鄭捷揚

[摘 要]在汽車制造業(yè)供應(yīng)鏈上主要物流節(jié)點有原材料供應(yīng)商、零部件制造商中間倉庫和汽車制造商。其中汽車制造商是整條供應(yīng)鏈的主導(dǎo)企業(yè)，它是信息的控制中心，是供應(yīng)鏈的驅(qū)動機構(gòu)，為零部件供應(yīng)商提供信息服務(wù)，與供應(yīng)商信息共享、相互支持，使鏈上各方共生共贏。而汽車零部件生產(chǎn)企業(yè)是供應(yīng)鏈的重要組成部分，零部件企業(yè)創(chuàng)造整個供應(yīng)鏈中70%價值，因此它的運行績效決定了供應(yīng)鏈的整體績效。汽車零部件供應(yīng)鏈庫存管理有利于汽車制造企業(yè)實現(xiàn)準時化生產(chǎn)，增強供應(yīng)鏈競爭能力。本文是在需求不確定的情形下對通過建立解析模型量化分析在庫存信息不準確的多級、分散供應(yīng)鏈中的牛鞭效應(yīng)，揭示牛鞭效應(yīng)在高階段供應(yīng)鏈中的放大情況，以及庫存準確性對牛鞭效應(yīng)的影響，最后通過求解模型確定多級庫存的最佳安全庫存和最佳訂貨批量。

[關(guān)鍵詞]供應(yīng)鏈管理；精益生產(chǎn)；需求預(yù)測；仿真；優(yōu)化

[中圖分類號]F252 [文獻標識碼]A [文章編號]1005-6432（2014）2-0105-02

1 引 言

我國汽車產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，但各種市場體系卻并未健全，如供應(yīng)鏈管理體系顯得很單薄。因此，供應(yīng)鏈管理在我國汽車行業(yè)發(fā)展過程中具有舉足輕重的作用。汽車制造業(yè)的特點是精益化、準時化，所以對于物料供應(yīng)和配送要求十分嚴格。因此制造商和原材料供應(yīng)商都十分關(guān)注物料的供應(yīng)，對采購、銷售信息進行動態(tài)監(jiān)控以實現(xiàn)物料供應(yīng)的及時預(yù)警，指導(dǎo)進行精益化配送和生產(chǎn)。傳統(tǒng)庫存管理使用的主要技術(shù)有MRP/MRPII、經(jīng)濟批量訂貨法、需求預(yù)測、訂貨點等。一方面在當今市場多變，客戶需求不確定的環(huán)境下，汽車零部件的供應(yīng)商上下游企業(yè)形成緊密的合作，從傳統(tǒng)利益博弈轉(zhuǎn)變到以信任為基礎(chǔ)的風(fēng)險共擔、信息共享的利益集團實現(xiàn)降低供應(yīng)成本，達到共贏。另一方面由于汽車零部件在制造商的整條供應(yīng)鏈上舉足輕重的地位，它的高效運行，可以大幅度縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，提高對市場的反應(yīng)速度和柔性、降低物流成本、提高供應(yīng)鏈的敏捷度。相比之下，國內(nèi)對于多級庫存的研究起步較晚，早前的研究都著眼于兩級庫存的管理。多級庫存理論中最早體分別現(xiàn)在的方法Clark-Scarf方法和Sherbrooke的METRIC模型。Clark和Scarf（1960）提出了“級庫存”的概念，并且證明存在以級庫存概念為基礎(chǔ)，每期都呈現(xiàn)周期性訂購的（s，S）形式的最優(yōu)策略。牛海軍、孫樹棟提出了在隨機需求條件下多階段生產(chǎn)/庫存系統(tǒng)（R，Q）策略的整體庫存優(yōu)化方法。馬士華、林勇（2002）研究了在提前期隨機情況下的庫存控制模型并且分別討論了（Q，r）策略下，隨機需求和確定需求兩種不同情況下的庫存模型。這不但對庫存控制和提前期的確定提供了很大的幫助而且在一定程度上有效控制了供應(yīng)鏈的需求放大現(xiàn)象即為牛鞭效應(yīng)。

本文則通過分析汽車制造業(yè)在不確定需求的前提下，多級庫存表現(xiàn)形式，并結(jié)合固定的訂貨策略，對隨機需求下的供應(yīng)鏈庫存進行建模。并重點從成本優(yōu)化的角度來建立多級庫存優(yōu)化控制數(shù)學(xué)模型，對整個多級供應(yīng)鏈庫存控制成本進行優(yōu)化，來解決此制造業(yè)因需求變異放大效應(yīng)所產(chǎn)生的供應(yīng)鏈整體庫存量過大，資金負擔沉重的問題。

2 需求不確定性的原因及表現(xiàn)

需求不確定并不是獨立的，它很大程度上受制于供應(yīng)鏈的需求狀況。庫存研究離不開對供應(yīng)鏈不確定性的研究，它很大程度上影響了整條供應(yīng)鏈的績效。正是因為供應(yīng)鏈的不確定性普遍存在于整個市場才無法通過人為因素去消除它，因此必須從整體的層面而非單個企業(yè)本身去看待需求不確定性的問題。具體來說，供應(yīng)鏈需求不確定是指需求放大的現(xiàn)象即“牛鞭效應(yīng)”。牛鞭效應(yīng)是供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)中最為重要的性能指標和績效指標。由于在供應(yīng)鏈系統(tǒng)中以訂單形式信息流從最終客戶端向原始供應(yīng)商端傳遞的過程中，由于無法有效地實現(xiàn)信息的共享，使得信息扭曲而逐級放大，導(dǎo)致了需求信息出現(xiàn)越來越大的波動。牛鞭效應(yīng)的存在使得需求預(yù)測難度更大，隨之帶來的庫存策略的制定，訂貨策略的制定都受到影響。因此，如何做到有效控制供應(yīng)鏈節(jié)點的隨機需求和庫存對整條供應(yīng)鏈的運營效率極為重要。本文著重從汽車零部件供應(yīng)鏈出發(fā)，從兩個方面去分析其需求不確定性的。其一，從宏觀層面上說，居民的收入、消費信貸水平和國際原油價格的波動等因素導(dǎo)致了國內(nèi)汽車需求的波動，從而影響到整個汽車制造業(yè)零部件供應(yīng)鏈的需求。其二，在微觀方面，供應(yīng)鏈本身的信息傳遞的誤差導(dǎo)致了上游到下游的需求信息放大現(xiàn)象。由于汽車屬于制造行業(yè)中最頂端、最復(fù)雜的產(chǎn)品，其最終成品有幾萬個零件構(gòu)成，供應(yīng)商也有數(shù)千家，因此信息扭曲和制造過程中的不確定因素會導(dǎo)致整個供應(yīng)鏈造成巨大的損失，各個零部件的庫存管理會影響到整個制造業(yè)?？紤]到如上的風(fēng)險，我們很有必要針對當今的不確定需求下的庫存控制進行優(yōu)化，以達到整條供應(yīng)鏈的有效運營。

3 隨機需求下多級庫存優(yōu)化控制

3.1 隨機需求庫存模型特點

隨機需求庫存模型有以下三個特點：首先，顧名思義隨機庫存的需求是不確定的，它的規(guī)律只能由歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)來獲得。其次，從訂單發(fā)出到到貨的這段提前期也是隨機變量。再者，受限于管理水平，企業(yè)的庫存量信息并不是可以隨時獲取的。

3.2 多級庫存控制訂貨策略

（1）點訂貨策略。在多級庫存系統(tǒng)中，最常用的是（Q，r）策略和S策略。（Q，r）是庫存管理中的重要控制模型。其中控制變量Q和r分別表示訂貨量和再訂貨點，它們都取決于需求過程和提前期。提前期是指從發(fā)出訂單到收到訂貨之間的時間間隔。但是目前絕大多數(shù)文獻在庫存模型研究中都把提前期作為一個常量，主要考慮不同的隨機需求過程。然而現(xiàn)實狀況并不允許我們將訂貨提前期視為常量。在汽車的零部件供應(yīng)鏈中，一個整車制造商擁有成百上千家的零部件供應(yīng)商，各個供應(yīng)商的生產(chǎn)能力，生產(chǎn)周期的波動的可能性都很大，尤其在目前的市場環(huán)境下。然而在多級庫存的供應(yīng)鏈問題中，這個訂貨提前期的變化受制于供應(yīng)鏈各級庫存相互協(xié)調(diào)。供應(yīng)鏈上的各個企業(yè)需要隨時隨刻的掌握其庫存狀況，當庫存水平低于再訂貨點r 是就發(fā)出一次訂貨批量為Q的訂貨。再訂貨點r一般等于提前期需求加上安全庫存ss。其中，在隨機提前期和隨機需求下，再訂貨點等于安全庫存與提前期需求均值之和。

（2）級訂貨點策略。上面的點訂貨策略適合于單級庫存管理，并不考慮各節(jié)點結(jié)合的庫存狀況，因此無法對整條供應(yīng)鏈的庫存水平進行優(yōu)化。因此從供應(yīng)鏈系統(tǒng)層面上去考慮庫存管理，企業(yè)更應(yīng)該采用級庫存訂貨策略代替點庫存訂貨策略。如果企業(yè)采用多級庫存管理的策略，供應(yīng)鏈上每個庫存點不但能夠獲取本庫存點的庫存數(shù)據(jù)，而是可以了解供應(yīng)鏈整體環(huán)境下的某一級庫存狀態(tài)。這樣可以掌握對本級庫存點和下游需求方數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了各級點的信息交流與共享，最大程度上避免了信息扭曲現(xiàn)象。

3.3 多級庫存系統(tǒng)物流成本控制策略

庫存控制的最終目的就是為了優(yōu)化成本，使企業(yè)獲得最大的效益。良好的庫存控制對于整個供應(yīng)鏈的優(yōu)化至關(guān)重要。在此我們把多級庫存的優(yōu)化分為兩種，一種是成本導(dǎo)向型庫存控制，另一種是時間導(dǎo)向型庫存控制。在此本文實施多級庫存優(yōu)化重點是明確控制目標，將供應(yīng)鏈庫存成本控制到最小。我們知道供應(yīng)鏈的成本結(jié)構(gòu)包括維持存儲成本Ck（如果vi表示i級庫存量，則整個供應(yīng)鏈的庫存維持費用為：， 訂貨成本Ci，缺貨損失成本Cs，運輸成本Ct總的庫存成本為：C=Ck+Ci+Cs+Ct。所以，我們的目標就是從整體的角度講C控制到最小。

3.4 需求隨機下的安全庫存

我們知道客戶需求不確定、生產(chǎn)過程不穩(wěn)定、配送周期多變、服務(wù)水平高低等是影響安全庫存的重要因素。因此對于汽車零部件的安全庫存的有效控制對于整車生產(chǎn)的影響很大。由于行業(yè)的特殊性，汽車的零部件繁多，因此任何一個零部件的缺失都會導(dǎo)致整條生產(chǎn)線作業(yè)的中斷給制造商帶來巨大的損失。在隨機需求下的安全庫存管理的重要性可想而知。我們需要通過對歷史數(shù)據(jù)的分析和對比從而得出方向汽車零部件的訂單規(guī)律，確定各個級點的最佳安全庫存量。

3.5 模型建立及優(yōu)化

（1）以上我們介紹了汽車多級庫存管理的策略和隨即需求下的安全庫存。下面本文希望從成本的角度去分析如何讓整個供應(yīng)鏈的多級庫的成本達到最優(yōu)。因此本文將從成本分析和服務(wù)水平分析出發(fā)，通過模型假設(shè)進行驗證。由上面的分析容易知道多級庫存的總成本由以下三個部分組成：一個是制造商的庫存成本，一個是分銷商的庫存成本，還有一個是零售商的庫存成本。其中假設(shè)制造商的庫存成本為Cm，分銷商的庫存成本為Cd，零售商的庫存成本為Cr。多級庫存系統(tǒng)的總成本為：C=Cm+Cd+Cr所以我們以供應(yīng)鏈多級庫存成本最低為出發(fā)點，建立模型。Q和r 分別表示各級庫存的訂貨批量和再訂貨點，約束條件為各級庫存模型的訂貨批量 Q 和再訂貨點 r 的取值范圍，模型如下：

minC=Cm+Cd+Cr

s.t.1

1

1

1

1

1

（2）服務(wù)水平大體上分為三類。第一產(chǎn)品供給率；第二訂單完成率；第三周期服務(wù)水平（CSL），它等于提前期需求小于再訂貨點的概率，即：CSL=P（提前期需求量≤再訂貨點。上述三級庫存模型的優(yōu)化基本方式是：即建立一個迭代循環(huán)，使Qi和Ri，Qj和Rj以及Qh和 Rh分別在區(qū)間[1，Di]，[1，Dj]，[1，Dh]遞歸搜索，總可以找到使系統(tǒng)成本最小的最佳訂貨批量Q^*和最優(yōu)再訂貨點r^*。然后在把得到的Q^*和r^*代入可以得到供應(yīng)鏈多級庫存的最優(yōu)成本。最后利用公式r=u+ss，求出三級庫存系統(tǒng)各節(jié)點的最優(yōu)安全庫存。

4 結(jié) 論

本文從汽車制造業(yè)的供應(yīng)鏈庫存出發(fā)首先分析了多級庫存需求的不確定性因素，進而對供應(yīng)鏈的不確定因素進行了分析，然后概括了相應(yīng)的庫存控策略，總結(jié)了多級庫存的影響因素、控制模型以及相應(yīng)的控制優(yōu)化策略。接著分析隨機需求庫存模型的特點，多級庫存隨機需求的表現(xiàn)形式以及隨機提前期的控制方法，最后通過數(shù)學(xué)模型以及企業(yè)調(diào)研的數(shù)據(jù)支撐，以多級庫存整體成本最優(yōu)為目標，以服務(wù)水平為約束，建立了隨機需求隨機提前期的多周期庫存控制模型，并且得出優(yōu)化策略。因為傳統(tǒng)的庫存管理側(cè)重于對單一節(jié)點企業(yè)庫存成本的優(yōu)化，從存儲成本和訂貨成本的角度出發(fā)確定經(jīng)濟訂貨量和訂貨點，這種分散決策方式下的庫存控制策略難免會產(chǎn)生需求扭曲變異擴大的現(xiàn)象。本文暫時模糊了時間參數(shù)，沒有考慮流程的優(yōu)化和缺貨等待時間的優(yōu)化問題，隨著敏捷供應(yīng)鏈和基于時間競爭的管理理念的發(fā)展，以后的研究可以進一步深化基于時間優(yōu)化方面的研究。另外本文除了對最優(yōu)的庫存量，最優(yōu)再訂貨點和安全庫存量進行分析外，也對目前汽車制造業(yè)的供應(yīng)鏈庫存管理提出如下意見：一是宏觀層面上應(yīng)加強汽車零部件供應(yīng)鏈協(xié)同管理；二是企業(yè)層面上零部件供應(yīng)商應(yīng)該加強各環(huán)節(jié)協(xié)同供應(yīng)鏈管理；三是零部件供應(yīng)商和汽車制造商之間建立一種新的交易模式——汽車零部件集成供應(yīng)即零部件供應(yīng)商和汽車制造商在一定時期內(nèi)建立信息共享、風(fēng)險共擔和共贏的戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，從而降低供應(yīng)鏈總成本、降低庫存，實現(xiàn)信息共享。

參考文獻：

[1]Hau L.Lee.A Multi-Echelon Inventory Model for Repairable Items with Emergency Lateral Transshipments[J].Management Science，1987.

[2]Cohen M A，Kleindorfer P R，Lee H L.Optimal stocking polices for low usage items in multiechelon inventory systems[J].Naval Research Logistics Quarterly，1986，33（1）：17-38.

[3]徐賢浩，馬士華.供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)模型中多級庫存控制模型[J].華中理工大學(xué)學(xué)報，1998，26（7）：68-70.

[4]馬士華，林勇.基于隨機提前期的（Q，r）庫存模型[J].計算機集成制造系統(tǒng)CIMS，2002，8（5）：396，398.

[5]Zip kin.Foundations of inventory management[J].Operations Research，2000，27（2）：66-78.

[6]秦海燕.供應(yīng)鏈庫存控制系統(tǒng)模型研究及仿真[D].大連：大連海事大學(xué)，2007.

[作者簡介]鄭捷楊（1991—），男，北京交通大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院物流管理專業(yè)。