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吴菁芃:供应链中库存管理相关概念辨析
发布来源: 吴菁芃Vincent 发布时间:2020-10-08
供应链库存管理的目标服从于整条供应链的目标, 通过对整条供应链上的库存进行计划、组织、控制和协调, 将各阶段库存控制在最小限度, 从而削减库存管理成本, 减少资源闲置与浪费, 使供应链上的整体库存成本降至最低。与传统库存管理相比, 供应链库存管理不再是作为维持生产和销售的措施, 而是作为一种供应链的平衡机制。所以,库存是物流和供应链管理中非常重要的命题,牵扯到了整个公司运营体系的成败与否。优秀的库存管理为企业降低了成本,优化了生产效率,更多地创造了收益,同时也获得客户满意和认可度。然而作为企业资本投资一部分,它也是把双刃剑;如长期管理不当,不仅无法为公司创造利润,还有可能让公司背上沉重的负债。鉴于库存管理在供应链环节中的重要性,菁芃特意通过文章将库存的基本理念、应用范围进行概述分析,希望有助于对供应链有兴趣的同仁建立独特知识体系。



当然,供应链优化的目标主要是实现供应链运作成本的最小化,而为了获取最小化的成本,一个重要的方面就是供应链上的企业必须有效地管理其库存。计划和协调供应链中的库存就成了最小化库存成本的重要手段。统一将供应链各节点企业不可避免地特有库存。以应对供需偏差导致的不确定性,但这往往导致库存的重复设置。在供应链管理环境下,加强上下游企业的合作,实时信息共享,降低供需的不确定性,以信息代替库存。所以通过宏观的库存管理分析,才能从根本上解决供应链系统库存居高不下的问题。


一、多项库存管理

假设配送中心从一个供应商那里订购了 50 个库存单位,每个库存单位都使用连续审查的(Q, ROP)补货流程。因此,每次当某库存单位到达 ROP,配送中心就会下单补货,由包裹承运人进行运输。如果该库存单位价格很高,库存持有成本因子也很大,本流程对其而言可能是最佳的选择,因为它将所有库存单位的库存保持在一个最低水平。但是,如果库存单位的价格并不高,持有成本因子也不大,那么使此流程的运输成本可能会过高。所以与其使用(Q, ROP)补货流程,配送中心不如对所有库存单位都使用(T, OUL)流程。由于所有库存单位的 T 都相同, 这样一来还可以同时下单,降低运输成本。假设 T 为一周,并且公司政策规定每周订货量为两整车。


当然,由于需要每周订购一次、每次两车货物和每周订购两次、每次一车货物的年运输成本相同,那么将 T 设为 3 天是比较合理的(假设配送中心一周运营 6 天),这样可以将所有库存单位的周期库存减少一半,而不会增加年运输成本。但是 50 个库存单位中,有的存在最小订货量,配送中心在 3 天内的销量还不足以达到最小订货量水平。所以,或许有的库存单位应该每周补货,有的则应该隔周补货,等等。


此外,我们还可以让不同库存单位使用不同的(Q, ROP)补货流程,但当某个库存单位达到了 ROP,我们可以将下单时间推迟到其能够和其他库存单位的订货量一起凑成整车。但这样会增加提前期的不确定性,而在设置 ROP 时是需要考虑这个因素的。我们也可以使用这样一种方式:每隔周期 T 就对所有达到了 ROP 的库存单位进行补货。现在,假设总订货量不够一整车。这时我们可以允许运输工具的利用率很低。但是,假设最优方案是使用 TL,那么我们可以增加补货 1。在这之前,我们需要确定要订购哪些库存单位。

比如我们可以设定这样一种规则:对所有达到ROP的库存单位进行补货,但是如果订货量装不满整车,那就对库存可供天数最短的库存单位进行补货。反复进行这个流程,直到总订货量能够装满一整车为止。我们也可以计算每个库存单位在补货间隔的预计缺货单位数,通常利用损失积分运算模型:



我们可以将上式修改为:


上述公式表述中,I 是当前的现有库存,g(x)是从当前时间到下一次审查期间的需求概率密度函数。U(I)是下一次审查时的预计缺货单位数,选择U(I)值最大的库存单位进行补货,然后选择次高的库存单位,依此类推, 直到订货量装满整车为止。你可以想一下别的探索方法,对自己能够想到的所有基于探索法的方法进行仿真,从而评估其绩效。你能在文献中找到许多类似的方法 。


不管如何协调下单,能够用于采购的资金都是固定的。我们在第3 章中讨论的模型忽略了一个事实,那就是资金是有限的。比如,如果一家公司对所有的库存单位都使用(T, OUL)补货流程,订货量价值50,000 美元,而公司用于采购的资金只有 20,000 美元,因此公司并不能够正常执行该补货流程。这时,也许可以把所有库存单位的订货量以同样的比例减少,让其价值缩减到 20,000 美元;或者可以将单价较高的那些库存单位的补货推迟;又或者,公司可以只订购库存可供天数最短的库存单位,直到订货量价值达到 20,000 美元;还可以使用和之前用过的流程类似的其他流程,但是我们的目标不在于装满整车,而在于控制预算。除了控制预算,还需要控制货物所占物理空间的大小。可能配送中心只能放下一整车的货物。这时可能就要考虑启用另一个配送中心或对现有的配送中心扩容。还可以让订购量小于补货流程推荐的订货量。有太多可用方法了,基于这一点,进行离散事件仿是一个必要的环节。


评价:可能存在的条件限制包括:订货量需要装满运输单位,订货量不能超过物理设施的容量,不能超过采购预算和库存投资。此外,还存在许多与供应周期、服务水平和成本有关的限制规则。需要使用最优方法来满足这些规则,利用离散事件仿真来验证规则。我们在很多文献中可以找到大量多项库存管理的内容。多项库存管理经常被称为协调式的库存管理。不幸的是,文献中提到的许多假设都是不现实的,因此难以将其投入实际应用。离散事件仿真是辅助进行这类决策的有效工具。


二、多级库存管理
 
多级库存管理是相对单级库存管理而言的全新模式。其中“级”指的是供应链中的当前层次及以下所有层次。比如,由多个配送中心提供服务的多个店铺就是一个二级库存系统。多级库存管理可能比单级库存管理更好,但是也更难建模。


假设有 100 家店铺,一个配送中心。对一个给定的库存单位,每个店铺和配送中心可以都使用连续审查的(Q, ROP)补货流程,其流程各不相同。即配送中心可以在给定订货量和 ROP 的情况下接收店铺的订单,满足其需求。另一方面,如果配送中心和店铺属于同一家零售商, 那么比起只将所接收订单作为需求信号,更合理的做法是,配送中心也同样关注每家店铺的需求情况。假设所有店铺的需求在最开始时上升迅速,可能店铺隔一段时间就会下单,配送中心就有可能缺货。另一方面, 如果配送中心监控店铺级别的 POS,就能够尽早补充大量库存以满足店铺的需求。由于比起 POS 数据,店铺的订单数据干扰项更多,如果配送中心没有考虑到需求的不确定性及 POS 数据,就会持有过多的安全库存。

当然,除了实际的 POS 数据,配送中心还应该考虑自身持有多少库存,整个配送中心级持有多少库存。配送中心级的库存水平等于配送中心持有的库存 + 已订购库存 + 店铺在途库存 + 持有库存 - 延迟到货。

如果店铺级的库存远多于需求,即使配送中心的库存水平相对较低, 或许也不应该下单。上述内容的核心在于,店铺和配送中心的库存可以实行集中式管理,两者构成一个二级库存系统。有时集中式管理更好, 有时分散式管理更好。除了供需特性和补货流程的结构,究竟哪种管理方式更好,还有很多影响因素。让我们来看这样一个例子,一个配送中心为多家店铺供货,店铺和配送中心都属于同一家零售商。通过数学运算得出,最好的做法是用集中的方式管理补货的时机和订货量。比如, 假设总共有 100 家店铺,其中 30 家店铺及配送中心都缺某种库存单位。


除了这 30 家缺货的店铺,另外还有 1 家店铺也会向配送中心订购这种库
存单位。然而,第 31 家店还有大量该库存单位,其下单的原因是库存水平达到了ROP。现在,配送中心收到了一批货物,能够供应给前30 家店铺, 但是这些店铺的补货所支持的库存可供天数小于第 31 家店现有库存所支持的库存可供天数。如果采用集中式管理,所有的库存可能都会配送给这 30 家店铺;而如果是分散式管理,则可能会平均分配给所有下了订单的店铺。本例中,集中式库存管理的好处显而易见。但如果考虑到公司文化、竞争、管理方面,就不再如此了。



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