VMI模式下需求信息共享建模與仿真

摘要：在包括制造商、分銷商、零售商的三級(jí)供應(yīng)鏈中，當(dāng)采用制造商管理分銷商庫(kù)存時(shí)，零售商的客戶需求信息共享能有效地縮短客戶等待時(shí)間，提高供應(yīng)鏈客戶服務(wù)水平。針對(duì)傳統(tǒng)供應(yīng)鏈存在的牛鞭效應(yīng)問(wèn)題，文章采用多Agent方法建立了基于VMI的客戶需求信息共享模型并運(yùn)用Anylogic軟件進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果表明，基于VMI的客戶需求信息共享能縮短客戶等待時(shí)間，降低整個(gè)供應(yīng)鏈的平均成本。

關(guān)鍵詞：VMI；信息共享；Agent方法；仿真

一、引言

VMI是供應(yīng)鏈環(huán)境下提高庫(kù)存管理水平的一種新模式，也是提高供應(yīng)鏈庫(kù)存管理效率的有效手段。要實(shí)施VMI模式，前提條件之一是供需雙方相關(guān)信息的共享。供應(yīng)鏈上可共享的信息類型很多，如庫(kù)存信息、客戶需求信息、銷售預(yù)測(cè)信息、生產(chǎn)計(jì)劃信息等。客戶需求信息作為整個(gè)供應(yīng)鏈運(yùn)作的系統(tǒng)輸入，是供應(yīng)鏈各節(jié)點(diǎn)企業(yè)有效運(yùn)作的前提，若客戶需求信息不能及時(shí)共享，將會(huì)導(dǎo)致信息失真，不能及時(shí)為客戶提供高效服務(wù)。

目前，對(duì)信息共享的研究主要集中于應(yīng)用數(shù)學(xué)方法建模，但單純運(yùn)用數(shù)學(xué)方法存在一定的局限性。仿真是近年來(lái)進(jìn)行供應(yīng)鏈研究所廣泛使用的方法，其中Agent及由其組成的多Agent系統(tǒng)進(jìn)行仿真建模逐漸受到關(guān)注。本文主要研究VMI模式下的客戶需求信息共享問(wèn)題，運(yùn)用多Agent方法建立基于VMI的制造商、分銷商、零售商三級(jí)信息共享模型，運(yùn)用Anylogic仿真軟件對(duì)模型進(jìn)行仿真，驗(yàn)證模型的有效性。

二、基于VMI的客戶需求信息共享模型構(gòu)建

（一）模型構(gòu)建

Agent是指在一定環(huán)境下能夠自主運(yùn)行的實(shí)體，并且能與其他Agent交互，組成Agent系統(tǒng)，自主決策問(wèn)題，因此把現(xiàn)實(shí)世界中的供應(yīng)鏈實(shí)體抽象為Agent實(shí)體建立仿真模型能夠有效地模擬現(xiàn)實(shí)世界，解決復(fù)雜問(wèn)題，幫助或支持人類做出決策。本文將系統(tǒng)抽象為一個(gè)制造商Agent、一個(gè)分銷商Agent和一個(gè)零售商Agent，每一Agent實(shí)體都由其各自的功能Agent組成，用于完成與其他Agent的交互合作及信息共享，所建模型如圖1所示。

假設(shè)條件如下：制造商與分銷商僅存在一處庫(kù)存，此處認(rèn)為是制造商庫(kù)存；制造商生產(chǎn)能力不受限制，其上游供應(yīng)商的供應(yīng)能力無(wú)限，原材料總是夠用的；整個(gè)供應(yīng)鏈采用（s，S）策略進(jìn)行補(bǔ)貨訂貨；制造商到分銷商及分銷商到零售商進(jìn)行的配送存在一個(gè)隨機(jī)的送貨延遲時(shí)間，分別服從區(qū)間（0.5，1）天和（0.25，0.5）天的均勻分布；假設(shè)訂單發(fā)送是瞬時(shí)的，不考慮發(fā)送時(shí)間、運(yùn)輸時(shí)間和費(fèi)用。

在VMI系統(tǒng)中，分銷商僅作為制造商的配送中心，負(fù)責(zé)配送、收發(fā)貨，所以并不設(shè)置訂貨點(diǎn)和庫(kù)存。整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作流程為零售商Agent首先接受客戶需求，由庫(kù)存管理Agent檢查庫(kù)存，若可以滿足，則立即滿足客戶需求，否則將客戶需求信息通過(guò)訂單管理Agent轉(zhuǎn)化為訂單信息發(fā)送給信息共享平臺(tái)，此時(shí)分銷商Agent和制造商Agent都可以接收到零售商Agent的訂單信息并通過(guò)訂單管理Agent進(jìn)行訂單管理；制造商Agent的庫(kù)存管理Agent檢查產(chǎn)成品庫(kù)存，若可以滿足，則立刻發(fā)貨到分銷商，對(duì)分銷商實(shí)行自動(dòng)補(bǔ)貨，否則由生產(chǎn)Agent進(jìn)行生產(chǎn)；分銷商Agent接收到制造商Agent的貨物后，根據(jù)訂單管理Agent所提供的信息對(duì)零售商Agent進(jìn)行貨物配送。

（二） 仿真模型中各功能Agent的描述及屬性設(shè)定

1. 零售商Agent

零售商Agent負(fù)責(zé)接收客戶需求并將客戶需求轉(zhuǎn)化為訂單發(fā)送給信息共享Agent。零售商Agent模塊包括訂單管理Agent、庫(kù)存管理Agent、通訊Agent及成本管理Agent。其主要屬性為

s—安全庫(kù)存

S—最大訂貨點(diǎn)

l—現(xiàn)有庫(kù)存

expectedamount—在途庫(kù)存

Backlog—未完成的訂單量

orderingCost—訂貨成本

holdingupCost—庫(kù)存持有成本

shortageCost—缺貨成本

2. 分銷商Agent

分銷商Agen主要負(fù)責(zé)管理制造商發(fā)送的貨物并根據(jù)訂單向零售商進(jìn)行配送。分銷商Agent模塊包括訂單管理Agent、配送Agent、成本管理Agent。其主要屬性為

backlog—未完成訂單量

getAmountBeingShiped—在途運(yùn)輸量

transCost—運(yùn)輸成本

3. 制造商Agent

制造商Agent接收來(lái)自信息共享Agent發(fā)送的訂單，根據(jù)訂單檢查庫(kù)存并安排生產(chǎn)計(jì)劃，組織生產(chǎn)并自動(dòng)對(duì)分銷商Agent進(jìn)行補(bǔ)貨。制造商Agent模塊包括訂單管理Agent、配送Agent、庫(kù)存管理Agent、生產(chǎn)Agent及成本管理Agent。其主要屬性為

l—現(xiàn)有產(chǎn)成品庫(kù)存

expectedamount—在途庫(kù)存量

s—安全庫(kù)存

S—最大庫(kù)存

backlog—未完成訂單量

getAmountBeingShiped—在途運(yùn)輸量

manufacturingCost—制造成本

holdingupCost—庫(kù)存持有成本

shortageCost——缺貨成本

transCost—運(yùn)輸成本

三、VMI信息共享模型仿真

（一）Anylogic 仿真軟件

Anylogic仿真軟件是一款基于JAVA開(kāi)發(fā)的智能代理仿真軟件，支持MAS系統(tǒng)的建模與仿真，具有很好的面向?qū)ο筇匦院蛣?dòng)態(tài)特性，在建模過(guò)程中可靈活使用狀態(tài)圖、端口、JAVA編輯器、函數(shù)等各個(gè)功能實(shí)現(xiàn)MAS的模型仿真。

Anylogic運(yùn)用Active Objective，即活動(dòng)對(duì)象類來(lái)創(chuàng)建Agent內(nèi)部的實(shí)體結(jié)構(gòu)，每一個(gè)實(shí)例代表一個(gè)Agent。用戶可以根據(jù)所創(chuàng)建模型的需要建立不同數(shù)量的活動(dòng)對(duì)象類。

（二）系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真

顧客需求由Anylogic中的Event事件觸發(fā)，命名為demandGenerator，顧客到達(dá)服從隨機(jī)分布Random Number（1，2，3，4，5），其概率分別為0.2、0.4、0.2、0.1、0.1。仿真實(shí)驗(yàn)以整個(gè)供應(yīng)鏈的平均成本和顧客等待時(shí)間為評(píng)價(jià)指標(biāo)。仿真參數(shù)設(shè)置如表1所示。

在仿真程序階段，主程序（main）是仿真運(yùn)行的主要執(zhí)行程序，模擬程序（simulation）主要用于模型的運(yùn)行及模型界面的構(gòu)建。本文設(shè)置了七個(gè)消息傳遞端口port，用于各級(jí)Agent之間傳遞消息。系統(tǒng)仿真模型如圖2所示。

四、仿真結(jié)果分析

（一）顧客等待時(shí)間分析

圖3、圖4分別為傳統(tǒng)模式下和VMI信息共享模式下的顧客等待時(shí)間。通過(guò)分析可得，除了開(kāi)始運(yùn)作時(shí)傳統(tǒng)模式的顧客等待時(shí)間稍少于VMI模式外，供應(yīng)鏈正常運(yùn)作后，傳統(tǒng)模式的顧客等待時(shí)間遠(yuǎn)大于VMI模式。VMI模式下顧客需要等待的概率幾乎為0，說(shuō)明VMI信息共享能夠及時(shí)響應(yīng)顧客需求，縮短顧客等待時(shí)間，增強(qiáng)對(duì)顧客需求的反應(yīng)能力。

（二）成本分析

如圖5和圖6所示，整個(gè)仿真周期中VMI模式的平均成本都遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)模式，傳統(tǒng)模式的平均成本幾乎是VMI模式的2倍。原因是傳統(tǒng)模式下缺乏信息共享，導(dǎo)致缺貨成本較高，而在VMI信息共享模式下，制造商管理分銷商庫(kù)存，并且零售商的客戶需求信息可以及時(shí)傳遞到整個(gè)供應(yīng)鏈，有利于降低缺貨成本。除此之外，分銷商只存在運(yùn)輸成本，相比于傳統(tǒng)供應(yīng)鏈模式，成本降低。

（三）兩種模式各成本所占比例

表2是兩種情形下供應(yīng)鏈成員各成本占其總成本的比例。由表可得，VMI模式下零售商的缺貨成本僅占總成本的0.3%，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)模式下的11%，訂貨成本和庫(kù)存持有成本的比例相差不大。對(duì)制造商而言，除訂貨成本和庫(kù)存持有成本稍有增加外，缺貨成本和運(yùn)輸成本都有所減少，說(shuō)明零售商共享客戶需求信息之后，制造商可以及時(shí)生產(chǎn)，滿足需求，只是由于制造商管理分銷商的庫(kù)存，所以制造商庫(kù)存持有成本所占比例相對(duì)增加。

五、結(jié)論

本文運(yùn)用基于Agent的方法，建立了包括制造商Agent、分銷商Agent和零售商Agent的三級(jí)VMI模式客戶需求信息共享模型，運(yùn)用仿真軟件對(duì)模型進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果表明，基于VMI的信息共享模式能降低整個(gè)供應(yīng)鏈的庫(kù)存水平，縮短顧客等待時(shí)間，降低供應(yīng)鏈的平均成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]張鑑民，賈東澆.VMI模式中的信息共享問(wèn)題研究[J].復(fù)旦學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007（03）.

[2]張晴，劉志學(xué).基于多agent的供應(yīng)鏈信息協(xié)調(diào)建模與仿真[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2009（10）.

[3]Yan Dong，Kefeng Xu.A supply chain model of vendor management inventory[J].Transportation Research，2002（02）.

（作者單位：燕山大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院）