企业库存控制系统的SD模型及其仿真研究

1、学生综合性实验报告题目： 员工培训的师徒制的博弈论分析 学 院 信息管理学院 专 业 数量经济学 姓 名 闫娜娜 学 号 81220483 指导教师 陶长琪教授 开课学期 2012至 2013 学年 第一 学期完成时间 2012 年 12 月 25 日企业库存控制系统的SD模型及其仿真研究 摘要 库存控制（Inventory Control），是对制造业或服务业生产、经营全过程的各种物品，产成品以及其他资源进行管理和控制，使其储备保持在经济合理的水平上。库存控制是使用控制库存的方法，得到更高的盈利的商业手段。本文就库存问题建立了供应链中企业库存控制系统的SD模型，利用Vensim软件对模型进行

2、仿真，并对仿真结果进行分析。为企业的库存管理提供了定性与定量相结合的管理决策方法。【关键字】：库存控制系统、SD模型、仿真、仿真结果分析 研究背景 物料的存储现象由来己久,但是把存储问题作为一门学科来研究，还是进入20世纪以后的事情。早在19巧年哈里斯就提出了“经挤批量”问题，它研究如何从经济的角度确定最佳的库存数量。“经济批量”的提出，从根本上改变了人们对库存问题的传统认识，是对库存理论研究的一个重大突破，可以说，是现代库存理论研究基石“二次大战”之后，由于运筹学、数理统计等理论与方法的广泛应用，特别是20世纪50年代以来，人们开始应用系统工程理论来研究和解决库存问题，从而逐步形成了系统的库

3、存理论，亦称“存储论”电子计算机的问世，又进一步提高了库存控制的工作效率，促使库存理论成为一门比较成熟的学科。随着现代物流业的快速发展，作为物流体系中的重要环节一库存也越来越被人们所重视，国内外物流管理专家学者对库存仓储管理进行了深入研究和不断探索，将传统的库存理论在实践中不断充实与更新。提出了大量具有前瞻性的库存管理理论和具有实际操作价值的解决方法。 库存管理是供应链管理活动中的重要环节。过多的库存，一方面会使企业产生额外的库存管理费用，如仓库租赁费、保险费等；另一方面还会造成资本的僵化，使周转资金紧张。而且，过多的库存会因陈旧而变成废料，或削价出售，导致收益的恶化。因此企业总是倾向于保持较

4、少的库存。但是，另一方面，库存缺货又会使得企业不能快速地满足客户需要的产品交货周期，白白丧失销售利润，降低客户对企业的信任度,使企业在市场竞争中处于不利地位，因此企业又必须保有相当多的库存。 在很多企业中,某些库存过多和另一些库存过少的情况同时存在，成为制约企业发展的重要因素之一。为了使企业在保持最少库存的前提下最好地满足企业经营目标和产品交付期的需要，需要对库存进行科学地控制。库存控制是以控制库存为目的的方法、手段、技术以及操作过程的集合，它是对企业的库存(包括原材料、中间成品以及产成品等)进行计划、协调和控制的工作。 本文主要通过系统动力学的相关知识，分析影响企业库存控制的因素，建立企业库

5、存控制系统的SD模型，并对其进行仿真，进一步研究一些关键因素对库存的影响。 一、企业库存控制系统的SD模型 系统动力学( System Dynamics,，简称SD) 是一门分析研究信息反馈系统的学科，用计算机实验的方法、以传统的管理程序为背景，引用信息反馈理论和系统力学理论，把社会问题流体化，从而获得描述社会系统构成的一般方法，并通过计算机仿真运算，获得对真实系统的跟踪。系统动力学方法的应用领域涉及社会、经济、企业管理、生态环境等。系统动力学的基本思想是充分认识系统的反馈与延迟，前者主要是确定系统中因果反馈的逻辑结构，后者主要描述系统中因果反馈的时间效应；进行了对反馈与延迟的分析之后，就可以

6、按照一定的规则建立系统的因果关系图，并进一步完成系统动力学流图、建立模型，最终由计算机求出模型的数值解。在对企业库存控制系统建立SD模型时，首先对模型提出以下假设：(1)制造企业的订单越多，原材料采购和企业生产的产品就越多。(2)模型仅考虑一种产品及与之匹配的中间产品和原材料。(3)产成品及中间产品对原材料的相关需求系数相同。(4)只考虑生产物质延迟。(5)不限制企业内部各仓库的容量。二、企业库存SD模型的因果回路图 企业根据对制造企业的库存控制系统的特征及运作机理研究，得出系统各个部分的影响因素，并据各因素之间的关联性，利用系统动力学Vensim软件绘制制造企业库存控制系统的因果回路图（如图

7、1）。三、企业库存SD模型的存量流量图因果回路图描述了反馈结构的基本方面，但却不能表示不同性质的变量的区别。下面引入存量流量图，在上述因果回路图的基础上对系统进行更细致和深入的描述，它不仅能清楚地反映系统要素之间的逻辑关系，还能进一步明确系统中各种变量的性质，进而刻画系统的反馈与控制过程。因此，本文进一步构建该模型的存量流量图（如图2）。 下面给出存量流量图中的变量参数的方程 通过分析以上 SD 模型流图中各个参数变量的相互关系，可以写出该库存控制模型的系统动力学基本方程如下： （1）销售率9step(8 ，30)，单位：台/天。产成品市场需求为阶跃函数，其表示 30 天前的市场销售率为 9

8、台/天，从第 30 天开始销售量增加 8 台，跃升为17 台/天。 （2）产成品产量中间产品库存/ 生产延迟，单位：台/天。产成品产量为速率变量，它表 图1 图2示在生产延迟时间内中间产品生产加工为成品的速率。 （3）成品库存INTEG (产成品产量销售率，产成品库存初始量)，单位：台。成品库存量是一个状态变量，它是产成品产量和市场销售率的积分。 （4）成品库存调节率( 期望产成品库存成品库存)/成品库存调节时间，单位：台/天。 （5）期望生产能力成品库存调节率销售率，单位：台/天。 （6）目标劳动力期望生产能力/ 劳动力生产率，单位：人。（7）劳动力调整率( 目标劳动力劳动力) /劳动力调整

9、时间，单位：人/天。（8）劳动力INTEG ( 劳动力调整率，期初劳动力数量)，单位：人。 （9）中间产品产量劳动生产率×劳动力，单位：台/天。 （10）中间产品库存INTEG (中间产品产量产成品产量，中间产品库存初始量)，单位：台。 （11）原材料需求量原材料需求系数×期望:生产能力，单位：件/天。（12）原材料库存INTEG (原材料入库率原材料出库率，原材料初始库存量)，单位：件。 （13）原材料采购率(期望原材料库存原材料库存)/ 原材料采购调整时间原材料出库率，单位：件/天。 （14）原材料入库率Delay1( 原材料采购率，原材料采购延迟时间) ，单位：件/

10、天。由于存在运输延迟时间的存在，企业当天收到的入库原材料是延迟时间之前向上游供应商所采购的原材料，故采用一阶延迟方程 Delay1(（原材料采购率，采购延迟时间）表示。 （15）原材料出库率SMOOTH（原材料材料需求量，原材料出库平滑时间），单位：件/天。 四、SD模型实例仿真及结果分析1、SD 模型实例仿真以某企业为例，结合该企业相关数据，输入该库存控制SD模型并进行仿真研究。现对模型中主要参数进行赋值：（1）INITIAL TIME0 ；FINAL TIME300 ；STEP TIME0.25 （2） 产成品库存调节时间2.5天（3） 成品库存初始值24 台 （4）期望产成品库存30 台

11、（5）生产延迟2 天 （6）中间产品库存初始量19 台 （7）原材料需求系数4（8）劳动力调整时间3 天（9）劳动力初始量89 人 （10）劳动生产率0.15 台/天·人 （11）原材料库存初始量18 件（12）原材料期望库存量20 件 （13）原材料采购调整时间2.5天 （14）原材料采购延迟时间2 天（15）原材料出库平滑时间5 天2、仿真结果分析（1）产成品销售率震荡变化的仿真分析 在市场需求发生突变，销售率呈阶跃增长时，制造企业库存控制 SD 模型仿真结果如图3所示。可以看出：在第 30 天销售率突然增加后，产成品库存、中间产品库存及原材料库存，前 100 天均出现较大幅度的

12、波动，其中，产成品库存及原材料库存急剧下降、中间产品库存量增加。企业进行反馈调整，在150 天后各库存量趋于稳定。综合以上分析可知，本文构建的制造企业库存控制SD模型与真实系统的动态行为模式相符。（2）改变劳动力调整时间的仿真分析制造企业生产能力受原材料供应、劳动力、技术进步、机器设备等多种因素影响，结合企业实际情况，所构模型仅将劳动力的增减作为调整生产能力的主要途径，以便于模型的建立。其它影响生产力的因素，也可以参照分析劳动力因素的方法来进行研究。为了更好地对所建模型的结构进行合理检测，在其它变量参数及基本假设均不变的情况下，现对模型中的可控决策变量进行调整并仿真，以研究其对产成品库存和中间

13、产品库存的影响。当劳动力调整时间为2天时，其成品库存、中间产品及原材料库存仿真结果如图 4、图 5、图6 所示。可知：在缩短劳动力调整时间后，成品、中间产品及原材料库存的调整衰减震荡周期缩短，振幅减小，在第 120 天各库存调整基本结束，并进入稳定状态。 图3 图4 图5 图6（3）改变成品库存调整时间及原材料采购调整时间的仿真分析 当模型中成品库存调整时间改为4天时分别进行仿真运行模拟，并与原模型中成品调整时间为2.5天的成品库存仿真结果进行比较，见图7所示。 通过分析可以知道：随着库存调整时间的增大，成品库存和原材料库存调节的震荡幅度，震荡调节频率反而减小，总的库存调节时间减小，故作为制造

14、企业管理者过快的调整库存易引起较大的波动。 当模型中其它条件不变，原材料采购调整时间分别替换为 2 天、4 天时，通过对其各自仿真结果中成品库存、原材料库存进行对比，如图 8 所示，可知：原材料采购调整时间的变化对成品库存的影响不大，而调整时间越短，原材料库存调整的波动幅度越小。从图 8 中可以看出，原材料的采购调整时间对原材料的采购率无太大影响。 图7 图85、 结论 本文运用系统动力学理论方法，并结合某企业的库存控制实际情况，对供应链环境下的制造企业的库存控制系统进行研究，建立了库存控制系统SD模型，运用 Vensim软件进行了仿真模拟及结果分析。由仿真结果可知该 SD模型能较好地反映实际系统，企业管理者可通过尝试各种不同的现实模拟策略，来寻求控制库存波动的优化参数、系统结构及有效策略，为生产企业管理者的决策提供了实验空间及可靠依据。参考文献1 王其藩.系统动力学（修订版）M. 北京：清华大学出版社，19942 王鹏飞，刘胜