中科院物流系統(tǒng)規(guī)劃-建模與實例-第6章-庫存管理

1、第三篇 庫存管理及倉儲規(guī)劃 庫存(inventory)是以支持生產(chǎn)、維護、操作和客戶服務為目的而存儲的各種物料，包括原材料和在制品、維修件和生產(chǎn)消耗品、成品和備件。 庫存管理：與庫存物料計劃與控制有關的業(yè)務。 倉儲規(guī)劃：針對倉庫或庫房的布置、物料運輸和搬運以及存儲自動化等的規(guī)劃。第六章 庫存管理 庫存管理簡介 獨立需求庫存模型 需求預測 相關需求庫存模型MRP 配送需求計劃 庫存ABC管理方法 庫存管理發(fā)展 實例分析6.1 庫存管理簡介 庫存就是在生產(chǎn)及流通領域中個環(huán)節(jié)（供應商、制造商、零售商及運輸環(huán)節(jié)）所持有的原材料、零部件、成品。 庫存物品的存儲成本往往會占本身價值成本的20%40%。 J

2、IT思想對庫存的看法圖：2005年上半年社會物流費用構(gòu)成圖56%30%14%運輸費用 億元保管費用 億元管理費用 億元6.1.1 庫存管理功能分類 周期庫存 季節(jié)性庫存 安全庫存：為了防止與減少由于不確定因素（如訂單增加、交貨期延遲）可能造成的負面影響而準備的緩沖庫存。安全庫存在零售業(yè)總庫存中所占的比例高達1/3左右。 中轉(zhuǎn)庫存6.1.2 庫存管理基本概念6.1.2.1 需求分類 間斷、連續(xù)需求 均勻、不均勻需求 獨立、相關需求 確定、隨機需求原材料庫存零部件庫存成品庫存配送中心裝配加工相關需求庫存設備維護零件庫存工廠供應庫存辦公室供應庫存區(qū)域倉庫零備件庫存獨立需求庫存內(nèi)部顧客外部顧客供應商采

3、購采購采購圖6-2 獨立需求與相關需求6.1.2.2 庫存策略 庫存策略：決定什么時間對庫存進行檢查、補充，每次補充的數(shù)量是多少。 訂貨點：隨著物品的出庫，當庫存量下降到某一點時要進行訂貨，否則會產(chǎn)生缺貨，這個點稱為訂貨點。 訂貨批量：每次訂貨的數(shù)量。 訂貨提前期：訂貨后直到貨物被送到倉庫的間隔稱為訂貨提前期。 某產(chǎn)品每天的總銷售量是20單位，提前期總是10天，則在周期庫存之外就不再需要額外庫存了。穩(wěn)定的需求和提前期預測減少了庫存管理的復雜性。下面是三種可以選擇的再訂貨策略。例A 400單位的訂貨量400200 0天數(shù)102030405060庫存下訂單收貨下訂單收貨平均周期庫存B 200單位的

4、訂貨量100200 0天數(shù)102030405060庫存下訂單收貨，再下訂單平均周期庫存C 600單位的訂貨量600300 0天數(shù)102030405060庫存平均周期庫存收到訂單下訂單最佳訂貨量Q*總成本庫存持有成本采購成本訂貨量Q圖4-1 訂貨量與相關成本總的相關成本庫存相關成本庫存策略 庫存策略分類：檢查周期t, 訂貨點R, 訂貨批量Q, 最大庫存S。訂 購 頻 率訂購數(shù)量Q固定最大庫存S訂貨點RR, QR, St固定t, Qt, S6.1.2.3 庫存系統(tǒng)評價指標 庫存周轉(zhuǎn)率 產(chǎn)品滿足率 訂單滿足率 周期服務水平 庫存平均周轉(zhuǎn)時間6.1.2.4 庫存成本 訂購成本：訂貨、收貨的的成本 存儲

5、成本：保管、存儲庫存物品相關的成本 資本成本：利息、保險、稅 倉庫成本：供熱、供電、租金、保安 損失成本：折舊、變質(zhì)、損壞、偷竊、損耗 缺貨成本：例1 某計算機配件經(jīng)銷商銷售一種鍵盤。每個鍵盤進價150元，每年銷售量100個，年存儲成本為進價的30%，每次訂購成本180元，分析其庫存成本。 定義變量 C 單位貨物進價 R 年需求量 Q 訂貨批量 S 每次訂貨成本 H 單位時間內(nèi)（年）單位貨物的存儲成本 h 單位時間內(nèi)（年）單位貨物的存儲成本占價格的百分比 TC 單位時間的庫存成本 H=hC 年物料成本=單位進價*年需求量=CR 年訂購次數(shù)R/Q 年訂購成本年訂購次數(shù)*每次訂貨成本 (R/Q)S

6、 年存儲成本平均庫存量*存儲成本=(Q/2)hC 年總成本年物料成本年訂購成本年存儲成本。即 TCCR+ (R/Q)S + (Q/2)hC (6-1)6.2 獨立需求庫存模型 確定性需求 基本EOQ模型 考慮數(shù)量折扣的EOQ模型 隨機模型6.2.1 確定性需求6.2.1.1 基本EOQ模型 基本EOQ模型的假設 需求連續(xù)、穩(wěn)定，需求速率已知 補貨周期固定，不考慮提前期 不考慮數(shù)量折扣(價格、運費固定) 不允許缺貨 貨品的補充瞬時完成 只有一種貨品 不考慮資金限制時間Q圖6-4 庫存狀態(tài)圖 EOQ確定 TCCR+ (R/Q)S + (Q/2)hC2*0.52 (6-2) (6-3)2dTCRSh

7、CdQQRSQhCRRhCnQS 有 例2 計算例1的最佳訂貨批量和訂貨次數(shù)*22*100*18028.30.3*150100=3.528.3RSQhCRnQEOQ 分析 EOQ和需求、每次訂貨成本成正比；和存儲成本成反比。 靈敏度分析 圖6-5 庫存成本與經(jīng)濟訂貨批量的敏感性分析 庫存成本對于訂貨批量不是很敏感6.2.1.2 考慮數(shù)量折扣的EOQ模型 分類:全部折扣、增量折扣q0 q1 q2 圖6-6 全部折扣成本示意圖貨品成本q0 q1 q2圖6-7 增量折扣成本示意圖貨品成本6.2.1.2.2 全折扣求解方案 對于每一個每一個折扣范圍qi, qi+1，根據(jù)Ci可以求出相應的EOQ值Qi：

8、qi Qi qi+1 ，優(yōu)化解在折扣范圍內(nèi) TCiRCi+ (R/Qi)S + (Qi/2)hCiQi qi ，優(yōu)化解小于折扣下限 TCiRCi+ (R/qi)S + (qi/2)hCiqi+1Qi ，優(yōu)化解大于折扣上限 TCiRCi+1+ (R/qi+1)S + (qi+1/2)hCi+1圖圖6-7 全部折扣的庫存模型全部折扣的庫存模型t0C (1)C(t)C (2)C (3)t*RQ01QR2QR3QRtCRtC3121例2 某零售商每年銷售3000支激光筆，每次訂貨成本2000元，存儲成本為20%，其上游批發(fā)商給他的折扣方案如表6-4，試求該零售商的最佳訂貨量。訂購批量Q支價格元0499

9、100500149998.51500100000096表6-4 折扣方案全部折扣方案計算結(jié)果6.2.1.2.2 增量折扣求解方案 對于每一個每一個折扣范圍qi, qi+1，其前面所有范圍的物料成本之和： Vi=C0(q1 - q0)+C1(q2 q1)+Ci-1 (qi qi-1) 假定訂貨量 Qi ：qi Qi qi+1 庫存總成本可以表示為 TCi (R/Qi)S + Vi+(Qi qi)Cih/2 + R Vi+(Qi qi) Ci/Qi (6-6) 計算每一個折扣區(qū)間的Qi ，在沒有超過范圍的Qi中找到成本最低的值。 例子：以例2數(shù)據(jù)為例，按增量折扣計算2 () (6-7) iiiii

10、R SVqCQhC只有在日本你才可以看到6.2.2 隨機需求庫存 庫存決策時面臨的不確定因素 由于顧客的多樣性和偏好等原因，需求是不確定的 由于生產(chǎn)和運輸中的種種原因，提前期也難以確定 檢查策略 連續(xù)檢查策略（訂貨點模型） 定期盤點策略（t, S）6.2.2.1 隨機需求確定 假設各個周期的需求服從正態(tài)分布Ri=周期i的平均需求i =周期i的需求方差k=提前期的周期數(shù)k個提前期平均需求：k個提前期的方差：1 (6-8)kiiPR21cov( , ) (6-9)cov( , ) (6-10)kiijijijiji ji j 6.2.2.2 連續(xù)檢查策略 ROP 再訂貨點庫存量； R 每個周期的平

11、均需求量； R 每個周期的平均方差； L 提前期內(nèi)的周期數(shù)量； RL= RL 提前期內(nèi)的需求量； 每個周期的平均方差； ss = ROP RL 安全庫存量。LRL服務水平分析()() (,) (6-11)LLLRRLRLLCSLP RROPP DROPDRROPRPLLROPRP zLssP zF ROP RL例三 某零售商銷售時裝，每天平均需求100件，訂貨提前期為4天，訂貨點為500件，設需求呈正態(tài)分布，且需求相互獨立，方差為30件，求該系統(tǒng)的安全庫存 提高服務水平的三個途徑 縮短提前期 增大訂貨點數(shù)量 提高預測精度需求不確定的安全庫存設定 安全庫存量 SS L 在提前期內(nèi)，需求的標準方差

12、；L 提前期的長短 一定顧客服務水平下需求變化的安全系數(shù)，如下圖所示：1() (6-13)sLSSFCSL1()sFCSL顧客服務水平與顧客服務水平與 Z 的關系的關系安全系數(shù)表服務水平 安全系數(shù)服務水平 安全系數(shù)1.003.90.921.410.9993.10.911.340.9982.880.901.280.992.330.851.030.982.050.800.840.971.880.750.670.961.750.700.520.951.650.650.380.941.550.600.250.931.480.500例4 某零售商銷售時裝，每天平均需求100件，訂貨提前期為4天，設需求呈

13、正態(tài)分布，且需求相互獨立，方差為30件，如果零售商期望達到99%的服務水平，訂貨點為多少件？需求、提前期均不確定的安全庫存設定 R 每個周期的平均需求量； R 每個周期的平均方差； L 提前期內(nèi)的周期數(shù)量； SL 提前期的方差； 提前期內(nèi)需求的平均方差；222 (6-14)RLLLR S例5 某零售商銷售時裝，每天平均需求100件，訂貨提前期為4天，訂貨提前期的方差是4天；設需求呈正態(tài)分布，且需求相互獨立，方差為30件，如果零售商期望達到99%的服務水平，訂貨點為多少件？6.2.2.3 周期檢查策略(t, S) 檢查周期為T，訂貨提前期為L，則T+L時間內(nèi)需求的均值、方差為：1()() (6-

14、17)TLTLRsTLRTL RTLssFCSL安全庫存為：例6 某計算機銷售商周銷量為1600臺，周銷量服從正態(tài)分布，方差為800臺。訂貨提前期為2周，庫存檢查周期為4周，為了達到服務水平為95%，最大庫存量應為多少？6.3 需求預測 需求預測的重要性及分類 預測量的組成 需求預測的方法與技術 需求預測的誤差6.3.1 需求預測的重要性及分類 需求預測的重要性 提高運營效率 提高服務質(zhì)量 降低成本 需求預測的分類 相關需求和獨立需求 確定需求、線性需求、隨機需求6.3.2 預測量的組成基本需求(Bt)：可以用整個時期內(nèi)的平均值來表示 季節(jié)因素(St)趨勢因素(T)： Bt+1 = Bt T

15、促銷因素(Pt)：廣告、返券、折扣等 其他不確定因素(I)：工廠失火，颶風侵襲等 預測模型為： Ft = ( Bt + St + T + Pt ) + I 6.3.3 需求預測的方法與技術 預測方法有自頂向下預測法和自底向上預測法 預測技術可分為兩類：定性預測(Qualitative Forecasting)和定量預測(Quantitative Forecasting) 6.3.3.1 定性預測 適用條件：沒有歷史數(shù)據(jù)，或者歷史數(shù)據(jù)與當前的預測相關程度很低適用范圍：要預測新產(chǎn)品成功與否，新技術的影響等，定性方法是最有效的方法。 分類意見評判法 ：適于中期到長期的預測 銷售人員估計法：適于短期到

16、中期的預測 客戶評估法6.3.3.2 定量預測 時間序列預測 移動平均法 指數(shù)平滑法 外延平滑法 季節(jié)平滑法 適應性平滑法 因果分析法 一元線性回歸法、多元線性回歸法 時間序列預測移動平均法 使用近期銷售量的平均值 Ft 預測的第t期銷售量； Si-1 時期i-1的銷售量； n 總期數(shù)。nSFit/1時間序列預測指數(shù)平滑法 根據(jù)以前的銷售水平和預測水平的加權(quán)平均來預測下期的銷售水平，是加權(quán)移動平均 Ft+1 = At + (1 - ) Ft Ft+1 第t+1期的預測值； Ft 第t期的預測值； At 第t期的需求量； 平滑系數(shù)。折中值的范圍在0.010.3 時間序列預測外延平滑法 修正數(shù)據(jù)有

17、明顯趨勢的指數(shù)平滑法 St+1 = At + (1 - ) (St + Tt ) Tt+1 = (St+1 - St) + (1 - ) Tt Ft+1 = St+1 + Tt+1 上面公式中，F(xiàn)t+1 第t+1期校正趨勢后的預測值； St 第t期的最初預測值； Tt 第t期的趨勢； 趨勢平滑系數(shù)；時間序列預測季節(jié)平滑法 修正數(shù)據(jù)有明顯趨勢和季節(jié)性變化的指數(shù)平滑法 St+1 = (At / It-L) + (1 - ) (St + Tt ) Tt+1 = (St+1 - St) + (1 - ) Tt It = (At / St) + (1 - ) It-L Ft+1 = (St+1 + Tt

18、+1) It-L+1 上面公式中，F(xiàn)t+1 第t+1期校正趨勢和季節(jié)性因素后的預測值； 季節(jié)性指數(shù)基礎上的平滑系數(shù)； It 第t期的季節(jié)性指數(shù)； L 一個完整季節(jié)的期間；時間序列預測適應性平滑法 因果關系預測 一元線性回歸法是指只有一個自變量對因變量產(chǎn)生影響，而且兩者之間的關系可用回歸直線來表示。y = a + bx上式中，y 因變量； x 自變量； a、b回歸系數(shù)。122111,niiiniinniiiiaybxx ynxybxnxxyxynn其中， 6.3.4 需求預測的誤差 平均誤差 上式中，Ai表示實際值，F(xiàn)i表示預測值，n表示數(shù)據(jù)的個數(shù)。 絕對平均偏差 均方差 nFAMDniii1)

19、(1niiiAFMADnnFAMSEniii12)(6.4 相關需求庫存模型MRP一、一、MRP-Material Requirement Planning（材料需求計劃）（材料需求計劃） MRP的產(chǎn)生： 怎樣才能在需要的時間，按需要的數(shù)量得到真正需用的物料？實現(xiàn)低庫存與高服務水平并存。 MRP是當時庫存管理專家們?yōu)榻鉀Q傳統(tǒng)庫存控制方法的不足，不斷探索新的庫存控制方法的過程中產(chǎn)生的。MRP的主要思想：的主要思想：打破產(chǎn)品品種臺套之間的界線，把企業(yè)生產(chǎn)過程中所涉及的所有產(chǎn)品、零部件、原材料、中間件等，在邏輯上視為相同的物料；把所有物料分成獨立需求（independent demand）和相關需求

20、（dependent demand）兩種類型；根據(jù)產(chǎn)品的需求時間和需求數(shù)量進行展開，按時間段確定不同時期各種物料的需求。圍繞物料轉(zhuǎn)化組織制造資源，實現(xiàn)按需要準時生產(chǎn)；強調(diào)以物料為中心組織生產(chǎn)； MRP處理的是相關需求；將產(chǎn)品制造過程看作是從成品到原材料的一系列訂貨過程。 MRP思想的提出解決了物料轉(zhuǎn)化過程中的幾個關鍵問題：何時何時需要，需要什么，需要多少？需要，需要什么，需要多少？它不僅在數(shù)量上解決了缺料問題，更關鍵的是從時間上來解決缺料問題從時間上來解決缺料問題。 MRP涉及的原則是適時物流原則，即，在需要的時間生產(chǎn)或采購需要的數(shù)量。 MRP系統(tǒng)的基本輸入： 1）主生產(chǎn)計劃（在計劃時間內(nèi)，每

21、一生產(chǎn)周期最終產(chǎn)品的計劃生產(chǎn)量。） 2）物料清單（反映相關需求的產(chǎn)品構(gòu)成結(jié)構(gòu)圖） 3）庫存記錄 MRP系統(tǒng)的基本輸出： 1）生產(chǎn)計劃 2）采購計劃產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息（物料明細）MB (1)E (2)C (2)1C (1)22D (1)4111122D (1)4111120 層 （最終產(chǎn)品）1 層 （部件） 父項2 層 （部、零件）3 層 （部、零件）4 層 （零件）MRP的處理邏輯：的處理邏輯：處理的問題所需信息1. 生產(chǎn)什么？ 生產(chǎn)多少？1. 切實可行的主生產(chǎn)計劃 （MPS）2. 要用到什么？2. 準確的物料清單 （BOM）3. 已具備什么？3. 準確的物料庫存數(shù)據(jù)4. 還缺什么？何時需要？4.

22、MRP的計算結(jié)果 （生產(chǎn)計劃和采購計劃） 我們有什么？ 我們需要什么？ 我們要制造什么？ 主生產(chǎn)計劃 物料需求計劃 MRP 庫存信息 物料清單 每一項加工件的建議計劃需求數(shù)量 開始日期和完工日期 每一項采購件的建議計劃 需求數(shù)量 訂貨日期和到貨日期 生產(chǎn)作業(yè)計劃 采購供應計劃 - MRP 的基本邏輯圖 vMRP能根據(jù)有關數(shù)據(jù)計算出相關物料需求的準確時間（生產(chǎn)進度日程或外協(xié)、采購日程）與數(shù)量，為生產(chǎn)過程的物流計劃安排和控制提供了方便，許多更詳細的圖表都源于此。如：一個生產(chǎn)物流作業(yè)計劃：一個生產(chǎn)物流作業(yè)計劃：32145810111213697時間/周制造過程構(gòu)成例7 某家具廠生產(chǎn)餐桌，木制桌面，金

23、屬腿。桌面自制，加工周期為2周；金屬腿從外部訂購，提前期為1周。組裝過程1周。目前該公司接到2分訂單：一份定100個，4周后發(fā)貨；一份定150個，8周后發(fā)貨。查詢庫存，已知第一周的已在途訂貨數(shù)量為70個桌腿。求這些條件下的訂貨時間、訂貨規(guī)模。MRP記錄分析周數(shù)1 2 345678餐桌總需求/個100150已在途訂貨/個計劃持有量/個凈需求/個100150計劃收到訂貨/個100150計劃收到訂貨/個100150周數(shù)12 3456 78桌面總需求/個100150已在途訂貨/個計劃持有量/個凈需求/個100150計劃收到訂貨/個100150計劃收到訂貨/個 100150周數(shù)12345678桌腿總需求

24、/個400600已在途訂貨/個70計劃持有量/個707070凈需求/個330600計劃收到訂貨/個330600計劃收到訂貨/個3306006.5 配送需求計劃 DRP (DistributionResourcePlanning)分銷資源計劃 DRP聯(lián)系著物料配送系統(tǒng)和制造規(guī)劃及控制系統(tǒng)(MPC) 能顯示庫存情況、預測配送系統(tǒng)對于制造生產(chǎn)計劃和物流規(guī)劃的需求。6.5.1 DRP和MRP顧客配送中心配送中心配送中心配送中心配送中心地區(qū)倉庫部件B最終配置中央倉庫地區(qū)倉庫零件B零件A部件A零件C零件C部件C零件D零件E原材料MRPDRP6.5.2 DRP應用過程預測時間周期/周1234567預測的需求

25、數(shù)/個20 20 20 10 30 30 20已定時接收貨物數(shù)/個606060預計現(xiàn)有存活數(shù)/個45 25 65 45 35 65 35 75計劃訂貨數(shù)/個6060表6-8 某地區(qū)倉庫1的DRP明細表安全儲備20個 訂貨批量60個 訂貨周期2周預測時間周期/周1234567預測的需求數(shù)/個15 15 15 20 15 15 15已定時接收貨物數(shù)/個404040預計現(xiàn)有存活數(shù)/個32 17 42 27 47 32 17 42計劃訂貨數(shù)/個404040表6-9 某地區(qū)倉庫2的DRP明細表安全儲備20個 訂貨批量60個 訂貨周期2周預測時間周期/周1234567地區(qū)倉庫1計劃訂貨數(shù)/個6060地區(qū)倉

26、庫2計劃訂貨數(shù)/個404040總需求數(shù)/個40 0100060400已定時接收貨物數(shù)/個150150預計現(xiàn)有存活數(shù)/個10060 6011011050160160計劃訂貨數(shù)/個150150表6-10 中央倉庫的DRP明細表安全儲備50個 訂貨批量150個 訂貨周期1周預測時間周期/周12345預測需求數(shù)/個2020202020已定時接收貨物數(shù)/個404040預計現(xiàn)有存貨數(shù)/個626626626計劃定貨數(shù)/個4040第一周實際需求16個預測時間周期/周23456預測需求數(shù)/個2020202020已定時接收貨物數(shù)/個4040預計現(xiàn)有存貨數(shù)/個 301030103010計劃定貨數(shù)/個404040表6

27、-11 DRP明細表的調(diào)整示例第2周實際需求26個預測時間周期/周34567預測需求數(shù)/個2020202020已定時接收貨物數(shù)/個404040預計現(xiàn)有存貨數(shù)/個 42444244424計劃定貨數(shù)/個404040安全儲備5個 訂貨批量40個 訂貨周期1周表6-11 DRP明細表的調(diào)整示例（續(xù)）6.5.4 DRP優(yōu)缺點 優(yōu)點 降低存貨水平，減少倉儲費用 降低配送費用 提高預算能力 改善了服務水平，保證顧客的需求得到滿足 提高了存貨對市場不確定性的反應 缺點 需要對需求、訂貨周期準確預測6.6 庫存ABC管理方法 庫存管理的難題：連續(xù)檢測安全庫存低，但不容易實施；周期檢測容易實施，但安全庫存。 20

28、80理論 ABC分類法就是將事物分為特別重要的(A)，一般重要的（B），不重要的（C）。ABC分類原則及管理方法分類 管理重點檢查方式比例A類為了壓縮庫存，投入大力量精心管理，將庫存壓低到最低水平采用連續(xù)檢查方式種類20%,金額65%B類按照經(jīng)營方針來調(diào)節(jié)庫存水平，要降低水平時，就可減少訂貨量和庫存采用連續(xù)檢查、周期檢查結(jié)合方式種類30%,金額25%C類 集中大量訂貨，不費太多力量，增加庫存儲備量周期檢查方式種類50%,金額10%1、 ABC分類法在庫存管理中的優(yōu)點： 壓縮了庫存總量； 解放了被占壓的資金； 使庫存結(jié)構(gòu)合理化； 節(jié)約了管理力量。2、 ABC分析的理論基礎： 社會上任何復雜事物都

29、存在著“關鍵的少數(shù)和一般的多數(shù)”的規(guī)律。 2080理論。 少數(shù)人領導多數(shù)人；少數(shù)人進行大量購買；幾百種商品中，只有少量的銷量占有大量資金；在成本方面，少數(shù)因素占成本的大部分。3 、ABC分類法的一般步驟 收集數(shù)據(jù)：單價、平均庫存數(shù) 處理數(shù)據(jù)：計算平均占有資金量、平均百分比 制ABC分析表：根據(jù)資金占有量從高到低排序，并計算 累計序號的百分比、累計平均占有資金量百分比。 根據(jù)ABC分析表確定分類： 累計序號的515，平均資金占有量6080的歸為A類；累計序號的2030，平均資金占有量2030的歸為B類；累計序號的6080，平均資金占有率515的歸為C類。 匯ABC分析圖: ABC曲線圖；直方圖。

30、名稱序號序號累計單價平均庫存平均費用平均累計平均累計分類XX12.7848038201833600183360060.5AXX25.552001060212000204560067.4AXX38.33453820181900221750073.3AXX411.11353020133700235120077.5AXX513.8930.53410104005245520580.9BXX616.6646.7147068649252385483.2BXX719.4414488068320259217485.5BXX822.2213522067060266003487.7BXX924.9910.2488049776270981089.4BXX10 27.7838106040280275009090.7B分類實例名