（交通运输规划与管理专业论文）基于供应链环境下库存决策研究.pdf

摘要 随着经济全球化进程的加快和市场竞争的日趋激烈，用户需求愈加突出个性化和多 样化，企业面临的不确定性不断增加，迫使我国企业采用供应链管理先进的思想和策略 以提高供应链运作效率，提升我国企业的市场竞争力。 本文首先介绍了当前国内外供应链管理市扬的筮屋状况。接着研究了供应链管理的 理论基础和我国企业应用供应链管理以及库存管理中存在的问题。本文考虑供应商缺货 对买方的影响，引入有效库存水平的概念，构造了在供应和需求都不确定的情形下配送 商和零售商的库存模型。基于供应链管理理论、优化理论、博弈理论，通过模型分析提 出了时变需求情形下的库存决策方法的基本思路和方法。首先在平稳需求下建立了配送 商和零售商的库存模型，并对供应链库存进行了优化。然后建立了时变需求下供应链等 周期补货模型，基于模型分析研究缺货时点和补货周期局部优化和整体优化，从算例中 发现，缺货时点和补货周期优化有利于降低供应链库存成本，并且需求时变性越大，整 体优化的库存成本降低越明显，配送商的补货模式越接近一对一补货。由于等周期补货 不能有效平衡各补货期的需求量，增加了需求时变性对库存成本所带来的不利影响。等 周期补货模式下库存决策优化的成本绩效很有限。进一步研究了非等周期补货模式下补 货时点优化决策问题。研究得出，不论是从零售商角度还是供应链角度，非等周期补货 均优于等周期补货，供应链成本下降幅度更大。 关键词：物流：供应链；供应链管理；时变需求；库存 a bs t r a c t w i t he c o n o m i cg l o b a l i z a t i o n a c c e l e r a t i n ga n dm a r k e tc o m p e t i t i o nb e c o m i n g i n c r e a s i n g l yf i e r c e ，u s e rd e m a n d sa r eb e c o m i n ge v e nm o r ep r o m i n e n tp e r s o n a l i t y a n d d i v e r s i f i c a t i o n ，e n t e r p r i s e sa r ef a c e dw i t hi n c r e a s i n g u n c e r t a i n t y s ot h e a d v a n c e dt h i n ka n ds t r a t e g yo fs u p p l yc h a i nm a n a g e m e n ta r ea d o p t e dt oi m p r o v e e f f i c i e n c y ，a n dt h em a r k e tc o m p e t i t i o ni se n h a n c e di no u rc o u n t r y t h ec u r r e n td o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a ld e v e l o p m e n ts i t u a t i o n so ft h es u p p l y c h a i nm a n a g e m e n ta r ei n t r o d u c e di n t h i s t h e s i sf i r s t a n dt h e nt h et h e o r e t i c a l f o u n d a t i o no ft h es u p p l yc h a i nm a n a g e m e n ta n dt h ep r o b l e m so fc h i n a se n t e r p r i s e s u p p l yc h a i nm a n a g e m e n ta n di n v e n t o r ym a n a g e m e n ta r es t u d i e d t h ei m p a c to ft h e s h o r t a g eo fg o o d si nt h es u p p l yc h a i no nt h eb u y e ri sc o n s i d e r e di n t h i sp a p e r a n d t h ec o n c e p to fe f f e c t i v ei n v e n t o r yl e v e l si si n t r o d u c e d ，t h ei n v e n t o r ym o d e l so ft h e d i s t r i b u t o r sa n dr e t a i l e r sa r es t r u c t u r e do nt h ec i r c u m s t a n c e st h a tt h es u p p l ya n d d e m a n di sn o td e f i n e d b a s e do nt h e t h e o r y o fs u p p l yc h a i n m a n a g e m e n t ， o p t i m i z a t i o nt h e o r y ，g a m et h e o r y ，t h eb a s i ci d e a sa n dm e t h o d so ft h ei n v e n t o r y d e c i s i o n 。m a k i n go nt h et i m e v a r y i n gc i r c u m s t a n c e sa r ep r o p o s e db yt h ea n a l y s i so f m o d e l s f i r s t l yt h ei n v e n t o r ym o d e l so ft h ed i s t r i b u t o r sa n dr e t a i l e r sa r ee s t a b l i s h e d i nas t a b l ed e m a n da n ds u p p l yc h a i ni n v e n t o r yi so p t i m i z e d a n dat i m e v a r y i n g d e m a n d s u p p l y c h a i n r e p l e n i s h m e n tc y c l e m o d e li s e s t a b l i s h e d ，t h e l o c a l o p t i m i z a t i o n a n do v e r a l l o p t i m i z a t i o no ft h et i m eo ft h e s h o r t a g ea n d r e p l e n i s h m e n tc y c l ea r es t u d i e do nt h eb a s eo fa n a l y z i n gt h em o d e l i nt h e e x a m p l e s ，i t sf o u n dt h a tt h et i m eo ft h es h o r t a g ea n dr e p l e n i s h m e n tc y c l ea r eg o o d t or e d u c et h es u p p l yc h a i ni n v e n t o r yc o s t s ，a n dt h eg r e a t e rd e m a n dv a r i a b i l i t y ，t h e m o r eo b v i o u sr e d u c eo f o v e r a l l o p t i m i z a t i o ni n v e n t o r yc o s t ，t h ec l o s e rt ot h e o n e t o o n e r e p l e n i s h m e n tm o d eo ft h ed i s t r i b u t o r s b e c a u s et h ed e m a n df o rt h e r e p l e n i s h m e n tp e r i o dc a nn o tb e e f f e c t i v e l y b a l a n c e d b y t h e s a m e p e r i o d r e p l e n i s h m e n t ，t h ea d v e r s ee f f e c t so ft h ei n v e n t o r yc o s t s b r o u g h tb yd e m a n d v a r i a b i l i t ya r ee n h a n c e d t h ec o s tp e r f o r m a n c eo ft h es a m e p e r i o dr e p l e n i s h m e n to f i n v e n t o r yd e c i s i o n m a k i n go p t i m i z a t i o ni s v e r yl i m i t e d ，t h ep r o b l e m so ft h e o p t i m i z a t i o no ft h ed e c i s i o n m a k i n go ft h ed i f f e r e n t p e r i o dr e p l e n i s h m e n tt i m ea r e f u r t h e rs t u d i e d f r o mt h es t u d y ，r e g a r d l e s so ft h ep e r s p e c t i v eo far e t a i l e ro rs u p p l y c h a i n ，t h ed i f f e r e n t - p e r i o dr e p l e n i s h m e n ti s s u p e r i o r t ot h e s a m e p e r i o d r e p l e n i s h m e n t ，t h ec o s t so ft h es u p p l yc h a i nf a l ld o w nf a s t e r k e yw o r d s ：l o g i s t i c 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 ；t i m e - v a r y i n g d e m a n d ；i n v e n t o r y l i l 长沙理工大学 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 集体已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： 未锋 日期：2 坼纩月f 三日 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。本人授权长沙理工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 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“4 ) 作者签名： 杀赁 日期：琊年扩月，2 日 导师签名：李够 f 吗 日期：卢年厂月名日 第一章绪论弟一早 三百下匕 1 1 供应链与供应链管理 2 0 世纪9 0 年代以后，企业所处的物流环境和竞争环境发生了一系列的变化， 消费者需求日益多样化、个性化，科技进步使产品的寿命周期不断缩短，与此同 时，市场竞争日益加剧等等【3 1 。所有这些都要求企业既要对快速发展的市场做出 快速反应，不断开发出满足客户需求的个性化产品来占领市场，又要及时调整策 略，在经济全球化的大环境下取得竞争的优势。企业面临前所未有的巨大压力， 这时候企业逐渐意识到仅仅依靠自身的资源很难在激烈的竞争中长久地立于不 败之地，企业要想生存发展下去，必须与其它企业进行协作与合作。同时，管理 技术和信息技术的不断发展也为跨地域企业间的合作提供了可能。于是，在这种 背景下出现了供应商、制造商、分销商以及零售商等企业合伙与联盟的趋势，他 们开始注重对物流活动全过程的管理，也就是从供应链整体而不是企业自身的角 度出发来管理包括原材料的采购、产品的制造、制成品的分销以及零售的整个过 程。在这种背景下，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 ) 应运而生i 。 所谓供应链，是指围绕核心企业，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。将供应商、销售商、零售商，直到最终用户连成一个整体的功能网链结 构模式。供应链作为一种业务流程，在供应商、r 制造商、分销商、零售商和企业 之间构造了一个网络，完成由企业物资需求到给企业提供所需要物资与服务的整 个过程。 “供应链”的概念已跨越了企业界限，从建立合作制造或战略伙伴关系的新 思维出发，从产品生命线的“源 头开始，到产品消费1 日场的“汇 ，从全局和 整体的角度考虑产品的竞争力，使供应链从一种运作性的竞争工具上升为一种管 理性的方法体系，这就是供应链管理思想提出的实际背景。 供应链管理是一种集成的管理思想和方法，它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。它也是一种新的管理策略，即把不同企业集成 起来以增加整个供应链的效率，注重企业之间的合作。最早它强调把供应链管理 的重点放在管理库存上作为平衡有限的生产能力和适应用户需求变化缓冲手段， 它通过各种协调手段，寻求把产品迅速、可靠地送到用户手中所需要的费用与生 产、库存管理费用之间的平衡点，从而确定最佳的库存投资额。因此其主要的工 作任务是管理库存和运输。现在的供应链管理则把供应钮上各个企业作为一个不 可分割的整体，使供应链上各企业分担的采购、生产、分销和销售的职能成为一 个协调发展的有机体。 1 2 库存控制理论的发展 在库存控制( 也叫库存管理) 这一领域里，国内外学者已经作了大量的研究， 并先后出现种种理论和方法。2 0 世纪6 0 年代以前，库存控制的方法主要是通过 确定经济订购批量( e o q ) 、安全库存、订货点来保证生产的稳定性，但由于没有 注意独立需求和相关需求的差别，采用这种方法并未取得很好的效果。1 9 1 5 年， 哈里斯( e h a r r i s ) 从极小化订购成本和储存成本两个方面出发，提出了经济批量订 购模型。1 9 3 1 年，雷曼德( r a y m o n d ) 提出了生产批量模型，该模型只适用于单品 种、单工序的批量问题；马格( m a g e e ) 提出了多品种、单一工序的批量优化模型， 解决了生产进度的干涉问题；马克思韦尔( m a x w e l l ) 对马克模型进行了修正，提 出有能力限制条件下的最优批量模型。2 0 世纪6 0 年代中期，出现了物料需求计 划( m r p ) ，较好地解决了相关需求管理的问题【2 1 。 随着物流管理的发展，人们开始寻求目标企业总物流成本的最小化，以及客 户服务水平的最高化。在这样的背景下，库存控制要求尽可能从企业总物流成本 最小化以及服务水平的最高化出发制定策略，于是出现了一些以库存一运输联合 优化或者库存服务水平联合优化为目标的库存策略。 以上所有传统的库存控制方法都是基于一个假设：需求的规律是可以完全被 人们掌握的。 随着供应链管理的发展，人们越来越发现传统库存控制方法存在不可逾越的 障碍一供应链中存在需求放大现象，需求规律是不能完全被人们掌握的。同时， 传统的库存管理偏重企业内部生产系统，不能很好地从企业合作角度消除整条供 应链上的多余库存。 面临经济全球化的发展，尤其是基于供应链的竞争的日趋激烈，如何快速有 效地满足顾客多样化的需求，并同时实现企业低成本的运营，成为当前众多企业 所必须解决的难题。在这种背景下，库存控制技术成为企业面临的难点，并且再 次成为管理学界的研究热点，成为了供应链技术的一个重要研究领域。至此，库 存控制进入了供应链的阶段。在这一阶段中，产生了大量的研究成果，极大地丰 富了库存控制的理论。 1 3 论文研究的背景和意义 1 3 1 论文研究的背景 在上个世纪的五六十年代，由于市场竞肇主要是价格竞争，需求变化不大， 2 大多数制造商把以生产成本最小化为目标的规模化生产作为企业的主要经营战 略。尽管规模化生产能大幅度降低企业的成本，在市场竞争中取得价格优势，但 产品和工艺流程的柔性很低。物资流的瓶颈主要是通过库存来缓冲，导致大量的 库存投资。企业不注重供应链的协作与合作，仅仅基于其所拥有的资源和信息优 化自身的决策i s j 。这种独立决策模式导致企业行为互相抵触，物流不畅，需求相 应迟缓。上世纪8 0 年代，随着市场竞争的加剧，产品质量和相应周期引起众多 企业的关注。制造商开始采取准时生产( j u s ti nt i m e ，j i t ) 提高生产效率，缩 短相应周期，同时也意识到供需协调与合作的重要性，与其供应商建立长期的合 作伙伴关系，由此产生了基于供需协调与合作的供应链管理思想i9 1 。9 0 年代， 由于经济全球化、需求的个性化与多变性，市场竞争也转变成基于时间的竞争， 以产品为中心的管理模式转变成以顾客为中心的管理模式。面对这种复杂多变的 需求，众多的制造商与其供应商和客户合作，从供应链角度进行决策和管理。供 需关系由过去的松散式的互逆关系转变成合作式的双赢关系【4 5 1 。市场竞争以由 企业与企业之间的竞争转变为供应链与供应链之间的竞争【4 引。任何一个企业必 须依托供应链的整体实力才能在市场中占有一席之地。与此同时一些学者开始致 力于供应链的研究，从不同角度定义了供应链的概念【4 7 l 。从这些文献中不难看 出，供应链管理是通过对整个供应链各企业之间的物资流、信息流和资金流进行 有效地计划、协调与控制，把合适的产品，以合适的数量，在合适的时间送到合 适的地点，以满足客户的需求，并确保各节点企业及供应链的效率和效益得到同 步改善的整个管理过程。供应链管理的核心式客户需求，其手段是供应链成员之 间相互协调与合作。而供应链成员之间在通过相互合作来满足客户需求的过程中 实现了价值增值，达到了双赢的目的。 m a l o n e 和c r o w s t o n ( 1 9 9 4 ) 定义供应链协调是对供应链上各企业的活动的 相互依赖性进行调整和处理的过程。h a m m o n d ( 1 9 9 2 ) 认为，实施供应链的协调能 够促使个体决策接近或达到整体优化，即系统绩效接近或达到其最优水平。据网 络组织理论，一个企业与其他企业所建立的合作关系是企业最有价值的资源，从 其他企业所获取补充的投资或能力是增强企业竞争力的重要途径。企业| l j 合作关 系及网络关系可以创造某些难以效仿和复制的无形资产，而这些无形资产在保持 企业可持续竞争力方面起关键作用。它们完全依附网络关系而存在，并随着瓦解 而消失。根据威廉姆斯( w i l l i a n m s o n ) 交易成本理论，供需关系专业性越高，供需 双方对这种关系的依赖性也越大，交易成本也越低。如长期合作所形成的互信关 系，能减少日常协商谈判活动，降低交易成本。此外，供应链管理的一个重要问 题是在保持终端顾客的服务水平( 系统服务水平) 的同时，降低供应链的库存成 本或增加供应链的利润。然而服务水平与库存成本往往是互逆的，即相互抵触的。 有效的解决这一问题的方法就是供应链决策的互相协调。传统的决策模一| i ：是基于 3 单个企业的局部优化，造成链上企业间运作相互抵触，物流不畅，供应链成本增 加，服务水平下降。如何通过决策协调确定一个面向供应链的整体优化库存策略 是供应链管理的重要课题i 引。著名科学家l e e ( 1 9 9 2 ) 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、供应链与需求的不确定性、供 应链绩效的评价。l e e 把库存决策协调为降低库存成本的关键。众多企业从供应 链协调与合作中获得了丰厚的回报。如惠普( h e w l e t tp a c k a r d ) 公司通过供应链 库存的协调与合作使其库存水平下降了2 5 。p r o c t o r & g a m b l e ( p & g ) 通过改 善其供应链管理强化了其在包装品市场的主导地位。p & g 利用连续补货计划 ( c o n t i n u o u sr e p l e n i s h m e n tp l a n n i n g ，c r p ) 和高效顾客响应( q c r ) 系统使其 供应链节约3 亿多美元的成本。c h r y s l e r 基于日本企业的供应链管理实务，实施 供应商参与和供应商增效支持的策略。到2 0 0 5 年，该公司通过这种管理策略的 实施获得2 5 亿美元的节约。此外，h o n e y w e l l 公司利用供应链管理使得产品的 次品下降了9 0 。h o j u n g ，d a v i d 和d a r r y ( 2 0 0 0 ) 通过案例研究分析供应链协 调对供需双方绩效的影响，通过对美国的汽车制造业的1 7 6 家公司的调查数据进 行统计分析，结果显示：与供应商的长期合作关系、供应商参与产品开发、减少 供应商的数量对制造企业及供应链的绩效产生正面影响。由此看来，各节点企业 的协调与合作是供应链管理的关键，也是产生供应链增量绩效的源泉【5 6 1 。 1 3 2 论文研究的意义 在过去，大量的供应链模型都是在静态环境下构建的。这里的静态环境是指 需求被假设是均匀或平稳的。随着科技的发展和竞争的日益激烈，技术更新节奏 加快，产品寿命周期缩短。时间以成为影响产品价格和需求量以及企业利润的重 要因素。特别是高科技产品，技术含量高，其价格和需求量对时间的敏感性更为 突出。如计算机，其价格和需求量随时间的变化相当大，真可谓日新月异，由于 需求的时变性，决策方法和手段发生了很大的变化。如经典的经济订货批量 ( e c o n o m i co r d e rq u a n t i t y ，e o q ) 库存策略，其基本假设是各补货周期的订货 均相同，而在时变需求下，这种假设显然是不恰当的，主要是因为需求量的变化 导致各期订货量的变化，也就是订货量是时变的。尽管有些论文对时变需求下决 策优化做了卓有成效的研究，单研究仅仅是局限于单个企业决策的优化，并未涉 及供需双方的协调与合作。由此看来，无论是从理论角度还是从实际角度，时变 需求情形下供应链库存决策优化和协调都有必要研究。 1 4 论文研究的特色 本论文研究具彳r 以下几个方面的特色：( 1 ) 需求具有时变性。这是本文研究 4 的一个重要的特点。应该说，在现实经济生活中，需求随时间是普遍规律。如何 在需求时变的环境下，特别是高时变需求环境下优化与协调供需双方的库存决 策，降低供需双方及其供应链的库存成本是供应链管理中急需解决的问题。本文 基于供应链管理理论、优化理论、博弈理论，通过模型分析提出了时变需求情形 下的库存决策方法的基本思路和方法。而这些方法与平稳需求情形下的库存决策 方法存在很大差异。( 2 ) 一对多补货模式。许多库存管理文献，特别是随机需求 下库存管理文献都假设供需双方的补货周期相同，即一对一的补货模式。然而， 由于供需双方的库存成本结构的差异以及其他条件的约束，供需双方补货次数即 补货周期不一定相同。大多数情况下，供方的补货周期是需方补货的整数倍，即 一对多补货模式。本论文基于一对多补货模式研究供需双方的库存决策，进一步 推广一对一补货模式下库存决策理论与方法。( 3 ) 供需决策的相互影响。传统的 库存管理文献不考虑供需双方决策的相互影响，静态研究单个企业的库存决策问 题。这种研究模式一般对企业的外部环境作一定的假设，而且所假设的外部环境 不受企业决策的影响。然而，供需双方的决策是相互影响的，每一个企业的库存 状况与供应链物流是否畅通密切相关，所以企业在库存决策时必须考虑供需之间 的关系以及决策的互动性。为此，论文研究考虑了供需双方决策的互相影响，并 依次分析了供需之间的关系，提出了一些间接降低库存成本的方法。( 4 ) 供需双 方整体优化。传统的库存决策仅考虑自身的库存成本，不顾及供应链成本绩效。 在这种局部优化的决策模式下，由于供需双方利益相互抵触，库存决策局部优化 造成供需双方的库存成本居高不下，此外库存决策局部优化不能使整个供应链库 存成本最小化、供应链成本绩效不好。然而，供应链成本绩效是影响供应链竞争 力的重要因素，而现在企业之间的竞争是供应链与供应链之间的竞争。企业的竞 争力必须以供应链竞争力为依托。因此，库存决策局部优化影响供应链的竞争力， 最终影响企业自身的竞争力。由上述理由，本文从供应链的角度探讨库存决策的 整体优化，即基于供应链成本优化供需双方的库存决策。 1 5 论文研究的思路与内容 1 5 1 本文研究思路 本文研究对象是由一个配送商与一个零售商构成的两阶供应链的库存决策 问题供应链的模型见图1 1 。 5 _ 物流 需求信息流 图1 - 1 供应链示意图 由于供应与需求环境及补货模式对供应链库存决策产生影响，所以本文针对 不同的供需环境和补货模式，对供应链库存决策作分类研究。下面就不同供需环 境和补货模式作如下说明： ( 1 ) 需求模式。本文主要考虑确定性时变需求。确定性时变需求是指顾客 需求量随时间发生变化，且需求量与时间存在一个确定性的函数关系；随机时变 需求是指顾客需求量是随机变量，服从一个概率分布，发生变化，也就是说顾 客需求量受时间因素和随机波动性的影响。其实，确定性时变需求是随机时变需 求的特定情形，因为当随机需求的波动为零时，随机时变需求即为确定性需求。 因此，与确定性时变需求相比，随机时变需求情形的库存策略研究相对更加复杂。 本文先研究确定性时变需求情形，在研究时变需求情形，并且后者的部分研究是 基于前者研究结果得到的。 ( 2 ) 供应环境。有替代供应源是指配送商缺货时可以从其他供应商取得供 货以确保零售商的需求得到满足。在这种情形下，零售商的需求得到全部满足。 ( 3 ) 补货模式。本文研究等周期与非等周期两种补货模式。等周期补货是 指补货时点的间隔相等，即各补货期的时间长度相同，这种模式在实务中比较普 遍。非等周期补货是指补货时点的间隔时间不同，补货时点及其间隔时间需由决 策者确定。 1 5 2 本文研究内容 本文研究内容主要包括有替代供应源的情形下供需双方库存决策优化与协 调。这部分包括平稳需求情形下安全因子优化和时变需求情形下供需双方的缺货 时点的局部优化与整体优化、补货周期的局部优化与整体优化、非等周期补货时 点的局部优化与整体优化等内容。 6 第二章供应链库存管理概述 2 1 库存问题的提出 库存( i n v e n t o r y ) 是指处于储存状态的物品或商品。库存以原材料、在制品、 半成品、成品的形式存在于物流的各个环节。库存与保管差别于前者是从物流管 理的角度出发强调合理化和经济性，后者是从物流作业角度出发强调效率化：库 存具有整合需求和供给，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( 交货周期) 小于企业从采购材料、生产加工、到运送货物至顾客的 时间( 供应链周期) 的情况下，为填补这个时差，企业必须预先储存一定数量的 商品。 一般来说，企业在销售阶段，为了能及时满足顾客需求，避免发生缺货或延 期交货的连续性，需要有一定数量的成品的库存。在生产阶段，为了保证生产的 平稳性和持续性，需要有一定数量的原材料和零部件库存。而库存商品需要占用 资金，发生库存维持费用，并存在由库存积压造成损失的可能，因此，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。所以 一方面，为防止缺货需要库存，另一方面，持有存货既有成本又有库存积压造成 损失风险，于是产生了库存问题。随着社会的发展，库存成本也越发惊人。由于 库存费用占库存物品的价值的2 0 一4 0 ，因此物流中的库存控制显得尤为重 要【4 1 。 2 2 库存的分类 从物流的观点来看，库存是为了满足未来需要而暂时闲置的资源，流速为零 的存货( 原材料、在制品、产成品等) 就是库存。库存习惯被认为是资源的储备或 暂时性的闲置，但是近年来，深层次的研究发现，库存是一种组织行为问题，对 库存新的理解是：库存是企业之间或部门之间没有实现无缝连接的结果l9 1 。 一般来说，企业按生产计划进行生产，在采购生产阶段，为了保证生产过的 连续性，需要有一定的原材料、零部件的库存；原材料投入生产之后，变成各种 在制品，不论在制品是处于运动状态还是停顿状态，它们都构成在制品库存；在 销售阶段，为能及时满足顾客的要求，避免发生缺货或延迟交货现象，需要有一 定的成品库存。原材料、零部件库存，在制品库存，成品库存是在生产过程中产 生的三类库存。 7 另外，从经营过程的角度，可以将库存分为以下几种类型 1 、经常库存( c y c l es t o c k ) ，是指在确定需求情况下为企业的补给系统提供 支持的库存。 2 、安全库存( s a f e t ys t o c k ) ，是指企业为应对需求和交付周期的不确性而准 备的缓冲库存。比如，大量突发性订货、交货期延期等。 3 、在途库存( i n t r a n s i ts t o c k ) ，是指处于运输状态或为了运输目的而暂时处 于存储状态的物品。 4 、生产库存( i n p r o c e s ss t o c k ) ，是指处于加工状态以及为了生产的需要暂时 处于存储状态的零部件、半成品或成品。 5 、季节性库存( s e a s o n a ls t o c k ) ，是指为了满足特定季节中的特定需要而建 立的库存( 如夏天对空调机的需求等) ，或者对季节性生产的原材料( 如大米、 水果、棉花等农产品) 在出产的季节大量收购所建立的库存。 6 、促销库存( p r o m o t i o n a ls t o c k ) ，是指为了应对企业的促销活动产生的预期 销售增加而建立的库存。 7 、投机库存( s p e c u l a t i v es t o c k ) ，是指企业为了避免因商品价格上涨造成损 失或为了从商品价格上涨中获得利润而建立的库存。 2 3 库存控制理论 库存控制系统是物流大系统中重要的子系统，是物流研究的一个重要领域。 库存就是在企业生产和物流渠道各点中暂处于停滞状态的那部分，如原材料、供 给品、零部件、半成品和成品。库存频繁出现在仓库、堆场、商店库房、运输设 备和零售商店的货架上。通过对库存品的保管保养，克服物品生产和消费的时间 差异，可以创造物品的时间效用，同时保证流通和生产的顺利进行，所以说库存 的相对停滞对商品流通来说是完全必要的。但如果库存物品过多，不仅会占用大 量的流动资金，需要大量人力去管理，增加库存管理费用，同时还会因被保存物 品库存时间延长而出现变质和失效等带来的损失，以及承受存货价格波动带来的 风险等。据估计，持有库存每年的成本约占相关产品价值的2 0 一4 0 【”j 。因此， 研究库存控制很有经济意义，把库存量控制到最佳数量，用适当的人力、物力、 财力把库存管理好，是很多企业、学者追求的目标。 随着对存管理研究的深入，各种类型的库存管理模型己被广泛地探讨。对于 各种不同类型的企业的库存管理系统，就要求有其特定的库存模型与之相适应， 以达到库存水平的最优化。库存主要有供一存一销三个环节，通过订货( 或安排 生产) 到货后的库存，最后由销售来满足顾客的需求。在这样的一个系统中，决 策者通过控制汀货的时间间隔及订货数量来调节系统的运行，使得在某种准则下 系统性能达到最优。 2 3 1 库存问题的基本要素 库存问题通常包括需求、补货、缺货处理、盘点方式和订货策略等基本要素 a 3 l o ( 1 ) 需求 库存的目的是为了满足需求。为了尽可能满足需求，存储管理者应设法了解 和掌握需求规律，一般可通过销售量历史数据的统计和预测、或者基于对市场销 售量的调查与分析来获得。需求是库存系统的输出，可以是常量，如自动生产线 上一个工作日对某种零件的需求量；也可以是非平稳的，如某地区一年四季生活 用的需求量就受到季节因素的影响；还可以随机的，如某种商品在市场中每天的 销售量。对需求量特征的掌握是制定合理的库存计划的重要前提。 ( 2 ) 补货 库存的补充弥补了因需求而减少的存储，是使库存系统能运行下去的输入， 补充可以通过外部订货或内部生产来获得。影响库存系统运行的一个因素使订货 与到货之间的滞后时间。滞后时间又可以分两部分t 开始订货到开始补充为止 的时间，称为补货提前期；开始补充到补充完毕为止的入库时间。 通常滞后时间可以考虑成常数或非负随机变量，滞后现象使库存问题变得更 加复杂。想象化的情形是顺时交货，它是供货或生产能力非常大时的一种近似。 ( 3 ) 缺货处理 由于需求或供货滞后时间可能具有随机性，因而缺货是可能发生的。对缺货 现象通常采取如下两种方式处理：对未能满足的需求，其不足部分在订货到达后一 立即补上，即延迟交货；对未能全部满足的需求其不足部分将损失掉，就是说不 再补充供应。 ( 4 ) 盘点方式 用，g ) 记时刻f o 之o ) 时的库存水平。为了了解库存量变化，就要对库存进行 检查，方法有两种：一种是连续性盘点，即任一时刻t 检查库存量，o ) ；另一种 是周期盘点，即在时刻k 丁似= o 工) 检查库存量i ( k t ) ，其中t 是一个常量，称为 检查周期。不同的盘点方式自然会影响库存决策。 ( 5 ) 订货策略 订货策略给出何时补充库存以及补充多少的一个方案。由于库存具有多种多 样的形式，因此必须采取不同的方法来控制库存，其中最基本的策略有p l | 种【1 0 1 ： 6 ，q ) 策略：对库存进行连续性盘点。当库存降低到订货点水平s 时，即 发出订货，每次定货量保持不变，都为固定值q ；若库存水平大于等于s ，则不 订货。 9 ( s ，s ) 策略：连续盘点，当发现库存降低到订货点水平s 时，发出订货，其 订货量q = s s ，即使得订货时刻的库存水平达到s ；否则，就不予订货。 ( 丁，s ) 策略：每隔周期z 盘点一次库存，并进行一次补货，把现有库存补充 到最大库存水平s ，如果盘点时库存量为，则补货量q ；s 一，。该策略没有订 货点，只设固定盘点周期和最大库存水平。 仃，s ，s ) 策略：一该策略是p ，s ) 策略和g ，q ) 策略的综合。这里，补给策略有 一个固定的盘点周期丁、最大库存水平s 、固定订货点s 。当经过一定的盘点周 期丁后，若库存水平低于订货点s ，则发出订货，否则不订货。如果盘点时库存 量为，且i 。) ，d 1 1 使其达到最小值，一定有订货点s ：0 及最优订货批量q 。型，最优订 y 以 矿 货周期r 2 、暑茅。 公式中q 。称为经济订货量e o q ( e c o n o m i co r d e r i n gq u a n t i t y ) 。 在需求平稳型库存模型的基本模型基础上，根据实际操作需要，改变部分基 本模型假设，可以得到更加复杂、更加符合实际的扩展模型，如带补货提前期的 库存模型、允许缺货但事后补足的库存模型、允许缺货但供货能力有限的模型、 带批量折扣库存模型等。 ( 2 ) 需求非平稳确定性模型 这是需求已知，但需求非平稳且在有限期中运行的确定性库存模型。非平稳 的需求量是可能发生的，例如，处于增长期或衰退期的商品；按照签订的合同每 阶段有不同的供货商；需求受季节性影响；计划好的预防性更换造成对零部件的 需求非平稳等等。下面给出模型的假定： 单品种货物，周期盘点，初始库存量为o 。 、 库存系统在咒个有限时段( 周期) 中运行。 需求厂g ) ( 0s ts h ) 已知，其中h 为有限期的长度。 不允许缺货。 补货提前期为0 。 瞬时补货。货物都在一个周期的开始时刻订货并立即得到补充，在第，个 周期开始时的补充量为：q ，0 ，= 1 2 ，3 n ，费用包括订货费及保管费。问题 为确定一串非负采购量妇f j = 1 2 ，3 ，l 使在有限时段h 中的总费用最小。这样 的一种采购量序列称作一个最优方案。下图为需求非平稳确定性库存模型存储状 态图。 图2 - 2 需求非平稳确定性库存模型存储状态图 根据上图，可确定该系统的库存状态函数。 1 2 计划期内的总费用为 i i ( t ) = q 一一，厂0 伽 ( 0s fsh ) t i 形一n c 。+ c 1 荟f f ( t ) 童t + 善。i l l ，j o 切 j ”r ，- l j 。j 使总费用最小的以、t j ( j 一0 4 刀一1 ) 和q ，( j 一0 , 1 n 一1 ) 即为最佳订货次数， 订货点和订货批量。 二、随机性库存模型 在实际情况中，由于各种随机因素的影响，很多时候的需求量是事先无法确 定的，因此，在理论模型中假定需求为随机变量，其它参数为确定型，结果更符 合实际情况。随机性库存模型可分为单周期模型、多周期模型、无穷周期模型等。 ( 1 ) 单周期随机库存模型 单周期模型，是指在整个时期内，订货只进行一次，若未到期末货已售完也不再 补充订货：若发生滞销，未售出的货应在期末处理。因此，决策者只在计划期开 始有一次决策的机会。这类订货可以重复进行，但在各周期之间订货量与销售量 相互独立【7 1 。 典型的单周期模型是“报童问题 。每天上午报童购入当日报纸，购入量是 决策变量。一天的需求量是不能事先确定的，但可假定需求量的分布为己知。如 果购入量过少则供不应求，收入有损失：如果购入的报纸销售不完，则剩余报纸， 也会造成损失。问题是如何根据需求分布以及各种费用参数进行决策，以使费用 的期望值达到极小( 或者利润最大) 。这就是单周期模型要解决的问题。 研究单周期模型一方面是由于可以用它来近似描述某些实际的库存问题，如 经营季节性商品或时髦物品的商店，考虑进货问题时可以用单周期模型；另一面 单周期模型简单，它为进一步研究多周期随机库存模型打下了基础。 模型假定如下： 在周期开始作一次订货决策，初始库存量为o 。 瞬时补货。 该周期内需求量d 是非负随机变量，其分布函数m 0 ) 及密度函数0 ) 都己 知。 费用包括订货费( 固定订货费不影响决策，可不考虑) 、保管费及缺货费。 其中保管费在周期末结算，与期末的库存量成正比，比例系数为h 。在随机需求 的情况下通常假定需求是取值i o ，+ ) 上的随机变量，因此缺货的可能性总是存在 的，假定缺货费与缺货量成正比，比例系数为g 。 决策的准则是整个周期的期望总费用达到最小。 1 3 设定货量为y ，总费用函数c ( d ，y ) 为 c ( d ，y ) = c 宰y + g 宰m a x o ，d y + i l 宰m a x o ，y d 可解得，最佳订货批量y 满足 v 一 中( y ) ：。p ( d 切d ；譬 g + 厅 ( 2 ) 多周期随机库存模型 多周期模型中，考虑系统运行一个周期 1 ) ，决策者在每个周期开始都需 做一次决策。与单周期模型不同的是，每次决策时不是考虑使该周期达到最优而 是使玎个周期的总体达到最优。 把单周期模型的周期数增至万，假定各周期的需求量是独立同分布的随机变 量，分布函数及密度函数己知，各周期的费用结构与单周期的相同。当某个周期 的需求超过供给时库存水平记作负值，其不足部分在下一次进货时立即补足( 只 有最后一个周期除外) 。每个周期结束时都对库存水平进行一次观测，并对下个 周期做出订货量的决策。目标是使一个周期的总体费用期望值达最小。 ( 3 ) 无穷周期随机库存模型 无穷周期模型考虑系统一直运行下去，决策准则通常是使单位时间的平均费 用最小或使折扣总费用达到最小。 2 4 供应链管理环境下的库存问题 供应链管理把供应链看成由节点企业相关连接的有机整体，从整个供应链角 度对各个节点企业进行计划、协调和控制。供应链管理涵盖整个物流的、从供应 商到最终用户的采购、制造、分销、零售等职能过程。供应链管理环境下的库存 问题和传统的企业库存问题有许多不同之处，这些不同点体现出供应链管理思想 对库存影响。传统的企业库存管理侧重于优化单个企业的库存成本，从存储成本 和订货成本出发确定经济订货量和订货点。从单个企业角度看，这种库存管理方 法有一定的适用性，单从整个供应链的角度看，单一企业的库存管理方法显然是 不够的f 1 3 】。目前供应链管理环境下的库存控制存在主要问题有三大类：信息类 问题；供应链的运作问题；供应链的战略与规划问题。这些问题可以综合成以下 几个方面的内容：没有供应链的整体观念；对用户的理解与定义不恰当； 不准确的交货状态数据；低效率的信息传递系统；忽视不确定性对库存的影 响；库存控制策略简单化；缺乏合作与协调性；产品的过程设计没有考虑 供应链上库存的影q 面1 2 5 。 1 4 2 5 供应链管理环境下库存控制方法 在供应链管理下，供应链各环节的活动都应该是同步进行的，显然传统的库 存控制方法无法满足这一要求。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，在追求本企业利益最大化的前提下，每个企 业都独自制定自己的库存目标和相应的库存控制策略，这种孤立的运作导致企业 之间缺乏信息沟通，进而不可避免地会产生需求信息的扭曲和时间的滞后，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