庫存不精確情形下的生產(chǎn)運作管理

汪崢

(東南大學 自動化學院，江蘇 南京 210096)

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庫存不精確情形下的生產(chǎn)運作管理

汪崢

(東南大學 自動化學院，江蘇 南京 210096)

摘要：對庫存不精確性情形下的生產(chǎn)運作管理理論與技術進行了綜述，主要從4個方面對目前的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進行了分析：1) 庫存不精確性的影響；2) 集成庫存、生產(chǎn)及分銷控制策略；3) 魯棒生產(chǎn)計劃與調(diào)度；4) 克服庫存不精確性的應用技術。在此基礎上，指出未來的研究方向及克服庫存不精確性不利影響的有效途徑，即發(fā)展魯棒性強的生產(chǎn)運作管理策略，并將其與射頻識別(RFID)技術相結合，實現(xiàn)二者的綜合應用。

關鍵詞：庫存不精確；射頻識別(RFID)；魯棒生產(chǎn)運作管理

0引言

庫存的不精確性(即庫存紀錄與真實庫存之間的誤差)在供應鏈系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)中是客觀存在的。例如：Raman等[1]發(fā)現(xiàn)在零售企業(yè)中，商品庫存不精確是很普遍的現(xiàn)象，他們對某一零售企業(yè)的調(diào)查中表明有65%的庫存記錄存在誤差。Brown等[2]發(fā)現(xiàn)離散制造企業(yè)中原材料庫存也存在不精確性。除原材料和成品庫存外，生產(chǎn)過程的在制品數(shù)量也存在不精確的情況。Bose等[3]對我國某閥門制造企業(yè)的企業(yè)資源計劃及供應鏈管理系統(tǒng)的案例分析，發(fā)現(xiàn)該企業(yè)的在制品記錄確實存在誤差。導致庫存不精確的原因包括變質(zhì)、失竊、錯誤擺放、統(tǒng)計誤差等[4]。這種不精確性將會對生產(chǎn)和供應鏈系統(tǒng)的性能帶來很大的負面影響，例如嚴重的缺貨或者庫存過剩[5]。Kang和Gershwin[6]發(fā)現(xiàn)即使未檢測到的庫存損失非常小，也會導致嚴重的缺貨發(fā)生。而原材料和在制品庫存不精確會給物料需求計劃系統(tǒng)和供應鏈管理系統(tǒng)的正常運行帶來不利影響[7，8]。

為降低庫存不精確性的不利影響，射頻識別RFID(radio frequency identification)技術在生產(chǎn)運作管理中得到了一定程度的應用。RFID技術的應用可以顯著提高庫存數(shù)據(jù)的精確性, 例如，Lee和?zer[9]指出射頻識別技術可以改善供應鏈的可觀測性，降低由變質(zhì)、失竊、錯誤擺放等帶來的庫存誤差。但是，這一技術的實施成本仍然較高，仍有必要通過采用適當?shù)难a貨、生產(chǎn)控制與分銷策略與這些新技術相結合，在盡可能少的RFID系統(tǒng)實施成本的基礎上，降低庫存不精確性的負面影響。因此，將魯棒性強的生產(chǎn)運作管理策略與射頻識別系統(tǒng)結合起來，實現(xiàn)理論與技術的綜合應用，將是克服庫存不精確性的有效途徑。

文中對國內(nèi)外有關庫存不精確性的影響，集成生產(chǎn)、庫存及分銷控制策略，魯棒生產(chǎn)計劃與調(diào)度，克服庫存不精確性的應用技術等4個方面的研究現(xiàn)狀進行了綜述，并給出進一步研究的方向。

1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析

文中將從庫存不精確性的影響，集成庫存、生產(chǎn)及分銷控制策略，魯棒生產(chǎn)計劃與調(diào)度，克服庫存不精確性的應用技術等4個方面來綜述國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。

1.1庫存不精確性的影響

目前對庫存不精確性的研究著重于其對庫存管理策略的影響，特別是著重于庫存不精確情形下補貨策略的研究。例如，DeHoratius等[10]提出了一種貝葉斯庫存記錄統(tǒng)計方法，在一定程度上降低了庫存不精確性的影響，并減弱了由此帶來的庫存成本增加。Fleisch和Tellkamp[11]的仿真研究表明，減小庫存不精確可降低供應鏈成本以及庫存缺貨的幾率。Agrawal和Sharda[12]應用仿真方法分析了對庫存記錄數(shù)據(jù)和實際庫存量進行校準的頻率與缺貨程度之間的關系，并指出中等大小的核實頻率可有效地降低缺貨率并控制校準成本。Sahin和Dallery[13]建立了庫存不精確情形下Newsvendor型供應鏈系統(tǒng)的模型，并通過數(shù)值方法對庫存不精確性的影響進行了定量分析，發(fā)現(xiàn)消除庫存不精確性帶來的價值在不同的環(huán)境下是有所區(qū)別的，并指出應在系統(tǒng)優(yōu)化過程中考慮庫存不精確因素。Kang和Gershwin[6]指出在一定情況下，庫存不精確問題可以在不安裝自動產(chǎn)品識別設備的情況下，通過采用有效地補貨及生產(chǎn)控制策略來解決。從這個角度來考慮，Kok和Shang[14]提出了一種綜合盤點和補貨策略來最小化有限時間區(qū)間內(nèi)的庫存成本、缺貨成本和采購成本。Rekik[15]提出了一種庫存不精確性的一般建?？蚣?，并在庫存不精確性與隨機合格品生產(chǎn)率之間建立了聯(lián)系，并根據(jù)這一聯(lián)系推導出庫存不精確情況下的一種最優(yōu)訂貨策略。盡管對庫存管理中庫存不精確現(xiàn)象的原因、影響及其對策有了一些研究(主要是補貨策略)，然而，關于庫存不精確性對生產(chǎn)控制和分銷調(diào)度策略影響的研究尚不夠充分。

1.2集成庫存、生產(chǎn)及分銷控制策略

在一個完整的生產(chǎn)與供應鏈系統(tǒng)中，庫存管理、生產(chǎn)控制和分銷調(diào)度是相互關聯(lián)的。因此，集成的庫存管理、生產(chǎn)控制與分銷調(diào)度問題得到了很多的關注，此類問題通常建模為混合整數(shù)規(guī)劃問題，其目標通常是最小化生產(chǎn)、庫存和運輸?shù)目偝杀綶16]。例如，對于集成補貨/分銷問題, Gürbüz等[17]提出了一種面向集中決策的混合策略來協(xié)調(diào)補貨及運輸計劃，從而最小化訂貨、運輸、庫存及缺貨成本。Erengü?等[18]對集成生產(chǎn)/分銷問題進行了一個很好的綜述。 Chen和Vairaktarakis[19]針對成品直接提交給客戶而不經(jīng)過中間庫存的情形提出了一種綜合的生產(chǎn)及分銷調(diào)度方法。Yan等[20]建立了具有易變質(zhì)貨物庫存的集成生產(chǎn)/分銷模型。Lim等[21]考慮了補貨策略，提出了一種基于仿真的生產(chǎn)/分銷計劃方法。有時，此類問題中還包含了成品運輸?shù)穆窂經(jīng)Q策問題[22]。 此類問題通常也考慮一些不確定因素，這些不確定因素通常來源于需求的隨機性。Lejeune和Ruszczyński[23]用離散概率分布來刻畫隨機需求，然后將生產(chǎn)/庫存/分銷問題建模為一個隨機混合整數(shù)規(guī)劃問題，其目標是在有限的時間區(qū)間內(nèi)把缺貨概率控制在給定水平之下。對于需求信息不完備的生產(chǎn)/庫存系統(tǒng)， Gayon等[24]提出了一種依賴于狀態(tài)的安全庫存策略來解決其最優(yōu)控制問題。盡管集成生產(chǎn)/庫存/分銷問題得到了廣泛的研究，但其中的不確定性通常來源于需求的波動，對于不確定性來源于庫存記錄不精確的此類問題尚未有充分的研究。

1.3魯棒生產(chǎn)計劃與調(diào)度

為克服由庫存信息不精確帶來的風險，需要設計魯棒性強的補貨、生產(chǎn)控制與分銷策略。目前對于魯棒生產(chǎn)計劃與調(diào)度已經(jīng)有了廣泛的研究，其所針對的不確定性通常來源于加工時間的誤差、生產(chǎn)能力的波動以及零件到達時間的隨機性等[25]。對于加工時間的不確定性，Daniels和Kouvelis[26]以及Kouvelis等[27]用其波動范圍來度量，并把魯棒生產(chǎn)調(diào)度問題建模為一個整數(shù)規(guī)劃問題，其目標是最小化最差情況下的調(diào)度性能和最優(yōu)調(diào)度性能之間的差異。Daniels和Carrillo[28]提出另一種魯棒調(diào)度方法，即尋找一種調(diào)度使其在加工時間不確定情況下的最大可能性能不次于期望性能。Anglani等[29]用模糊數(shù)來描述加工時間不確定性，并把多并行機器系統(tǒng)魯棒調(diào)度問題建模為混合整數(shù)規(guī)劃問題。對于由生產(chǎn)能力波動帶來的不確定性，Jensen[30]把魯棒性度量定義為所有調(diào)度的平均性能，并提出一種遺傳算法來優(yōu)化平均性能。Goren和Sabuncuoglu[31]研究了同時考慮加工時間不確定和機器故障的魯棒調(diào)度問題，他們定義了3種魯棒性度量和2種穩(wěn)定性度量，并提出了一種分支定界算法來解決此問題。對于由零件到達時間帶來的不確定性，Liu等[32]提出了一種分布式調(diào)度算法來改善其魯棒性和自適應性。

魯棒優(yōu)化是解決魯棒生產(chǎn)計劃與調(diào)度問題的重要方法。這一方法被應用于解決流程工業(yè)的魯棒生產(chǎn)調(diào)度問題[33，34]，其中，不確定的參數(shù)通常被刻畫為已知波動區(qū)間或已知概率分布的隨機變量，并建立混合整數(shù)規(guī)劃模型來解決這一問題[35, 36]。對于流程工業(yè)中存在的批量生產(chǎn)情形，Vin和 Ierapetritou[37]提出了一種需求不確定下的多階段短期生產(chǎn)調(diào)度算法，并證明了其魯棒性。Leung等[38]針對含有不確定數(shù)據(jù)的生產(chǎn)計劃問題提出了一種魯棒優(yōu)化模型。類似的魯棒優(yōu)化方法還應用于隨機生產(chǎn)計劃問題中[39]。Wu[40]應用魯棒優(yōu)化方法來解決不確定環(huán)境下全球供應鏈管理中的生產(chǎn)計劃問題。Zanjani等[41]也應用魯棒優(yōu)化方法來解決合格產(chǎn)品率不確定情況下的多階段生產(chǎn)計劃問題。Al-e-hashem等[42]應用魯棒優(yōu)化方法解決了含有不確定因素的供應鏈系統(tǒng)的多目標、多產(chǎn)品、多地點的生產(chǎn)計劃問題。Kanyalkar和Adil[43]應用魯棒優(yōu)化方法解決了多地點采購-生產(chǎn)-分銷系統(tǒng)的綜合和詳細計劃問題。魯棒優(yōu)化方法同時也被應用于解決需求不確定情況下的多階段庫存管理問題[44 ,45]，以及供應鏈中的風險管理[46]。

現(xiàn)有的基于魯棒優(yōu)化方法的生產(chǎn)計劃與調(diào)度的研究是一種靜態(tài)優(yōu)化方法，例如：參數(shù)不確定的混合整數(shù)規(guī)劃方法。而關于魯棒庫存管理與生產(chǎn)控制的動態(tài)優(yōu)化方法的研究尚不夠充分。

1.4克服庫存不精確性的應用技術

為克服庫存不精確性帶來的負面影響，以射頻識別(RFID)為代表的各種自動識別技術得到了一定程度的應用。Sarac等[47]明確指出RFID技術能夠通過減少庫存損失、提高業(yè)務處理效率、提高庫存數(shù)據(jù)的精確性來改善供應鏈管理的性能。Rekik等[48]研究了由于失竊造成的庫存不精確性的建模方法，并在此基礎上分析了RFID技術的應用對改善庫存管理性能的作用。RFID技術還可以減弱由于錯誤擺放帶來的庫存不精確性。Camdereli和Swaminathan[49]研究了這一問題，獲得了采用這一技術減少貨物的錯誤擺放從而獲利的條件。Dai和Tseng[50]建立了包括RFID設備的多階段供應鏈系統(tǒng)的解析模型，分析了RFID 設備的應用對減少由庫存不精確帶來的信息扭曲以及降低供應鏈管理成本的影響。盡管RFID技術能夠顯著地提高庫存的精確性，但其實施成本仍然較高，但需要對實施RFID技術的成本和收益進行仔細的評估和權衡[51-53]。Heese[54]獲得了應用RFID系統(tǒng)可以帶來利潤的成本閾值，并指出分布式的供應鏈系統(tǒng)可以從RFID系統(tǒng)的實施中獲利。 把RFID技術與魯棒性強的補貨、生產(chǎn)控制及分銷策略結合起來，從而共同減弱庫存不精確性的負面影響是一個很好的選擇，但是目前關于這方面的研究還不夠充分。

1.5庫存不精確性的研究現(xiàn)狀

綜上所述，目前關于庫存不精確性的研究現(xiàn)狀是：

1) 關于庫存不精確性的研究著重于原材料庫存管理及零售環(huán)節(jié)的商品庫存管理，對于生產(chǎn)控制和分銷調(diào)度環(huán)節(jié)中的在制品及成品庫存不精確性的研究則不夠充分。

2) 在集成補貨、生產(chǎn)控制及分銷策略的研究中，所考慮的不確定性主要來源于需求的波動，生產(chǎn)能力的變化以及加工時間的隨機性，而對庫存不精確性影響的研究則不夠充分。

3) 關于魯棒生產(chǎn)計劃與調(diào)度的研究多著重于靜態(tài)優(yōu)化方法的研究(如魯棒優(yōu)化)，而對動態(tài)優(yōu)化策略的研究則不夠充分。

4) 在技術方面，有關應用RFID技術提高庫存精確性的研究已有很多，但尚未與魯棒補貨、生產(chǎn)控制與分銷策略的研究相結合。

2未來的研究方向

針對目前有關庫存不精確情形下生產(chǎn)運作管理研究的不完備之處，未來可以從如下幾個方面展開進一步研究：

1) 由于目前對生產(chǎn)和分銷環(huán)節(jié)在制品和成品庫存不精確性的研究還不充分，以及對生產(chǎn)/庫存/分銷問題中由庫存不精確帶來的不確定性的研究還不充分，因此，未來需要進一步研究魯棒集成補貨、生產(chǎn)控制及分銷策略。

2) 針對目前魯棒生產(chǎn)計劃與調(diào)度的研究中對動態(tài)優(yōu)化策略的研究不充分，需要進一步研究魯棒優(yōu)化與魯棒控制相結合的策略。

3) 針對目前對RFID技術與補貨、生產(chǎn)與分銷策略綜合應用的研究不充分，需要進一步研究魯棒集成補貨、生產(chǎn)控制及分銷策略的適用條件及這一策略與RFID技術的綜合應用方法。

總體而言，為克服庫存不精確性的不利影響，未來的研究目標是：同時考慮庫存不精確性給庫存、生產(chǎn)和分銷等環(huán)節(jié)帶來的負面影響，建立庫存不精確情形下魯棒集成補貨、生產(chǎn)控制及分銷調(diào)度問題的數(shù)學模型，提出動態(tài)的魯棒集成補貨、生產(chǎn)控制及分銷策略，并研究這一策略與RFID技術手段相結合的方法，從而減少庫存不精確帶來的庫存、生產(chǎn)、分銷成本以及RFID系統(tǒng)實施成本的增加。

這一研究具有很重要的科學意義。一方面，庫存不精確的問題在庫存、生產(chǎn)、分銷等供應鏈各主要環(huán)節(jié)的運作管理實踐中確實存在，未來的研究將把對庫存不精確的研究從補貨策略問題推廣到生產(chǎn)控制與分銷調(diào)度問題。另一方面，未來的研究將著重于提出若干動態(tài)魯棒控制策略，來解決庫存不精確情形下的集成的庫存管理、生產(chǎn)控制和分銷調(diào)度問題。這將為庫存、生產(chǎn)、分銷等供應鏈各主要環(huán)節(jié)的魯棒控制理論的發(fā)展提供有益的貢獻。同時，還將把魯棒集成補貨、生產(chǎn)控制與分銷策略與以RFID為代表的新興技術結合起來。這樣做，一方面，可以減少庫存不精確性給庫存、生產(chǎn)、分銷等供應鏈主要環(huán)節(jié)帶來的負面影響；另一方面，可以盡量降低RFID系統(tǒng)的實施成本。因此，在這一方向上的研究成果可以廣泛地應用于實際的生產(chǎn)運作管理系統(tǒng)中，改善其性能，在實踐中克服庫存不精確帶來的風險。

3結語

對庫存不精確性產(chǎn)生的原因及其對生產(chǎn)運作管理的不利影響進行了分析，并對庫存不精確情形下的補貨策略，集成補貨、生產(chǎn)控制及分銷策略，魯棒生產(chǎn)計劃與調(diào)度，以及RFID技術在克服庫存不精確中的應用的研究現(xiàn)狀進行了綜述。在此基礎上，指出了進一步的研究方向，即提出動態(tài)的魯棒集成補貨、生產(chǎn)控制及分銷策略，并研究這一策略與RFID技術相結合的方法，從而減少庫存不精確帶來的庫存、生產(chǎn)、分銷成本以及RFID系統(tǒng)實施成本的增加。這一研究方向既是對生產(chǎn)運作管理理論的新的貢獻，具有重要的科學意義，同時也可以在實踐中改善生產(chǎn)運作管理的性能，從而具有廣闊的應用前景。

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Production Operations Management under Inventory Inaccuracy

WANG Zheng

(School of Automation,Southeast University, Nanjing 210096,China)

Abstract:This paper describes the theory and technology of production operations management under inventory inaccuracy, analyzes the current research at home and abroad from four aspects: 1) influence of inventory inaccuracy; 2) integrated control policy for inventory, production and distribution; 3) robust production planning and scheduling; 4) application technology for eliminating inventory inaccuracy. Based on this analysis, it also proposes future research and a feasible approach to hedge against inventory inaccuracy, that the robust production operations management policy is developed and it is used with RFID technology to realize both comprehensive application integrated way.

Keywords:inventory inaccuracy; radio frequency identification (RFID); robust production operations management

基金項目：國家自然科學基金(51205199)；江蘇省自然科學基金(BK2012387)

收稿日期：2015-04-15

中圖分類號：TP205

文獻標志碼：A

文章編號：1671-5276(2015)03-0001-04

作者簡介：汪崢(1973-)，男，江蘇南京人，教授，博士生導師，主要研究方向：制造系統(tǒng)分析與控制，計算機集成制造，優(yōu)化方法與最優(yōu)控制。近幾年承擔了國家自然科學基金課題3項，在相關領域國際期刊及會議發(fā)表論文20余篇。