库存系统仿真技术在库存管理中的应用

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1、库存系统仿真技术在库存管理中的应用物流系统仿真技术是指针对现实物流系统建立模型，然后在模型上进行试 验，用模型代替真实系统，从而研究物流系统性能的方法。通过仿真，可以一一 仿效实际物流系统的各种动态活动并把系统动态过程的瞬间状态记录下来，最终 得到用户所关心的系统性能的分析数据。近年来，随着计算机技术的快速发展， 仿真技术被日益广泛地应用于机械、电力、管理等各个方面，在物流研究流域中， 仿真技术的应用也引起众多学者的关注。企业库存管理是物流管理的重要组成部 分，如何利用仿真技术来优化库存管理，从而有效地节约成本是摆在我们面前亟 待解决的问题。1. 库存管理应用仿真技术的必要性过去企业在进行库存

2、管理是由于相互之间缺乏必要的信息交流，往往依靠 预测来安排生产，但是预测与实际经常存在着差距，这在货物需求上表现为库存 不足或库存过剩；在仓库能力上表现为仓库空间紧缺，不能满足存货需求或仓库 容量太大，储能大量浪费；在设备的使用上导致有的设备超负荷工作，而有的设 备长年闲置等等。这种传统的交易习惯有时会造成大量设施和资本的浪费，增加 了企业的运作成本，占用大量流动资金，有时又使得企业不能满足客户需求，丧 失盈利机会。为了减少预测与与实际经常存在的差距所造成的损失，最大限度的降低成 本，必须制定合理的库存管理策略。通常，企业在制定出一项库存管理策略后， 很难立即对其作出评价，只有实施后，才能作出

3、评价，然后再进行修改，如此反 复，直到满意为止，这种方法不但浪费时间，而且花费成本也较高。由于库存系统特别是随机型库存系统随时会受到不确定因素的影响，求解 这类复杂的库存系统问题，数学解析方法往往变得无为能力。目前已出现了许多 在维护和改进客户服务水平的基础上优化企业库存管理的方法和技术，这其中尤 其是计算机仿真技术的发展和应用，将企业的库存管理管理水平提升到一个新的 高度。仿真技术在库存管理中的应用极其广泛，使用仿真技术，我们可以确定企 业何时需要再订货，订多少货；可以确定仓库的选址、布局和容量大小；可以确 定各种运输、装卸设备的数量级分配规则；确定货物配送方案等等。可以先建立 企业库存系统

4、的模型，在此基础上对各种库存管理策略进行仿真，再对仿真结果 进行分析评价，从而确定出最优策略。可见使用仿真技术不仅可以动态地模拟入 库、出库、库存以及各种设施、资源的使用状况，避免了资金、人力和时间的浪 费，最重要的是它可以为库存管理提供有效地科学依据，使得企业能够根据需要 正确地掌握入库、出库的时机和数量，合理规划和安排仓库及各类设施、资源， 实现库存成本的最小化。而且系统仿真方法可以在不同的层次上，分析不同约束条件和输入下系统的 动态响应，并符合人们的思维习惯，有助于系统分析，有利于解决随机因素的影 响，因此我们在进行库存系统分析时选择了系统仿真方法。2. 应用系统仿真技术，主要可以在以下

5、几个方面对库存系统进行研究:（1）库存系统的规划设计与可靠性分析：在系统规划设计后，通过对规划设计的 系统模型进行仿真分析，对规划方案的优劣做出评价，及时进行调整和修改，减 少系统实施的风险。（2）物料库存的控制：通过对物流系统各个环节的库存系统状态进行仿真，动态 地模拟出入库、出库及库存水平的实际状况，有利于实现库存系统的合理控制， 科学地掌握入库和出库的时机和数量。（3）库存成本的评估：库存系统的流程是一个复杂的动态过程，系统仿真技术通 过对整个库存过程的模拟，准确便捷地计算出库存系统的成本，同时也可以建立 起库存成本控制与物流规划、库存管理与运输策略之间的联系。我们通过对国内 著名企业的

6、调研与分析，针对目前制造企业库存控制存在的主要问题制定了库存 系统仿真的目标，设计了库存系统仿真软件的总体方案与模块结构，开发研制了 库存系统仿真软件的基本模块，运用设计开发的仿真软件分别对库存结构优化和 库存策略优化两个实际案例进行仿真，得到了较满意的结果。3. 我国系统仿真系统的应用国外先进仿真软件应用概况从20世纪60年代开始，国外就已着手研制仿真 语言，比较著名的仿真语言有GPSS、GASP、SLAM和SIMAN等。近20年来，由于 建模方法、可视化编程和虚拟现实技术的长足进展，开发出了一些功能强大、建 模直观方便的仿真软件。我国的仿真研究和应用开始于20世纪50年代，近年来 在供应链

7、管理、企业生产作业控制、物流系统分析等方面得到了成功应用。比较 分析现有的仿真软件，总结我国现有仿真软件基本功能如下：（1）良好的人机界面，提供基本的程序管理功能和输入功能；（2）系统模型的建立，单元属性参数和逻辑定义，并保存为模型文件；（3）随机变量的输入存储、产生和调用；（4）仿真算法核心，包括仿真钟推进和子事件处理；（5）模型的图形显示，建模过程即建即所得；（6）数据分析和统计；（7）仿真结果输出。近期，仿真软件（包括仿真语言）充分吸收了仿真方 法学、计算机、系统工程、自动控制、人工智能等技术的新成果，从而得到很大 的发展。在运行速度、存储容量、面向对象的设计（ODD）、可视化（Visu

8、alization） 与图形界面、开放数据结构（ODBC）以及对象连接与嵌入（OLE）等方面皆取得 了巨大进展，对系统仿真技术亦相应地产生了广泛与深刻的影响，旨在解决模块 可重用性、计算机辅助建模、可视化仿真、图形界面以及与其它系统的集成性等 问题的面向对象的可视化仿真技术与系统便随之产生。4.ISim的特点ISim是我们专门研制开发的用于供应量的库存系统仿真软件。ISim具有以下特点。1）.采用三种基本单元描述库存系统在供应量的库存系统中，库存量的变化是由 客户的需求和订货两个方面因素引起的，由于客户的需求，库存量不断减少，为 了保证供应，就需要订货来补充库存量。由于需求和订货的不断发生，库

9、存量呈 现动态分布，分为供应方、仓库、需求方三种基本单元。供应链上的库存系统虽 然很复杂，但是都可以拆分成如上三个基本单元。三个基本单元组成了单阶库存 系统。多个单阶库存系统又可以组成多阶的库存系统，从而可以描述任意复杂的 供应链上的库存系统。在ISim中通过基本建模单元和属性定义可以将实际的复 杂库存系统模型结构和逻辑关系保存在计算机模型中。在ISim中，采用图形化 建模和菜单输入参数结合的方式进行系统建模，以满足复杂的库存系统建模要 求：a.新建仓库、供应方、需求方三类基本实体单元；b. 设置单元属性定义与仓库有关属性；c. 通过图形连接工具单元，连接模型中各个基本单元之间的逻辑，同一逻辑

10、 关系与起始单元和相关货物单元有关，如从Sinter到Wcomputer的逻辑关系只 与货物Finter相关，而从Wcomputer到Rbeijing的逻辑关系则与Finter和Fhp 有关；输入参数即可。图形化建模方法可以使用户摆脱大量的编程工作，使建模 过程更直观，方便用户使用。2）.采用事件调度法作为仿真算法在一个较为复杂的离散事件系统中，一般都存 在诸多的实体，这些实体之间相互联系，相互影响，然而其活动的发生却统一在 同一时间基上，仿真策略就是研究采用何种方法推进仿真钟，建立起各类实体之 间的逻辑联系。目前常用的仿真策略是事件调度法（Event Sheduling Approach）

11、和进程交互法。事件调度法用事件的观点来描述系统，进程交互法采用进程描述 系统，两种方法各有优劣。仿真策略决定仿真模型的结构。事件调度法建模灵活， 应用范围广，适用于成分相关性小的系统，但是事件处理子程序和建模工作量大。 进程交互法建模直观，模型接近实际系统，但是其流程控制复杂，建模灵活性不 如事件调度法。使用事件调度法来仿真库存系统，基本事件分类清楚，流程控制 简单，所以首先考虑采用事件调度法作为ISim仿真算法基础，并借鉴进程交互 法扩展以下处理功能以满足实际库存系统仿真的需要：（1）综合优先级设定，多 个不同事件同时发生的解结规则；（2）不同FW类事件的仿真运行过程状态量存储 和费用计算；

12、（3）库存系统控制策略的实现。3）.库存系统控制策略的实现实际的库存系统一般都十分复杂，为了保证系统的 正常运行，需要根据物资需求及订购的特点，采取不同的方法来控制系统。具体 的库存策略有以下几种：（1）订货策略。系统应经常监视仓库内的库存数量是否达到订货点，并及时 提出订货要求。所提出的订货要求，通常称为订货方式。订货方式与供应方和仓 库两方面均有关，因此在研究仓库的需求和库存数量的基础上，还要对确定订货 点和订货量的各种策略进行研究。（2）出库策略。当仓库货物需要出库的时候，选用不同的出库策略如先入先 出、先入后出等，可以对库存货物进行调整管理。（3）补货策略。当订货到达后，仓库有多个需求

13、方处于缺货状态，则此时需 要根据补货策略决定补货顺序。此外补货策略还被应用在如下情况，当同时到达 多个需求而仓库存货不能完全满足所有需求的时候，确定缺货状态的策略。（4）订货方管理策略。当一个仓库中的同种货物有多个订货方的时候，在 确定订货时候会有多种选择，此时就应该根据订货方管理策略决定最终订货方。 一般采用的管理策略是优先级评价、供应水平如订货到达时间最短、订货费用最 少等。在ISim实现中，将库存系统控制策略分成以上四类并综合考虑。库存系 统首先根据出库策略确定库存量的变更，然后根据当前库存量和订货策略确定是 否需要订货和订货量，如果需要订货则根据订货方管理策略确定供应方，当订货 到达时

14、有多个缺货记录则根据补货策略进行补货。5.应用举例下面以一个多周期提前订货有折扣的库存系统为例，具体介绍仿真在库存系 统中的应用。（1）仿真模型参数根据对该系统历史数据的收集、整理，得到系统变量的分布于参数。1）需求量与订货提前期的概率分布及对应随机数，见表1。表1需求量与订货提前期的概率分布及对应随机数需求量概率累计概率随机数订货提前概率累计概率随机数（件）(%)(%)期（天）(%)(%)1010100-9112.512.50-1220203010-2927587.513-8730407030-69312.510088-9940209070-89501010090-992）折扣。每次订货量Q

15、N150件可以获得10%的折扣，T为单位货物的价格， 这里我们假设为10元，V为实际价格。V=（ T，Q150 0.9T, QN1503）缺货损失L。发生缺货是的损失可能出现3种情况，延期供货并付违约金、 从外单位高价购货补充不足部分、损失供货机会并付违约金。以上3种情况的缺 货损失L与缺货数量Q、价格V成正比，但分别有不同的系数，它们分别发生 的概率函数为：L=0.1xVxQ 概率为1/2，随机数049I 0.2xVxQ 概率为1/4，随机数50740.2xVxQ 概率为1/4，随机数7599（2）费用的计算1）订货费用C1o设每次订货手续费为F=100元，每件货物运输费用为0.05T，则

16、CjF+Q X0.05T+Q+V2）存续费用C2。每日存续费用为货物数量的0.1倍，C2=0.1x平均库存量=0.1x （初始库存+剩余库存）/23）缺货费用C3。每次缺货损失为缺货数量对应金额的一定比例，是一个随机数，5。4）每天发生的总费用为C= C1+C2+C3仿真的目标就是寻求使一段时期累计总费 用最小的库存策略（3）仿真过程当存货量低于订购点时，订货数量为系统允许的最大存货减去目前的货物存储 量，即订货量二最大存储量-目前存储量，每次订货发出尚未到货时不继续发出订 货单，初始库存量为80件。对该系统的仿真以10天为例，考虑折扣点因素，对 一下3种策略进行仿真。最大存货量M=120件，订购点N=60；最大存货量 M=200件，订购点N=60；最大存货量M=250件，订购点N=60。通过上述对模 型模型的定义，编制出仿真程序，然后进行仿真运行。（4）仿真过程分析根据上述仿真结果，可以看出第三种订购策略总费用最少，与另两个策略相 比，第三种策略较优。需要指出的是，第二种策略总费用过高的原因在于其订货 费用太高，和其他策略相比，同期内库存量太大，导致占用了较多的资金，另外 一种策略的存在缺货现象，对企业潜在的负面影响要更大。同样我们可以继续修 改订货策略变更订购点和订货量的输入值进行仿真，在实际操作中应适当延长仿 真时间，直到找到一个较为满意的方案为止。