制造企业物料库存控制策略研究

盛 强，张 佳，孙军艳

（陕西科技大学机电工程学院，陕西 西安 710021）

1 引言

在经济全球化的背景下，供应链管理这一思想在商界和企业界正被越来越广泛的应用起来。克里斯托弗是英国著名的供应链管理专家，他曾经指出“21 世纪的竞争不再是企业与企业之间的竞争，而是供应链与供应链之间的竞争”。企业为了加强自身在供应链环境中的竞争优势，需要提高自己的服务水平，这就需要维持有一定的库存量，然而库存量过高，会占用资金，同时耗费巨大成本来管理[1-3]。据调查，库存成本作为供应链成本的重要组成部分，一般会占到企业总成本的30%左右[4]。因此如何采用科学合理的方法来管理库存，对企业提高服务水平，降低库存量显得尤为重要[5]。

YD 公司库存管理方面存在以下两个问题：（1）库存水平偏高：为保证产线不缺料，库房订货常常超出实际用量，由于需求层级放大出现“牛鞭效应”，导致库房的库存水平高、资金占用量大。（2）物料缺货情况频发：企业物料管理水平有待提高，部分物料库存满足率较低，产线缺料的现象有时会发生。分析其原因主要是因为公司对提前期较长的物料采用单一的库存管理办法，缺乏对原材料需求特点、采购特点的分析与分类，缺乏对不同类型原材料的库存管理的针对性。

2 物料分类

公司大部分原材料提前期仅为一天甚至10h，这类物料直接采用MRP（物料需求计划）模式采购，根据每日生产计划提前一天订购原料即可。少部分原材料是由台湾或者海外供应商发货，提前期为（2～5）天，针对这类原料需制定相应补货策略备足安全库存。

YD 公司的物料种类共有266 种，其中非外包原材料为170种，扣除采用MRP 采购模式物料外剩余为58 种。按照产品配置管理思想将同类物料归为一种，将总结归类得到的20 种原材料作为层次分析法的方案层，进行构建层次模型。

采用关键性、易得性、经济性和空间占有率四个指标作为层次分析模型的准则层，运用层次分析软件Yaahp 得出了各级权重。把排序靠前的15%的物料分为A 类，排序靠后的60%的物料分为C 类，其余的处于中间排序位置的25%的物料分为B 类，得到原材料分类结果。

3 库存控制策略制定

3.1 策略选择

（1）A 类物料的综合价值相对较高，对企业生产有重大影响。一般是生产过程的关键物料，一旦发生缺货，带来的损失巨大，且价格相对昂贵[5]。从上述分析来看，对YD 公司A 类物料拟用（r，Q）控制策略。

（2）C 类原材料种类繁多，物料价值较低，采购提前期相对较短，重要性远不如A 类。对于此类物料设计固定盘点周期，设定较高安全库存，从而在保证生产运行的情况下，尽量减少库存管理的时间和人力成本，降低企业库存成本[6]。从上述分析来看，对C 类物料拟用（S，s）控制策略。

（3）B 类原材料不论是价格还是采购提前期都介于A 类和C 类之间，拟将B 类原材料分为两类，价值相对较高的原材料拟用（r，Q）控制策略，价值相对较低的原材料拟用（S，s）控制策略。

综上所述，拟将A 类所有物料与B 类前两种物料定为（r，Q）控制策略；B 类后三种物料与C 类所有物料定为（S，s）控制策略。

3.2 安全库存的设定

安全库存量的确定与需求的均值和方差、提前期的均值和方差以及客户要求的服务水平相关[7]。假定提前期内市场需求服从正态分布，根据式（1）可求解安全库存。

式中：μ—需求均值；σ—需求标准差；L—提前期常数；z—提前期内服务水平系数。

将20 种物料根据此计算方法确定安全库存量SS，计算结果，如表1 所示。

表1 物料安全库存Tab.1 Safety Stock of Materials

3.3 各策略下参数的确定

（1）（r，Q）策略的参数确定。由于此类物料为关键物料，应重点管理，（r，Q）策略要求连续性盘点库存，故设定该类物料的盘点周期都为1 天。根据库存计算方法制定各类物料订货点及订货量如下。

式中：r—再订货点；LT—提前期；D—需求量；Q*—经济订货批量；H—单位库存持有成本；S—单次订货成本。

（r，Q）策略下各物料的订货点与经济订货批量计算结果，如表2 所示。

表2（r，Q）策略物料控制模型参数Tab.2 Parameters of Material Control Model Under（R，Q）

（2）（S，s）策略的参数确定。采用该策略的物料提前期为3-5天，根据企业实际生产经营情况将盘点周期设为1 周，制定各类物料的库存上限S 和下限s。当现有库存量I＞s 时不订货，当I＜s时订货，订货量为使库存补充到上线S。

比较订货与不订货两种情形下的总费用期望值的大小，确定最优解s*。令E（Y）、E（N）分别代表订货和不订货时总费用的期望值，则有如下表达式。

式中：C1—单位保管费用；C2—单位缺货费用；C3—订货手续费；xi—需求量；Pi—需求概率，其计算方法为

式中：K—单位购货费用。

库存下限的最优解s*是满足E（N）≤E（Y）的最小s 值，库存下限的最优解S*=s*+Q*。（r，Q）策略下各物料的订货点与经济订货批量，如表3 所示。将20 种物料根据上述两种计算方法设立相应的库存控制策略参数。

表3（S，s）策略物料控制模型参数Tab.3 Parameters of Material Control Model Under（S，s）

4 库存控制系统建模仿真

4.1 库存成本分析

制造业物料管理成本主要包括库存成本、采购成本以及缺货成本。其中库存成本又包括存储成本、入库成本、出库成本和分拣成本；采购成本包括采购运输成本和物料购买成本。

4.2 系统流程模拟

为更好地反映和说明案例中所存在的问题及模型建立，做出如下假设。

假设1：企业生产能力无限制，可生产任意量的产品；

假设2：企业存储能力无限制，可储存任意量的货物；

假设3：企业的订单处理能力无限制，并且假设业务部门一旦发出物料排程订单，订单均会被库房正常接受。

假设4：商品合格率为100%，不考虑退货行为。

假设5：这里不考虑调拨的情况。

企业物料控制系统中能够独立完成任务的实体可抽象为功能Agent 和结构Agent，故将系统划分为MAS 层，结构Agent 层以及功能Agent 层。基于对企业物料控制系统MAS 模型的设计，计划企业仓库进出库以及补货流程构建了企业物料控制系统模拟流程关系图，如图1 所示。

图1 系统模拟流程关系图Fig.1 System Simulation Process Diagram

4.3 库存控制系统仿真

在Anylogic 平台上，运行仿真模型的主界面是Main 层，在该界面中各Agent 之间可以顺利进行通信与交互[8]。

图2 仿真模型主视图Fig.2 Main View of Simulation Model

本模型的主界面分为入库模块、库存模块以及出库模块三个模块，设定好变量和参数完成基本库存控制模型，但要想实现补货功能，则必在原有的传统模型上加入约束条件[9]，为不同的库存控制策略建立相应的行动图，输入控制代码，实现不同的补货策略。

4.4 仿真结果与分析

以 1 号物料为例，仿真时间设置为 100 天，在（r，Q）策略下库存量仿真结果，如图3 所示。由图可知，1 号物料的再订货点为1662，当盘点时发现货物数量小于1662 件时，发出订货通知，订货批量为1030 件，与前文的计算结果相符，库存成本随时间呈逐渐上升的趋势，与实际情况相符，如图4 所示。

图3 1 号物料库存量仿真结果Fig.3 Inventory Simulation Results

图4 1 号物料库存成本仿真结果Fig.4 Total Inventory Cost Simulation Results

将企业现有物料管理模式下的数据与（r，Q）、（S，s）策略下模型的仿真结果作对比，基于100 天内各物料的仿真数据及结果，分别计算日均库存成本、日均缺货成本，与原有物料管理模型（改善前）对比并绘制，如图5、图6 所示。

图5 改善前后日均库存成本Fig.5 Average Total Inventory Cost

图6 改善前后平均缺货成本Fig.6 Average Shortage Cost

从图中可以看出，改善后20 种物料的总库存成本均有不同程度的下降。具体来看，改善前20 种物料日均库存成本为179958 元，改善后为169803 元，降低了5.64%。改善后20 种物料的缺货成本有明显的下降，其中A 类的5 种物料下降最为显著，改善前日均缺货成本为5298 元，改善后为879 元，降低了4419 元，仅为原有的16.6%。

5 总结及结论

针对制造企业物料管理过程中库存水平整体偏高、部分物料缺货的问题，提出基于关键性、易得性、经济性和空间占有率四个指标进行分类管理，分别制定不同的库存控制策略，设计盘点策略和安全库存。建立物料控制系统Agent 仿真模型对策略进行验证，仿真结果显示YD 企业的日均库存成本降低5.64%，缺货成本降低83.4%。结果表明：（1）相较于传统的以供应商和物料属性为主的物料分类方法，以物料供应特征为依据的分类方法能够有效的提高物料对生产的响应效率；（2）基于物料分类对物料设置不同的库存控制参数能够精准的实现库存成本控制，降低库存水平的同时有效降低缺货成本。提出的物料分类和库存控制方法能够为制造企业提高物料响应效率、降低物料管理成本提供借鉴及指导，帮助企业提高竞争力和经济效益。