（管理科学与工程专业论文）零部件通用对多周期多级生产库存系统的影响.pdf

华中科技大学博士学位论文 竺 i i i i i l i 篡苎 皇 皇 皇 竺 竺 摘要 从研究通用件对多级生产 库存系统的影响着手 建立了基本模型 之后 对单 品种 多周期随机存储模型进行了研究 并将模型拓展到多品种 多周期 以通用 件为对象 研究零部件通用化对多周期库存的影响 对不同的背景下 建立了相应 的数学模型 并进行了大量的仿真实验 得到了大量的实际数据和仿真结果 取得 了一些有理论意义和在管理上可供使用 有参考价值的成果 运用输入输出分析法 对多级生产 库存系统进行了研究 针对l 4 l 和f o q 策 略 我们对二种不同情况下使用通用件建立了数学模型 用以分析通用件对生产计 划以及对总体库存水平的影响 从分析中我们可以看出 i 如果通用件只用于替 代外购件 则对生产计划不产生影响 但是生产计划却对通用件的经济价格起决定 性的作用 如果通用件可以替代产品结构树上任意节点上的元件 包括半产品 组 合件 同时这些元件的功能应该具有相似性 则对生产计划产生影响 它会改变 原有的生产计划 i i 仿真结果表明 所有情况下 通用件均能降低库存水平 唯 一特例是当通用件的提前期取被替代的独立元件的提前期最大值 初始库存和订货 批量均是独立元件之和 使用通用件后 总体库存水平不降反升 i i i 从n p v 的 角度看 要真正达到费用的节约 还必须将通用件的价格控制在一定范围 将单品种多周期随机存储模型扩展到多品种多周期 研究了a t o 环境下使用 通用件对库存水平与费用的影响 将有通用件和没有通用件的情况进行了对比 得 出 多周期使用通用件对价格的要求更高 它要求通用件的价格不能高于它所替代 的独立元件价格的l 但是 随着产品数量的增加 缺货成本的增加 需求变化 系数的增加 需求相关系数为负 库存维持费用率的增加 通用件带来的好处越来 越明显 对价格的要求也越来越松弛 而且 在这诸多的因素中 对通用件效益影 响最大的是单位周期的库存维持成本 针对通用件在多周期使用的局限性 提出了通用件混合库存策略 并对它进行 了优化分析 发现通用件的混合库存策略优于现有的其他库存策略 它允许通用件 在价格上的松弛 仿真结果表明 当惩罚因子较大 p 7 时 它甚至允许通用件的价 格比它所替代的元件贵约2 倍 仍然可以带来经济效益 7 使用灰色系统理论对通用件的选择进行了分析 得出了一个选择通用件的一般 华中科技大学博士学位论 文 步骤 作为一种尝试 探讨了利用灰色系统理论对决策目标进行综合评价 从中选 择最佳的通用件替代的决策方法 最后 本文以一个实际的库存优化对象为背景 对整个企业库存现状进行了分 析 提出了优化策略 特别是以通用件为主线 对生产进行了重新调整 对库存设 7 一 置进行了科学的整合 优化结果表明 对企业降低成本起到了积极的作用 j 7 关键词 要用件 考周期 妻墼 生产 库存 灰龟至绩 i l 华中科技大学博士学位论文 a b s t r a c t s t a r tw i 也t h ee f f e c to fc o m m o n a l i t yi nm u l t i l e v e lp r o d u c t i o n i n v e n t o r ys y s t e m s a s e to ff u n d a m e n t a le q u a t i o n si sb u i l t t h e nas i n g l e i t e mm u l t i p e r i o ds t o c h a s t i ci n v e n t o r y m o d e li ss t u d i e d t h i sd i s s e r t a t i o ne x t e n d st h i sm o d e lt om u l t i i t e mm u l t i p e r i o di n v e n t o r y m o d e l i ti s f o c u so nt h ee f f e c t so fc o m m o n a l i t yo nm t a t i r a i o d i n v e n t o r y a n d e s t a b l i s h e sd i f f e r e n tm o d e l su n d e rd i f f e r e n te n v i r o n m e n t s a l s oi tg e t sa b u n d a n td a t aa n d r e s u l t sa f t e rm a k i n gal o to fs i m u l a t i o n s t h e ni to b t a i n ss o m et h e o r e t i c v a l u a b l ea n d u s e f u lp r o g e n y a p p l y i n gm r pt h e o r y t h ed i s s e r t a t i o ni n v e s t i g a t e st h ee f f e c to fc o m m o n a l i t y i nt h e m u l t i l e v e lp r o d u c t i o n i n v e n t o r ys y s t e mw i t l l 触c do r d e rq u a n t i f i e so rl o t f o r l o to r d e r i n g p r i n c i p l e s w e s h o wb a s i ce q u a t i o n se m p l o y i n gc o m m o n a l i t ya n dn o n e o m m o n a l i t y s o m er e s u l t sa 咒d e r i v e d i i fc o m m o nc o m p o n e n ti sl i m i t e dt op u r c h a s e di t e m s t h e o f f h a lp r o d u c t i o np l a n w i l ln o t c h a n g e h o w e v e r t h ep r o d u c t i o np l a n a n du n i t p r o d u c t i o nc o s tt o t a l l yd e c i d et h ee c o n o m i cp r i c eo fc o m m o n a l i t y i i i fc o m m o n a l i t y c o n c e r n sa n yi t e m t h eo r i g i n a lp r o d u c t i o np l a nw i l lc h a n g e i na l lo fc a s e s t h et o t a l a v a i l a b l ei n v e n t o r yr e d u c ee x c e p tf o rt h a tw h e nt h el e a dt i m eo f c o m m o n a l i t yi st h em a x o ft h o s e b e i n gr e p l a c e di t e m s a n d t h ei n i t i a l i n v e n t o r y a n do r d e r q u a n t i t y o f c o m m o n a l i t ya r et h et o t a lo fu n i q u ei t e m s t h e nt h et o t a la v a i l a b l ei n v e n t o r yi sh i g l l e r i i i f r o mt h en p v p o i n t i no r d e r t os a v et h ec o s t t h ep r i c eo f c o m r n o n a l i t ys h o u l db e l i m i t e dw i t h i nas u i t a b l e1 t n g e a l s ot h i sd i s s e r t a t i o na n a l y s e st h ee f f e c t so f c o m m o n a l i t yo ni n v e n t o r yl e v e la n dc o s t u n d e ra t o t h er e s u l ti ss i m i l a rt ot h ef o r m e rr e s u l ta f t e rh a v i n gac o n t r a s tb e t w e e nn o c o m m o n a l i t ya n dc o m m o n a l i t y t h a ti s i ti sm o r es t r i c tw i t hp r i c ew h e nu s i n gc o m m o n p a r t i tr e q u i r e st h ep r i c eo f c o m m o np a r tn o th i g h e rt h a n1 o f t h er e p l a c e dp a r t s a l o n g w i t hi n c r e a s eo f p r o d u c ta m o u n t s h o r t a g ec o s t h o l d i n gc o s t d e m a n dv a r i a n c e a n dw i t h n e g a t i v ed e m a n dc o v a r i a n c e i ti sm o r ea n dm o r ep r o f i t a b l ef r o mc o m m o n a l i t y f u r t h e r m o r e h o l d i n g c o s to f u n i tp e r i o di st h em o s tc r i t i c a lf a c t o rt oc o m m o n a l i t y b ed e a d a g a i n s t t h el i m i t a t i o no fu s i n gc o m m o n p a r t i n m u l t i p e r i o d t h i s i i i 华中科技大学博士学位论文 一i i i i l o o o d i s s e r t a t i o np r o p o s e sam i x c o m m o n a l i t yi n v e n t o r ys t r a t e g y i ti sm o r ee x c e l l e n tt h a nt h e o t h e ro r i g i n a li n v e n t o r ys t r a t e g y t h en e ws t r a t e g ya l l o w sp r i c es l a c ko fc o n l l t l o np a r t s s p e c i a l l y w h e nt h ef a c t o ro fp e n a l t yi sl a r g e rt h a n7 p 7 i ta l l o w sa b o u tt w i c et i m e s t h a nt h er e p l a c e dp a r t sw i t h o u tl o s to f t h ee c o n o m i c a lb e n e f i t a l s ot h i sd i s s e r t a t i o nh a sa l la n a l y s i so nt h es e l e c t i o no fc o l r v n o np a r t a n di td e r i v e s ag e n e r a ls t e pt os e l e c tc o n l l n o np a r t a sat r y t h i sd i s s e r t a t i o nb s e st h et h e o r yo f g r e y s y s t e mt oe v a l u a t et h ed e c i s i o nt a r g e t a n dt h e nc h o o s et h eo p t i m i s e dd e c i s i o nm e t h o do f c o m m o n a l i t y i nt h ee n d t h i sd i s s e r t a t i o nu s e sar e a l i n v e n t o r yo p t i m i s a t i o np r o b l e ma st h e r e s e a r c h e x a m p l e f i r s t i t a n a l y s e s t h e i n v e n t o r yr e a l i t y o ft h a t e n t e r p r i s e t h e n i t p r o v i d e sa no p t i m i s a t i o ns t r a t e g y b a s e d o nt h em a s t e r s t r o k ec o m m o n p a r t i th a sa l l a d j u s t m e n t o n p r o d u c t i o n a n d h a sas c i e n t i f i ci n t e g r a t i o no f t h e s e t u po f i n v e n t o r y i th a s b e e np r o v e dt h a ti th a sa p o s i t i v ea f f e c t i o no nc o s tr e d u c t i o n k e yw o r d s c o m m o n a l i t y m u l t i p e r i o d m u l t i l e v e l p r o d u c t i o n i n v e n t o r y g r a ys y s t e m 华中科技大学博士学位论文 1 1引言 1 绪论 随着技术与经济的高速发展 全球竞争环境已发生了巨大变化 i l p l 为了顺应 这种复杂多变的竞争环境 企业必须具有很强的产品应变能力 不断开发新的产品 因此 产品的多样化与产品上市时间 已经成为企业竞争策略的重要组成部分 甚 至是第一竞争要素1 3 1 1 4 1 而产品的多样化又导致了零部件的激增 为了制造这些 产品 企业必须生产或购买许多不同种类的零部件 这种产品和零部件的高度变化 性导致了生产费用和库存费用的增加 以及服务水平的降低 此外 它的副作用还 包括f 2 i 过多的设计努力 必须设计和开发许多独特的零部件 并在b o m 表 中增加部分数据功能 这需要更多的工程支持人员 i i 增加产品上市的时间 因 为设计独特的零部件需要更多的时间和制造步骤 i i i 制造效率低下 机器转换的 次数与独特零部件的数量成正比 也就是说 独特零部件越多 机器的转换次数越 多 过多的机器转换次数导致更长的制造提前期 i v 更高的间接经费开支 零部 件的增加导致所需的原材料与人员均有所增加 以及信息系统的增加 还导致预测 的难度与误差增加 所以就需要更高的安全储备来减少误差 为了改变这种状况 可以采取许多策略1 6 如 采用柔性系统 它包括战略柔 性 7 l 与制造柔性 前者是针对企业外部 后者针对企业内部 减少调整准备时间 减少产品品种 标准化设计 延迟产品差异化 产品系列化等 其中 一种行之有效并广泛采用的策略是 在产品的设计与制造过程中 充分 发挥零部件的通用化这一功能 1 2 零部件通用的研究成果与存在的问题 1 2 1 零部件通用对库存及其他因素的影响 所谓通用件就是一个新的零部件a 它同时具有二种或二种以上零部件的功能 可以用于取代其他零部件 8 1 通用件以外的所有非通用件 我们称之为独特元件 或独特零部件 华中科技大学博士学位论文 对零部件通用的研究大致可分为二个阶段 7 0 年代末至9 0 年代初主要的研究 集中在分析零部件通用化对库存的影响 9 0 年代中后期 除了分析对库存的影响 还分析了对制造系统一些其他性能指标的影晌 1 9 7 9 年 d o g r a m a c i o 从风险分担 r i s k p o o l i n g 的角度注意到 9 在多种产品 中采用通用件可以降低预测误差 条件是对这些产品的需求彼此不相关或负相关 这是最早研究零部件通用化的文章之一 c o l l i e r 1 9 8 1 1 9 8 2 0 i l l 提出了通用化度量指标 并研究了通用化对库存管 理 包括调整准备与存储 费用的影响 定义c 表示系统零部件通用化的程度d c l d e g r e eo f c o m m o n a l i t yi n d e x 1 c b c 越大 通用化越强 假设对各零部件 的需求相互独立 分析总体安全库存s 与c 的关系 通用件的安全库存与独立零 部件的安全库存之间的关系为 s s s 表示独特零部件的安全库存 s cj 表示通用件替代d 个j 零部件时通用件的安全库存 由公式可以看出 采用通用件 可以减少安全库存 通过仿真证实 当安全因子k 服务水平 一定时 c 越大 s 越小 从管理的角度应用以上结论我们可以得出 i 如果维持服务水平不变 则c 越大 s 越小 如果维持库存s 不变 则c 越大 服务水平越高 i i 因为c 越大 s 越小 所以订货量越小 因此订货费用和库存维持费用均减少 节约了总 体费用 i i i 为了控制总体费用 可以建立库存标准 目标管理 但是 c o l l i e r 的仿 真结果是在二种极端的情况下得到的 种是没有通用件时 一种是完全通用件时 没有独特零部件 所以不具备普遍性 1 2 1 尽管如此 他还是给管理和工程人员 提供了一个快捷经济的算法1 1 3 1 松弛c o l l i e r 模型中需求独立的条件 b a k e r 1 9 8 5 研究了需求相关时的安全库 存问题 1 他证明了零部件通用化导致安全库存的减少量是需求相关性的强函数 特别是 通用化降低时 需求的相关性增加 安全库存的水平降低 他还注意到 通用化可能会复杂化服务水平的确定 例如 当各个终端产品对通用件的需求多于 通用件现有的库存时 管理者就必须决策通用件的分配策略 更进一步 他指出传 统的z6 策略不适合零部件通用化 因为它可能不能获得期望的服务水平 b a k e r m a g a z i n e n u t t l e 1 9 8 6 1 5 1 建立了一个具有二个产品和二级库存的模型 分析零部件的通用化在各产品需求独立 并都服从均匀分布的情况下对最优安全库 存的影响 其目标函数是 在服务水平约束条件下 最小化系统安全库存 得到通 华中科技大学博士学位论文 用化的三个性能 1 最优总体库存 单元数 由于采用通用件而减少 i i 通用件 的最优库存水平小于各个独立零部件最优库存水平之和 i i i 引入通用件后的独立 零部件库存水平要高于没有通用件时的库存水平 另外 当通用件的库存水平不能 同时满足二个产品需求 但可以满足一个产品需求时 他们采用的通用件分配规则 是 小需求优先 s a u e r 1 9 8 4 1 1 6 和g e r c h a k a n dh e n i g 1 9 8 6 f 1 通过研究一个单周期 s i n g l e p e r i o d 无约束利润最大化模型 定性与定量结合地探讨了通用化对零部件库存的 作用 得到了与前面类似的结论 i 采用零部件的通用化会增加独立零部件的最 一 优库存量 i i 通用件的最优存储量可以高于 等于或小于它所替代的独立零部件 的最优库存 g e r c h a k m a g a z i n e g a m b l e 1 9 8 8 i s l 分析了一个二级基于订货的装配 a s s e m b l e t o o r d e r 系统的模型 通过一个反例 证明了在某些情况下 b a k e r 等人 1 9 8 6 提出的某些性能不成立 但当所有通用件的费用相等且被所有产品共享时 则性能i i 和i i i 对任意的产品数及任意需求分布均成立 此外 他们也发现订货 型装配系统中采用通用件可以使得安全库存更经济 并比较了订货型装配和备货型 生产 提出了二产品在任意费用和任意需求分布的情况下 通用件的分配策略 特 例情况下 即需求分布相同和费用相同时 采用 小需求优先 法 与b a k e r 等人 1 9 8 6 相同 他们还建议 当通用件的费用使得整个系统的费用增加或不能提供相 同的服务水平时 则不宜采用 9 0 年代中后期 人们开始进一步探讨零部件通用化对系统其他性能的影响 e y n a n 和r o s e n b l a t t 1 9 9 6 9 j 研究了一般零部件成本结构下采用通用化的影响 提出不应采用通用化的一些条件 e y n a n 1 9 9 6 t 2 研究了产品需求存在相关关系情 形下的通用性问题 并指出了区分产品内与产品间通用化的重要性 v a k h a r i a 1 9 9 6 t 2 等人基于模拟方法 探讨了m r p 环境下零部件通用化对车间负荷的影响 既要控制库存又要满足服务水平 一个关键的设计理念就是推迟产品的差异化 d i f f e r e n t i a t i o n 因为它可以增加企业的生产柔性 以满足生产的不确定性和顾 客需求的变化性 并且在相同的服务水平下可以减少库存 实现这种设计理念的一 个很重要的手段就是增加零部件的通用化脚1 人们已经分析了通用件在节约库存方 面的作用 但是却忽略了在延迟产品分化方面的作用 而后者带来的影响更大 因 此 从某种意义上来说 合理利用零部件的通用化所带来的利润和影响已经超出了 华中科技大学博士学位论文 通用化本身的意义 推迟产品的差异化意味着将系统的非公共部分 公共元件 公共过程 公共结 构等 尽可能地延续 例如 在装配线的上游阶段连续采用零部件通用化策略类似 于延迟产品的差异化概念 在很多情况下 多种产品可能分享同样的通用件或生产 过程 在过程中的某一点 独立元件或特有的过程开始用于制造或装配到不同的终 端产品 这个点通常称为产品差异分化点 l e e 1 9 9 7 j 建立一个n 级二终端产品 的模型 分析延迟差异分化点对系统其他因素的影响 如 设计费用 生产费用 中间级的库存费用 提前期等 发现有些费用的增加超过了延迟差异分化点带来的 利润 因此 辨证地看 不是所有的情况都是适合这种策略的 他还总结了延迟差 异分化点的一些设计方法 如 标准化设计 模块化设计 2 4 j 过程重构阱 以及这 些方法的适用环境 标准化设计涉及到使用通用件或公共过程 它可以降低制造系 统的复杂程度 增加在制品的 柔性 改善系统的服务水平 模块化设计就是把 一个产品分解成子模块 使之易于装配 过程重构就是将产品的生产步骤重新排序 在某些情况下 它极有可能延迟差异分化点 因为公共的生产步骤可以同时被多个 产品共享 最后文章还推导了最优差异分化点 并从最优差异分化点的特性中阐述 了管理上的意义 s h e u 和w a c k e r 19 9 7 t 2 6 j 分析了零部件通用化对生产提前期的影响 我们知道缩 短生产提前期有助于准时交货 2 7 提高质量b 1 2 9 1 增加柔性1 3 0 1 和提高生产率d i l 生产提 前期经常被作为一个企业竞争能力标志 因此 缩短提前期对一个企业而言是非常 重要的 采用通用件可以缩短提前期p 2 1 因为它可以降低系统的复杂程度 易于重 复生产和大批量生产 由此可以简化生产计划f 3 3 i s h e u 和w a c k e r 首先分析了 c o l l i e r 1 9 8 1 的d c i 的局限性和不足之处 进而提出了一种新的通用化测度指标t c i t o t a lv a r i a b l ec o m m o n a l i t yi n d e x 用假设检验 分析t c i 对提前期的影响 和 外购通用件对提前期的影响 他们没有用具体的数学模型 而是采用实验设计和仿 真模型的方法 得出结论如下 i 零部件通用化对设计提前期和生产提前期均有 影响 设计中采用通用件可以缩短产品开发周期 从而使得企业更快地响应市场 采用通用件可以减少生产系统的复杂程度 从而缩短生产提前期 i i 减少独立零 部件数目并不能自动导致更高的零部件通用化或缩短生产提前期 i i i 决定t c i 和 生产提前期的是通用件的使用总量 而不仅仅是独立零部件的数量 i v 只在一个 终端产品中采用较多的外购通用件会降低标准化的均衡性 并使得该产品的生产提 华中科技大学博士学位论文 前期更长 这一结论对产品设计者非常重要 如果设计仅仅是把注意力放在减少一 个产品内的独立零部件数上 而不考虑标准化的均衡性 那么这个产品就不是为制 造而设计的 在这种情况下 制造商得化很大精力用于缩短生产提前期 此外 在 设计新的产品时 还应该考虑现有的产品需求和单位装配数量 当然 那些具有高 性能的外购件也是考虑之列 t s u b o n e m a t s u u r a 和s a t o h 1 9 9 4 t 1 n a g a m r 和a z e e m 1 9 9 9 1 将零部件的 通用化与系统柔性结合起来 研究它们对生产性能的影响 性能指标有 制造周期 m a k e s p a n 机床使用率 单位机床时间加工零部件的平均数 仿真发现 采用 通用件对上述三个指标均有改善 再结合柔性 改善程度越大 k o k v i s s c h e r s 和d i k s 1 9 9 8 1 9 9 9 p 6 i i 较为全面地分析了多终端产品和 多通用件的多级装配系统 在r o s l i n g 1 9 8 9 i v a nh o u t u n 和z i j m 1 9 9 1 1 4 0 l 的研 究基础上 提出了一种新的分解装配系统的方法 即将一个生产装配型网络分解成 纯分枝 完全二叉树 型多阶梯库存系统 n e c h e l o ni n v e n t o r ys y s t e m 或一个连 续的生产系统 这个方法的关键在于预分配策略 即将通用件在系统分解前就预分 配到终端产品 对分枝多阶梯系统 约束为满足填充率 而不是服务水平 可以 计算出次优的库存水平 再将这些库存水平代入原装配系统 通过离散事件仿真 将各种预分配策略与其他常用分配策略比较 发现预分配策略运行良好 而且可以 达到期望的费用和服务 该篇文章似乎是最新的研究零部件通用化的论文 它较为 全面地分析了通用件对多级装配系统库存水平的影响 但是 它对装配系统的假设 条件非常严格 与实际上的装配生产线有比较大的差距 尽管如此 它的分析仍然 为我们今后研究装配系统中通用件的影响提供了有益的帮助 至此 我们可以看出 采用零部件通用化可以带来很多利益 归纳如下 i 减 少系统的复杂性 加强了预测的准确性和材料的有效性 9 1 i i 风险合并 和减少 安全库存 5 l 1 1 i i i 简化了生产计划 生产过程易于控制 1 1 i i v 更多 更有 效地应用现有的生产技术和新型生产技术 l i i 1 v 减少调整准备时间和维护费用 1 1 0 1 1 i v i 使设计过程合理化 加快新产品的开发 减少设计和开发费用1 8 凇6 4 2 i i 减少供货 补充订货 提前期的不确定性 获得经济批量m 任何事物都有其两个方面 t h o m a s 1 9 9 2 t 4 就曾撰文分析了零部件通用带来的 负面影响 i 功能过剩 i i 虽然减少了系统的复杂性 但却增加零部件的复杂 性 导致单位购买成本增加 i i i 对订货性装配而言 增加通用化会降低生产线的 华中科技大学博士学位论文 l l l l 柔性 i v 无法为顾客提供完全符合要求的产品 特别是个性化产品 从而丧失了 一部分市场 所以 只有科学地使用零部件的通用化 才能达到我们预期的目标 1 2 2 零部件通用服务水平的度量法对库存的影响 值得一提的是 g e r c h a ke ta l i 首次提出当存在多种终端产品时 区分不同的 服务水平度量方法至关重要 他们定义了二种服务水平的度量方法 一种是总体服 务水平 即在给定的周期内满足所有需求的概率 b a k e r m a g a z i n e n u t t l e 1 9 8 6 用的就是这种度量方法 另一种是瓶颈服务水平 即各个终端产品各自服务水平的 最小值 他们注意到 采用瓶颈服务水平度量法 使用通用件会增加独立零部件的 安全库存 而采用总体服务水平度量法 则不一定会出现上述结果 b a g c h i 和g u t i e r r e z 9 9 2 l 研究了通用件对服务水平和库存维持费用二个因素 的影响 假设库存总单元数一定 需求服从指数和几何分布 目标函数是 最大化 服务水平 他们发现通用件的引入 不仅导致费用的减少 而且增加了边际收入 i n d e r f u r t h 和m i n n e r 1 9 9 8 即 分析了各种服务水平的度量方法在多级库存系 统中对安全库存的影响 以此说明不同的度量方法所带来的不同计算结果 有二种经常采用的服务水平度量法婶l i 在补充订货的提前期内没有缺货的 概率 i i 直接从货架上满足需求的比率 也称添充率 z e n ge ta 1 1 9 9 9 i 1 说明 了这二种度量法在管理上的含义 并从管理有效性的角度 分析比较了这二种测度法 优劣 在计算库存的文章中总是将服务水平作为 个已知的条件或约束 而没有考虑 一些与服务水平相关的因素 c o l e m a n 2 0 0 0 f s o j 也专门对正确确定服务水平的重要 性进行了阐述 指出了在确定服务水平过程中常见的四个错误 并提出了修正与改 进的办法 1 2 3 零部件通用化研究的数学分析方法 建立数学模型 5 1 是我们分析零部件通用对库存及其系统其他性能影响的一个 重要手段 分析通用件的数学方法很多 早期的解决策略主要集中在非线性规划技 术1 5 2 u 5 3 l 5 4 l l 后来启发式算法被用于解决通用化问题i 其中一种启发式求解策略一 一聚类法 对通用化的分析有很大的帮助1 9 1 1 5 7 1 1 5 8 j 华中科技大学博士学位论文 总而言之 在现有的文章中对零部件通用化的研究涉及到各个层面 范围非常 之广 但是其数学模型几乎都建立在单周期生产 库存系统基础上 而对多周期库 存系统的研究极少涉及 此外 对于零部件的通用与现代企业生产管理理论与方法 的结合尚有待进一步研究 如 与j i t 结合的混合模型的研究 对系统柔性的影响 以及对整个供应链成本影响等 1 3 对多级库存 生产系统的研究成果与存在的问题 1 3 i 库存问曩的提出与库存理论的发展 工业化大革命改变了传统的社会生产方式 复杂的大规模机械化生产代替了简 单的手工操作生产 5 9 1 面对一个现代化生产系统 由于生产的复杂性及其自动化程 度的提高 系统的决策者如何决定生产 组织生产将对其经济效益产生巨大的影响 因此 如何对生产过程进行科学的管理就变得十分重要了 而库存作为缓解供需矛 盾 均衡生产的一个必不可少的工具 在生产系统中起到至关重要的作用 但同 时它又占用了企业大量的资金 减少企业利润 甚至导致企业亏损 因此科学组织 生产 控制库存已成为现代企业生产 经营管理中的一个重要课题 早在1 9 1 5 年 f h a r r i s 针对银行货币的储备问题进行了详细的研究 建立了确 定性的存储费用模型 并得到了最优解 即最佳批量公式q 2 肋肛 1 9 3 4 年 r h w i l s o n 重新得出了这个公式 后来人们称这个公式为w i l s o n 公式或经济订购 批量公式 简记为e o q 公式 这是针对库存论进行的启蒙工作 到2 0 世纪5 0 年 代 k a a r r o w 和a d v o r e t z k y 的工作是现代库存理论进行的奠基性的工作 k a a r r o w 等人在1 9 5 8 年写的 s t u d i e si nt h em a t h e m a t i c a lt h e o r yo fi n v e n t o r ya n d p r o d u c t i o n 一书中提炼了生产库存问题中的数学理论 此后 库存理论成了运筹 学中的一个独立分支 其代表作有a m w a g n e r 等人的d y n a m i cv e r s i o no ft h e e c o n o m i cl o ts i t em o d e l 1 9 5 8 a f v e m o t t 等人的 n l eo p t i m a li n v e n t o r yp o l i c yf o r b a t c ho r d e n c i n g s 1 9 6 5 等 近3 0 年来 国外学者已经研究出了具有随机滞后时 间和多品种 多级的以及扩散型的生产库存管理系统 我国的运筹学工作者在库存 理论和应用方面也作了很多工作 并提出了很多有关库存管理决策模型与解决方法 5 9 1 埘7 1 如顾基发等人的 t q ss s 型国家控制物资库存控制模型 一文 就是针 华中科技大学博士学位论文 对我国国控物资管理特点建立起来的一种适合我国国情的控制模型 还有其他一些 有关库存控制的理论与应用的文章 这里不一一列举 库存控制理论从它的产生到现在虽然还不到一个世纪的时间 但由于其应用广 泛 特别是计算机的迅速发展 促使它得到很快的进展 尤其是在理论研究中有了 很大的突破 开始从研究确定性库存模型到随机性库存模型 从研究单品种单级库 存模型到多品种多级库存模型 从一维扩散库存模型到多维扩散模型等 所有这些 研究使得库存理论更加接近于实际 但相应的数学处理和库存策略都将十分复杂 1 3 2 多周期二级生产 库存系统 有关库存理论的文献浩如烟海 结合本课题 我们只就二级或多级生产 库存 系统的文献 择其相关部分 作为研究与立论的根据 c l a r k 和s c a r f 是最早研究多级库存的学者之一 他们1 9 6 0 年发表的文献中 对连续系统采用 s s 策略 证明了最优策略的存在性 c l a r k 和s c a r f 建立一个 二级 t w o e c h e l o n 二位置 t w o l o c a t i o n 的随机存储模型 假设一个有限的计划 水平 不考虑调整准备费用 他们证明了这个系统的最优解可以通过分解系统得到 他们把这个系统分解成二个分离的单位置问题 底层库存的费用只包括这级库存本 身的费用 而不含其他的费用 用临界值法来解决这层韵库存策略问题 每个周期 的最优策略和期望的费用函数被用于定义这个周期的由 惩罚费用 引起的凸函数 然后把这个凸函数加到上一级库存 即中心库存 的库存维持费用上 再与订货费 用一起 就形成了第二个问题 用 s s 策略来解决这个问题 并且这个策略即构成 了整个系统的最优订货策略 f e d e r g r u e n 和z i p k i n 1 9 8 4 t 叫把上述模型扩展至无限水平 i n f i n i t e h o r i z o n 得到了树状网络结构的最优控制策略的近似解 所谓树状网络结构即每个节点最多 只有一个父节点 这种网络结构很符合生产 库存系统的分布状态 本课题主要研究的生产系统是订货型装配系统 由许多零部件 经过多次加工 或装配 制造成一个产品 典型的多周期 s c h m i d t 和n a h m i a s 1 9 8 5 t 7 0 1 首次研究 了一个由二个零部件装配成一个终端产品的网络装配系统 这也是最早分析随机需 求情况下m r p 型装配系统的文献之一 假设 订货提前期和生产提前期 初始库 存水平均已知 零部件从供应商订货 需求只对终端产品 而且需求是随机的 s c h m i d t 和n a h m i a s 用动态规划方程推导出了零部件的最优订货策略 和在多种情 华中科技大学博士学位论文 况下的终端产品最优装配策略 实质上 它的基本策略就是使装配进度力图与零部 件的库存水平相等 当不等或不匹配时 则修正参数 使之达到最优 终端产品的 装配数量则是由零部件的可用度限制的 如果生产和外购的数量不匹配 也应修正 之 w i j n g a m d 和w o r t m a n n 1 9 8 5 t 7 对多周期网络状生产倩 存系统进行了分析 以 获得m r p 系统的安全库存策略 他们将一级 o n e s t a g e 系统引伸到多级 m u l t i s t a g e 系统 得到三个安全库存策略 i 固定安全库存s 准则 这种策略是 无 论有无需求发生 都有 个固定的s 以满足订货提前期中的需求变化 因此 增加 了额外的库存费用 i i 固定的安全时间准则 即在订货提前期上再增加一个时间 偏移量 使之不至于缺货 i i i 预测需求时 增加一个预测偏移量 比较三种策略 可以得知 策略i i 不会产生一个安全库存 除非有需求发生或有订货要求时 但 是它增加了生产计划的时间轴长度 w h y b a r k 和w i l l i a m s 1 9 7 6 n l 经对策略i 和 策略i i 进行过比较 得出的结论是 当数量不确定时采用策略i 当时间不确定 时采用策略i i 系统可以得到比较满意的结果 采用策略i i i 将不会由于重新计 划而引起 死库 d e a ds t o c k c o h e n 和l e e 1 9 8 8 1 7 3 1 建立了一个包含物料 生产 配送的完整供应链模型 其 结构实际上是一个多输入 单制造点 树状配送系统 该模型用于分析产品费用 能 提供给客户的服务水平 生产 配送系统的响应性和柔性 他们重点研究的是离散 型批量生产系统中 其生产策略与物料策略对系统的性能影响 并试图在生产 配 送系统中 就费用 服务水平 柔性之间找到一种平衡 整个生产 配送系统包括四大 予模块 物料 原材料 控制子模块 生产控制子模块 成品库子模块 配送 至 顾客 子模块 四个子模块各有其数学模型 彼此相互关联 相互作用 但又相对 独立 一个子模块的输出即是其他子模块的输入 各个子模块的最优解都受一定服 务水平的约束 换句话说 初始问题变成了寻找一个合适的服务水平以使整个系统 最优化 物料控制子模块的库存控制策略是连续检查库存的 n q r 策略 在满足 一定服务水平的情况下 总费用最小 包括补充供应的物料费用 存储费用及缺货 损失费用 生产控制子模块的策略是 产品i 在工厂j 的生产总费用最小 包括调 整准各费用 生产过程消耗费用 在制品存储费用 成品库子模块 需要决定订货 量q 和订货点r 总费用包括产品的单位库存费用 从工厂j 到仓库的运输费用 订货费用 配送子模块采用 s s 库存策略 其中又分为正常 库存达到订货点r 补充 9 华中科技大学博士学位论文 订货d 和缺货 低于订货点r 时的订货e 各个子模块的库存控制或费用的最优 化实际上都是建立在二级库存理论的基础上的 并得到了子模块的最优解 但由于 整个系统的非线性 使得整个系统的解是次优 对于树状结构的装配系统 g r a v e s 1 9 8 8 7 4 1 采用了一种不同的方法 他将一 个站点的生产率 决策变量 模拟成输入库存的损耗率 他首先描述了单站点的生 产特征 进而指出完全网络结构可以通过重复使用单站点模型而再现 从而得到一 个简单而易于处理的结论 他的方法可以应用于分析制造过程的柔性价值和元件的 通用化 这个模型的优点在于 i 它可以解决供应链中的许多问题 i i 既适用于 集中控制 当所有的决策变量同时最优 也适用于分散控制 当决策变量在某时 刻的一个站点上最优 这种把单一站点模型作为摧个网络系统的一个模块的方法 后来还被h a u l l e e c o r e yb i l l i n g t o n 1 9 9 3 哪l 采用 当然 g r a v e s 的模型也有一 些缺陷 人们不能任意改变生产率 而且他的模型是如何处理一个装配型的网络结 构 多输入 机理并不清楚 r o s l i n g 1 9 8 9 t 1 研究了具有随机需求 生产费用和库存控制等因素组成的装配 系统的存储模型 它实际上是c l a r k 和s c a r f 模型的推广应用 在不考虑安装费用 的情况下 假设有 个初始库存水平 r o s l i n g 证明了可以将装配系统转换成一个 等价的连续系统 然后可以很方便地应用c l a r k 和s c a r f 的方法计算出一个简单的 最优库存策略 这个简单的再订货策略是最优的 并且大大简化了计算 特别地 r o s l i n g 还分析了存储费用小于或等于零时的库存策略 但是 他的结果只在系统 只有一个终端产品 和系统中的每个节点最多只有一个子节点时才成立 所以零部 件的通用化问题不可能应用他的方法 此外 关于柔性生产 c h a k r a v a r t y 和s h t u b 1 9 8 7 7 6 1 认为 对于多终端产品 系统的能力计划是非常重要的 他们由有效的加工时间和工具库存能力定义了系统 能力 通过对不同的需求比例 传送费用和工具安装费用的分析 得出了一套最有 效使用系统现有能力的方法 大多数生产系统都面临着二种主要的不确定性 各周期的产出率不确定性和产 品需求率不确定性 这些不确定性对生产计划 库存控制 满足顾客需求带来了困 难 对研究生产管理的人来说 这些不确定性增加