供应链模式下的库存优化方法分析

报告内容

如何设定全适的库存量、提高物资的周转率，减少库存压力，减低配送成本，提高配送速度成为困扰很多企业的难题。本报告通过探讨采购与库存成本的相互关系，并探索供应链库存设计方法, 提出了混合二阶段的基本供应链结构模型和基本库存决策问题以及混合整数规划数学模型, 同时给出了基于运输规划的求解方法和步骤。该方法考虑了规模经济带来的物流成本非线性的问题, 解决了同时存在中转和直送的混合二阶段库存决策问题。并通过实证分析为建立采购库存指标标杆库提供参考依据。

1、传统管理模式采购—库存控制的优劣及供应链模式下的采购—库存控制概述

计划、采购、仓储管理是企业管理的的重要内容，是企业生产过程的反映，以物流为线索，通过协调生产过程各环节的各种类型的物料，达到协调生产过程各职能的目的。

与生产过程相关的各职能包括原材料供应、生产和销售，它们对应着原材料、在制品和产品等物料类型。设定全适的库存量、提高物资的周转率，减少库存压力，减低配送成本，提高配送速度，采用适合公司发展规模的库存指标及采购指标，建立采购库存指标标杆库，对公司的发展具有十分重大的意义。

一、传统管理模式下的采购—库存控制优劣

传统管理模式下的采购—库存控制特点

传统库存管理主要是解决两个基本问题:什么时候订货？订多少货？它的任务就是用最小的储备量保证供应，不缺货，谋求“保证供应而又最小的储备量”。

一般库存管理主要是以单一企业为对象的企业运作管理，库存控制的主要目的也是针对单一企业的库存进行分类管理，确定订货点及订货量，确保企业个体的库存总成本最少。这种传统的库存控制方法主要包括，对单一品种实施库存控制的定量订货法、定期订货法、双堆订货法等，对多品种实施库存控制的ABC分类管理法、多品种联合采购法等。

传统管理模式下采购—库存管理的劣势

作为实现供应、生产和销售之间的协调，传统方法是设置较大的原材料库存

和成品库存。这种做法，在快速、优质、低价、可靠的市场要求压力下，显得越来越不可取。因为大量的库存加大了资金占用、增加了成本、延长了提前期，从而影响了整个生产系统效能和企业的市场竞争能力。

库存管理是根据外界对库存的要求，企业订购的特点、预测、计划和执行一种补充库存的行为，并对这种行为进行控制，重点在于确定如何订货，订购多少，何时定货。但是随着经济社会的不断发展，传统的库存管理已经不能更好的适应现阶段物流的发展。现代的库存管理考虑的更多，例如在哪儿存货、存什么货以及货物种类与仓库的搭配等问题。同时现在库存控制的任务也发生了改变，现在人们希望通过适量的库存达到合理的供应，实现总成本最低的目标。

传统管理模式下的库存控制方法主要是针对单一企业而设定的，市场反应和企业间协作的程度普遍偏低，方法的实施又需要依靠大量的历史数据和经验进行预测分析，信息获取时间长且不够准确的问题较为严重，一旦市场发生突变或预测偏差，对企业经营的影响可能是致命的。在传统管理模式下，企业库存从存储成本和订货成本出发确定经济订货量和订货点。这种从单一的库存角度出发的管理模式，就从单独的库存来说有一定的使用性。但是从现在的管理思想上来看，这种传统的单一角度出发的思想，它割裂了与其他部门和环节的联系，无法真正意义上做到使企业的利益最大化，存在着缺陷！

二、供应链模式下的采购—库存控制概述

物流控制与库存管理，重点是供方—买方的最优供货与购买策略研究。在精益思想的影响下，许多企业开始将重点由企业内部扩展至销售和采购（包括原料的供应、生产制造、销售及顾客的产品售后服务的整体产品流程，即供应链），形成哑铃式组织结构，提出了供应链管理（CDE），在物流控制和库存管理方面寻求整条供应链的最优化。

供应链模式下采购—库存控制的提出

供应链的基本定义为：“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，制成中间产品及最终产品，最后由销售网络把产品送到消费者手中。供应链是将供应商，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模式”。

供应链管理下库存管理的方法

供应链的组成成员是众多的，在所有的成员中，成员们都想是自己利益最优。但是成员之间会有着这样和那样的利益冲突，如果系统不进行调整的话，那么只会造成局部最优，这导致重复建立库存，无法达到供应链整体的最优。为了实现全局最优，供应链成员应该认识到什么是对整个系统最优，为协调供应链各成员的行为，必须获得信息，而获得信息最有效的方式就是建立利益共享风险共担的战略联盟。这就催化出供应链管理下的三种不同与传统库存管理的方法：

1、供应商管理库存（VMI）

供应商管理库存(简称VMI)系统，有时也称为“供应商补充库存系统”，是指供应商在用户的允许下，管理用户的库存，由供应商决定每一种产品的库存水平和维持这些库存水平的策略。 库存状态透明性是实施VMI的关键。供应商能够随时跟踪和检查到销售商的库存状态，从而快速地响应市场的需求变化，对企业的生产、供应状态做出相应的调整。

VMI的实施要点：

（1）建立顾客情报信息系统；

（2）建立销售网络管理系统；

（3）建立供应商与分销商或批发商的合作框架协议；

（4）组织机构的变革。

2、联合库存策略（JMI）

JMI是一种在VMI基础上发展起来的供应商与用户权力责任平衡和风险共担的库存管理模式。它强调双方同时参与，共同制定库存控制计划，使供需双方能相互协调，使库存管理成为供需双方连接的桥梁和纽带。

3、多级库存优化与控制

基于协调中心的联合库存管理是一种联邦式供应链库存管理策略，是对供应链的局部优化控制，而要进行供应链的全局性优化与控制，则必须采用多级库存优化与控制方法。多级库存的优化与控制是在单级库存控制的基础上形成的。

2、最优采购模式的探讨

采购是企业经营中的一项重要内容，在企业的管理中具有重要的地位。企业

的生产需要购进零部件和辅助材料，而这个占产品成本的60％左右，是一项较大的开资。采购环节的小节约换来的是产品销售时的大利润。而且这一环节对利润的影响较之其他各环节都要大。在采购过程中，优选一些具有一定信誉的供应商作为长期供应商；如果各方面条件具备，可以将所购材料标准化管理；采购过程中，通过采取科学的措施，使物资材料的购买成本最低，并且能够获得供货商的优质服务；通过材料提供的科学性使企业的竞争力得到提高。

存货总成本的构成

采购成本和储存成本有着紧密的联系，真正科学的采购是为企业的生产提供不问断的材料和物资，保证正常生产所需；控制库存在合理范围内，把库存积压和损失降低到最低范围内。现对存贷总成本的构成做出简要探讨。

订购成本：

订购成本随订购量的增加而减少，主要包括以下几个方面：

请购手续成本：请购所花的人工费用、事务用品费用，主管及有关部门的审查费用。

采购成本：估价、询价、比价、议价、采购、通信联络、事务用品等所花的费用。

进货验收成本：检验人员的验收手续所花费的人工费用、交通费用、检验仪器仪表费用等。

进库成本：物料搬运所花费的成本。

其他成本：如会计入账支付款项等所花费的成本等等。

存贷储备成本：

存贷储备成本随订购量的增加而增加，主要包括以下几个方面：

存贷的品质维持需要资金的投入：投入了资金就使其他需要使用资金的地方丧失了使用这批资金的机会，如果每年其他使用这笔资金的地方的投资报酬率为20%，即每年存贷资金成本为这笔资金的20%。

搬运成本：存贷数量增加，则搬运和装卸的机会也增加，搬运工人与搬运设备同样增加，其搬运成本一样增加。

仓储成本：仓库的租金及仓库管理、盘点、维护设施（如保安、消防等）

的费用。

折旧及陈腐成本：存贷容易发生品质变异、破损、报废、价值下跌、呆滞料的出现等等，因而所丧失的费用就加大。

其他：如存贷的保险费用、其他管理费用等等。

决定最合适的采购数量

采购人员在决定最合适的采购数量时，通常可采用以下方法：

一、固定数量法

固定数量法是指：

（1）每次发出的数量都相同。

（2）订货数量的决定是凭过去的经验或直觉。

（3）也可能考虑某些设备或产能的限制、模具的寿命、包装或运输方面的限制、储存空间的限制等。

但该方法不考虑订购成本和储存成本这两项因素。

二、批对批法

批对批法是指：

（1）发出的订购数量与每一期净需求的数量相同。

（2）每一期均不留库存数。

如果订购成本不高，该法最适用。

三、固定期间法

固定期间法是指：

（1）每次订单涵盖的期间是固定的（如每个月的第二周下订单），但是订购数量则是变动的。

（2）基于订购成本较高的考虑。

（3）期间长短的选择，是凭过去的经验或主观来判断。

采用此法每期将会有些剩余存货。

四、物料需求计算法

物料需求计算法所计划的数量可用以下公式计算得出：

主生产排程*用料表=个别项目的毛需求

个别项目的毛需求-可用库存数（库存数+预计到货数）=个别项目的净需求

五、经济订购数量法

经济订购量是指为使存货总成本最低而确定的所订批量。

经济的订货数量的求取，通常运用以下公式计算求得。

EQQ(经济订购数量）=2*年用量*设置成本+采购成本

每个零件成本+储备成本

现将一连串条件加以设定，以了解工厂的经济订货量的情况如下：

A —— 年需要订货量

B —— 每次订货（下单）费用

C —— 单价

i —— 库存维持费用（年率）

Q —— 经济订货数量

则经济订货量（Q）可由以下公式算出：

Q=2AB

Ci

又，最适订货次数（N）可由下列公式算出：

N=

3、供应链环境下库存模型的设计 ACi2B

供应链库存设计模型是0—1混合整数规划模型。主要有以下几种方法： 问题转换

CFLP ( capacitated facility location problem)方法将0- 1混合整数规划问题转化为运输问题求解, 并假设在供应商到库存布点的计划距离足够远时, 进货的成本差异很小, 此时进货成本对选点决策影响很小, 故在该情况下, 库存选址决策可不考虑进货成本因素, 简化了模型和计算。

目标函数的处理

库存网点建设费用的存在, 使模型的目标函数增加了0- 1变量, 为解决0- 1变量给求解带来的难度, 减少目标函数的复杂性, 在模型求解过程中先不考虑库存网点建设费用, 即在模型目标函数中去掉了0- 1变量,简化了计算。该方法同时

假设总需求等于总供给, 则问题化为转运问题, 再用撤销比较法修正。该方法是对库存网点建设成本的回避。

费用的考虑

鲍姆尔等研究了仓储成本非线性的问题, 但未能根本解决建设费用和运输费用非线性的问题。多阶段供应链网络库存设计问题一直未能从理论上得到很好解决, 目前最多只能解决到四阶段。用动态规划方法求解, 希望从根本解决这一难题, 该方法的基本问题是基本供应链网络结构和基本库存决策问题的确定和求解问题。

基本供应链结构及基本库存决策问题

图1描述的结构是各种复杂供应链的基本结构和基础, 同时也可进一步分解为单阶段, 其基本库存决策问题如下: 有m 个供应商Ai( i = 1, 2, ,, m ), 供应量为ai; 有n 个客户Bj( j = 1, 2, ,, n), 需求量为bj; 有q 个可以设置中转库存网点的备选地址Dk ( k = 1, 2, ,, q ); 客户可从中转库存网点中转进货, 也可从供应商直接进货。基本供应链网络的库存决策问题是一个混合二阶段的库存选址- 分派问题( locat ion) a llocat ion prob lems, LAP), 即要求确定图1中中转库存网点Dk 的位置、数量、规模以及分派问题, 在满足客户需求、供应商供应能力约束、客户需求约束的条件下, 在计划期内建立的供应链网络所需要的物流总费用达到最小。

图1 基本供应链结构模型

基本供应链库存设计模型

图1的数学模型是一个0- 1混合整数规划模型, 即

minF=∑∑aikXik+∑∑bkjYkj+∑∑eijZij+∑(FkWk+ck∑Xik)

i=1k=1k=1j=1i=1j=1k=1i=1mnnnmnqm

S t

q∑Xk=1

kjqik+∑Zij≤aij=1n i=1，2，......，m ∑Y+∑Zk=1

mmij≥bji=1 j=1，2，......，n

∑Xk=1

mik=∑Ykij=1n k=1，2，......，q

∑Xk=1ik-MWk≤0

点被选中⎧1——库存网kWk=⎨点被淘汰⎩0——库存网k

式中, i为供应商序号; j为客户序号; k 为备选库存网点序号; X ik 为供应商i向备选库存网点k 的送货量; Ykj 为备选库存网点k向客户j的送货量; Zij 为供应商i向客户j的送货量; Wk 为0- 1决策变量; M 为一个相当大的正数; aik 为从供应商i到备选库存网点k 的送货费率; bk j为从备选库存网点k 到客户j的送货费率; eij 为从供应商i到客户j的送货费率; Fk为被选中的备选库存网点k 的基建费用,

Fk=q1Xkp1

ck为备选库存网点k 的仓储费率,

ck=q2p2Xkp2-1

q1、q2 为系数, 可根据统计数据确定; p 1、p 2 为指数, 分别表示仓储建设成本和仓储保管成本规模经济程度。

该模型具有如下特点: ① 考虑了库存网点建设费用问题; ② 考虑了物流费用包括网点建设费用的非线性计算问题; ③ 考虑了有中转和直送等复杂情况。

基于运输问题解法研究

求解步骤

求解步骤如图2所示。

图2 基于运输问题的基本供应链库存设计求解步骤

求解方法

已知各供应商Ai 的供应量ai ( i = 1, 2, ,,m ), 各客户Bj 的需求量bj ( j = 1, 2, ,, n )。

（1） 确定初始方案 计算仓储费

ck=dck=q1p1Xkp1-1+Vk+q2p2Xkp2-1dXk

q1p1Xkp1-1：规模经济问题的仓储建设费用

q2p2Xkp2-1：规模经济问题的仓储保管费用

Vk：与物流量成正比的物流费用的比例系数

建立仓储费率矩阵, 初始方案的仓储费率按0计算。计算仓储成本Ck

ck=q1Xkp2+VkXk+q2Xkp2

根据选择的运输方式, 计算运输费用。

公路运输费用为：

C'=αWp

铁路运输费用(取p≈1) 为：

C"=βW

海运运费总额为：

F=Fb+∑S=fW+∑Si

式中：W为运输量， ； W=∑X

Fb 为海运基本运价;

Si为海运第i项附加费;

p 为反映规模经济程度的指数;

建立运输费率矩阵:

供应商A i 到备选网点Dk的运输费率用：AD=aij[]m*q

备选网点Dk 到客户Bj 的运输费率用矩阵：

供应商A i 到客户Bj 的运输费率用矩阵：DB=bij[]m*nq*nAB=eij[]

计算供应商Ai 到客户Bj 的最小运输费用及设定中转网点, 供应商A i 到客户Bj 的最小运输费用以矩阵AB=eij[]m*n表示，如：

eij=min(ai1+b1j,ai2+b2j,......aiq+bqj)=ai2+b2j

则表示供应商Ai 到客户Bj经备选网点D 2 的运输费用最小,

且数值为ai2 + b2j。

以矩阵[e]ijm*n为运输问题的运输费率系数表建立运输问题并求解。

确定库存网点选址布局的初始方案, 即库存网点布局分派方案: 库存网点的选择、位置、数量、中转量。根据选中库存网点的中转量, 利用式( 1)、式( 2) 确定仓储费率和仓储成本, 计算初始方案的总成本：

'F1=∑eijXij+∑Ck

（2） 建立第二方案 根据仓储费用费率修正汇总费率表, 根据新的汇总费率表建立新的运输模型, 求解该模型并得到改进方案, 计算新的仓储费率和改进方案的总成本：