隨機(jī)需求下傳統(tǒng)庫存與VMI庫存模式仿真比較

李曉嬌，劉寶庵

（長春理工大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，吉林長春，130022）

一、研究背景

庫存管理始終是企業(yè)管理面臨的一個(gè)問題。傳統(tǒng)的庫存管理是供應(yīng)鏈管理過程中最重要的環(huán)節(jié)之一。它的主要作用是快速滿足客戶訂貨需求、分?jǐn)傆嗀涃M(fèi)用、保證生產(chǎn)的連續(xù)性，而庫存費(fèi)用一般占庫存物品價(jià)值的20%～40%，為此，可以說庫存水平不僅對供應(yīng)鏈的總成本和利潤有很大影響，還與供應(yīng)鏈的整體性能有直接關(guān)系，因此在供應(yīng)鏈中對庫存管理的控制是十分重要的。傳統(tǒng)的庫存管理都是從單一企業(yè)的處理庫存問題的角度出發(fā)，或者說是從企業(yè)的庫存所引發(fā)的存儲(chǔ)成本和訂貨成本的角度出發(fā)確定訂貨訂單?？梢源_定的是，在過去市場不確定性小、客戶需求較穩(wěn)定的情況下，這種庫存管理方法還有一定的適用性。VMI（Vendor Managed Inventory）即供應(yīng)商管理庫存，是指供應(yīng)商庫存管理在供應(yīng)鏈環(huán)境下，由供應(yīng)鏈上的制造商、批發(fā)商等上游企業(yè)對眾多分銷商、零售商等下游企業(yè)的流通庫存進(jìn)行統(tǒng)一管理和控制的一種新型庫存管理方式。［1］

在VMI模式下，由于信息在供應(yīng)鏈中能夠共享，因此上游企業(yè)基于銷售點(diǎn)的實(shí)時(shí)需求信息實(shí)行拉動(dòng)式補(bǔ)貨。這種模式能夠有效的克服傳統(tǒng)庫存管理模式帶來的弊端：傳統(tǒng)庫存管理在供應(yīng)鏈上是各個(gè)成員分別管理自己的庫存，零售商根據(jù)銷售點(diǎn)的情況向上游企業(yè)進(jìn)行訂貨并存儲(chǔ)管理一定的庫存，分銷商依據(jù)歷史銷售記錄進(jìn)行需求預(yù)測，同時(shí)在收到零售商的訂單后準(zhǔn)備庫存，最后生產(chǎn)商再通過分銷商的需求訂單和自己對市場的判斷進(jìn)行生產(chǎn)、備貨。在傳統(tǒng)庫存管理模式下，因?yàn)楣?yīng)鏈上信息得不到共享，每個(gè)上游企業(yè)都是根據(jù)自己的信息預(yù)測并調(diào)節(jié)庫存，但市場需求是多樣、多變且難預(yù)測的，這就很容易產(chǎn)生“牛鞭效應(yīng)”。并且每一環(huán)節(jié)都由企業(yè)自己管理和控制庫存，這勢必會(huì)造成庫存成本的增加；上游企業(yè)只有在收到下游企業(yè)的訂單信息時(shí)才能發(fā)貨，這種推動(dòng)式的補(bǔ)貨，也會(huì)導(dǎo)致時(shí)間成本的浪費(fèi)。通過國內(nèi)外企業(yè)的應(yīng)用實(shí)施表明，VMI是一種先進(jìn)的庫存管理模式，對其進(jìn)行研究無論對供應(yīng)商還是對零售商都很有意義，不僅可以降低下游企業(yè)庫存，同時(shí)也降低了上游供應(yīng)商庫存，減少了雙方的管理費(fèi)用。

國內(nèi)外學(xué)者對VMI模式的研究十分廣泛，但是研究方法大都是靜態(tài)的，很少應(yīng)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的方法解決庫存問題。而系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（System Dynamics，SD）是系統(tǒng)科學(xué)理論與計(jì)算機(jī)仿真緊密結(jié)合、研究系統(tǒng)反饋結(jié)構(gòu)與行為的一門科學(xué)，是系統(tǒng)科學(xué)與管理科學(xué)的一個(gè)重要分支。它能夠解決動(dòng)態(tài)的、復(fù)雜的系統(tǒng)，能夠定性與定量分析相結(jié)合分析問題。其主要思想基礎(chǔ)是系統(tǒng)的因果關(guān)系和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，認(rèn)為系統(tǒng)內(nèi)的一切事物普遍存在因果關(guān)系，任何系統(tǒng)都具有一定的結(jié)構(gòu)和由此結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出的一定的功能。［2］系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)及功能可以用來分析庫存的動(dòng)態(tài)問題，因此本文主要應(yīng)用此方法對供應(yīng)鏈VMI庫存模式進(jìn)行研究。

本文研究的供應(yīng)鏈只有兩級，即由供應(yīng)商、零售商和終端客戶組成。探討以基于時(shí)間的VMI整合補(bǔ)貨（Time-based consolidation replenishment for VMI，TCR-VMI），TCR-VMI是一種VMI與整合補(bǔ)貨組合的模式，它主要是供應(yīng)商通過POS機(jī)、EDI/Internet和其它信息系統(tǒng)的集成等從零售商那里直接獲取其庫存信息和銷售點(diǎn)信息，［3-4］并結(jié)合零售商的訂貨需求和自身的庫存水平確定針對零售商的補(bǔ)貨周期（T），然后每隔T時(shí)間向零售商補(bǔ)貨一次，補(bǔ)貨數(shù)量根據(jù)T單位時(shí)間內(nèi)零售商的累積訂單需求及其他相關(guān)信息決定。［5］

本文利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)中的因果反饋圖及流量圖建立VIM庫存管理模型，運(yùn)用VENSIM軟件進(jìn)行仿真分析，由于篇幅有限只分析了在終端客戶隨機(jī)需求下建模型的動(dòng)態(tài)模擬，通過比較TCR-VMI模式與傳統(tǒng)模式在隨機(jī)需求下庫存的波動(dòng)情況，說明VMI模式能夠有效的緩解牛鞭效應(yīng)以及避免信息孤島效應(yīng)。有助于企業(yè)在供應(yīng)鏈管理中降低庫存成本、減小因?yàn)槭袌鲂枨笞儎?dòng)帶來的庫存波動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)企業(yè)利潤最大化。

二、傳統(tǒng)庫存模式分析

（一）構(gòu)建因果反饋模型

本文研究的對象為由供應(yīng)商、零售商到終端客戶組成的兩級供應(yīng)鏈，先從傳統(tǒng)庫存模式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)入手，運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論構(gòu)建傳統(tǒng)庫存的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。分析仿真結(jié)果，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)庫存模式出現(xiàn)的缺陷。建立模型必須要確定系統(tǒng)建模的目的、決策心智模式、系統(tǒng)成員、系統(tǒng)流程和系統(tǒng)范圍，相關(guān)內(nèi)容如表1所示：

圖1 傳統(tǒng)庫存模式因果反饋圖

表1 建模目的與系統(tǒng)邊界

圖1主要包含兩個(gè)反饋環(huán)路：

零售商庫存反饋環(huán)路，表示零售商根據(jù)終端客戶需求，用平滑的方法對客戶需求進(jìn)行預(yù)測，確定零售商的目標(biāo)庫存，并結(jié)合自身的訂貨周期和庫存水平，以確定上游供應(yīng)商向零售商進(jìn)行補(bǔ)貨的補(bǔ)貨量，然后由供應(yīng)商向零售商安排發(fā)貨。

供應(yīng)商庫存反饋環(huán)路，表示供應(yīng)商根據(jù)零售商的歷史訂貨情況，進(jìn)行需求平滑預(yù)測，以確定自身的目標(biāo)庫存。同時(shí)結(jié)合自身的訂貨周期和現(xiàn)有的庫存水平，確定由上游供應(yīng)商向本企業(yè)進(jìn)行補(bǔ)貨的數(shù)量，當(dāng)庫存水平達(dá)到零售商的補(bǔ)貨要求時(shí)向零售商進(jìn)行補(bǔ)貨。

（二）傳統(tǒng)庫存模式的系統(tǒng)流程圖

在構(gòu)建模型之前，需要界定一些假設(shè)條件，便于模型的構(gòu)建以及對數(shù)據(jù)的有效分析，同時(shí)還能表達(dá)真實(shí)世界系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、因果關(guān)系及動(dòng)態(tài)行為。本文所構(gòu)建的傳統(tǒng)庫存系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型有如下假設(shè)：

假設(shè)1.假設(shè)上游制造商生產(chǎn)能力無限，供應(yīng)商不會(huì)出現(xiàn)缺貨現(xiàn)象；

假設(shè)2.假設(shè)各節(jié)點(diǎn)企業(yè)的庫存能力無限，運(yùn)輸能力無限；

假設(shè)3.假設(shè)供應(yīng)商和零售商都能及時(shí)對需求做出正確回應(yīng)；

假設(shè)4.假設(shè)供應(yīng)商和零售商的庫存周期、訂貨提前期、訂單處理周期以及需求預(yù)測周期均為固定值。

由各變量之間的關(guān)系、結(jié)構(gòu)及因果環(huán)路圖，可繪制出傳統(tǒng)庫存模式的系統(tǒng)流程圖，如圖2所示。

對圖2設(shè)定時(shí)間參數(shù)，初試時(shí)間為0，結(jié)束時(shí)間為100周，時(shí)間步長為1周，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間為時(shí)間步長。模型假設(shè)發(fā)生在家電市場，零售商銷售某品牌的洗衣機(jī)，模型中所涉及相關(guān)參數(shù)的設(shè)置及邏輯關(guān)系見附表。討論隨機(jī)需求下的供應(yīng)商和零售商庫存情況。因?yàn)殡S機(jī)需求能夠較客觀的反映現(xiàn)實(shí)世界中客戶需求日益呈現(xiàn)出的不確定、多樣和動(dòng)態(tài)的普遍狀況，所以在這樣的模擬環(huán)境中仿真更能反映真實(shí)世界供應(yīng)鏈中供需的實(shí)際情況。模型建立完成后，對模型結(jié)構(gòu)的有效性進(jìn)行測試，主要包括系統(tǒng)邊界測試、心智模型測試、參數(shù)測試、量綱一致性測試和極端情況測試，通過數(shù)據(jù)模擬系統(tǒng)的實(shí)際行為，證明了該模型結(jié)構(gòu)可以反映實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。具體步驟不做詳細(xì)介紹。

圖2 傳統(tǒng)庫存模式系統(tǒng)流程圖

（三）傳統(tǒng)庫存模式的隨機(jī)需求仿真

當(dāng)終端客戶需求的數(shù)學(xué)邏輯關(guān)系為Random Uniform（10，40，25）時(shí)，表示終端客戶需求在10～40之間取值，最小為10（單位），最大為40（單位），25為隨機(jī)序列數(shù)。用VENSIM仿真軟件對模型進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖3所示：

圖3 傳統(tǒng)庫存模式隨機(jī)需求下庫存水平仿真

圖3表示在隨機(jī)需求Random Uniform（10，40，25）下，終端客戶需求、零售商庫存和供應(yīng)商庫存的變化情況。當(dāng)終端客戶需求在10～40單位產(chǎn)品之間變動(dòng)時(shí)，零售商庫存和供應(yīng)商庫存都存在一定程度的變化，而且兩條曲線的變化幅度都明顯大于終端客戶需求的變化幅度，同時(shí)供應(yīng)商庫存的波動(dòng)幅度大于零售商庫存的波動(dòng)幅度。這說明，當(dāng)終端客戶需求不確定時(shí)，在傳統(tǒng)庫存模式下，上游企業(yè)不能準(zhǔn)確預(yù)測和把握客戶的實(shí)際需求，導(dǎo)致零售商和供應(yīng)商為了降低風(fēng)險(xiǎn)、減少缺貨損失，而通過持有較高的庫存水平來滿足終端客戶需求的變化。

圖4表示在隨機(jī)需求Random Uniform（10，40，25）下，終端客戶需求、零售商訂單累積和供應(yīng)商訂單累積的變化情況。零售商和供應(yīng)商的訂單累積都出現(xiàn)了一定范圍的波動(dòng)，但供應(yīng)商的訂單累積波動(dòng)幅度較大在［18，167］的范圍內(nèi)波動(dòng)，零售商的訂單累積波動(dòng)幅度在［17，86］?？梢钥闯鲈趥鹘y(tǒng)庫存模式下，供應(yīng)商的訂單累積表現(xiàn)出時(shí)間上的延后現(xiàn)象，而且出現(xiàn)了牛鞭效應(yīng)，即上游企業(yè)的需求明顯比下游企業(yè)的需求大?？梢杂梅抡鏀?shù)據(jù)來計(jì)算牛鞭效應(yīng)的強(qiáng)弱程度，用BE=STD（order）/STD（demand）計(jì)算牛鞭效應(yīng)，即下游客戶需求的標(biāo)準(zhǔn)差除上游企業(yè)訂單量的標(biāo)準(zhǔn)差表示，牛鞭效應(yīng)情況將在本文第四部分討論。

圖4 傳統(tǒng)庫存模式隨機(jī)需求下累積訂單水平仿真

從傳統(tǒng)庫存模式的仿真結(jié)果可以看出，在終端客戶隨機(jī)需求下，由于零售商和供應(yīng)商各自管理自己的庫存信息，當(dāng)下游企業(yè)庫存不足或達(dá)到補(bǔ)貨量時(shí)才向上游企業(yè)提出補(bǔ)貨申請，這必定會(huì)造成時(shí)間上的延后。而上游企業(yè)只有通過自己的需求預(yù)測和近幾期下游企業(yè)的訂單情況進(jìn)行備貨，為了降低風(fēng)險(xiǎn)、減少缺貨損失，只有保持較高的庫存水平來滿足終端客戶需求的變化。這些都會(huì)隨著供應(yīng)鏈的向上，相應(yīng)的庫存水平也會(huì)提高，導(dǎo)致庫存成本的增加，不利于企業(yè)的發(fā)展。為了避免傳統(tǒng)庫存模式信息的不共享和出現(xiàn)的牛鞭效應(yīng)，大量的研究已經(jīng)證實(shí)供應(yīng)商管理下的庫存模式（VMI），能夠很好的解決傳統(tǒng)庫存模式出現(xiàn)的問題。

三、VMI庫存模式分析

供應(yīng)商管理下的庫存和傳統(tǒng)庫存模式最大的區(qū)別在于，終端客戶需求信息在供應(yīng)鏈中得以共享，并且由供應(yīng)商管理和持有零售商庫存，例如決定何時(shí)向零售商發(fā)貨以及發(fā)貨多少等問題。VMI模式供應(yīng)商不用自己進(jìn)行預(yù)測，直接運(yùn)用零售商提供的終端客戶需求信息，確定安全庫存和發(fā)貨量，減少了預(yù)測的不確定性。因果反饋如圖5所示：

圖5 VMI庫存模式因果反饋圖

（一）因果反饋模型

圖5主要包含了兩個(gè)反饋環(huán)路：

零售商庫存反饋環(huán)路，VMI庫存模式下的零售商庫存反饋環(huán)路與傳統(tǒng)庫存模式下的一樣，都是售商根據(jù)終端客戶需求，用平滑的方法對客戶需求進(jìn)行預(yù)測，確定零售商的目標(biāo)庫存，并結(jié)合自身的訂貨周期和庫存水平確定上游供應(yīng)商向零售商進(jìn)行補(bǔ)貨的補(bǔ)貨量，然后由供應(yīng)商向零售商安排發(fā)貨。

供應(yīng)商庫存反饋環(huán)路，VMI庫存模式下供應(yīng)商根據(jù)零售商提供的終端客戶需求預(yù)測信息，確定目標(biāo)庫存以及向上游供應(yīng)商訂貨的訂貨量。同時(shí)，供應(yīng)商根據(jù)近期零售商的銷售信息確定補(bǔ)貨周期，本研究是基于時(shí)間的VMI整合補(bǔ)貨模式，即供應(yīng)商根據(jù)零售商提供的終端客戶的實(shí)際需求、零售商訂單信息、貨品銷售記錄和零售商當(dāng)前的庫存水平，來確定合適的補(bǔ)貨周期T，供應(yīng)商每隔一個(gè)補(bǔ)貨周期T向零售商補(bǔ)貨一次。同時(shí)每次的補(bǔ)貨數(shù)量是供應(yīng)商根據(jù)自身庫存水平、零售商訂單需求、零售商當(dāng)前庫存以及零售商在途庫存等因素所共同決定的。［6］

（二）VMI庫存模式的系統(tǒng)流程圖

VMI庫存模式下，供應(yīng)商管理并把握零售商庫存，供應(yīng)商需求受供應(yīng)商再訂貨點(diǎn)和由零售商需求預(yù)測結(jié)果的影響，同時(shí)由確定的補(bǔ)貨周期和零售商訂單累積量確定供應(yīng)商按期向零售商補(bǔ)貨量，零售商到貨量由供應(yīng)商按期向其補(bǔ)貨量決定。模型中變量的邏輯關(guān)系見附表，模型的測試不做具體介紹。

圖6 VMI庫存模式系統(tǒng)流程圖

（三）VMI庫存模式的隨機(jī)需求仿真

當(dāng)終端客戶需求的數(shù)學(xué)邏輯關(guān)系為Random Uniform（10，40，25）時(shí)，用VENSIM仿真軟件對模型進(jìn)行仿真，結(jié)果如圖7所示：

圖7 VMI庫存模式隨機(jī)需求下庫存水平仿真

圖7表示在隨機(jī)需求Random Uniform（10，40，25）下，終端客戶需求、零售商庫存和供應(yīng)商庫存的水平情況?？蛻粜枨笤?0到40之間變動(dòng)時(shí)，可以看出零售商庫存和供應(yīng)商庫存的變化幅度都相對穩(wěn)定，而且變動(dòng)的幅度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)庫存模式。

圖8表示在隨機(jī)需求 Random Uniform（10，40，25）下，終端客戶需求、零售商訂單累積和供應(yīng)商訂單累積的變化情況。結(jié)果顯示，零售商和供應(yīng)商的訂單累積曲線重合，兩者的訂單累積波動(dòng)幅度都在［17，84］。在VMI庫存模式下，供應(yīng)商根據(jù)零售商提供的終端客戶信息管理和控制庫存，因此兩者的訂單累積量都是相同的。相對于傳統(tǒng)庫存模式，供應(yīng)商的訂單累積顯著降低，很好的緩解了供應(yīng)鏈中出現(xiàn)的牛鞭效應(yīng)。

圖8 VMI庫存模式隨機(jī)需求下累積訂單水平仿真

四、傳統(tǒng)庫存模式與VMI庫存模式結(jié)果比較

供應(yīng)商管理庫存，因?yàn)樾畔⒅苯佑上掠瘟闶凵烫峁?，避免了自己預(yù)測的不準(zhǔn)確性，同時(shí)還能減少在時(shí)間上的延遲，供應(yīng)商和零售商的訂單累積量一樣，變化的幅度相對于傳統(tǒng)庫存模式而言也較小，說明了VMI這種模式能夠有效的解決傳統(tǒng)庫存模式出現(xiàn)的牛鞭效應(yīng)和供應(yīng)鏈中的信息孤島效應(yīng)。

可以用仿真數(shù)據(jù)來計(jì)算牛鞭效應(yīng)的強(qiáng)弱程度，用 BE=STD（order）/STD（demand）計(jì)算牛鞭效應(yīng)，即下游客戶需求的標(biāo)準(zhǔn)差除上游企業(yè)訂單量的標(biāo)準(zhǔn)差表示。傳統(tǒng)庫存模式與VMI庫存模式的仿真結(jié)果比較見表2。

表2 隨機(jī)需求下傳統(tǒng)庫存模式與VMI庫存模式仿真結(jié)果比較

通過比較傳統(tǒng)庫存模式與VMI庫存模式在隨機(jī)需求下的仿真可以看出，在傳統(tǒng)庫存模式中供應(yīng)商庫存波動(dòng)幅度很大，供應(yīng)商訂單累積是零售商訂單累積的近2倍，出現(xiàn)了需求放大現(xiàn)象。在VMI庫存模式下，供應(yīng)商庫存波動(dòng)幅度明顯平緩，而且供應(yīng)商訂單累積基本和零售商訂單累積一樣，牛鞭效應(yīng)不再出現(xiàn)。由此可得看出，VMI庫存模式這種基于買賣雙方信息共享，由供應(yīng)商掌握庫控制權(quán)的管理模式不僅可以縮減成本、改善服務(wù)水平，還可以大大降低供應(yīng)商和零售商的成本，提高供應(yīng)鏈整體性能。

隨著社會(huì)的發(fā)展，企業(yè)信息化程度不斷提高，市場呈現(xiàn)多元化、顧客需求多樣化，如何使整個(gè)供應(yīng)鏈達(dá)到有效協(xié)同，使整體利潤最大化，是供應(yīng)鏈管理急需解決的問題。本文應(yīng)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的建模思想和方法建立兩種庫存管理模型，用VENSIM軟件在終端客戶隨機(jī)需求下對傳統(tǒng)庫存模式與基于時(shí)間的VMI庫存模式進(jìn)行仿真，從仿真結(jié)果可以看出VMI庫存模式能夠有效解決由于信息的不對稱出現(xiàn)的需求放大現(xiàn)象（牛鞭效應(yīng)）。

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