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    基于虛擬庫存管理的第三方物流企業倉儲資源集成優化研究

      信息來源:   發布時間:2021-12-20  點擊數:

    1 引言

    顧客對產品需求的多樣化和及時性加劇了全球生產和商貿企業之間的惡性競爭。盡管庫存只是現代物流業的一個功能要素, 但隨著虛擬庫存管理模式的產生, 如何運用虛擬庫存管理思想指導第三方物流企業 (Third-party Logistics Enterprises) 進行倉儲資源集成的問題, 逐漸引起了人們的關注, 越來越多的企業意識到采取虛擬庫存管理有助于3PL企業有效集成倉儲資源, 通過內外部的無縫對接, 優化服務流程, 增強經營能力, 從而降低成本, 即通過優化整個供應鏈 (Supply Chain) 來創造價值?;谔摂M庫存管理的3PL企業倉儲資源集成與優化問題受到學術界的關注。

    2 虛擬庫存及其管理模式

    “虛擬”的含義來源于虛擬現實技術, 其產生與計算機技術的發展密不可分。王德兵 (2008) [1]認為虛擬技術包括組織虛擬和技術虛擬兩方面, 組織虛擬是從經濟管理的角度進行研究, 而技術虛擬主要探討現代信息化技術問題。

    為了降低庫存持有成本, 提高商品的庫存周轉率和使用率, 必須改變供應鏈中分銷商和供應商各自擁有庫存的傳統庫存管理模式, 生產商與供應商之間、供應商與分銷商之間、以及分銷商之間需要加強溝通, 簽定合作協議, 共享庫存信息, 采用虛擬庫存管理這一全新的運作模式, 實現供應鏈上下游企業之間庫存的聯合計劃與調度, 最終幫助企業實施“零庫存”策略和準時制生產 (Justin time, JIT) 的配送方式, 有效集成虛擬倉儲資源。

    所謂虛擬庫存 (virtual warehousing) 是虛擬物流 (virtual logistics) 的衍生概念, 是在庫存管理中應用戰略型管理與供應鏈庫存管理的思想, 集中收集、匯總和管理參與敏捷供應鏈協同生產和服務的各節點成員企業的庫存信息, 而實際的物理庫存仍散置在不同地域的各成員企業的倉庫之中。目前有關虛擬庫存管理的系統研究較少。黃遠新等 (2010) [2]認為虛擬庫存管理 (Virtual Inventory Management, VIM) 是一種風險共擔的管理模式, 它強調供應鏈中各成員企業的共同參與, 共同制定庫存計劃;探討了以3PL企業為協調中心的虛擬庫存管理運作模式, 并指出虛擬庫存管理系統包括虛擬庫存管理和虛擬庫存設置兩部分。趙敏等 (2004) [3]認為虛擬庫存是指企業之間通過一定協議和制度向外共享自己的備件或從外部共享其他同行企業的備件, 達到備件儲備共享的目的。張闡軍等 (2008) [4]分析了虛擬庫存的定義及特點, 并構建了基于虛擬庫存的供應鏈物流管理系統模型和組織架構。陳金來 (2004) [5]重點研究了協同生產環境下分布式庫存的構成、管理調度, 以及庫存控制策略與如何應用XML技術處理數據集成等問題。姜大立等 (2004) [6]從虛擬庫存管理方式和虛擬倉庫結構的角度深入研究了虛擬庫存管理的組織結構。

    本文所關注的問題就是在實施虛擬庫存管理環境下的3PL企業如何有效集成優化倉儲資源。3PL企業負責收集、匯總鏈中各節點企業的庫存信息, 按照分銷商的不同需求, 確定最佳存儲地點、補貨方式和配送路線等, 并根據實際需求變化合理調用倉儲資源, 如向上游供應商補貨或在分銷商之間進行貨物調撥等, 在及時、準確地實現貨物配送的同時降低了供應鏈整體庫存成本。

    3 虛擬庫存管理模式下的3PL企業倉儲資源集成

    3.1 3PL企業倉儲資源集成優化的途徑與方法

    擁有共同目標的分銷商在3PL企業的統一協調下組成虛擬庫存聯盟。當下游分銷商有訂單需求時, 3PL企業按照充分發揮各成員企業核心競爭力的原則, 進行訂單、庫存、生產等信息的匯總、集成和處理。當所有分銷商的“級庫存”大于訂貨點, 并滿足一定的調撥條件時, 在3PL企業的統一協調下進行商品的調撥[7];否則向上游供應商提出訂貨, 通過信息平臺下達指令, 供應商接到訂單后, 通過WMS了解企業的實際庫存, 及時調整和制定生產計劃, 最終生成配送訂單, 及時實施配送, 完成倉儲資源的合理集成[8,9]?;谔摂M庫存管理的3PL企業倉儲資源的集成過程如圖1所示。

    圖1 基于虛擬庫存管理的3PL企業倉儲資源集成示意圖值得注意的是, 在進行倉儲的過程中, 貨物種類的不同直

    圖1 基于虛擬庫存管理的3PL企業倉儲資源集成示意圖值得注意的是, 在進行倉儲的過程中, 貨物種類的不同直  下載原圖


    接影響貨物的儲存條件、倉儲設施設備、工作人員的工作分配等。因此, 實施虛擬庫存管理集成的不僅僅是儲存在倉庫內的貨物, 還有各地的倉庫和倉庫的工作人員等。

    通過建立分銷商單獨向供應商訂貨和實施虛擬庫存管理兩個模型, 來求證實施基于虛擬庫存管理的3PL企業倉儲資源集成能有效降低供應鏈總成本, 提高客戶服務水平。無論哪一個模型, 都假設分銷商的訂貨間隔時間服從一定的分布, 且需求遵循一定的概率分布。如果當前庫存I (t) 能滿足分銷商的需求, 則分銷商得到所需要的訂貨量后離開系統, 反之則分銷商取完現有的庫存, 余下的視為缺貨, 產生缺貨成本, 假設補貨時間遵循一定的前置時間。在每天開始時協調中心-3PL企業都會檢查每個分銷商的庫存情況以決定是否需要補貨。如果小于常數s, 就將其補充到常數S, 即采取 (s, S) 存儲模型。

    3.2 案例仿真分析

    假設一個大型生產企業Y公司的物流服務完全外協 (Out-sourcing) , 外包百強物流企業-遠成集團來進行物流信息的收集處理、商品調撥與配送等工作, 幫助實現資源的合理配置。該公司有4個重要的分銷商伙伴A、B、C、D, 分銷商的基本情況見表1。已知4個分銷商為獨立需求, 需求服從 (0, 1) 指數分布,

      

    表1 4個分銷商的基本情況  下載原圖



    表1 4個分銷商的基本情況

    表1 4個分銷商的基本情況

    每天檢查一次, 補貨前置時間為3天。設分銷商日需求量為1、2、3、4, 概率為0.16、0.31、0.29和0.24, 服從離散分布 (0.16, 1, 0.47, 2, 0.76, 3, 1, 4) 。為簡化計算, 暫時不考慮單位, 數量為件、噸等, 價格為元, 調撥成本計為6。

    3.2.1 求解分銷商向供應商單獨訂貨時的相關成本。

    本文采用美國羅克韋爾軟件 (Rockwell Software) 公司開發的通用仿真軟件Arena7.0軟件進行仿真研究, 它具有功能強大、使用方便、界面直觀、動畫顯示等優點。這里以分銷商A為例求解分銷商單獨向供應商訂貨時的相關成本, 分銷商A完整的庫存模型如圖2所示。

    圖2 分銷商A完整的庫存模型

    圖2 分銷商A完整的庫存模型  下載原圖


    (1) 設置“Variables (變量) ”元素和“Expressions”模塊。主要是對Arena7.0軟件中相關參數如Inventory Level (庫存水平) 等進行賦值, 分銷商A的賦值如圖3所示。定義“Expressions”模塊中四個相應的表達式, 即標明相關變量的概率分布。如圖4所示。

    圖3 Variables (變量) 模塊賦值

    圖3 Variables (變量) 模塊賦值  下載原圖


    圖4“Expressions”模塊賦值

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    (2) 設置“Dstats”和“Outputs”模塊 (如圖5、圖6所示) ?!癉stats”模塊主要是統計Holding Cost (庫存持有成本) 、Transportation Cost (運輸成本) 和Shortage Cost (缺貨成本) 等持續性變量。采用軟件內置的SIMAN表達式, 如Holding Cost=Unit Holding Cost×MX (Inventory Level, 0) , 其中, MX () 函數是內置公式用來求最大值。同理, 可得運輸成本和缺貨成本。設置“Outputs”模塊, 使供應鏈總成本=訂貨成本+庫存持有成本+缺貨成本+運輸成本。

    圖5“Dstats”模塊賦值

    圖5“Dstats”模塊賦值  下載原圖


    圖6“Outputs”模塊賦值

    圖6“Outputs”模塊賦值  下載原圖


    分銷商A單獨向供應商訂貨的運行報告如圖7所示。

    同理, 可得到分銷商B、C和D的相關成本。為便于與實施虛擬庫存管理后的相關成本進行比較, 這里求解四個分銷商的相關成本之和, 見表2。



      

    表2 分銷商向供應商單獨訂貨時的相關成本  下載原圖



    表2 分銷商向供應商單獨訂貨時的相關成本

    表2 分銷商向供應商單獨訂貨時的相關成本

    3.2.2 求解實施虛擬庫存管理集成倉儲資源后的相關成本。

    將四個分銷商組成虛擬庫存聯盟向供應商訂貨, 也即將四個分銷商看成一個整體進行預測, 實施虛擬庫存管理。

    由于這四個分銷商的需求是獨立的, 本文將虛擬企業聯盟的Inventory Level取為所有分銷商對應數值之和, 即采用需求加總的方法, 以保證每個分銷商都能得到所需之物。此外, 因不確定當分銷商的庫存之和大于訂貨點時是否需要進行補貨, 以及分銷商之間需要調撥的數量, 這里暫時選取調撥的Allocate Index (分配系數) 為0.5, 并將Big S (最大庫存) 、Little s (最小庫存) 暫時取為所有虛擬庫存聯盟對應值之和, Lead Time (前置時間) 為所有分銷商對應值的平均值。最后根據實際運行情況進行優化取最佳值, 以實現總成本最低。

    根據四個分銷商的期初庫存、訂貨點和最大訂貨量, 獲得組建虛擬企業聯盟實施虛擬庫存管理后的相關參數, 并將運輸成本進行平均取10.5, 見表3。

    實施虛擬庫存管理后的虛擬企業聯盟完整庫存模型如圖9所示。

    在分銷商單獨向供應商訂貨模型基礎上對“Variables”、“Dstats”和“Outputs”等模塊進行補充賦值。在“Variables”模塊中增加Allocate Index=0.5, Unit Transfer Cost=6;在“Dstats”模塊中增加Transfer Cost=Unit Transfer Cost×MX (Inventory Level, 0) ;設置“Outputs”模塊, 使實施虛擬庫存管理后的庫存模型中的供應鏈總成本=訂貨成本+庫存持有成本+缺貨成本+轉運成本+運輸成本。




    實施虛擬庫存管理后, 分銷商A向供應商訂貨的運行報告如圖10所示。

    圖10 實施虛擬庫存管理后分銷商A向供應商訂貨的運行報告

    圖10 實施虛擬庫存管理后分銷商A向供應商訂貨的運行報告  下載原圖


    在實施基于虛擬庫存管理的3PL企業倉儲資源集成后, 當分銷商庫存之和大于“級庫存”時, 在3PL企業的統一協調下在分銷商之間相互調撥物品。為了確定此時最優的分配系數、最大庫存、最小庫存和前置時間, 使供應鏈總成本達到最小, 本文采取自動搜索最優化策略, 使用Arena7.0軟件中的Opt Quest for軟件包進行自動搜索。假設擬優化的參數變量及變動范圍 (如圖11所示) , 把供應鏈平均總成本最小值作為目標函數 (Objective) 的最優參數組合, 并將其運行100次。發現目標函數值在運行到89次后, 達到最小值, 此時分配系數、最大庫存、最小庫存和前置時間分別為0.45、288、108.900、1.607 92, 如圖12、圖13所示。

    圖11 擬優化參數變量及其變動范圍

    圖11 擬優化參數變量及其變動范圍  下載原圖


    圖12 優化分配系數圖

    圖12 優化分配系數圖  下載原圖


    圖13 優化分配系數時的仿真曲線圖

    圖13 優化分配系數時的仿真曲線圖  下載原圖


    由于庫存是整數, 所以最小庫存取109。按照優化后的系數改變相關目標值再進行仿真模擬, 此時變量值的組合和相關目標值見表4, 其中, 服務水平 (Service Level) =1-242.28/100/100=0.975772。

      

    表4 優化Allocate Index后虛擬庫存管理的相關成本  下載原圖



    表4 優化Allocate Index后虛擬庫存管理的相關成本

    表4 優化Allocate Index后虛擬庫存管理的相關成本

    3.2.3 比較相關成本的變化情況。實施虛擬庫存管理前后供應鏈相關成本的變化情況見表5。

    儲資源集成優化后, 有效降低了庫存持有成本、缺貨成本、運輸成本、平均訂貨成本、總的平均成本和最大庫存, 前置時間也縮短了, 在降低供應鏈總成本的同時, 還極大地提高了物流服務質量和水平。


    4 結論

    本文在分析虛擬庫存及其管理模式的基礎上, 探討了3PL企業倉儲資源集成優化的途徑與方法, 將虛擬庫存管理思想引入到遠成物流倉儲資源集成優化的案例研究中, 并使用Arena7.0軟件進行仿真模擬。通過比較分析實施虛擬庫存管理前后供應鏈相關成本的變化, 驗證了實施基于虛擬庫存管理的3PL企業倉儲資源集成優化后, 雖然增加了調撥轉運成本, 但是有效降低了庫存持有成本、缺貨成本、運輸成本、平均訂貨成本、總的平均成本, 提高了物流服務質量和客戶服務水平。因此, 可以將虛擬庫存管理思想應用到3PL企業的實際運作管理中去, 通過對倉儲資源的合理集成優化, 大幅減少倉庫積壓, 最終實現供應鏈整體庫存成本的降低。

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