多級庫存優化與控制
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什麼是多級庫存優化與控制[1]
多級庫存優化與控制是一種對供應鏈資源全局優化的庫存管理模式，一般至少包括供應一生產一分銷3個層次。多級庫存優化與控制主要有兩種庫存控制策略：一種是分散式策略，是把供應鏈庫存控制分為3個成本中心，即製造商成本中心、分銷商成本中心和零售商成本中心，各自根據其庫存成本制定優化控制的策略；另一種是集中式策略，是將控制中心放在核心企業上，由核心企業對供應鏈系統的庫存進行控制，協調上游企業和下游企業的庫存活動。圍繞大規模生產組裝型企業建立多級庫存優化系統的方法，就是採用集中式策略將核心企業作為供應鏈上庫存管理的數據中心，擔負數據集成和協調功能。
實施多級庫存優化的首要任務是明確控制目標，使供應鏈庫存成本最小，即在存儲成本、訂貨成本、缺貨成本、丟單損失成本、運輸成本之和達到最小的基礎上，協調供應鏈上各結點的庫存。在激烈的市場競爭環境下，供應鏈庫存管理更強調敏捷製造和基於時間的競爭。但是，無論是基於成本的控制還是基於時間的控制，都要體現集成的、多級庫存控制的思想，特別要註意的是，在輸入庫存信息時，要採用新的“級庫存”概念。即在供應鏈環境下，各結點企業的庫存應等於某一庫存結點現有庫存加上轉移到或正在轉移給後續結點的庫存。這樣檢查庫存狀態則不但要檢查本庫存結點的庫存數據，而且還要檢查下游需求方的庫存數據，因此可以避免信息扭曲現象。
多級庫存優化與控制概述[2]
供應鏈管理的目的是使整個供應鏈各個階段的庫存最小，但是，在現行的企業庫存管理模式從單一企業內部的角度去考慮庫存問題，因而並不能使供應鏈整體達到最優。
多級庫存控制的方法有兩種：一種是非中心化(分散式)策略，另一種是中心化(集中式)策略。非中心化策略是各個庫存點獨立地採取各自的庫存策略，這種策略在管理上比較簡單，但是並不能保證產生整體的供應鏈優化，如果信息的共用度低，多數情況產生的是次優的結果，因此非中心化策略需要更多信息共用。用中心化策略，所有庫存點的控制參數是同時決定的，考慮了各個庫存點的相互關係，通過協調的辦法獲得庫存的優化。但是中心化策略在管理上協調的難度大，特別是供應鏈的層次比較多，即供應鏈的長度增加時，更增加了協調控制的難度。
供應鏈的多級庫存控制應考慮以下幾個問題。
1．庫存優化的目標是什麼?成本還是時間?
傳統的庫存優化問題無不例外地進行庫存成本優化，在強調敏捷製造、基於時間的競爭的條件下，這種成本優化策略是否適宜?供應鏈管理的兩個基本策略，ECR和QR，都集中體現了顧客響應能力的基本要求，因此在實施供應鏈庫存優化時要明確庫存優化的目標是什麼，成本還是時間?成本是庫存控制中必須考慮的因素，但是，在現代市場競爭的環境下，僅優化成本這樣一個參數顯然是不夠的，應該把時間(庫存周轉時間)的優化也作為庫存優化的主要目標來考慮。
2．明確庫存優化的邊界
供應鏈庫存管理的邊界即供應鏈的範圍。在庫存優化中，一定要明確所優化的庫存範圍是什麼。供應鏈的結構有各種各樣的形式，有全局的供應鏈，包括供應商、製造商、分銷商和零售商各個部門；有局部的供應鏈，其中又分為上游供應鏈和下游供應鏈。在傳統的所謂多級庫存優化模型中，絕大多數的庫存優化模型是下游供應鏈．即關於製造商(產品供應商)——分銷中心(批發商)——零售商的三級庫存優化。很少有關於零部件供應商——製造商之間的庫存優化模型，在上游供應鏈中，主要考慮的問題是關於供應商的選擇問題。
3．多級庫存優化的效率問題
理論上講，如果所有的相關信息都是可獲的，並把所有的管理策略都考慮到目標函數中去，中心化的多級庫存優化要比基於單級庫存優化的策略(非中心化策略)要好。但是，現實情況未必如此，當把組織與管理問題考慮進去時，現實的情況是，管理控制的幅度常常是下放給各個供應鏈的部門獨立進行，因此多級庫存控制策略的好處也許會被組織與管理的考慮所抵消。因此簡單的多級庫存優化並不能真正產生優化的效果，需要對供應鏈的組織、管理的進行優化，否則，多級庫存優化策略效率是低下的。
4．明確採用的庫存控制策略
在單庫存點的控制策略中，一般採用的是周期性檢查與連續性檢查策略。在周期性檢查庫存策略中主要有(nQ，s,R)、(S，R)、(s，S，R)等策略，連續庫存控制策略主要有(s，Q)和(s，S)兩種策略。這些庫存控制策略對於多級庫存控制仍然適用。但是，到目前為止，關於多級庫存控制，都是基於無限能力的假設的單一產品的多級庫存，對於有限能力的多產品的庫存控制是供應鏈多級庫存控制的難點和有待解決的問題。
多級庫存優化與控制的方法[3]
下麵分別從時間優化和成本優化的角度分別探討多級庫存的優化控制問題。
(一)基於成本優化的多級庫存優化方法
基於成本優化的多級庫存控制實際上就是確定庫存控制有關參數，包括庫存檢查期、訂貨點、訂貨量。在傳統的多級庫存優化方法中，主要考慮的供應鏈模式是生產一分銷模式即供應鏈的下游部分。進一步把問題推廣到整個供應鏈的一般性情形(如圖1所示)。
圖1 多級供應鏈庫存模型
在庫存控制中，可以考慮集中式(中心化)和分散式(非中心化)兩種庫存控制策略情形。在分析之前，首先確定庫存成本結構。
1．供應鏈的庫存成本結構
①維持庫存費用Ck。在供應鏈的每個階段都維持一定的庫存以保證生產、供應的連續性，這些庫存維持費用包括資金成本、倉庫及設備折舊費、稅收、保險金等。維持庫存費用與庫存價值和庫存量的大小有關，其沿著供應鏈從上游到下游有一個累積的過程(如圖2所示)
圖2 供應鏈維持庫存費用的累積過程
hi為單位周期內單位產品(零件)的維持庫存費。如果vi表示i級庫存量，則整個供應鏈的庫存維持費用為：Ck=Σ hivi
如果在上游供應鏈，則維持庫存費用是一個會合的過程，而在下游供應鏈，則是分散的過程。
②交易成本Ci。即在供應鏈企業之間的交易合作過程中產生的各種費用，包括談判要價、準備訂單、商品檢驗費用、佣金等。單位交易成本隨交易量的增加而減少，交易成本與供應鏈企業之問的合作關係有關，通過建立一種長期的互惠合作關係有利於降低交易成本，戰略伙伴關係的供應鏈企業之間交易成本是最低的。
③缺貨損失成本Cs。缺貨損失成本是由於供不應求即庫存”小於零時，造成市場機會損失以及用戶罰款等。缺貨損失成本與庫存大小有關，庫存量大，缺貨損失成本小；反之，缺貨損失成本高。為了減少缺貨損失成本，維持一定量的庫存是必要的，但是庫存過多會增加維持庫存費用。在多級供應鏈中，提高信息的共用程度，增加供需雙方的協調與溝通有利於減少缺貨帶來的損失。
總的庫存成本為：C=Ck + Ci + Cs
多級庫存控制的目標就是優化總的庫存成本C使其達到最小。
2．庫存控制策略
多級庫存的控制策略分為中心化控制策略和非中心化控制策略，以下分別加以說明。
①採用中心化控制策略的優勢在於能夠對整個供應鏈系統的運行有一個較全面的掌握，能夠協調各個節點企業的庫存活動。
中心化控制是將中心放在核心企業上，由核心企業對供應鏈系統的庫存進行控制，協調上游與下游企業的庫存活動，這樣核心企業也就成了供應鏈上的數據中心(數據倉庫)，擔負著數據的集成、協調功能(如圖3所示)。
圖3 供應鏈中心化庫存控制模型
中心化庫存優化控制的目標是使供應鏈上總的庫存成本最低，即理論上講，供應鏈的層次是可以無限的，即從用戶到原材料供應商，整個供應鏈是n個層次的供應鏈網路模型，分一級供應商、二級供應商、三級供應商，然後到核心企業(組裝廠)。分銷商也可以是多層次的，分一級分銷商、二級分銷商、三級分銷商等，最後才到用戶。但是，現實的供應鏈的層次並不是越多越好，而是越少越好。因此，實際供應鏈的層次並不很長，採用供應、生產、分銷這樣的典型三層模型足夠說明供應鏈的運作問題。圖4為三級庫存控制的供應鏈模型。
圖4 三級庫存控制的供應鏈模型
當各個零售商的需求Dit是獨立時，根據需求做出的訂貨量為Qit,各個零售商的訂貨彙總到分銷中心，分銷中心將訂貨單給製造商，製造商根據產品決定生產計劃，同時對上游供應商產生物料需求。整個供應鏈在製造商、分銷商、零售商三個地方存在庫存，這就是三級庫存。這裡假設各零售商的需求為獨立需求，需求提前期為同一分佈的隨機變數，同時系統銷售同一產品即為單一產品供應鏈，這樣一個三級庫存控制系統是一個串列與並行相結合的混合型供應鏈模型。據此，建立如下控制模型：
min{Cmk + Ccd + Crd}
式中：Cmk——製造商的庫存成本；
Ccd——分銷商的庫存成本；
Crd——零售商的庫存成本。
關於訂貨策略採用連續檢查還是周期性檢查的問題，原則上講兩者都適用，但各有特點。問題在於採用傳統的訂貨策略時，有關參數的確定和供應鏈環境下的庫存應有所不同，否則不能反映多級庫存控制的思想。因此，不能按照傳統的單點庫存控制策略進行庫存優化，必須尋找新的方法，按照傳統的固定量訂貨系統，其經濟訂貨量為：
。
如果把這個演算法作為多級庫存的各個階段的供應商或分銷商的訂貨策略，那麼就沒有體現供應鏈的中心化控制的思想。為什麼呢?因為市場計算實際的庫存信息是單點庫存信息，沒有考慮供應鏈的整體庫存狀態，因此，採用這樣的計算方法實際上是優化單一庫存點的成本而不是整個供應鏈的成本，那麼，如何體現供應鏈這種集成的控制思想呢?可以採用級庫存取代點庫存來解決這個問題。因為，點庫存控制沒有考慮多級供應鏈中相鄰節點的庫存信息，因此容易造成需求放大現象，採用級庫存控制策略後，每個庫存點不再是僅檢查本庫存點庫存數據，而是檢查處於供應鏈整體環境下某一級庫存狀態。這個級庫存和點庫存不同，重新定義供應鏈上節點企業的庫存數據，採用“級庫存”這個概念。
若St為供應鏈的級庫存，Qip為某一庫存點現有庫存，Qit轉移到或正在轉移給其後續節點的庫存，則有下麵的公式：St=Qip+Qit
這樣，檢查庫存狀態時不但要檢查本庫存點的庫存數量，而且還要檢查其下游需求方的庫存數量。級庫存策略的庫存決策是完全基於對其下游企業的庫存狀態掌握的基礎上，因此避免了信息的扭曲現象。建立在Internet和EDI技術基礎上的全球供應鏈信息系統，為企業之間快速信息傳遞提供了保證。因此，實現供應鏈的多級庫存控制是有技術保證的。
②非中心化的庫存控制策略。非中心化庫存控制是把供應鏈的庫存控制分為三個成本中心，即製造商成本中心、分銷商成本中心和零售商成本中心，各自根據自己的庫存成本優化做出優化的控制策略(如圖5所示)。非中心化的庫存控制要取得整體的供應鏈優化效果，需要增加供應鏈的信息共用程度，使供應鏈的各個部門都共用統一的市場信息。非中心化多級庫存控制策略能夠使企業根據自己的實際情況獨立做出快速決策，有利於發揮企業的獨立自主性和靈活機動性。
非中心化庫存訂貨點的確定，可完全按照單點庫存的訂貨策略進行，即每個庫存點根的變化，獨立地決定庫存控製圖。非中心化的多級庫存優化策略。需要企業之間的協調性比較好，如果協調性差，有可能導致各自為政的局面。
圖5 多級庫存控制模式
(二)基於時間優化的多級庫存控制
前面探討了基於成本優化的多級庫存優化方法，隨著市場變化，市場競爭已從傳統的、簡單的成本優先競爭模式轉化為時間優先的競爭模式，這就是敏捷製造的思想。因此，供應鏈的庫存優化不能簡單地僅優化成本，在供應鏈管理環境下，庫存優化還應考慮對時間的優化，比如庫存周期率的優化、供應提前期優化，平均上市時間的優化等，庫存時間過長對於產品的競爭力不利，因此，供應鏈系統應從提高用戶響應速度的角度提高供應鏈的庫存管理水平、縮短提前期，不但能夠維持更少的庫存，而且有利於庫存控制。
