应链作为一种非常简单但又非常典型的供应链，它 所存在的问题是复杂供应链及供应链网络问题的缩影。因此，本文的优化分析对 我国正在实旌供应链管理的企业具有较好的参考价值。 关键宇：供应链；供应链管理；库存管理；库存控制：启发式算法 i i 硕士学位论文 a b s t r a c t i n2 1 “c e n t u r y ，w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ei n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y ，t h et a k i n g s h a p eg r a d u a l l yo f g l o b a l i z a t i o nm a r k e t ，e n t e r p r i s e sf a c ec o m p e t i n gf o rt h er e s o u r c ea n d m a r k e ti nt h ew o r l d t h eo l dm a n a g e m e n tm o d ec a n 。ta l r e a d ym e e ts u c hn e wn e e d t h e c o m p e t i t i o nb e t w e e ne n t e r p r i s e sh a st u r ni n t oc o m p e t i t i o nb e t w e e ns u p p l yc h a i n s t h e s u p p l yc h a i nm a n a g e m e n ta r i s e su n d e rt h i s 虹n do fb a c k g r o u n d w i t ht h ed e v e l o p m e n t o fs u p p l yc h a i nm a n a g e m e n t , t h et r a d i t i o n a li n v e n t o r yc o n t r o lt h e o r yf a c e st h e c h a l l e n g e t h e r ei sag r e a tg a pb e t w e e ns u p p l yc h a i ni n v e n t o r ya n dt r a d i t i o n a li n v e n t o r y t h e o r y i nt h i s p a p e r ，w es t u d ys u p p l yc h a i ni n v e n t o r yp r o b l e mf r o mt h ev i e wp o i n to f q u a n t i t a t i v ea n dq u a l i t a t i v e w ep r o p o s e dap o l i c yt oo p t i m i z et h es u p p l yc h a i n i n v e n t o r yc o s t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fe l e c t r o n i cc o m m e r c e ，t h eo r d e r sa m o n g e n t e r p r i s e st e n dt ob es i m p l ea n df l e x i b l e i no r d e rt or e d u c ei n v e n t o r yc o s t ，e n h a n c e a d a p t a b i l i t y t om a r k e t ，m o r e e n t e r p r i s e s h a v eb e e ni n t e r e s t e di ns m a l ls c a l e m u l t i d e l i v e r yd i s t r i b u t i o np r o b l e m s i nt h i st h e s i s ，w ee s t a b l i s ham a t h e m a t i c a lm o d e l i nc h a p t e r3 i no r d e rt or e d u c et h ei n v e n t o r yc o s t ，t h es u p p l i e rc o n s i d e r st od e l i v e r i n g p r o d u c t sf o rr e t a i l e r so r d e rq u a n t i t yi naw a yo fm u l t i s t a g e i nt h i sw a y , i ti sd e s i r a b l e t or e d u c et h et o t a lc o s to ft h es u p p l yc h a i n w et h e nt e s tt h em o d e lt h r o u g hn u m e r i c a l s i m u l a t i o n t h em s u l ts h o wt h er a t i o n a l i t ya n de f f i c a c i o u so ft h em o d e l i nc h a p t e r4 ， w ep r o p o s eat h r e e - s t a g es u p p l yc h a i nm o d e li n v o l v i n gs e v e r a ld i s t r i b u t o r s t w o a l g o r i t h m s a r ep r o p o s e di nt h es o l u t i o n ：t h e o p t i m a ia l g o r i t h ma n dt h eh e u r i s t i c a l g o r i t h m t h eh e u r i s t i ca l g o r i t h mm a k e sm o r ee f f i c i e n tt h ec o m p u t i n go p e r a t i o nt h a t i n v o l v e si n c r e a s e dn u m b e r so fd i s t r i b u t o r s t h r o u g hn u m e r i c a le x p e r i m e n t st h e m a r g i n a le r r o rc a u s e db yt h ea l g o r i t h mi sa n a l y z e d as u p p l yc h a i ni su s u a l l yd i v i d e d i n t ot h r e eb a s i cs t a g e s ：p r o c u r e m e n t , p r o d u c t i o na n dd i s t r i b u t i o n p r o b l e m si nt h ev e r y s i m p l eb u tt y p i c a lt h r e e - s t a g es u p p l yc h a i na r et h em i n i a t u r eo ft h o s eo fac o m p l e xa n d n e t w o r ks u p p l yc h a i n t h e r e f o r e ，t h eo p t i m i z a t i o na n a l y s i si nt h ep r e s e n tt h e s i sc a n s e r v ea sg o o dr e f e r e n c ef o re n t e r p r i s e si nc h i n aw h i c hi si m p l e m e n t i n gs u p p l yc h a i n m a n a g e m e n t k e yw o r d s ：s u p p l yc h a i n ；s u p p l yc h a i nm a n a g e m e n t ；i n v e n t o r ym a n a g e m e n t ； i n v e n t o r yc o n t r o l ；h e u r i s t i ca l g o r i t h m l l i 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名：考窖彦 日期：h 。存年月；。日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇 编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“4 ”) 作者签名： 导师签名： 日期：扣- 辟月 口日 日期：夕彰摔印月勘日 硕士学位论文 第1 章绪论 2 0 世纪9 0 年代以来，随着信息技术的迅速发展，全球化市场的逐步形成，企 业面临着在全球范围内竞争资源与市场，旧的管理模式已经不能适应这种新的需 要，由此需要探索一种能够适应新的竞争环境下的管理模式和管理方法。供应链 管理就是在这种背景下应运而生的。本文主要对供应链环境下的生产库存管理模 型及其优化问题进行研究。 1 1 供应链以及供应链管理 1 1 1 供应链概念及其特点 供应链目前尚未形成统一的定义，许多学者从不同的角度出发给出了许多不 同的定义。早期观点认为供应链是制造企业中的一个内部过程，它是指把从企业 外部采购的原材料和零部件，通过生产转换和销售等活动，再传递到零售商和用 户的一个过程。传统的供应链概念局限于企业的内部操作层，注重企业自身的资 源利用。后来供应链的概念注意了与其他企业的联系和供应链的外部环境，认为 它是一个“通过链中不同企业的制造、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”“1 。美国的史迪文斯( s t e v e n s ) 认为：“通过增值 过程和分销渠道控制从供应商的供应商到用户的用户的流就是供应链，它开始于 供应的源点，结束于消费的终点”0 1 这个定义注意了供应链的完整性，考虑了供 应链中所有成员操作的一致性( 链中成员关系) 。到了最近，供应链的概念更加注 重围绕核心企业的网链关系，如核心企业与供应商、供应商的供应商乃至与一切 前向的关系，与用户、用户的用户及一切后向的关系，像丰田、耐克、尼桑、麦 当劳和苹果公司的供应链管理都从网链角度来实旋哈理森( h a r r i s o n ) 将供应链定 义为：“供应链是执行采购原材料、将它们转换为中间产品和成品、并且将成品销 售到用户的功能网链。1 。菲力浦( p h i l l i p ) 和温德尔( w e n d e l l ) 认为供应链中战略伙 伴关系是很重要的，通过建立战略伙伴关系，可以与重要的供应商和用户更有效 地开展工作闯。在研究分析的基础上，本文给出一个供应链的定义：供应链是围绕 核心企业，通过对信息流、物流、资金流的控制，从采购原材料开始，制成中间 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。它是一个范 供应链环境下的库存管理及成本优化研究 围更广的企业结构模式，它包含所有加盟的节点企业，从原材料的供应开始，经 过链中不同企业的制造加工、组装、分销等过程直到最终用户。它不仅是一条联 接供应商到用户的物料链、信息链、资金链，而且是一条增值链，物料在供应链 上因加工、包装、运输等过程而增加其价值，给相关企业都带来收益”3 。 根据以上供应链的定义，其结构可以简单地归纳为如图i 1 所示： 物料供应商制造生产分销零售用户 ti 土i， 信息河资金流 图1 1 供应链的网链概念示意图 从供应链的结构模型可以看出，供应链是一个网链结构，由围绕核心企业的 供应商、供应商的供应商和用户、用户的用户组成。其中一个企业是一个节点， 节点企业和节点企业之间是一种需求与供应关系。因此，供应链有以下几个特征。1 ： ( 1 ) 复杂性。因为供应链节点企业组成的跨度( 层次) 不同，供应链往往由多个、 多类型甚至多国企业构成，既有交叉，又有嵌套，所以供应链结构模式比一般单 个企业的结构模式更为复杂。 ( 2 ) 动态性。从供应链整体来看，系统结构的稳定是相对的，企业为了正常的 生产经营，各节点企业之间需要建立长期的战略合作伙伴关系，以增加融合，稳 定供需。但随着市场需求的变化以及供应链竞争优势的相对改变，供应链上的节 点企业需要动态更新，核心企业要寻求更为有利的供应商、制造商或分销商，以 保持或增强整体竞争优势，因此供应链中的节点企业需要动态的更新，这就使得 供应链具有明显的动态性。 ( 3 ) 面向用户需求。供应链的形成、存在、重构，都是基于一定的市场需求而 发生，并且在供应链的运作过程中，用户的需求拉动是供应链中信息流、物流服 务流、资金流的驭动源。 硕士学位论文 ( 4 ) 交叉性。不同的供应链可能形成交叉结构，节点企业可以是这个供应链成 员，同时又是另一个供应链的成员，众多的供应链形成交叉结构，增加了协调管 理的难度。 1 1 2 供应链管理( s u p p l yc h a i nm a n a g e m e n t ) ( 1 ) 供应链管理的概念 对供应链管理这一复杂系统，要想取得良好的绩效，必须要找到有效的协调 管理方法，供应链管理思想就是在这种环境下提出的。对于供应链管理，有许多 不同的定义和称呼，如有效用户反应( e c r ) 、快速反应( q r ) 虚拟物流( v l ) 或连 续补充( c r ) ，等等这些称呼因考虑的层次、角度不同而不同，但都通过计划和控 制实现企业内部和外部之间的合作，实质上它们一定程度上都集成了供应链和增 值链两个方面的内容。 供应链管理是一种集成的管理思想和方法，它把供应链上的各个企业作为一 个不可分割的整体，使供应链上各个企业分担的采购、生产、分销和销售的职能 成为一个协调发展的有机体。供应链管理是一种集成化的管理模式，强调核心企 业与相关企业的协调关系和信息集成，通过信息共享，实现资源的优化配置和企 业效率的提高，从而实现用户服务水平的提高和总的交易成本的降低旧。 ( 2 ) 供应链管理的主要内容及方法 供应链管理主要涉及到四个方面：供应( s u p p l y ) 、生产计划( s c h e d u l ep l a n ) 、 物流( l o g i s t i c s ) ，需求( d e m a n d ) 0 1 。供应链管理是以同步化、集成化生产计划为指 导，以各种技术为支持，尤其以i n t e m e t i n t r a n e t 为依托，围绕供应、生产作业、物 流、满足需求来实施的。供应链管理主要包括计划、合作、控制从供应商到用户 的物料和信息。供应链管理的目标在于提高用户服务水平和降低总的交易成本， 并且寻求两个目标之间的平衡。 在这四个方面的基础上，可以将供应链管理细分成职能领域和辅助领域。职 能领域主要包括产品工程、产品技术保证、采购、生产控制、库存控制、仓储管 理、分销管理等。辅助领域主要包括客户服务、制造、设计工程、会计核算、人 力资源、市场营销等。 供应链管理研究中所使用的方法包括：( 1 ) 线性规划和非线性规划，此方法适 用于确定性需求情形下的单阶段库存控制问题研究“；( 2 ) 动态规划和马尔可夫 决策模型，适用于时间可分为多个周期的情形“。( 3 ) 对策理论，适用于系统中 存在多个成员竞争的对策问题o “；( 4 ) 图论，适用于多节点之间的库存配置、运输 问题和区域划分问题等方面“；( 5 ) 启发式算法和计算机仿真，是用于比较复杂模 垡鏖壁堑丝e 盟鏖查笪堡墨盛查垡些竺塑 型的近似最优解的求解问题和性能的分析评估“。 ( 3 ) 供应链管理的特点 供应链管理与传统的企业管理有着明显的不同，它的特点主要有以下几个方 面： 1 ) 供应链管理是把供应链中所有的节点企业看作是一个整体，只是这个整体 不是物理意义上的整体，而是逻辑上的整体。供应链管理涵盖的是从供应商到最 终用户的采购、制造、分销、零售等职能领域过程。 2 ) 供应链管理强调并依赖战略管理。“供应”是整个供应链中节点企业之间 事实上共享的一个概念( 任何两个节点之间都是供应与需求的关系) ，同时它又是 一个重要战略意义的概念，因为它影响或者可以认为它决定了整个供应链的成本 和市场占有份额。 3 ) 供应链管理最关键的是需要采用集成的思想和方法，而不仅仅是节点企业、 技术方法等资源的简单的连接。 4 ) 供应链管理具有更高的日标，通过管理库存和合作关系，以求用尽可能小 的成本和费用去达到高水平的服务，而不是仅仅完成一定的市场目标。 ( 4 ) 供应链管理的基本原则 1 ) 供应链上的每个供应商以最低的成本和费用持续可靠的满足客户的需求； 2 ) 供应链管理从一个全新的高度对物流和信息流进行有效的管理，其侧重点 在于公司之间或公司内部之间的链接。因此是一种对原材料供应商、生产制造商、 批发商、零售商以及最终消费者等组成的系统进行的管理。每个贸易伙伴都是该 系统的一个子系统： 3 ) 节点企业之间的密切合作，共享信息，共担风险； 4 ) 先进的管理思想和i t 技术相结合，充分应用现代化的管理手段。 供应链管理是在满足服务水平需要的同时，为了使得系统成本最小而采用的 把供应商、制造商、物流企业、批发商和零售商有效的结合成体来生产销售商 品，并把正确数量的商品在正确的时间配送到正确的地点的一套方法。包括供应 链中各个环节内部的计划、设计和管理等活动，以及各个环节之间的相互协作， 物流、资金流和信息流的管理等“。 在供应链管理中涉及到了三种不同的流，即物流、资金流和信息流。物流向一方 流动，而资金流向相反方向流动。信息流是双向流动的，需求信息流自上而下流 动，而供应信息流自下而上流动。 ( 5 ) 供应链管理的思想 1 ) 系统思想 硕士学位论文 供应链管理不是封闭孤立的看待企业的生产、采购和销售等经营活动和过程， 而是突破企业界限束缚，将企业的产、供、销活动与其他市场经济实体及其活动 建立外部联系，将供应商、生产商、分销商和消费者视作一个有机联系的整体， 建立统一的集体目标，协调所有成员的信息流、物流和资金流，达到企业之间超 越组织界限的集成和整合。这样，消费者、生产商和供应商等经济主体之间以供 应链的整体形式，超越组织界限，通过相互连接、依存、渗透和互动，形成合作 式的网络系统，在跨组织的整体运作中实现所有成员共赢的共同目标。 2 ) 合作思想 供应链管理在本质上是建立在合作和共赢的信念上的。它认为，建立在互信、 互利及长期发展基础巨的合作行动，会将最终消费者的需求转化为所有参与者的 集体行动。每一个经济主体从事产品制造和销售过程所必须的一部分活动，不但 可以在相互支持、配合和协调中实现整体利益最大化，也会使每一个参与者从中 获益。因此在供应链中，经济主体之间合作化的战略伙伴关系替代了传统的你死 我活或两败具伤的竞争性关系，参与各方的决策偏好和行动目标不是完全集中在 价格等短期目标，而是集中在行动协调一致、提高整体效率和产品质量、维系灵 活性和整体竞争力等方面的团结合作与共同利益等整体的长期目标，以更好地响 应消费者需求、更好地服务于消费者为行动指南，致力于供应前景的真正实现。 3 ) 集优性思想 供应链管理是具有一定专长和市场竞争力的企业之间的一种合作性安排，是 一种集优性高效的价值共同创造活动。供应链系统的各个节点的选择是遵循强强 联合的原则，集聚最具市场竞争力的经济资源，通过相辅相成、和谐共容的企业 资源和能力的整合，发挥整体效能，将单一企业的核心竞争力融合成整体竞争力， 极大的提升了市场竞争优势。 ( 6 ) 供应链管理的目标 供应链管理的目标在于追求效率和整个系统的费用有效性，使系统总费用达 到最小。因此，供应链管理的重点不在于简单的使运输成本最小或降低库存，而 在于采用系统的方法来进行供应链管理“。具体表现在：根据市场需求的扩大，提 供完整的产品组合：根据市场需求的多样化，缩短从生产到消费的周期；根据市场 需求的不确定性，缩短供给市场和需求市场的距离；根据物流在整个供应链体系 中的重要性，企业要克服各种损益，从而降低整个物流成本以及物流费用水平， 使得整个供应链中的库存下降，并且通过供应链中的各项资源( 人力、市场、仓储、 生产设备等) 运作效率的提升，赋予经营者更大的能力来适应市场的变化并做出及 时的反应，从而做到物尽其用、货畅其流“”。 1 2研究供应链的背景及实际意义 随着科学技术的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 形成及技术变革的加速，国际市场竞争也日趋激烈，制造企业生存与发展开始面 临着一些新的挑战“”： 产品生命周期缩短 客户需求多样化和个性化 交货期成为主要的竞争因素 多品种小批量产品生产比例增大 市场和商务竞争的全球化 高新技术的使用范围越来越广 特别是进入2 0 世纪9 0 年代以来，全球经济一体化逐步凸现，企业在全球市场 的激烈竞争中被迫面对一个变化迅速且无法预测的买方市场和需求日趋主体化、 个性化和多样化的消费者，原有的管理思想已不能完全满足新的竞争形势，因为 在传统的供应链上，基于交易关系的各个环节的企业都是自己管理自己的库存， 每个企业都有自己的库存控制目标( 以本企业的最大利益为中心) 和相应的库存控 制策略，而且相互之间缺乏信息沟通，因而不可避免地会产生需求信息的扭曲和 时间上的滞后，往往使得库存需求信息在从供应链的下游向上游的传递过程中被 逐级放大，从而大大增加了供应链的整体库存水平，在很大程度上削弱了供应链 的整体竞争实力。在新的竞争环境下，一个产品从设计、制造、检验、运输往往 要涉及多个企业的合作。企业管理者也逐渐认识到，任何一个企业都不可能在所 有业务上成为世晃上最优秀的企业，只有多个企业协同，通过贸易伙伴间的密切 合作，以最小的成本提供最大的客户价值( 包括产品和服务) ，才能够共同增强竞 争的实力“”。将资源的利用延伸到企业以外的其它地方，借助其它企业的资源达 到快速响应市场的目的成为自然。 正是在这样的背景下，使得企业资源规划( e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g ，e r p ) 系统由单一企业的作业模式扩展成为企业间进行原料采购、生产、运输、销售等 功能的集成性系统，即供应链管理( s u p p l yc h a i nm a n a g e m e n t ，s c m ) 。组建供应链 管理系统的目的在于运用信息科技促进企业间信息与物品的快速流通，以提升竞 争力。然而，由于企业讲求专业分工与规模经济，供应链成员之间彼此互动与相 互合作的机会虽有增加，但因企业都有自己相应的策略，信息无法充分共享，加 上供应链每个企业成员只追求自己最大利润，于是信息科技所带给供应链管理的 效益便大打折扣，也产生了许多问题，其中以“长鞭效应”( b u l l w h i p e f f e c t ) 现象 被学术界讨论最多，在这种效应下，供应链每个成员为了避免不确定性，往往给 整个供应链带来大量库存。为了解决以上各类新的问题，供应链管理技术为越来 硕士学位论文 越多的研究者所注意，对供应链库存管理的研究也被提到了前所未有的高度。 美国著名的供应链专家克里斯多夫也曾指出：“2 1 世纪的竞争不再是企业与 企业之间的竞争，而是供应链与供应链之间的竞争”，“市场上只有供应链而没有 企业”。未来市场竞争，将不再是企业与企业之间的单体竞争，而是供应链与供应 链之间的竞争。2 0 世纪8 0 年代后，人们开始高度关注供应链和供应链管理问题， 还有环境变迁和企业自身两个层面上的原因。从环境变迁角度看，主要原因有： 经济全球化的大趋势；日趋激烈的市场竞争；信息和网络技术的快速发展。从企 业自身角度看，主要原因有：现代企业向专业化和建立核心能力方向发展；企业 内部管理的变化。许多著名跨国公司，如零售巨商美国沃尔玛公司、日本索尼公 司、宝洁( p & g 1 公司和惠普公司等，正在探索和实施供应链管理，并已取得了成功 的经验。有调查显示，开展供应链管理，经济效益十分显著。 1 3 国内外研究现状及存在问题 1 3 1 国际研究现状 对供应链管理的早期研究主要集中在供应链的组成、多级库存、供应链的财 务等方面，主要解决供应链的操作效率问题。许多学者从不同角度对供应链库存 问题进行了研究，包括为生产库存系统、库存配送系统、生产库存配送系统、 库存分配四个方面。近年来的研究主要把供应链管理看作一种战略性的管理体系 研究扩展到了所有加盟企业的长期合作关系，特别是集中在合作制造和建立战略 伙伴关系方面，而不仅仅是供应链的链接问题，其范围已经超越了供应链初期的 那种以短期的、基于某些业务活动的经济关系，更偏重于长期计划的研究。 s i l ac 研究了在v m i 系统中如何协调库存和传输决策，建立模型并得出产品的 最优补给数量和配送间隔时期。”。b a n e d e ea 采用动态规划对零售供应链管理模型 进行利润最大化分析哑1 。l u 在假设制造商对分销商每年需求率和订购频率完全确 定的前提下，其中分销商的定购频率可以从历史订购记录预测得出，分别建立了 单一制造商单一分销商的一体化库存模型和单- - $ 0 造商多分销商的一体化库存模 型，并分别给出了模型的最优算法和启发式算法。；y a n gpc ，w e ehm 先后给出 了易变质产品单一制造商多分销商的生产库存模型和复杂销售网下的模型，前者 详细分析了供销双方的协调联合决策较单独分开决策可节省更大的成本；后者研 究了更为复杂的模型，并给出了两种不同的算法。4 2 5 or o g e rmh 就单一制造商单 一分销商模型，详细分析了每个生产周期内，产品按不同批量多批次配送对总成 本函数的影响；c a e h o ngp 研究了在两级供应链中一个供应商服务于地点相近的 多个零售商的协调运输和库存再平衡问题。如果一个零售商需要的货物的数量较 供应链环境下的库存管理及成本优化研究 少，供应商单独运送货物给这个零售商就要花费较高的运输成本，而零售商们以 较低的成本等待一段时间使供应商的运输货物的数量形成规模经济，即库存的协 调补充问题，并利用零售商库存点的信息联合补充、协调运输和卸货再平衡零售 商的库存”。g e r a r dp 运用博弈论模型研究了两阶段供应链在随机需求下的合作与 独立库存策略，分析了供应商和零售商的库存政策，给定了各自的均衡战略啪1 。 w c n y i hl 考虑了包括原材料订购以及生产加工在内，单一供应商单- - $ t j 造商单一 分销商的总成本函数模型，其中原材料的配送分别考虑了每个生产周期多批次和 多个生产周期一次配送两种形式，并给出了算法程序。”。y b s s ia 对供应商管理库 存模式进行了详细研究o 。p a t r i k a 和j o sv 研究了一个制造商、两个零售商的模型， 并对零售商单独持有存货和有一个中心存货进行了对比，得出多个零售商的库存 物理中心化可以降低总成本，增加收益m “。 1 3 2 国内研究现状 国内对供应链库存管理问题研究起步较晚，过去国内企业对供应链的关注主 要集中在供应商与制造商这一层面上，研究的内容主要局限于供应商的选择和定 位、降低成本、控制质量、保证供应链的连续性和经济性等问题，没有考虑从供 应商、分销商、零售商到最终用户的完整供应链，已有的研究主要从实际应用角 度或对供应链管理的局部问题进行了分析，没有考虑供应链管理的战略性等问题， 可以说目前在我国还没有形成真正意义上的供应链，对供应链库存管理的研究仍 处于初级阶段。 据我们了解，国内目前的研究工作主要有： 隋明刚，魏巍( 2 0 0 0 ) 对供应链库存成本研究的发展、现状及其发展趋势进行 了总结，将供应链库存成本系统分为生产库存系统，库存配送系统，生产库存 配送系统，并对各个系统的研究方法进行了总结。“。 徐贤浩、马士华( 1 9 9 8 ) 提出了供应链网络结构模型，引入供应率和需求率两 个变量，建立了供应链网络结构模型的多级库存控制模型，根据经济批量原理， 求出了最佳订货批量和最佳订货批量周期。 马士华( 2 0 0 0 ) 对供应链中的库存问题，供应商管理库存，联合库存管理进行 了综述m 3 。 汪云峰( 2 0 0 0 ) 对供应链上的不确定因素对库存的影响进行了分析研究，他认 为由于供应链中供应与需求信息的集成使库存结构和库存水平发生变化，因此需 要消除供应链信息流中的不确定因素，逐步减少库存。 陈美霞、沈厚才( 2 0 0 0 ) 在供应链背景下提出了一种生产批量与定价的联合决 策模型，在分析了最优联合决策的性质后，开发了求解模型的算法，以有效地辅 助供应链协调管理“1 。 张正祥、牛芳( 2 0 0 2 ) 针对由一个中间厂商和多个下游厂商所构成的二级链状 供应链模型，在建立了供应链库存成本的组成模型的基础上，对供应链管理中的 单周期库存控制过程进行了深入的分析，研究下游厂商向中间厂商和中间厂商向 上游厂商的定购两级定购策略，建立了相应的供应链库存成本函数并进行了模型 优化跚1 。 1 3 3 当前供应链管理存在的问题 从以上国内外研究现状来看可知，目前对供应链研究主要存在以下特点和不 足。 ( 1 ) 没有供应链的整体观念 大部分研究是以供应链的某一部分作为研究对象，很少有文献涉及到供应链 整体的协调。供应链上各个节点企业是相互独立的实体，他们从各自的利益出发， 往往不顾供应链整体的利益，使得各个节点企业相互间透明度不高，供应链中各 企业间信息共享少，协调性不够，从而使得整个供应链的效率低下。 ( 2 ) 对用户服务的理解不够 供应链管理的绩效好坏应该由用户来评价，或者用顾客的反应能力来评价。 但是，对用户的理解与定义各不相同导致了对用户服务水平的差异。 ( 3 ) 交货状态数据不准确 许多企业在交货时间方面或多或少都会出现变化的可能，但是这些变化的数 据往往不能及时通知用户，造成用户的不满。长此以往，造成彼此间的不信任和 缓冲库存的增加。 ( 4 ) 未能充分考虑到信息对供应链协调的价值 信息完全共享是供应链集成协调的最高阶段，也是供应链发展的最终目标。 此时，成员企业的实时库存、订货政策、库存政策、顾客需求等均成为公共信息， 由此确定的供应链最优库存成本要比非完全信息( 或者无信息) 情况下的最优库存 成本低得多。随着因特网的飞速发展，信息共享将逐步变为现实。因而，将信息 融入集成化供应链管理势在必行。 ( 5 ) 忽视不确定性对库存的影响 供应链运作中存在诸多不确定因素，如订货提前期、货物运输状况、原材料 的质量、生产过程的时间、运输时间、需求的变化等。为减少不确定性对供应链 的影响，首先应了解不确定性的来源和影响程度。很多公司并没有认真研究和跟 踪其不确定性的来源和影响，错误估计供应链中物料的流动时间( 提前期) ，造成 有的物品库存增加，而有的物品库存不足。 ( 6 ) 库存控制策略简单化 库存控制策略应该能够反应供应商在交货和质量方面的可靠性以及物品需求 的预测性。但许多公司对所有的物品采用统一的库存控制策略，物品的分类没有 反映供应与需求中的不确定性。在传统的库存控制策略中，多数是面向单一企业 的，采用的信息基本上来自企业内部，库存控制策略没有体现供应链管理的整体 思想。 ( 7 ) 产品的过程设计没有考虑供应链上库存的影响 现代产品设计与先进制造技术的出现，使产品的生产效率大幅度提高，而且 有较高的成本效益，但是供应链库存的复杂性常常被忽视，使得节省下来的成本 都被供应链上的分销与库存成本给抵消了。同样，在引进新产品时，如果不进行 供应链的规划，也会造成运输时间过长、库存成本过高，使供应链无法进行优化。 鉴于以往供应链库存研究偏重于供应链上某一节点企业的构成要素的研究， 而没有从供应链整体角度来考虑。兼之，供应链系统是一个复杂的动态多维多层 次结构系统，它的一些主要研究领域，如供应链上的延迟问题和供应链上伙伴的 选择问题，由不同的学者分别探讨，尚缺乏一个更高层次的有效整合，使供应链 系统理论缺乏整体性，从而在实践上也难于给我国物流企业提供有效的指导。所 以可以应用系统的观点与方法，把供应链上节点企业间的活动视为一个整体过程， 建立系统总体的数学模型。 1 4 本文主要研究内容和结构 1 4 1 研究的主要内容 结合供应链的特点和我国企业目前对于供应链管理的实际运营现状，分别研 究供应链管理环境下的二级和多级供应链库存控制模型，并对模型进行分析，提 出相应的库存优化策略，以便降低供应链总成本，提高整个供应链的管理效率。 在二级供应链模型下，针对单一制造商与单一分销商二级供应链建立联合生 产库存模型，该库存模型总成本包括供应商与零售商各自的存贮成本，生产准备 成本与定购运输成本。由于供应链上越接近顾客终端的节点企业库存成本越高， 因此零售商存贮成本高于供应商的存贮成本，零售商一次定购批量为q ，供应商一 边生产一边供应，可分为1 1 次运输到零售商处，可同时降低供应商与零售商处的存 贮成本，问题的关键就在于确定每次的运输量。 在多级供应链管理环境下，分析了供应链的总成本结构，建立了相应的总成 本函数，并提出了多级库存优化策略；主要讨论了在供应链的核心企业( 制造商) 的一个生产周期内，供产销三方在信息完全共享的前提下，采取联合库存策略， 从而降低供应链的总成本。且给出了该模型的最优解，最后给出数值实验进行模 拟。 1 4 2 论文结构 本论文共分四章。 第一章为引言，首先讲述了供应链以及供应链管理的概念，供应链的特征， 管理的思想以及目标，改变传统的只注重企业内部管理的模式，横向一体化发 展，充分利用企业外部资源，建立稳固合理的供应链伙伴关系。然后简要地介绍 了选题的实际背景及意义、国内外研究现状以及主要研究内容和论文框架。 第二章重点就供应链管理中的库存理论进行了研究。主要讲述了联合库存策 略，供应商管理库存以及c p f r 库存管理三种策略的思想以及实旋的方法，为供应 链生产库存模型构建的理论基础和方法基础。 第三章针对单一制造商与单一分销商的二级供应链如何调节生产库存以及 配送的情况，有效的降低供应链总成本分别建立了三个总成本函数模型，分析优 化模型相对于其他两个模型的优越性，并给出了数值模拟加以证明。 第四章针对单一供应商单一制造商和多分销商的情况建立模型，对复杂供应 链进行了成本结构分析。并对模型分别提出了优化算法以及启发式算法，证明得 出在变量相对较多的情况下，启发式算法在计算时间上更优越于优化算法。 最后为结论与展望，对论文作出总结并提出进一步研究设想。 供应链环境下的库存管理及成本优化研究 第2 章供应链管理一库存管理理论 库存现象在现实生活中是一个普遍存在的现象，库存控制是企业加强管理的 重要内容。供应链环境下的库存控制是供应链管理的重要内容之一，由于企业组 织与管理模式的变化，在库存管理方面也产生了很多新的理论。本章将着重研究 基于供应链的三种基本库存管理理论。 2 1 联合库存管理( j o i n tm a n a g e di n v e n t o r y ，j m i ) 2 1 1 联合库存管理思想 联合库存管理是一种基于协调中心的库存管理方法，是为了解决供应链体系 中的牛鞭效应，提高供应链的同步化程度而提出的。 联合库存强调供应链节点企业同时参与，共同制定库存计划，使供应链管理 过程中的每个库存管理者都能从相互之间的协调性来考虑问题，保证供应链相邻 的两个节点之间的库存管理者对需求的预测水平保持一致，从而消除需求变异放 大现象。任何相邻节点需求的确定都是供需双方协调的结果，库存管理不再是各 自为政的独立运营过程，而是供需连接的纽带和协调中心”3 。 供应商库存制造商库存 分销商库存 图2 1 联合库存管理模型 传统的经销方法是，每个经销商根据市场需求预测直接向制造商订货，由于 存在提前期，需要经过一段时间产品才能够送到经销商手中，而顾客愿意等待的 时间是有限的。因此各个经销商不得不设立库存来快速响应顾客的需求，同时， 制造商为了缩短提前期也不得不通过设立库存来尽快满足客户的需求。有些产品 的配件价格昂贵，费用较大，库存过多，会给经销商造成经济损失，同时，对制 造商来说，也是不经济的，所以，不能通过增加库存的方法来满足每一个客户的 需求，必须寻找一种新的解决方法。现在借助现代信息技术，通过建立经销商一 体化的战略联盟，把各个经销商的库存联合在一起，实现联合库存管理可以很好 的解决这一问题。联合库存管理是由制造商安装一个基于计算机的信息系统，把 各个经销商的库存通过该系统连接起来，每个经销商可以通过该系统查看其他经 销商的库存，寻求配件，进行交换，同时经销商们在制造商的协调下达成协议， 承诺在一定条件下交换配件并支付一定报酬，这样，就可以使每个经销商的库存 降低，服务水平提高。实行联合库存管理有很多优点，对经销商来说，可以建立 覆盖整个经销网络的库存池，一体化的物流系统不仅能使经销商的库存降低，使 整个供应链的库存降低，而且还能快速响应用户需求，更有效快速地运送配件， 降低了因缺货而使经销商失去销售机会的概率，提高了服务水平；对于制造商来 说，经销商比制造商更接近客户，能更好地对客户要求做出更快的响应，并为购 买产品安排融资和提供良好的售后服务，使制造商能集中精力，搞好生产，提高 产品质量。 2 1 2 联合库存管理的实施 联合库存管理作为一种合作创新管理模式，更多地体现在供需协调管理的机 制上。因此，建立供应商与分销商的协调管理机制，将成为有效实施联合库存管 理策略的前提。实施联合库存管理要做好以下几个方面的工作1 ： ( 1 ) 建立供需协调的管理机制 制造商要担负起责任，提供必要的资源和担保，使经销商相信其所作的承诺， 协调其经销商的工作，本着互利互惠的原则，建立共同的合作目标和利益分配、 激励机制，在各个经销商之间创造风险共担和资源共享的机会。 ( 2 ) 建立信息共享与沟通的系统 利用e d i ，p o s 系统、条码和扫描技术以及i n t e m e t 的优势，在供需之间建立一 个畅通的信息系统，使各经销商协调一致，快速响应用户需求。 ( 3 ) 经销商之间要建立相互联系的信息系统 有的经销商会怀疑参加这样一个系统是否值得，尤其是当他的库存比别人多 的时候。同时参与进来的经销商要依靠其他经销商来帮助他们提供良好的顾客服 务，这时，制造商就要大力支持，要多做工作，使经销商之间相互信任，使不同 的经销商能发挥各自的优势，实现联合库存管理的目标。 供应链环境下的库存管理及成本优化研究 2 2 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 ) 2 2 1 供应商管理库存策略的基本思想 供应链的各个不同组织根据各自的需要独立运作，各自设立了库存来应付不 稳定的需求或供应链的不确定性，从而导致重复建立库存，因而无法达到供应链 全局库存成本的最小化。v m i 就能够突破传统的供应链上各个主体独立分割的库 存管理模式，以系统的、集成的管理思想进行库存管理，使供应链系统能够处于 协调、同步的运作状态。 v m i 是一种很好的供应链库存管理策略，它的定义是：v m i 是一种在用户和供 应商之间的合作性策略，以对双方来说都是最低的成本来优化产品的可获得性。 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监督和 修正，以产生一种连续改进的环境。v m i 策略的关键措施体现于如下原则：合作性 原则、互惠原则、目标一致原则和连续改进原则。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1 。 供应商管理库存的思想打破了传统的各自为政的库存管理模式，体现了供应 链的集成化管理思想。它可以利用e d i 和电子商务技术，从他们的零售商那里实时 获得销售端点的数据，并调取零售商的库存文档，及时补充存货，并按市场需求 安排生产和财务计划。生产