IBM电脑部和其他部门的供应链管理

INTERFACES 30 1 January February 2000 pp 7 25 1 IBM 电脑部和其他部门的供应链管理电脑部和其他部门的供应链管理 GRACE LIN MARKUS ETTL STEVE BUCKLEY SUGATO BAGCHI IBM T J 沃森研究中心约克镇 Heights 纽约 10598 DAVID D YAO 哥伦比亚大学 纽约 纽约州 10027 BRET L NACCARATO IBM 印刷系统公司 Endicott 纽约 13760 ROB ALLAN KERRY KIM LISA KOENIG IBM Personal 研究三角公园 卡罗莱纳州 27709 1994 年 IBM 开始重组它的全球供应链 它希望以最少的库存达到对顾客 的快速响应 为了支持这一项目 我们开发了一个跨企业供应链的分析工具 资产管理工具 AMT AMT 将图形化流程建模 解析解的性能优化 仿真 基于行为的成本核算以及企业数据库连通性集成在一个允许对跨企业供应链进 行定量分析的系统中 IBM 已经采用 AMT 研究类似于库存预算 周转目标 顾客服务目标以及新产品介绍等问题 我们已经将它实施于大量的 IBM 的商业 单位和渠道合作伙伴 1998 年 AMT 已经在原材料成本和价格保护费用上节省 了 7 5 亿多美元 作为世界上最大的计算机硬件 软件和服务的提供商 IBM 生产各种不同 的产品 包括半导体 处理器 硬盘 个人电脑 打印机 工作站以及大型机 它的制造点与世界各地成千上万的供应商和分销渠道保持着联系 一条产品线 可能包含数以千计的零件 而这些零件要涉及到多级原材料清单 各式各样的 提前期和成本以及成百上千的由不同的运输模式连接的制造和分销地点 面对 着日益激烈的竞争 高科技的迅猛发展 持续的价格下降的挑战 公司在 1993 年开始了一个内部重组项目 理顺业务流程 以改善物流和信息流 这一重组 项目通过提高将产品传递到市场上的速度 可靠性和有效性 致力于改进顾客 满意度和市场竞争力 作为整个重组项目的一部分 1994 年 IBM 开始了一个资产管理重组的开 发 其目的是定义供应链结构 确定战略库存和顾客服务目标 以优化库存的 分配和存放 并在满足顾客服务目标的同时减少企业的库存 公司成立了一个 跨部门的团队 成员是来自制造 研发 财务 市场 服务和技术部门的代表 IBM INTERFACES 30 1 January February 2000 pp 7 25 2 这个团队确定了五个需要建模用于支持决策的领域 1 在每一个商业单元内 减少库存的方法的设计 2 用于高层管理的为获得库存目标的选择方法的开 发 3 在每个商业单元内开发和实施一个协调管理库存和顾客服务目标的流 程 包括工具的采纳和调度 4 在全球供应链网络中对类似于服务零件 生 产原材料和成品这样的资产进行充分的估价 5 对跨品牌产品和单元协作进 行评价 以改善库存和风险管理 针对这些问题 我们开发了资产管理工具 AMT 这是一个战略性的决策 支持工具 AMT 和其它资产管理重组方法的整合已经使跨企业的供应链管理在 IBM 得到了成功的应用 资产管理工具 资产管理工具 AMT 跨企业的供应链是一个由互相关联的设施组成的网络 企业通过这些设施 进行采购 生产 配送 并将产品和服务传递给它的顾客 由于采购 生产和 销售变得越来越全球化 大公司的供应链也愈加复杂 并且相互依赖的程度也 越来越深 今天的跨企业的供应链实际上是由代表了许多公司利益的多个供应 链组成的网络 包括供应商的供应商到顾客的顾客 由于存在这种相互依赖的 关系 一个具有扩展供应链的企业只有与它的供应商和零售商通力合作 才会 取得良好的业绩和发展 一个具有扩展供应链的企业只有与它的供应商和零售商通力合作 才会取 得良好的业绩和发展 在高科技产业中 跨企业供应链的管理变得非常重要 在管理得好的情况 下 它可以使公司运作成本很低 而利润很高 而一个管理糟糕的供应链却恰 好相反 利润减少 企业失去创新精神 企业的商业成长受到阻碍 在我们最 初的工作中 我们意识到有两个基本的环节可以用来检查 IBM 的供应链情况 第一 我们必须减少和管理不确定性 以促进更精确的预测 第二 我们必须 改进供应链的灵活性 促使其迅速适应市场的变化 从一开始 我们就致力于 研究一条跨企业的供应链潜在固有的相互依存关系 我们认识到只有当我们的 系统反映了我们的供应商和渠道采用的策略和流程 并且将他们的价值链与我 们自己的集成考虑 我们的这一系统才可能运行成功 这一观点帮助我们形成 了这样的看法 在跨企业的供应链中 必须采用集成的建模和分析工具 它将 是一种采用新的方法论来处理需求 提前期 供应商可靠性和其它因素内在固 有不确定性的工具 它将是可升级的 这样 它就能够处理代表某行业的大量 IBM INTERFACES 30 1 January February 2000 pp 7 25 3 描述产品结构 供应链流程和部件库存信息的数据 最后 这一新工具在对供 应链策略的基本类型及其交互作用的建模中也同样有效 因为不同的企业可能 使用不同的政策 我们设计 AMT 来解决所有这些问题 它是一个用于战略和战术供应链计 划的建模和分析系统 源自各种各样 IBM 早期的内部重组研究 Bagchi et al 1998 Buckley 1996 Buckley and Smity 1997 Feigin et al 1996 它支持用 于多层次库存系统量化分析的先进的建模 仿真和优化能力 以及类似于企业 数据库连通性和基于 Internet 的沟通这样的特点 AMT 基于六个功能模块 一 个数据建模模块 一个图形用户界面 一个实验管理器 一个优化引擎 一个仿真 引擎和一个报告生成器 数据建模模块提供了一个关联数据接口 包括产品结构 提前期 成本 需求预测和相关变量的信息 它内置有原材料清单的发出和数据精简能力 能 够自动检查数据的完整性 通过数据桥 data bridges 它允许对 IBM 的国际 和当地运作数据库的进行访问 图形用户界面 GUI 将供应链建模与基于会话的供应链数据输入结合起 来 它允许用户通过拖放模型组件建立供应网络 比如将制造点 配送中心 运输节点置于工作区上 实验管理器用于组织和管理与供应链实验相关的数据集 它允许用户查看 并交互地修改参数和策略 除此之外 它提供对实验中生成的输出数据的自动 访问 并且支持各种各样的文件管理操作 优化引擎工具执行了 AMT 的主要功能 量化地权衡了供应联网络中的客 户服务目标和库存 这一模块可以通过 GUI 的下拉菜单访问 或者由仿真引擎 调用 仿真引擎模拟了供应链在不同参数 策略和网络结构下运行得到的结果 包括供应商 制造商以及配送中心的数量和位置 库存和制造策略 例如安全 库存控制 供货时间 按库存生产 按订单生产 以及连续或周期性的补充策 略等 仿真引擎包含了一个动画模块 能够帮助用户想象供应链的运作 并在 监控仿真输出报告的同时改变参数和策略 报告生成器对所研究的供应链的性能提供了一个综合的观察 包括平均周 转时间 顾客服务水平 出货情况 订单完成率和库存 它还能生成财务报告 包括销售收入 库存占用资金 原材料成本 运输成本和基于活动的成本 比 IBM INTERFACES 30 1 January February 2000 pp 7 25 4 如原材料的处理和制造 优化引擎优化引擎 优化引擎的核心功能 是分析在一条跨企业的供应链中顾客服务和库存投 资之间的权衡 目标是确定供应链中每个节点中的每种产品的安全库存 以期 最小化在总体库存上的投资 我们把供应链看作是一个多层的网络 将其中的 每个库存节点作为一个排队系统进行建模 除了通常的排队建模 我们在模型 中结合了一个库存控制政策 安全库存控制策略 将安全库存水平作为决策变 量 为了量化地评价这样一个网络 我们开发了一种基于分解算法的方法 其 核心思想是单独分析网络中的每一个库存节点 并通过所谓的实际提前期 获 取不同库存节点之间的联系 我们将每个库存节点看成一个具有复合泊松到达 无限个服务台 服务时 间服从一般分布的队列 用排队符号表示 为了做到这一点 我们 GM X 必须详细说明到达和服务过程 通过基于生产结构 采用标准的 MRP 需求生成 技术 我们在每个节点获得到达过程 复合泊松到达过程有三个主要参数 到 达率 批量的均值和方差 因此它能够包含多种形式的需求数据 例如 某一 特定时期的需求可以由它的最大值 最小值 以及最可能的值来描述 服务时 间是每个库存节点的真实提前期 一个库存节点的真实提前期可以通过它的名 义提前期 比如制造或运输时间 以及它的供应商的满足率来求得 特别的 当一个供应商出现缺货时 我们必须将由此产生的延迟加到实际提前期中去 这一延迟是供应商用来生产满足订单的下一个单位所用的时间 在我们的模型 中 我们通过 Markov 链分析得到附加的延迟 随着到达和服务过程的确定 我们可以分析队列 并得到类似库存 缺货 满足率和顾客服务水平这样的性能指标 在对库存节点 i 的分析中 关键值是 队列中的作业数量 以 Ni表示 这个值可以从标准的排队论的结论 GM X Liu Kashyap 和 Templeton 1990 中得到 为了减轻大规模应用中的计算负担 我们用一个正态分布来近似 Ni 这样 我们只需要得到 Ni的均值和方差 而这 二者都依赖于实际的提前期 即排队模型的服务时间 图 1 是一个库存节点的 动态变化的简图 优化模型的目标是最小化供应网络中的总期望库存资本 这一总量是所有 库存节点的总和 而每个节点持有两种类型的库存 成品 在持 库存和在制 品 在订 库存 优化模型的约束是要求的顾客服务目标 他们由顾客订单在 给定期限之前满足的概率来表示 例如 95 或 99 我们的公式允许用户分别 IBM INTERFACES 30 1 January February 2000 pp 7 25 5 为每一类需求流指定顾客服务目标 首先对于每种最终产品 我们得到能够满 足要求的顾客服务目标的满足率 这些满足率通过网络的材料清单结构以及实 际提前期 与所有上游库存节点的实际提前期建立联系 模型因此得到了不同 库存节点的相互关系 特别是安全库存水平和满足率对于顾客服务水平的影响 供应链和配送网络的相关模型包括了 Lee 和 Billington 1993 模型 Atntzen et al 1995 Camm et al 1997 Kruger 1997 Graves Kletter 以及 Hetzel 1998 Andersson Axsaeter 和 Marklund 1998 图图 1 在这个描述一个库存节点动态性能的简图中 安全库存水平是 9 当有四个单 位库存时 其它的五个单位已经由早期的订单所供应 并且已经转化为流程中的五个作业 为了使优化能够快速执行 我们得到准确形式的解析梯度估计 并且实现 了一个梯度搜索算法用来生成最优解 这一工作的技术细节参见 Ettl et al 1998 及附录 除了梯度搜索 我们还开发了一个基于产品聚类的启发式优化过程 为了使解法有效 我们将它与许多搜索方法在解决中等规模的测试问题时进行 比较 对于大规模的 产业规模的应用 这一模型也已经在 IBM 的几个商业单 元中得到广泛测试 仿真引擎仿真引擎 仿真引擎允许用户对不同的供应链策略进行模拟 特别的 可以用来验证 和微调由优化引擎生成的解决方案的性能 我们基于 Simprocess Swegles 1997 建立仿真引擎 Simprocess Swegles 1997 是一个用于通用目的的商业流程模拟 器 由 IBM 研究中心和 CACI 产品公司联合开发 仿真引擎在加入供应链建模 IBM INTERFACES 30 1 January February 2000 pp 7 25 6 功能的同时 保留了 Simprocess 的功能 特别的 它为下面的供应链流程提供 了建模功能 顾客流程代表了基于所模拟的顾客需求 向供应链提交订单的外部顾客 它还能对关于期望顾客服务目标和顾客优先级的信息进行建模 制造流程对装配组装过程 库存策略和补充策略进行建模 它还能被用于 对供应商建模 配送流程对配送中心建模并且能够用来对零售店建模 运输流程对运输时间 车辆装载和运输成本进行建模 预测流程代表了产品预测 包括将来阶段的促销和随机需求 库存计划流程对周期性的库存目标水平设置进行建模 这个流程的本质是 基于要求的顾客服务目标 计算出供应链中各个库存节点的建议库存水平 的 AMT 优化引擎 仿真引擎允许用户在监控输出报告的同时 改变一系列输入参数 来获得 最佳的输出值 所有的输入和输出参数存在于 AMT 模型数据库中 用户以随 机变量的形式 通过随机分布为仿真提供输入参数 包括制造提前期 运输时 间 原材料处理延迟时间 需求预测 原材料清单单上要求的产品数量和供应 商的可靠性 支持的随机分布函数包括 爱尔朗 指数 正态 正态对数 泊松 三角 均匀 韦伯和用户定义的分布 我们设计了仿真引擎来进行基于情景的分析 在这一分析中 像供应商 制造商 配送中心的数目和位置 库存水平 以及制造 补充以及运输策略 按计划生产 按订单生产 按订单装配 持续补充 周期性补充 满载运输 非满载运输等等 这样的供应链参数在仿真过程中不断变化 对于每一次的仿 真 用户都可以指定一个计划期 重复情景 样本运行 的数量以及一个不用 保留统计数据的预热阶段 计划期的长度取决于特定的被讨论的实际应用 以 及历史需求预测的有效性 通常我们取 6 12 个月作为计划期 仿真运行的结果以指标报告的形式输出 这些指标包括周转次数 顾客服 务 满足率 缺货率 出货 收入 安全库存以及在制品库存 为了分析财务 方面的影响 用户可以使用以下条目 其中的所有条目都可以再仿真中监控 原材料成本 产品销售收入 基于活动的成本 例如原材料处理和制造成本 库存持有成本 运输成本 错误满足或者推迟向顾客发送的惩罚成本 因被错 误满足或者从供应商处推迟发来货物的补偿 由顾客返还货物产生的成本 将 货物返还给供应商的补偿 IBM INTERFACES 30 1 January February 2000 pp 7 25 7 系统集成与技术创新系统集成与技术创新 我们将 AMT 的六个功能模块集成在一个足够灵活的系统构架中 它可以满 足用户不同的计算需要 这种构架是基于一个客户端 服务器规划模型的 在 这个模型中 可以利用计算机网络的资源进行试验 见图 2 AMT 的客户端 提供了一系列功能 用于查看用户图形界面和对话框形式的数据录入 而 AMT 的服务器端 通常处在一台功能强大的工作站或中型机上 提供了完整的 建模和分析功能 在我们为使用功能较弱的计算机 如膝上型电脑 的用户建 立的构架中 AMT 客户端则以独立于平台的 Java 应用程序形式存在 联网的 客户端则允许用户通过网络浏览器访问 AMT 图图 2 为了管理供应链运作 AMT 需要产品在不同阶段与流程中的相关数据 这 些数据可以通过一个相关模型数据库 它经由关联界面与服务器相连接 得到 数据库存储了与各种建模情形相关的信息 包括供应链结构 产品结构 制造 数据 以及需求预测 对每种最终产品 通过自上而下的材料清单 可以生成 它的产品结构 我们所有的产品数据都是从公司数据库以及当地站点数据资源 中提取的 为了方便数据提取 我们开发了许多数据库连通性模块 提供对数据库的 IBM INTERFACES 30 1 January February 2000 pp 7 25 8 自动访问 提取生产数据 并把它们注入模型数据库中 所有的连通性模块都 有内置的材料清单生成功能 为了检测因原材料清单信息遗漏或不完备导致的 数据记录不一致现象 我们加入了数据库的一致性检验 这样可以产生遗漏数 据报告 并将数据集缩小到能够被保持一致地下载到模型数据库的水平 数据 收集的过程允许用户在相关的表格中提供遗漏的数据 这些表格可与清单的输 出结果合并 为了将原材料采购清单的复杂性控制在可以管理的范围内 我们 实现了数据减少程序 通过这些程序 我们可以根据零件的价值等级或年需求 成本自动消除非关键组件 AMT 的图形用户界面允许建模者在工作域内拖放通用供应链组件 来为多 种供应链建立供应网络 见图 3 复杂的算法封装在组件内部 例如 点击 PSG 制造 节点 就会打开让用户指定参数和策略的窗口 例如延迟时间 制造提前期 原材料清单 以及按订单生产或按计划生产这样的制造策略 AMT 也支持分级过程建模 用户可以 下行 来包含供应链的其他层 给建模 过程增加可扩展性 顾客节点捕获需求 预测和客户服务要求 我们置入了动 画 来帮助用户将订货 商品以及卡车在节点间的运行这些供应链活动可视化 在仿真运行过程中 用户可以查看报告 例如服务或库存报告 了解仿真目前 的状况 除了这些实时报告 AMT 还提供我们前面讨论过的财务和性能报告 图图 3 IBM INTERFACES 30 1 January February 2000 pp 7 25 9 AMT 的一个重要特征就是优化和仿真引擎这些附加功能 使用优化引擎 用户可以进行迅速而深入的假设分析 这是超出任何标准仿真工具能力以外的 使用仿真引擎 用户可以在仿真动态的供应链流程和策略的同时 调用库存模 块进行阶段性的最优库存水平重算 用户可以在优化解决方案的基础上进行仿 真 观察不同节点采用的不同的供应链策略是怎样影响供应链的性能的 仿真 结果也可以用来调整仿真或者优化过程的参数 在仿真引擎和优化引擎之间有 一个自动接口 允许用户在仿真运行中周期性的调用优化引擎 例如 根据最 新需求预测重算目标库存水平 用户还可以在推拉混合型环境中 使用优化引 擎周期性地产生计划方案 结合考虑服务目标和系统不确定性 总之 AMT 包含了创造性的优化 性能评价以及仿真的结合 集成了数据 连通性和一个基于因特网的建模框架 这使得它成为一个功能强大的通用工具 可以用于获取大规模行业供应链的随机动态环境 我们将跨企业供应链作为一 个库存排队网络进行建模 使用分解算法和排队分析来获取每个库存节点的性 能 我们开发了多层 有约束的库存优化算法 采用变化梯度和启发式搜索 使其有效地应用于大规模的问题 我们建立了一个供应链仿真库 其中包含供 应链流程和策略的广泛的集合 利用这个集合 可以用少量的编程工作为不同 的供应链环境建模 它提供了性能指标 财务报告 以及深入到每个库存持有 单元的基于活动的成本 它还为用户提供了使供应链参数生效和基于分析结果 微调参数的方法 IBM 个人系统组中跨企业的供应链管理个人系统组中跨企业的供应链管理 IMB 个人系统组 PSG 负责个人电脑的研发 制造 销售和服务 例如 商用型台式电脑 消费型台式电脑 移动产品 工作站 PC 服务器 网络 PC 以及相关外围设备 PSG 在全世界雇用了 18500 以上的工人 销售及营 销队伍分布在大城市 而制造工厂位于美国 拉丁美洲 欧洲和亚洲 1998 年 PSG 卖出了大约 7 700 000 台计算机 这些计算机使用类似于 IBM PC Aptiva ThinkPad InteliStation Netfinity 以及网络工作站这样的品牌 来自戴尔和 Gateway 这样的 PC 制造商的竞争日益增强 它们采用直销的 按订单生产的商业模式 这促使 PSG 在 1997 年重新评价自己的业务表现以及 与其供应链合作伙伴的关系 目标是设计实施一种综合的商业模式 结合直销 模式 按订单生产 根据客户要求配置 库存最小化 和非直销模式 固定配 置 高质量顾客服务和技术支持 的优点 通过多种渠道进行销售 IBM INTERFACES 30 1 January February 2000 pp 7 25 10 在 1997 年四月 PSG 成立了一个跨功能单位的团队 其任务是在现有的商 业模式和其他不同的方案中 量化顾客服务和扩展供应链中库存之间的关系 我们利用 PSG 的商用台式机产品的一个子集的生产数据 建立了 AMT 中的基 础供应链模型 该模型是由最终用户的需求 零售商定购行为 IBM 制造与库 存策略 供应商性能以及提前期可变性触发的 我们从 22 个零售商那里收集了 五个月的实际最终用户销售数据 零售商定购行为是被许多因素影响的 例如 对策策略 市场激励 对供应商可靠性的信心 以及为满足大客户采购的库存 储备 对每一个因素进行建模未免太过复杂了 我们的模型通过使用替代性的 定购政策 获得每个 PSG 零售商的总定购量 来代表现有渠道的销售能力水平 例如 如果某个零售商平均持有 60 天的库存量 模型就为它建立一个相当于 60 天渠道库存的目标安全库存水平 为了观测当零售商改变它们订货策略时的 情况 我们在 AMT 模型中改变渠道库存水平 并进行不同情况下假设分析 对于每种定货策略 我们假定一个零售商将按照给定供应天数的水平来保持产 品库存 在正常商业流程中 PSG 根据 13 周滚动水平来预测它的制造能力 当前一 周的预测作为生产计划 然后此计划推动 PSG 的制造地生产的产品流向分销仓 库 然后它们存储在那里 直至被零售商定购 或者说拉动 这种补充库存策 略抓住了 PSG 的结合推拉式制造与定购系统的特征 PSG 按照预测制造产品 将它们作为成品存在仓库中 直到从零售商那里得到订单为止 这个系统并非 真正的拉式系统 因为产品的可获得性会影响零售商的定购 同样 它也并非 真正的推式系统 因为零售商的定购也会影响 PSG 制造点的日程安排 为了有 效的把握由于部件短缺 能力约束以及最小订货批量要求所造成的多变性 我 们分析了对未来 13 周的预测 PSG 制定了一个在 95 的可能内三日内送货给顾客的目标 这个目标直接 转化成 AMT 的优化引擎所需要的顾客服务约束 结合仿真引擎和优化引擎 模型根据最新的可得到的需求预测 每周计算安全库存 使顾客订单中的 95 在 3 天内满足 这个供应策略形成了 PSG 供应商定购部件和组件 并进行后续 制造活动的基础 在项目的第一阶段 我们使用简化的数据集来建立一个 PSG 供应链的简化原型来检验假设 研究各种建模算法 更好的了解 AMT 应用中 可能的局限 在项目的第二阶段 我们开发了更详细的建模方案 可以改变渠道库存 并结合零售商处的渠道装配策略 PSG 给他的零售商们提供了两种类型的产品 1 标准机型模型 MTMs 已完成并经检测合格的计算机 2 开放式 机型 没有功能 只包括计算机最基本的部分 没有内存 硬盘文件和 CD ROM 这些开放式的机型允许零售商根据顾客的特殊需求进行组装 我们发现 IBM INTERFACES 30 1 January February 2000 pp 7 25 11 有的零售商把这些开放式机型在需要的时候组装成标准机型 卖给顾客 这是 一个体现出灵活性的例子 因为零售商可以用当前的开放式机型库存满足对标 准机型的订单 而不仅仅是储存这些库存去满足非标准机型的订单 有的零售 商库存大量开放式机型 一旦有了标准机型的订单 他们向厂家订货 而不是 利用现有的零部件组装 这就是不够灵活的表现 两种方法都会影响库存和顾 客服务 因为零售商的灵活性不能够精确地定义 我们设计了不同仿真试验集 在 100 灵活和 100 不灵活两种极端的情况下 界定或构造渠道装配策略的实 际影响 通过将仿真结果与 PSG 历史数据的比较 我们来验证 AMT 模型的准确性 我们根据需要调整我们的消费模型和参数 在不同的参数和策略下进行多次仿 真 这项研究的主要结果是如下几个方面 基于 PSG 现有的产品结构 小批量的市场环境 以及现有的供应链策略 采用渠道装配几乎没有减少其库存 不灵活的零售商渠道行为 允许零售商用他们库存的部件组装成任何标准机型 可以改善服务 2 减 少 12 的库存 灵活的零售商渠道行为 把 22 个装配点的需求集中成 3 种大的类别 可以改善 6 的服务水平且减 少 5 的库存 在现有的推 拉式的供应链策略基础上 PSG 可在不影响顾客服务水平的 基础上 减少 50 的库存 目前 整个供应链上的库存水平远远高于保持 PSG 服务目标所需要的最优库存 这个项目及随后的项目集中了 4 个功能团体 市场和销售 生产 配送 开发 寻求公司范围内对 PSG 战略方向及随后行动的一致 我们的研究对于 PSG 的先进的订单满足创新 AFI 直接起到了贡献作用 AFI 致力于通过改进 PSG 产品的通用性 提高零售商渠道的灵活性 Narisetti1998 同样 PSG 的管 理层也认可了减少组装地点的数量 这是由于价格保护渠道的环境发生变化的 结果 特定的条件和环境主要决定于 AMT 模型的输出结果 在对后勤流程进 行了一系列加强改善后 于 1997 年 11 月实施这个项目 PSG 已经基于 ATM 的分析结果 对于如何分配项目优先权和库存管理渠道 库存方面 作出了许多决策 虽然 1997 年就作出了 PSG 初始商业转型的分析 但是是在 1998 年产生了实际的商业效益 一个零售商预测的越准确 服务的水平就越高 IBM INTERFACES 30 1 January February 2000 pp 7 25 12 从 1997 年底到 1998 年底 PSG 削减了超过 50 的库存 这次削减库存的直 接结果就是 PSG 销售渠道的贴补费用比 1997 年减少了 1 亿美元 贴补费用是 指支付给分销商和商业合作伙伴的费用 这些费用是为了补偿价格变化而对他 们的库存产品所产生的影响 另外 由于产品的销售实际与部件制造时间又缩 短了 4 6 周 使得 PSG 节省了另外 5 7 的生产成本 这相当于每年节约 6 5 亿美元 在最初评估后的几个月内 我们进行了进一步的供应链研究 包括分析 1 将供应链上的合作者结合进来 2 在建模中考虑地理分布情况 3 评价将总装延迟至销售商的配送点这一做法对库存和消费者服务影响 4 估 计削减生产周期对库存的影响 这些研究已经帮助 PSG 的商业合作伙伴制定更 及时的关于供应链策略的决策 特别的 这些研究已经使得 IBM 和他的主要合 作伙伴建立了一个合作场所政策 在合作场所政策中 合作伙伴将它的配送点 置于 IBM 内部 消除了在不同地点之间昂贵的周转费用 最后 因为我们发现 预测的精确程度在很大程度上影响着库存和消费者服务水平 PSG 用 AMT 来 决定向商业合作伙伴承诺的服务水平 而这种承诺主要基于他们提供精确预测 的能力 零售商预测地越准确 PSG 提供给零售商的服务水平就越高 这种政 策在行业中是史无先例的 受到了 PSG 的商业合作伙伴的欢迎 总而言之 PSG 相信 AMT 在开发和应用世界水平的供应链管理策略上 已经成了一个无 价的资产 IBM 中其他的中其他的 AMT 应用应用 AMT 同样应用在 IBM 的其他制造部门中 包括印刷系统部门 PSC 中 型机部门 AS 400 办公室工作站部门 RS 6000 存储系统部门 SSD 大型机部门 S 390 和 PSG 的欧洲市场 PSG 的一些商业合作伙伴也已经使 用了 AMT 包括 Pinacor GE Capital 和 Best Buy IBM 的行业解决方案单位对 外采用这个工具来进行咨询应用 下面是 AMT 最新的三个应用的概述 IBM 的印刷系统公司 PSC 是提供企业打印机解决方案的主要供应商 产品线包括办公室打印机和大量的生产印刷 这个公司雇用了大约 4 550 个员 工 1998 年拥有 19 5 亿的毛利润 1996 年 PSC 用 5 个月的时间对 AMT 进行 了大量的测试过程 在评估报告中 检验小组认为 AMT 产生了精确的结果 与现有的供应链管理和库存工具相比 能够提高生产力 并且改善了 PSG 在确 认和生成库存预算和周转率目标时的精确性 此后 PSC 使用 AMT 来研究预 测准确度 产品结构 建造一个新的配送中心 以及其他商业活动对不同产品 族的供应网络性能的影响 据报告 仅在一个例子中 就节约了 160 万的库存 IBM INTERFACES 30 1 January February 2000 pp 7 25 13 成本 占总库存持有成本的 30 1998 年 PSG 成本节约超过 7 亿 5000 万 IBM 的 AS 400 公司制造中等规模的商用计算机和服务器 提供 150 多种 型号和达到 1000 个之多的性能方面的升级 组装这些系统需要几千个独一无二 的零部件 大约 1000 个左右要在装配的最后阶段 就在全部完成一个系统之 前 用到 如果给客户提供灵活性 让他们能够挑选功能特性来定制个性化 的产品 那么无疑就会对生产的复杂性和效率带来挑战 公司使用 AMT 来分 析和量化诸如减少功能部件 功能部件替代 部件通用性 延迟个性化等一系 列方案对于库存和准时运送的影响 结果表明 消除小批量的零件可使库存周 转率提高 15 替代和延迟最后的总装可以使库存周转率提高大约 30 从 1998 年开始 AS 400 削减了大约 30 的功能部件数量 其总销售额稳定增长 1995 年 IBM 建立了一套快速反应服务项目 为购买中等规模数量的计算 机内存 外存和功能部件的顾客提供快速运送服务 1998 年 9 月 IBM 开始将 快速反应项目作为一种前沿实验对象 8 为主要商业合作伙伴提供真正的电子 商务 IBM 用 AMT 来分析权衡服务与库存之间的关系 从而找到了一个最优 性能的结合点 此后还用它来分析快速反应项目对于生产和配送中心之间库存 分配的影响 这些结论帮助 IBM 实现了商业效率的最大化 并且使由快速反应 产生的收入增长在 1998 年翻了一番 结论结论 AMT 使用了先进的运筹学技术 将技术创新与实用的战略性的应用结合起 来 在业界产生了深远的影响 IBM 已经采用 AMT 来处理广泛领域内的商业 问题 包括库存管理 供应链配置 产品结构 补充策略等等 AMT 已经在许 多 IBM 的业务单位及他们的商业伙伴中得到了实施 实施 AMT 后仅 1998 年就 带给 PSG7 亿 5000 多万的成本节约 此外 AMT 还帮助 IBM 的商业伙伴能够 以低得多的库存水平满足客户需要 并且与很多商业伙伴达成了合作场所政策 AMT 已经成为许多供应链重组创新方法的基础 几个 IBM 的商业伙伴把 AMT 分析看作是同 IBM 合作优化跨企业供应链的关键里程碑 IBM INTERFACES 30 1 January February 2000 pp 7 25 14 致谢致谢 我们对下述人员所提供的辛勤劳作和鼎力支持表示衷心的感谢 他们是 Chae An Ray Bessette Rick Bloyd Harold Blake Richard Breitwieser J P Briant Bob Chen Feng Cheng Arthur Ciccolo Daniel Connors Ian Crawford Anthony Cyplik John Eagen Brian Eck Gerry Feigin Angela Gisonni John Konopka Tom Leiser Tony Levas Nikorn Limcharoen Joe Magliula Barbara Martin Larry McLaughlin Bob Moffat Gerry Murnin Nitin Nayak Jim Nugent Lynn Odean Krystal Reynolds Richard Shore Mukundan Srinivasan Jayashankar Swaminathan David Thomas Bill Tulskie Burnie Walling Wen Li Wang James Yeh 附录附录 基于安全库存控制策略的多层供应网络优化基于安全库存控制策略的多层供应网络优化 这里我们简单的回顾一下优化引擎中数学模型的关键点 Ettl Feigin Lin 和 Yao 1998 给出了全部细节 包括一些这里没有涉及的问题 比如非平稳需求 的处理 相关的滚动计划的实施 梯度的求法以及许多实施前后的步骤 我们用产品的物料清单结构来制定供应网络的配置 网络中的每个节点要 么是一个工厂 要么是一个配送中心 同每个节点以及该节点中处理的每一种 产品相关联的 是一个多层的物料清单 每个节点都有存储区域 我们把它看 作库存点 存储出现在物料清单中的部件以及最终产品 分别对应于输入库存 点和输出库存点 下标 i 和 j 表示库存点 S 表示整个网络中所有库存点的集合 我们假设采用一个分布式的库存控制体系 每个库存点都遵循安全库存控制策 略管理库存 该策略描述如下 当库存点 i 的库存位置 现有库存加上在订库 存减去缺货 降至某个事先给定的安全库存水平以下时 该库存点即去订货 i R 在我们的模型里 是一个决策变量 i R 每个库存点 i 都有一个给定分布的名义提前期 Li 该名义提前期是指 当 任何上游库存点没有因为缺货而发生延迟交货的情况时 这个库存点所在节点 的生产时间或是运输时间 而实际提前期则考虑了由于缺货可能造成的延迟 i L IBM INTERFACES 30 1 January February 2000 pp 7 25 15 Li是给定的数据 而则是推导出来的性能指标 i L 为了分析每个库存点 i 的性能 我们采用一个库存排队模型 参见 Buzacott 和 Shanthikumar s 1993 特别的 我们将安全库存控制策略与 MX G 排队模 型结合在一起 在 MX G 排队模型中 到达服从到底率为 i的泊松分布 每次 到达包含 Xi个单位或订单 复合泊松过程很好地均衡了一般性与可操作性 需 要特别注意的是 它提供了至少 3 个参数来为需求数据建模 到达率和到达批 量的一阶矩和二阶矩 而简单泊松到达过程只有一个参数 为了得到每个库存点 i 的性能指标 我们首先要为 MX G 队列产生一个输 入进程 为了做到这一点 通过层层分析物料清单的结构 在每一层根据提前 期调整时间参数 就可以把每一类相关的需求流 无论是预测的还是真实的 分解为每个库存点的需求过程 这个过程与标准 MRP 分析中的生成与偏移步骤 非常相似 队列所需的第二组数据是服务时间 这里我们以实际提前期来模拟 令 Ni表示平衡状态下 MX G 队列中工作的总数 根据标准排队结论 Liu Kashyap Templeton 1990 我们可以得到 Ni的均值和方差 分别记做 i和 i2 然后我们将 Ni近似成一个正态分布 1 iii NZ 其中 Z 服从标准正态分布 从而我们将安全库存水平表示如下 2 iiii kR 其中 ki被称作安全系数 Ri和 ki通过上式互相关联 二者任取其一可为决策变 量 令 Ii表示库存点 i 持有库存水平 Bi表示缺货量 它们与 Ni和 Ri有如下关 系 3 iiiiii IRNBNR 其中 x max x 0 得到如下期望 4 iiiiii E IH kE BG k 其中 5 ii kk iiii dzzkzkGdzzzkkH 是 Z 的密度函数 另外 记为 Z 的分 2 2 exp 2 zz 0 x xz dz 布函数 我们得到库存点 i 发生缺货的概率 pi和满足率 fi 1 xx IBM INTERFACES 30 1 January February 2000 pp 7 25 16 6 1 iiiiiii kkfkp 所有上述的性能指标都涉及到库存点 i 的实际提前期 我们将其表示为 7 max j Sj ii i LL 其中 S i表示所有为库存点 i 生产供应部件的库存点的集合 j表示在属于集合 S i的库存点 j 处产生的额外延迟 由于一般 j很难计算 根据排队论分析 我 们可以作如下近似 8 1 j jjjj jj E B L rr p R 其中 直观上看 E Bj pj就是 j 点在有缺货发生的条件下的平均缺货量 每次这样的 缺货需要的平均时间去满足 也就是说 平均来讲 在缺货发生时 1 jj RL 平均有 Rj 1 个已发出的订单正在处理 用户需求是由最终产品库存点的集合 网络中的边界库存点 S0来满足的 考虑一个特殊的客户群 其需求由一个末端库存点 i 满足 i S0 令 Wi表示接 收一个订单的等待时间 则所要求的客户服务目标可表示为 9 iii WP 其中 i和 i是给定的数据 如果需求只是由现有库存来满足 则延迟仅仅是将 产成品运至顾客手中的运输时间 Ti 这个时间也是给定的 否则 就有一个额 外延迟 i 因此 1 iiiiiiiii TPfTPfWP 为了使上式不小于 i 我们必须设定满足率 fi为 10 iiiii iiii i TPTP TP f 根据公式 8 上式右边的 i可表示为 由于 ri与 Bi Ri有关 而 A ii i Lr 后两者都是 ki的函数 则 fi也是 ki的函数 这里我们需要求解一个由 8 式定 义的不动点问题以得到 fi 或 ki 然而在优化过程的循环中 如果我们简单地 以上一个循环中 ri的结果做为下一个循环中 ri的初始值 则这个问题就可以避 免 一旦我们得到了 fi 或 ki 就可以通过式 2 和式 6 得到安全库存水 平和缺货概率 我们的优化模型的目标是在满足要求的顾客服务水平前提下 使供应网络 中总的期望库存资金最小化 每个库存点都有两种库存 在持库存和在制品库 存 WIP WIP 包括正在运输途中的库存 从上边的讨论中我们可以看到 库存点 i 的期望持有库存为 E Ii iH ki WIP 的期望为 E Ni i 因此 目 IBM INTERFACES 30 1 January February 2000 pp 7 25 17 标函数具有如下形式 11 iiiii i S CccH k k 其中 ci和 ci 分别表示在持库存和在制品库存的单位库存资本 假设 ci给定 ci 可以根据 BOM 由 ci求出 我们的目标是在对所有的终端库存点 i S0 S 在满足 10 式中的满足率要求下 使 C k 最小化 这是一个有约束的非线性 优化问题 通过上述导出的关系 得到偏导 kjC k 将这些结论用于共轭梯 度的搜索规则 见 Press et al 1994 由于目标函数值变化很大 为了避免出现 局部最优 我们还用到了几种启发式搜索 例如 评价一系列随机生成的初始 值而后选取一个最好的开始梯度搜索 参考文献参考文献 1 Andersson J Axsaeter S Marklund J 1998 Decentralized multi echelon inventory control Production and Operations Management Vol 7 No 4 pp 370 386 2 Arntzen B C Brown G G Harrison T P Trafton L L 1995 Global supply chain management at Digital Equipment Corporation Interfaces Vol 25 No 1 pp 69 93 3 Bagchi S Buckley S Ettl M Lin G 1998 Experience using the supply chain simulator Proceedings of the Winter Simulation Conference Washington DC December pp 1387 1394 4 Buckley S 1996 Supply chain modeling Proceedings of the Autofact Conference Detroit Michigan pp 749 756 5 Buckley S and Smith J 1997 Supply Chain Simulation Georgia Tech Logistics Short Course Atlanta Georgia pp 1 17 6 Buzacott J A Shanthikumar J G 1993 Stochastic Models of Manufacturing Systems Prentice Hall Englewood Cliffs New Jersey 7 Camm J D Chorman T E Dill F A Evans J R Sweeney D J Wegryn G W 1997 Blending OR MS judgment and GIS Restructuring P Feigin G Lin G Yao D D 1998 A supply network model with base stock control and service requirements Operations Research forthcoming 9 Feigin G An C Connors D Crawford I 199