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        基于多智能體的被裝精準(zhǔn)申領(lǐng)庫存策略仿真研究*

        2023-08-30 03:33:28史博元鄭麗莎文昊林
        艦船電子工程 2023年5期
        關(guān)鍵詞:被裝軍需批量

        史博元 董 鵬 鄭麗莎 文昊林

        (海軍工程大學(xué) 武漢 430000)

        1 引言

        2018 年8 月,我軍在全軍72 個單位進(jìn)行“精準(zhǔn)申領(lǐng)”試點(diǎn)工作,經(jīng)過兩年時間的探索與改進(jìn),2021年,軍委后勤部與多家地方物流公司簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議,以戰(zhàn)區(qū)為保障單位建立軍民融合倉庫,利用地方物流公司成熟的技術(shù)與經(jīng)驗,加速被裝運(yùn)輸鏈路的“最后一公里”,同年4 月21 日,在全軍范圍內(nèi)正式推廣被裝的“精準(zhǔn)申領(lǐng)”保障模式[1]。不同的是,試點(diǎn)期間每年兩次的“定期申領(lǐng)”升級成了“隨時申領(lǐng)”:官兵可以在任意時間登錄平臺申領(lǐng)被裝,并且可以實(shí)現(xiàn)十天內(nèi)送達(dá),極大地提高了被裝保障效率。

        在我軍以往的被裝實(shí)物供應(yīng)模式中,長期存在著差異化需求難以滿足、保障精確性不高、閑置浪費(fèi)等問題,而被裝精確申領(lǐng)模式很大程度上解決了上述問題,邁出了保障能力提升的關(guān)鍵一步[2]。但由于這種供應(yīng)保障模式推行的時間較短,目前仍處于探索階段,在供應(yīng)鏈效費(fèi)比方面還存在一定的不足,例如各節(jié)點(diǎn)庫存控制策略不夠精準(zhǔn),導(dǎo)致部分被裝庫存長期缺貨或積壓。本文在現(xiàn)有的庫存控制策略基礎(chǔ)上,利用anylogic仿真,對其存在的問題進(jìn)行改進(jìn),以期實(shí)現(xiàn)提高效率、降低成本、減少浪費(fèi)的目標(biāo)。

        2 策略分析

        2.1 現(xiàn)狀分析

        目前,被裝精確申領(lǐng)的供應(yīng)鏈主要分為四個節(jié)點(diǎn),分別是軍需物資供應(yīng)商(下稱工廠)、軍需物資倉庫(下稱軍需倉庫),配送服務(wù)供應(yīng)商(下稱物流公司)和部隊用戶,供應(yīng)鏈中最常見的保障模式如圖1 所示。首先,由軍委后勤保障部定期匯總申領(lǐng)平臺中的官兵需求信息,將其與軍需倉庫和工廠的庫存進(jìn)行匯總對接后,調(diào)配物資并開展下一個周期的采購,工廠根據(jù)訂單,將被裝送達(dá)軍需倉庫;而后,倉庫將調(diào)配完畢的被裝,送至軍民融合倉庫;最后由物流公司進(jìn)行相應(yīng)的分揀后,配送至部隊用戶[3]。這種庫存控制策略對每個周期采購量預(yù)測的準(zhǔn)確性依賴較大,但由于精準(zhǔn)申領(lǐng)模式運(yùn)行時間較短,可參考數(shù)據(jù)較少,加之新冠疫情的影響,難免會出現(xiàn)需求和產(chǎn)能兩方面的波動,造成某些被裝長期缺貨,影響保障效率和質(zhì)量,或者庫存嚴(yán)重積壓,浪費(fèi)大量的庫存成本??紤]到配送階段由地方物流中心負(fù)責(zé),本文只研究工廠和軍需倉庫的庫存策略,著重從軍方層面入手,降低成本、提高效率。

        圖1 常見供應(yīng)鏈保障模式

        2.2 軍需倉庫庫存策略設(shè)計

        本文采用的原始數(shù)據(jù),來源于實(shí)行精準(zhǔn)申領(lǐng)一年內(nèi)中部戰(zhàn)區(qū)Z 倉庫某被裝的庫存量和需求量,去除起始階段訂單量暴增導(dǎo)致的極端數(shù)據(jù),最終選取的時間范圍為2021年5月7日至2022年4月21日,庫存狀態(tài)折線圖如圖2所示。

        圖2 庫存狀態(tài)折線圖

        數(shù)據(jù)顯示,庫存波動范圍較大且水平整體偏高,產(chǎn)生大量的庫存成本。針對庫存策略的不足,進(jìn)行改進(jìn)并利用anylogic軟件進(jìn)行建模仿真。軍需倉庫庫存狀態(tài)圖設(shè)計如圖3所示。

        圖3 軍需倉庫庫存狀態(tài)設(shè)計圖

        其庫存策略及參數(shù)設(shè)計如下[5]:

        1)庫存閾值S:當(dāng)軍需倉庫某型被裝庫存低于該數(shù)值時會向工廠訂購產(chǎn)品。

        2)訂購批量P:每次向工廠訂購的批量。

        4)工廠要求的最小訂購批量M。

        由于每次訂購產(chǎn)生的額外成本較低,可以忽略不計,因此根據(jù)經(jīng)典EOQ 理論,通過降低訂購批量可以達(dá)到降低成本的目的[4];另外,在可預(yù)見的未來,國內(nèi)新冠疫情形勢仍不容樂觀,原料斷供和工廠停產(chǎn)依舊會是常態(tài),無疑將對生產(chǎn)和庫存造成巨大影響。綜合各種影響因素,應(yīng)該盡量減少單次的采購批量,增加采購次數(shù),降低成本的同時,將不確定性事件的影響降至最低[6],但是采購量還需要滿足下列約束條件:

        1)在采購期內(nèi)滿足最大需求。該最大需求可作為發(fā)起采購的時機(jī),即庫存閾值S。

        2)滿足下一個訂購期的需求。若訂購批量較小,在貨物運(yùn)輸?shù)絺}庫時庫存可能無法滿足需求,因此考慮最極端的情況,即每日都消耗最高的數(shù)量,即可推算出訂購批量P。

        3)采購量過低會急劇提高單位制造成本,所以采購批量要滿足工廠的最小訂購批量。

        通過模擬仿真,得到的直接數(shù)據(jù)有:

        1)fx:在x天內(nèi)產(chǎn)品需求統(tǒng)計數(shù)據(jù)集,x為整數(shù),max(fx)表示在x天內(nèi)最大的需求量。

        2)Fx:在x天內(nèi)產(chǎn)品需求積累情況,x為整數(shù)。

        對此,根據(jù)仿真系統(tǒng)計算出的多日需求統(tǒng)計數(shù)據(jù),設(shè)計了以下幾種庫存策略。

        若只考慮T 日內(nèi)的需求情況,易得庫存閾值S應(yīng)為max(f),這樣的庫存閾值能夠保證庫存在天的時間內(nèi)不會耗盡。考慮每個周期的需求量最大都為max()時為極限情況,天后的庫存又會小于庫存閾值,同時會發(fā)起第二次訂貨請求,此時訂購批量P應(yīng)為

        通過仿真系統(tǒng)將參數(shù)帶入,得到軍需倉庫庫存變化情況,如圖4所示。

        圖4 軍需倉庫庫存變化情況

        分析圖中數(shù)據(jù)可以得出,該庫存策略雖然滿足了全部需求,但整體庫存仍維持較高水平,不夠合理,這是由于現(xiàn)實(shí)中很少出現(xiàn)相鄰幾天需求都達(dá)到最大的情況,因此,還需對該策略進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。

        在上述訂購批量P 的條件下,可能會導(dǎo)致缺貨,所以還需對訂購批量進(jìn)行修正:

        通過仿真系統(tǒng)將參數(shù)帶入,得到軍需倉庫庫存變化情況,如圖5所示。

        圖5 軍需倉庫庫存變化情況

        圖中最低庫存水平?jīng)]有趨近0,這是由于同時滿足庫存數(shù)量最低,且剛好遇到最大需求的概率較低,因此該方案比較符合實(shí)際情況。但方案也存在一些問題,考慮到部分被裝的季節(jié)性特點(diǎn),大部分情況下庫存水平維持較高,只有一些特定月份需求較大,因此還可以通過考慮特殊時期進(jìn)一步對庫存方案進(jìn)行設(shè)計[7],具體見2.2.3節(jié)。

        2.2.3 按月規(guī)劃庫存策略

        在前兩種設(shè)計方案的基礎(chǔ)上,設(shè)計按月規(guī)劃庫存的策略,原因在于考慮到了被裝的季節(jié)性特點(diǎn),目的是為解決因季節(jié)需求差異而導(dǎo)致的總體庫存偏高的問題。以某型被裝為例,通過分析該被裝的適用季節(jié)及往年數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)在3 月及10 月,訂單需求會有較大的增加。因此,只需使用2日需求分析的方法將每月的庫存策略區(qū)分處理即可。對庫存策略按月區(qū)分規(guī)劃,得到庫存變化如圖6 所示,倉庫根據(jù)歷史需求信息和季節(jié)變化調(diào)整庫存策略,從而能夠達(dá)到降低庫存成本的目的[8]。

        圖6 軍需倉庫庫存變化情況

        2.3 工廠庫存及生產(chǎn)策略設(shè)計

        相比軍需倉庫,工廠的庫存數(shù)量與被裝產(chǎn)量有直接關(guān)系,因此還需要同步設(shè)計其生產(chǎn)策略。工廠的庫存狀態(tài)圖設(shè)計如圖7所示。

        圖7 工廠庫存狀態(tài)設(shè)計圖

        其庫存及生產(chǎn)策略參數(shù)設(shè)計如下[9]:

        1)每日生產(chǎn)R:每天生產(chǎn)固定數(shù)量的產(chǎn)品。

        2)庫存閾值S:當(dāng)產(chǎn)品庫存低于該數(shù)值時會進(jìn)行加急生產(chǎn)。

        3)生產(chǎn)批量P:加急生產(chǎn)的批量。

        4)生產(chǎn)周期T:被裝從生產(chǎn)、入庫到最后出庫的時間,單位為天。

        通過模擬仿真,得到的直接數(shù)據(jù)如下:

        1)fx:x天內(nèi)產(chǎn)品需求統(tǒng)計數(shù)據(jù)集,x為整數(shù),max(fx)表示在x天內(nèi)最大的需求量。

        2)Fx:從第1 天到第x天產(chǎn)品需求積累的情況,x為整數(shù)。

        根據(jù)仿真系統(tǒng)計算出的多日需求統(tǒng)計數(shù)據(jù),設(shè)計了以下幾種生產(chǎn)策略。

        2.3.1 固定生產(chǎn)策略

        在該策略下工廠每天只生產(chǎn)固定數(shù)量的產(chǎn)品R,不進(jìn)行加急生產(chǎn),使得全年都可滿足需求。所以為維持每年的總體需求,每日產(chǎn)量R 為,得出工廠庫存變化曲線如圖8所示。

        圖8 工廠庫存變化情況

        圖9 工廠庫存變化情況

        由圖8 可以看出,由于設(shè)定了較高的每日生產(chǎn)數(shù)量,庫存水平會有一段時間的積壓,維持在較高水平,且該策略需要比較合適的初始庫存,不太符合實(shí)際情況。

        2.3.2 批量生產(chǎn)策略

        該策略類似于軍需倉庫庫存策略的設(shè)計,在該策略中,每日固定生產(chǎn)量為0,當(dāng)庫存低于某一閾值時才開始生產(chǎn)。特點(diǎn)是工廠在低庫存時生產(chǎn)固定的量后停工,但這種策略需要高庫存水平以應(yīng)對風(fēng)險,且每日生產(chǎn)波動較大。

        將參數(shù)帶入仿真系統(tǒng),得到工廠庫存變化情況示意圖如下所示:

        2.3.3 二級生產(chǎn)策略

        為了使每天生產(chǎn)數(shù)量波動變小,同時避免較高的庫存水平,應(yīng)結(jié)合2.3.1 節(jié)與2.3.2 節(jié)中的方案設(shè)計新的策略:工廠每天生產(chǎn)固定數(shù)量R 的產(chǎn)品,當(dāng)庫存低于某一閾值S 時,每天加急生產(chǎn)P 件產(chǎn)品,在生產(chǎn)時間T 天后交付。在這種生產(chǎn)策略下,生產(chǎn)批量分為兩級:高庫存時每天生產(chǎn)R 件產(chǎn)品,低庫存時每天生產(chǎn)R+P 件產(chǎn)品。通過每日的固定生產(chǎn)滿足部分需求,同時降低了高需求時的波動水平[10]。這種策略中的加急生產(chǎn)數(shù)量相對于前一種策略更少,生產(chǎn)波動更平緩,但會造成高水平庫存的延遲,且生產(chǎn)時間越長,延遲增長越高。采用OptQuest Engine 智能優(yōu)化引擎,進(jìn)行500 次迭代,得到的庫存變化曲線如圖10所示。

        圖10 庫存變化情況

        對比2.3.2 節(jié)中的數(shù)據(jù),顯然2.3.3 節(jié)中的策略生產(chǎn)數(shù)量的波動更小,且?guī)齑嫠捷^低。對這種二級生產(chǎn)策略進(jìn)行擴(kuò)展,可以得到基于庫存數(shù)量的生產(chǎn)策略,具體見2.3.4節(jié)。

        2.3.4 基于庫存數(shù)量的生產(chǎn)策略

        在該策略下,輸入數(shù)據(jù)為每日產(chǎn)品的需求量和生產(chǎn)時間,輸出策略為生產(chǎn)數(shù)量關(guān)于產(chǎn)品需求量的表函數(shù),也可以稱之為多級庫存控制策略,總體方法是將產(chǎn)品需求分布轉(zhuǎn)換成生產(chǎn)數(shù)量與庫存數(shù)量的關(guān)系[11]。設(shè)生產(chǎn)時間為T,每日產(chǎn)品需求量分布為f1。該策略的目標(biāo)是使最低庫存不下降到0 以下,且平均庫存數(shù)量最低。在此策略下需要設(shè)計若干個控制點(diǎn),其中橫坐標(biāo)為庫存數(shù)量,縱坐標(biāo)為該庫存數(shù)量下應(yīng)生產(chǎn)的產(chǎn)品數(shù)量,由此可以構(gòu)建一個表函數(shù),再使用插值計算[1],形成圖像,將2.3.3節(jié)中的二級生產(chǎn)策略用這種方式表示如圖11所示。

        圖11 改進(jìn)后的生產(chǎn)策略

        2.3.5 按月規(guī)劃的生產(chǎn)策略

        研究需求發(fā)現(xiàn)3月和10月訂單數(shù)目會激增,可結(jié)合以上所有策略設(shè)計不同月份的庫存策略參數(shù)。由于篇幅所限,在此不再展示仿真結(jié)果。

        3 結(jié)語

        被裝精確申領(lǐng)模式是我軍后勤保障歷史上的一次重大突破,其質(zhì)效直接關(guān)系到官兵的切身利益,意義重大,影響深遠(yuǎn)。本文針對申領(lǐng)模式供應(yīng)鏈中存在的庫存問題,提出相應(yīng)的改進(jìn)方法,并利用anylogic軟件,對庫存策略的效果進(jìn)行模擬仿真,仿真結(jié)果表明,該方法對于提高效率和降低成本作用比較明顯,可以為相關(guān)部門的策略制定提供一定的思路。

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