多级库存优化与控制

4.6.1 多级库存优化与控制的基本问题

基于协调中心的联合库存管理是一种联邦式供应链库存管理策略，是对供应链的局部优化控制，而要进行供应链的全局性优化与控制，则必须采用多级库存优化与控制的方法。因此，多级库存优化与控制是供应链资源的全局性优化。

多级库存优化与控制是在单级库存控制的基础上形成的。多级库存系统根据不同的配置方式，有串行系统、并行系统、纯组装系统、树形系统、回路系统和一般系统。

供应链管理的目的是使整个供应链各个阶段的库存最小，但是，现行的企业库存管理模式是从单一企业内部的角度去考虑库存问题，因而并不能使供应链整体达到最优。

供应链的多级库存优化与控制应考虑以下几个问题。

1.明确库存优化的目标

传统的库存优化问题无一例外地进行库存成本优化，在强调敏捷制造、基于时间的竞争条件下，这种成本优化策略是否适宜？供应链管理的两个基本策略高效消费者响应（ECR）和快速响应（QR）都集中体现了顾客响应能力的基本要求。因此在实施供应链库存优化时要明确库存优化的目标是什么，是成本还是时间。成本是库存控制中必须考虑的因素，但是，在现代市场竞争的环境下，仅优化成本这一个参数显然是不够的，应该把时间（库存周转时间）的优化也作为库存优化的主要目标来考虑。

2.明确库存优化的边界

供应链库存管理的边界即供应链的范围。在库存优化中，一定要明确所优化的库存范围是什么。供应链的结构有各种各样的形式，有全局的供应链，包括供应商、制造商、分销商和零售商各个部门；有局部的供应链，分为上游供应链和下游供应链。在传统的所谓多级库存优化模型中，绝大多数的库存优化模型是下游供应链，即关于制造商（产品供应商）—分销中心（批发商）—零售商的三级库存优化。很少有关于零部件供应商—制造商之间的库存优化模型，在上游供应链中，主要考虑的问题是关于供应商的选择问题。

3.多级库存优化的效率问题

理论上讲，如果所有的相关信息都是可获的，并把所有的管理策略都考虑到目标函数中去，中心化的多级库存优化要比基于单级库存优化的策略（非中心化策略）要好。但是，现实情况未必如此，当把组织与管理问题考虑进去时，管理控制的幅度常常是下放给各个供应链的部门独立进行，因此多级库存控制策略的好处也许会被组织与管理的考虑所抵消。因此，简单的多级库存优化并不能真正产生优化的效果，还需要对供应链的组织、管理进行优化，否则多级库存优化策略就是效率低下的。

4.明确采用的库存控制策略

在单库存点的控制策略中，一般不用的是周期性检查与连续性检查策略。在周期性检查库存策略中，主要有（n Q，s，R）、（S，R）、（s，S，R）等策略，连续库存控制策略主要有（s，Q）和（s，S）两种策略。这些库存控制策略对于多级库存控制仍然适用。但是，到目前为止，关于多级库存控制，都是基于无限能力假设的单一产品的多级库存，对于有限能力的多产品的库存控制是供应链多级库存控制的难点和有待解决的问题。

4.6.2 多级库存的优化控制策略

下面我们分别从时间优化和成本优化的角度探讨多级库存的优化控制问题。

1.基于成本优化的多级库存优化

基于成本优化的多级库存控制实际上就是确定库存控制的有关参数：库存检查期、订货点、订货量。

在传统的多级库存优化方法中，主要考虑的供应链模式是生产—分销模式，也就是供应链的下游部分。我们进一步把问题推广到整个供应链的一般性情形，如图4.5所示的供应链模型。

图4.5 多级供应链库存模型

在库存控制中，考虑集中式（中心化）和分布式（非中心化）两种库存控制策略情形。在分析之前，首先确定库存成本结构。

（1）供应链的库存成本结构。

最近一次调查的结果表明，供应链成本在企业的运行费用中占有很高的比例，在某些行业中，该比例甚至高达75％以上。但是通过有效管理，供应链成本完全有可能降到现有成本的35％左右。供应链成本主要包括财务成本、信息系统建立和运行的成本、制定计划的成本、库存成本、物料购置成本和订货管理成本等。其中，库存成本是供应链成本的重要组成部分之一，一般占总成本的30％以上。库存由于种种原因以原材料、在制品和产成品等形式存在于供应链之中。企业持有库存主要有3个方面原因：产品寿命周期的不断缩短，新的竞争性产品的不断出现，使得无法准确预测顾客需求的变化；供应的数量和质量、供应商的成本以及交货时间存在很大的不确定性；运输行业提供的规模经济鼓励了企业订购大数量的产品，因而持有大量库存。库存管理对顾客服务水平和供应链系统成本有着重大的影响，因此，研究供应链库存成本控制具有极其重要的现实意义。

供应链库存成本主要包含三个部分：维持库存费用，交易成本，缺货损失成本。

维持库存费用（holdingcost），用变量表示为Ch。在供应链的每个阶段都维持一定的库存，以保证生产、供应的连续性。这些库存维持费用包括资金成本、仓库及设备折旧费、税收、保险金等。维持库存费用与库存价值和库存量的大小有关，其沿着供应链从上游到下游有一个累积的过程，如图4.6所示。

图4.6 供应链维持库存费用的累积过程

如图中所示，hi为单位周期内单位产品（零件）的维持库存费用。如果Vi表示i级库存量，那么，整个供应链的库存维持费用为：

如果是上游供应链，则维持库存费用是一个汇合的过程；而在下游供应链，则是分散的过程。

交易成本（transaction cost），用变量表示为Ct。即在供应链企业之间的交易合作过程中产生的各种费用，包括谈判要价、准备订单、商品检验费用、佣金等。交易成本随交易量的增加而减少。

交易成本与供应链企业之间的合作关系有关。通过建立一种长期的互惠合作关系有利于降低交易成本，战略伙伴关系的供应链企业之间交易成本是最低的。

缺货损失成本（shortage cost），用变量表示为Cs。缺货损失成本是由于供不应求，即库存小于零的时候，造成市场机会损失以及用户罚款等。

缺货损失成本与库存大小有关。库存量大，缺货损失成本小，反之，缺货损失成本高。为了减少缺货损失成本，维持一定量的库存是必要的，但是库存过多将增加维持库存费。

在多级供应链中，提高信息的共享程度、增加供需双方的协调与沟通有利于减少缺货带来的损失。

总的库存成本为：

C＝Ch＋Ct＋Cs

多级库存控制的目标就是优化总的库存成本C，使其达到最小。

（2）库存控制策略。

多级库存的控制策略分为中心化控制策略和非中心化策略，以下分别加以说明。

首先，分析中心化库存控制。目前关于多级库存的中心化控制的策略探讨不多，采用中心控制的优势在于能够对整个供应链系统的运行有一个较全面的掌握，能够协调各个节点企业的库存活动。

中心化控制是将控制中心放在核心企业上，由核心企业对供应链系统的库存进行控制，调节上游与下游企业的库存活动。这样核心企业也就成了供应链上的数据中心（数据仓库），担负着数据的集成、协调功能，如图4.7所示。

图4.7 供应链中心化库存控制模型

中心化库存优化控制的目标是使供应链上总的库存成本最低，即：

理论上讲，供应链的层次是可以无限的，即从用户到原材料供应商，整个供应链是n个层次的供应链网络模型，分一级供应商、二级供应商、……、K级供应商，然后到核心企业（组装厂）；分销商也可以是多层次的，分一级分销商、二级分销商、三级分销商等，最后才到用户。但是，现实的供应链的层次并不是越多越好，而是越少越好，因此实际供应链的层次并不是很长，采用供应—生产—分销这样的典型三层模型足够说明供应链的运作问题。图4.8为三级库存控制的供应链模型。

图4.8 三级库存供应链

各个零售商的需求Dit是独立的，根据需求的变化做出的订货量为Qit，各个零售商总的订货汇总到分销中心，分销中心产生一个订货单给制造商，制造商根据产品决定生产计划，同时对上游供应商产生物料需求。整个供应链在制造商、分销商、零售商三个地方存在三个库存，这就是三级库存。这里假设各零售商的需求为独立需求，需求率di与提前期LTi为同一分布的随机变量，同时系统销售同一产品，即为单一产品供应链。这样一个三级库存控制系统是一个串行与并行相结合的混合型供应链模型，建立如下的控制模型：

min｛Cmfg＋Ccd＋Crd｝

这里，第一项为制造商的库存成本，第二项为分销商的库存成本，第三项为零售商的库存成本。

关于订货策略采用连续检查还是周期性检查的问题，原则上讲两者都是适用的，但各有特点。问题在于采用传统的订货策略是有关参数的确定，供应链环境下的库存参数应与其有所不同，否则不能反映多级库存控制的思想。因此，不能按照传统的单点库存控制策略进行库存优化，必须寻找新的方法。

按照传统的固定量订货系统，其经济订货量为：

如果我们把这个算法作为多级库存的各个阶段的供应商或分销商的订货策略，那么就没有体现供应链的中心化控制的思想。为什么呢？因为这样计算实际的库存信息是单点库存信息，没有考虑供应链的整体库存状态，因此采用这样的计算方法实际上是优化单一库存点的成本而不是整体供应链的成本。

那么，如何体现供应链这种集成的控制思想呢？可以采用级库存取代点库存解决这个问题。因为点库存控制没有考虑多级供应链中相邻节点的库存信息，因此容易造成需求放大现象。采用级库存控制策略后，每个库存点不再是仅检查本库存点的库存数据，而是检查处于供应链整体环境下的某一级库存状态。这个级库存和点库存不同，我们重新定义供应链上节点企业的库存数据，采用“级库存”这个概念：

供应链的级库存＝某一库存节点现有库存＋转移到或正在转移给其后续节点的库存这样检查库存状态时不但要检查本库存点的库存数据，而且还要检查其下游需求方的库存数据。级库存策略的库存决策是基于完全对其下游企业的库存状态掌握的基础上，因此避免了信息扭曲现象。建立在Internet和EDI技术基础上的全球供应链信息系统，为企业之间的快速信息传递提供了保证。因此，实现供应链的多级库存控制是有技术保证的。

其次，介绍的是非中心化的控制策略。非中心化库存控制是把供应链的库存控制分为三个成本归结中心，即制造商成本中心、分销商成本中心和零售商成本中心，各自根据自己的库存成本做出优化的控制策略，如图4.9所示。非中心化的库存控制要取得整体的供应链优化效果，需要增加供应链的信息共享程度，使供应链的各个部门都共享统一的市场信息。非中心化多级库存控制策略能够使企业根据自己的实际情况独立做出快速决策，有利于发挥企业自己的独立自主性和灵活机动性。

非中心化库存订货点的确定，可完全按照单点库存的订货策略进行，即每个库存点根据库存的变化，独立地决定库存控制策略。非中心化的多级库存优化策略，需要企业之间的协调性比较好，如果协调性差，有可能导致各自为政的局面。

图4.9 多级库存控制模型

2.基于时间优化的多级库存控制

前面我们探讨了基于成本优化的多级库存优化方法，这是传统的做法。随着市场变化，市场竞争已从传统的、简单的成本优先的竞争模式转为时间优先的竞争模式，这就是敏捷制造的思想。因此供应链的库存优化不能简单地仅优化成本。在供应链管理环境下，库存优化还应该考虑对时间的优化，比如库存周转率的优化、供应提前期的优化、平均上市时间的优化等。库存时间过长对于产品的竞争力不利，因此供应链系统应从提高用户响应速度的角度提高供应链的库存管理水平。

为了说明时间优化在供应链库存控制中的作用，我们看下面一个例子。

图4.10 零售商库存水平与供应提前期的关系

图4.10显示了随着时间的推移，一个零售商从供应商获得的库存水平与变化的提前期的关系。从图4.10可以看出，随着提前期的增加，库存量较大且摆动更大。缩短提前期不但能维持更少的库存而且有利于库存控制。