库存管理相关优化方法与模型

　　2 文献综述

　　2.1 库存管理概述

　　库存管理是指商品流通过程中对数量的管理，主要是在保证企业正常经营活动的前提下，使物品库存量保持在合理的水平上，避免超存或缺货，减少库存占用空间，降低库存总费用。自 1915 年 Haaris 提出存贮问题着名的经济订购批量（Economic Ordering Quantity，EOQ）公式，很快吸引了运筹学和库存管理工作者的重视，直到第二次世界大战期间，由于生产和战争的需要，提出并解决了存储的各种问题，到 50 年代开始形成了运筹学的一个重要分支，即存储理论（又称库存理论）。库存管理在现代企业中有着举足轻重的作用，有必要对库存管理进行有效的研究与实施。

　　2.1.1 相关概念阐述

　　（1）库存的定义与分类

　　库存是指用于将来目的而暂时处于闲置状态的资源。制造性库存是指生产制造企业为实现产成品生产所需要的资源，如原材料、产成品、备件、低值易耗品以及在制品。一般情况下，设置库存的目的是防止短缺，以及保持生产过程连续性、分摊订货费用、快速满足用户订货需要。

　　库存按分类方式的不同而分成不同的类别。

　　1）按库存的功能分类，可分为周转库存、安全库存、在途库存、季节库存2）按库存在生产过程和配送过程中所处的状态进行分类，可分为原材料库存、在制品库存和产成品库存；3）按用户对库存的需求特性分类，可分为独立需求库存和相关需求；4）按职能分类，库存可以划分为生产性库存和销售性库存。

　　（2）库存的功能

　　1）供应和需求之间的平衡关系。季节性的供给和需求就需要持有库存。对大宗商品的需求具有明显的季节性，如果企业根据需求来制造的，它会产生大量的闲置生产能力和劳动，企业生产出现大幅变动。为维持相对稳定的职工数，在一些基本不变的生产水平产出产品，这将导致在不同的时期库存积累，但对于企业的总成本来说相对较低。相反，在不同的时期，产品的市场需求相对稳定，但原材料只能购买一次，然后适当的库存可以保证正常生产需要。

　　2）规模经济。制造企业实现大规模的生产经营活动必须有一个采购、制造、销售等系统，同时使这一系列的有效运行，通过适当的库存是非常必要的，因为规模经济可以降低购买价格、搬运价格及制造价格，最终减少供应价格，以便进一步提高市场竞争力，建立企业和品牌的声誉。商业企业的采购量大，与供应商议价能力就很强，供应商会给予较大的价格折扣等优惠，因此拥有适当的库存也是必要的。

　　3）地域专业化。企业在建立库存时，为了考虑到货物在物流系统中的各项费用，尽力合理选择有利地址，减少原材料至仓库、产成品从仓库至客户的运输费用，这样不仅节约费用，还可以大大节省时间。大型商业企业一般都在零售商店比较集中的地方建立仓库，向距离较近的零售商店配送商品。

　　4）预防不确定性的措施。市场需求瞬息万变，为了保证有效生产和满足客户需求，订货制度不得不适时改变，以防由于缺货造成巨大损失。商业企业相对于制造业而言，需求更加具有不确定性，为满足顾客的需求，为提高服务水平，保有一定的库存是非常必要的。

　　5）优化供应链管理。从传统的观念来看库存管理仅仅是企业的个别行为，库存成本也由企业本身承担。站在供应链角度，变企业行为为供应链整体行为，库存管理随之成为系统的库存管理，在共同分享信息的前提下，共同协调库存，使得库存数量总体处于较低水平，大大降低库存水平。

　　（3）库存的弊端

　　1）占用大量资金。通常情况下，库存占企业总资产的比重大约为 20%-40%，库存管理不当会形成大量资金的沉淀。库存占用企业资金会影响企业的现金流，特别是批发零售行业。

　　2）增加企业的商品成本与管理成本。库存的成本增加直接增加商品成本，而相关库存设备、管理人员的增加也加大了企业的管理成本。商业企业的库存成本较高，在商品的销售价格上反应比较明显，从而使企业处于竞争劣势，不利于企业的发展。

　　3）掩盖了企业众多管理问题。企业库存量过大会掩盖企业管理中的诸多问题，如商品质量不稳定、计划不周、采购不力、生产不均衡、市场销售不力及 工人不熟练等情况。日本由于国土面积狭小，日本人意识到必须发回所有自然资源（包括库存）的最大作用，并普遍认为库存就是浪费，甚至有“库存是万恶之源”的说法。总之，持有库存要发生一定费用，还会带来其他一些管理上的问题。库存占压大量资金，增加商品成本及管理成本，出现不畅销产品的积压，畅销产品的缺货。

　　2.1.2 库存管理的目的与作用

　　（1）库存管理的目的

　　库存管理是根据外界对库存的要求和企业订购的特点，预测、计划和执行一 种补充库存的行为，并对这种行为进行控制，重点在于确定如何订货，订购多少，何时定货。

　　1）满足需求：需求所表现的类型为需求数量、需求率和需求模式 3 种。需 求数量在不同时期有不同变化；需求率指单位时间的需求量；需求模式指货物出 库的相应方式。商业企业保有库存的直接目的是为了满足顾客的需求。

　　2）提供补给：库存的存在必须是不断补充货物，将货物加入库存。补给可分为数量、模式和前置时间等类型。补给数量指接受入库的订货量；补给模式指3）货物出库的相应方式；补给的提前期指决定某项货物到实际入库之间的延续时 间，库存为货物入库提供货物空间和时间。

　　4）优化服务：库存充足、本地化可以缩短订货周期，提高企业的客户服务水平。

　　5）降低库存成本：库存成本指维持库存和不维持库存所耗费的代价。一般包括购入成本、定购成本、储存成本、缺货成本。库存管理的直接目的是使库存成本最低。
　　
　　（2）库存管理的作用

　　库存管理的两个目标是降低库存成本和提高客户服务水平，但这两个目标存 在相反关系，库存管理要做的是在这两个目标之间寻求平衡。库存管理的作用是在保证经营需求、企业生产的前提下，使库存量保持在最佳合理的水平上；掌握库存量的动态，适量、适时的提出补货，避免超存或缺货；尽量减少库存的空间占用，从而降低库存成本总费用，控制库存的资金占用，加速了公司的资金周转，提高了企业的管理水平，也提高了客户的满意度，以致提高企业的竞争力。

　　2.2 库存管理相关优化方法与模型

　　2.2.1 库存管理相关优化方法

　　随着现代化企业制度的不断完善，及运筹、统计等学科的交叉运用，库存管理的相关方法越来越多，且非常成熟。本文分别针对原材料库存、在制品库存以及完成品库存，简单介绍了库存管理的优化方法，以便在下文各章节中使用。

　　（1）供应商管理库存（VMI）。

　　供应商管理库存（VMI）是供应商为客户管理库存，制定库存策略和它们的补充计划，根据客户的销售信息和库存水平，来制定库存管理策略和管理模式。它是供应链密切的业务合作伙伴，不仅是一种有效的供应链管理优化方法，也是企业在供应链库存管理的一种战略联盟。运用 VMI 管理，能产生显着效果：

　　1）不仅可以降低供应链的库存水平和成本，而且可以高质量地满足用户服务需求，改善资金流。如今，越来越多的企业对 VMI 产生极大的关注，对加拿大大型企业在供应链管理方面的调查显示，有超过 75％的企业对 VMI 表示了极大的兴趣。

　　2）作为 VMI 的应用结果，供应商借助信息共享和业务连接，能够更有效地计划和补货，优化库存水平，改进补充过程，为客户管好库存，使双方都能更快速地反应市场变化，满足消费者的需求，提高客户满意度，实现双方获利。

　　（2）看板管理与推拉式生产

　　看板管理是在前后工序或者同一道工序之间进行信息流和物流的交换与传递。看板是一种精简的信息，是一种整合化的信息，它是实现 JIT 准时制生产的一种工具，它也是一种信息的载体，从最后一道工序通过信息流向上一道工序传递信息。只有通过看板，JIT 准时制生产才能得以有效进行。因此，JIT 准时制生产方式也可被称作看板生产方式。

　　1）看板的作用

　　生产信息和生产指令的传送，这是看板的最基本职能。公司的生产计划部根据销售预测及订单而制定的生产指令只下达到主生产线，主生产线各道前工序的生产都依据看板来进行。看板中记载着生产和运送的数量、时间、目的地、放置场所、搬运工具等信息，从总装工序依次向前工序类推。在主生产线将需要使用的零部件上所带的看板取下，按此再去前一道工序领用部件。前道工序则只生产被这些看板所领走的部件与数量，“前后工序的领用”及“按时按量生产”就是通过这些看板的传递来实现的。

　　防止过量生产和过量传送。“没有看板不能生产，也不能传送。”这是看板的运用规则之一，各工序必须要有看板，才能进行生产和运送；看板数量越少，说明生产量也越少。由于看板所标示的只是必需要生产的量，因此运用看板管理系统能够有效做到防止过量生产和过量传送。

　　是目视化管理的工具。“看板必须附在实物上存放”、“前工序按照看板取下的顺序进行生产”。这是看板的另一条重要规则，根据这一规则，现场作业的班组长对生产的优先顺序是一目了然的，非常方便管理。只要通过看板所表示的信息，就可知道后工序的作业进展情况、本工序的生产能力利用情况、库存情况以及人员的配置情况等。

　　是改善库存的工具。除了生产上的功能外，看板的另外一个功能就是改善功能，主要是通过减少看板的数量来实现。看板数量越少也就意味着各工序间的在制品数量越少。如果在制品数量较高，那么即使机器出现故障问题、不良品数目增加等，也不会影响到后工序的生产，这样就容易掩盖生产中的问题。

　　在准时制生产方式中，通过不断减少数量来减少在制品库存，要是出现上述情况，那么问题就立刻得到暴露，就需要改善，提出解决方案，使得上述问题得到重视。这样通过改善活动不仅解决了生产中的问题，还使生产线的抗问题能力得到了提升。

　　2）推式生产与拉动式生产

　　在看板的使用之前需要了解的两种生产系统，即推式生产系统与拉动式生产系统。推动式生产是指按照 MRP 的计算逻辑的标准生产方式，生产车间按照原定的生产计划进行生产，前后道工序无需对彼此负责，生产出的产品按照原计划把产品送达指定的后工序即可，这种生产方式称为推式生产方式。在推式生产系统中，各工序之间是相互独立的，因此在制品库存量较大，容易产生过多的“浪费”。首先，推动式生产不能满足“按时”生产的要求；其次，推式生产的复杂性及各种不确定因素的影响，生产厂商为了保证能及时交货，必须储备有相当高的安全库存量。

　　正由于推式生产系统的缺陷，准时制JIT理念中提出了“拉动”式的生产方式。

　　所谓“拉动”式生产，就是指一切从实际需求出发，根据实际需求来制造产品，以此拉动后工序的零部件生产。每个生产单位都根据后部门的需求来完成生产，同时又向前部门发出生产指令。在“拉动式”生产中，生产计划部门只制定最终的成品计划，其它部门的生产都是按后向部门的生产指令来完成任务。根据“拉动”式生产，可以保证生产会在“恰当的时间”进行，并且由于只根据前道工序的生产指令进行生产，因此生产的量也是实际需求的量，从而保证企业不会为了满足及时交货保持较高库存而产生的浪费。

　　（3）第三方物流。

　　成品管理的优化实施可以通过第三方物流公司来实现。第三方物流（ThirdParty Logistics，3PL）是指物流的实际供给方（第一方）和物流的实际需求方（第二方）之外的第三方，它部分或全部利用第一方的资源，通过合同向第二方与第一方提供物流服务，它是业务外包在物流业务中的具体表现，生产商、销售商或消费者将其物流业务交给专业的物流公司运作，而自己集中精力发展主业。第三方物流又常被称为“代理物流”、“外包物流”和“契约物流”。3PL 是物流专业化的一种形式，从历史角度看，企业对物流服务的需要是最初以自我提供方式实现的，随着社会分工的加深，对外委托部分的权重越来越大。从对外委托的形式来看，第一种方式是，企业自己从事库存管理、物流系统设计和物流信息管理，将保管及运输等具体物流活动委托给外部的物流公司；第二种方式是物流公司将其开发设计的物流系统提供给货主公司，由它承担物流活动；第三种方式是由专业的公司站在货主公司角度考虑，代替其从事客户化的物流系统设计，并对系统运营负责。一般来说，可以把第三方物流活动分为三个类别。

　　1）提供运输服务与基本的仓储的公司。如公共仓库和普通货运公司。它以标准化服务和资产密集型为基本特征。

　　2）提供货运管理和仓储等增值服务的公司。对货运物流而言，可为协议价格、客户选择承运人，货运系统监测、优选货运路线和安排货运计划等业务。对仓储来说，可为客户提供配套装配、分拣包装、集货配送、挂标刷标和条码生成等业务。

　　3）提供供应链管理和一体化物流服务。除了提供普通物流服务外，还能为客户提供自动订单处理、市场需求预测、库存管理和逆向物流支持等。

　　2.2.2 库存管理相关优化模型。

　　库存的传统控制方法包括确定条件和不确定条件下的经济订货批量（EOQ）、固定订货周期法等数学模型。在今天的经济中，企业的生产目标、生产组织结构、生产方式和方法都发生了巨大的变化，同时也挑战了传统的库存管理模型。本文简单介绍 EOQ 模型及生产计划模型。

　　（1）经济订货批量（EOQ）模型简介

　　最小化库存数量的成本称为经济订货批量（Economic Order Quantity，EOQ）。经济订货批量模型如图 2.1 所示，图中所示的 Q 为订货数量。这里描述的三个库存周期，每个周期始于以 Q 个单位，这是一个固定的订货批量。刚收到订单，库存水准为 Q 个单位，物品按斜率为负值的斜线表示的某一固定需求率 R 出库。

　　当存货量降低至再订货点时，就按 Q 为单位发出一批新的订单，经过一设定的到达期后，货物就送达入库。这是一个经济订货批量在确定性下的应用例子。

　　

　　在公司库存管理中，EOQ 模型考虑两种成本：库存持有成本与订货成本。

　　模型的决策与两种成本之间的权衡分析相关。订货批量越高持有成本成线性增加，要是只考虑库存持有成本，则订货批量越小越好。总订购成本随订购批量的增加而减少，要是只考虑订购成本，则订购批量越大越好。因此应考虑两种成本的关系，成本最小的订购批量为最优的订购批量。

　　（2）生产计划模型简介

　　一般生产计划类型可分为库存订单（MTS）、按订单组装（ATO）、按订单生产（MTO）、定制生产（ETO）四种类型。从库存型生产到定制型生产，交货日期越来越长，如图 2.2 所示。在不同的生产方式下，库存管理的重点和策略是完全不同的。

　

　　1）面向库存生产（MTS）的库存管理策略

　　面向库存生产的显着特征是，生产的目的是为了补充库存。换句话说，当客户下订单时，企业有现货。对于那些功能产品企业，一般采用库存的方法以满足市场需求。其主要原因是，这种产品生命周期长，需求变化不大，一般比较容易预测。因此企业的竞争战略是提前备货，缩短交货时间，提高服务水平；有一个很大的批量生产，追求规模经济效益。库存的生产方式下，库存管理的重点是成品库存控制。这有关公司的库存服务水平、获得订单的能力及库存持有成本和风险。

　　2）订单装配（ATO）模式下的库存管理策略

　　“订单装配”是一种客户订单驱动的生产方式。那些创新产品企业，一般采用订单生产或装配的方法以满足市场需求。其主要原因是，这种产品需求不稳定，生命周期短，一般不容易预测。因此，企业的竞争战略是产品采用模块化设计，标准化组件，根据订单装配，以降低企业成本和风险，又可以满足顾客的个性化需求。例如汽车和电脑。换句话说，企业没有成品库存、原材料库存，只有零配件库存，收到客户订单后快速组装，做出快速反应的需求。因此，按订单装配基本上是“完全延迟”战略的体现。与库存订单相比，企业拥有零配件较低的库存成本和风险，弹性更好，更能满足不断变化的客户需求。组装生产方式的库存管理的重点是加强零配件的库存控制，满足企业的生产经营，并有效降低零配件库存，加速存货周转，降低库存成本的目的。

　　3）按订单生产（MTO）库存管理策略

　　“订单生产”也是一种客户订单驱动的生产方式。订单生产过程，订单生产比订单装配多了“备料”这个链接，生产步骤相对较复杂。因此，订单组装可以把订单生产的一个特定的生产订单情况。类似于订单组装，订单生产也为了满足客户的个性化需求，它可能是一个单一的生产，也可以有一定的生产批次。使用命令模式的生产企业，一般没有成品库存。但根据客户订单的企业的产品线和规律，预测的基础上拥有一定的原材料库存，为了迅速投入生产在收到客户的订单，缩短生产周期，快速响应客户需求。但如果持有太多的原材料库存，占用资金，导致成本上升，库存成本一般为库存价值的 25% - 40%。所以，订单生产的模式下，库存的重点是加强原材料库存管理。

　　4）定做生产（ETO）的库存管理策略

　　“定做生产”也是一种客户驱动的生产模式。在此生产模式下，企业一般不设置原材料和成品的库存，操作完全按照订单驱动，包括产品设计，原料采购，成品和其他商业活动的生产和分配。跟按订单生产相比，生产更多的“产品设计”，根据客户的个性化需求为这个定制，使设计和生产操作更复杂。由于不同的客户有不同的需求，因此，定制往往是一个单一的生产。通常，定制的重复度和稳定性非常低，即使是典型的项目型生产，如飞机、轮船和蒸汽涡轮机，重复度和稳定性也非常低。

　　2.3 本章小结

　　本章对库存管理的相关理论做了综述。首先对库存的相关概念做了介绍，阐述了库存的定义、分类、功能与弊端；其次，介绍了库存管理在企业管理中的目的与作用，为本文的研究目的与意义作了理论性支持；再次，本文分别针对原材料库存、在制品库存以及完成品库存，简单介绍三种库存管理优化方法，为后续库存管理的优化提供了方法支持；最后，介绍了当前库存管理流行的相关优化模型，为本文库存管理的优化奠定了基础模型及方向性指导。