物流系统仿真
——从理论到实践
第七章 库存系统仿真
刘亮
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第七章 库存系统仿真
一个实例
– 模型描述
– 模型
– 完成任务
库存管理的基本内容
– 库存管理的类型
– 库存管理的功能
– 库存管理的目标
– 常用库存管理方法
库存系统分析方法
库存系统费用分析
经典的库存控制模型
– ABC管理模型
– 订货点模型
– 经济订购批量模型
库存系统仿真
– 库存系统仿真的特点
– 库存系统仿真的分析
–. 库存系统进行仿真的步骤
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第七章 库存系统仿真
一个实例
模型描述
THC 公司生产控制盒的部件，这些控制盒之后装配成产成品。在这个公司
中要生产4种类型的产品。为了方便说明，把这4 种产品用A、B、C、D 表
示。每种产品都由4 部分组成：
一张金属板（两种类型，M1和M2，在金属部制造）。
一个塑料外壳（类型是S1、S2、S3，在模具部制造）。
一个印刷电路板（PCB，类型是P1、P2，在电子仪表部制造）。
一份说明书（由外部的印刷部提供）。
所有类型的产品的说明书是相同的，此外，每种产品包含不同的组成部分。
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第七章 库存系统仿真
一个实例
模型描述
BOM 表
产品
部门 部件 A B C D
金属 M1 1 1
M2 1 1
模具 S1 1 1
S2 1
S3 1
电子仪表 P1 1 1
P2 1 1
印刷部 Ⅰ 1 1 1 1
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第七章 库存系统仿真
一个实例
模型描述
当产品的订单到达后，可以直接从库存中提货。如果在盘点时，现有
的产品的总量在某个点或某个点以下，则会发出一个补充库存的装配命令。
装配部门会生产新一批的产品。每种部件库存的补货方式相同：如果某一
部件的库存量降到某一点，就发布部件的生产订单。
每批新部件的订单必须得等到同一部门之前的订单完成后才可以生产。
THC 公司使用（R,s,S）库存策略。
THC 公司主要的目标是建立较高的交货可靠性，但是储存产品的库存
持有成本不可以太高。这就需要在生产和持有成本中寻找最优的平衡。
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第七章 库存系统仿真
一个实例
模型描述
当产品的订单到达后，可以直接从库存中提货。如果在盘点时，现有
的产品的总量在某个点或某个点以下，则会发出一个补充库存的装配命令。
装配部门会生产新一批的产品。每种部件库存的补货方式相同：如果某一
部件的库存量降到某一点，就发布部件的生产订单。
每批新部件的订单必须得等到同一部门之前的订单完成后才可以生产。
THC 公司使用（R,s,S）库存策略。（R=40，S=100，s=20）
THC 公司主要的目标是建立较高的交货可靠性，但是储存产品的库存
持有成本不可以太高。这就需要在生产和持有成本中寻找最优的平衡。
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第七章 库存系统仿真
一个实例
模型描述
（1）产品
一个生产部门每次只能处理一个生产订单。产品或装配订单按照先进先出
的规则处理。一个工作周是5个8小时工作日。
（2）顾客需求
产品需求是不定期的（需求间隔时间服从负指数分布），且成品也不同。
顾客总是一次买一个产品。如果产品没有库存，顾客就会取消订单。订单
在之后也不会被满足。
产品 平均每周需求
A 150
B 120
C 80
D 50
总数 400
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第七章 库存系统仿真
一个实例
模型描述
（3）生产
每次新的生产或装配订单的重置时间也是每个部门都不同的。部件通
过机器进行生产，一个部门的生产时间没有很大差异。装配是通过手工进
行的，所以装配时间上有较大差异。平均装配时间是4 分10 秒。
因为补货策略不同，每个生产和装配订单的批量也不同。印刷部是外
部部门，提前期是3 天。
部门 每批次的重置时间 每个实体的生产时间
金属 1小时 4分钟
模具 4小时 3分钟
电子仪表 小时 5分钟
印刷部 3天 1分钟
装配 不需要重置时间 分钟（负指数分布）
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第七章 库存系统仿真
一个实例
模型描述
（4）成本和收益
持有成本包括仓库租赁、持有和保险保养等费用。基于现有库存量可
以计算出总持有成本。每天检测库存水平来决定当天的库存持有成本。
（5）总成本和收益
每个售出产品的边际利润是20元。
总利润是总销售额减去总缺货成本、持有成本和这一期间的生产成本。
部门 每批次的成本
金属 15元
模具 15元
电子仪表 15元
印刷部 50元
装配 15元
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第七章 库存系统仿真
一个实例
模型
模型布局图
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第七章 库存系统仿真
一个实例
模型
“Replenishment Parameters”表格
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第七章 库存系统仿真
一个实例
模型
1．查看仿真输出
每天都要检测产品的库存水平，结果可以用图表描绘。所以在仿真期
间，库存水平也在整个图中展示。
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第七章 库存系统仿真
一个实例
模型
2．问题和任务
问题1：基于产品的平均需求，计算每周平均需要多少部件。
问题2：为什么基于现有库存量与在途库存量的和来决定补货量，而不是仅
仅基于现有库存量？
问题3：定义利润公式。能使用这个定义来（部分）核对表7-3 中的成本和
收益吗？少了什么细节信息吗？为什么？
问题4：利用同样的参数3 次运行模型10 周，会得到下面的总利润：27
995、26 195和28 312。解释为什么会有不同的结果。更优参数设置运行一
周是否会导致总利润小于平均三次的运行结果？那么根据单次运行结果来
做决定会有什么样的后果呢？
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第七章 库存系统仿真
一个实例
模型
2．问题和任务
任务1：补货周期参数R 是40 小时。运行10 周，选中“运行直到停止时间
”选项，将停止时间设置为400小时。
顾客需求在第一周开始，在0 时刻有每种部件和产品的供给量s。第一周的
订单量是S-s。
① 用默认值运行模型，查看结果表中的运行结果。
使用实验向导来获得更加准确的测量结果。实验向导已经将运行时间设置
为100周，但为了更加方便地比较结果，结果会被转化为运行时间为10 周。
② 调整参数s 和S 来改善结果。重复实验，比较实验结果。
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第七章 库存系统仿真
一个实例
模型
2．问题和任务
任务2：在这个任务中，将参数R 从40 小时减小到8 小时。打开通用参数
表。将“产品订货期”和“部件订货期”从“40”变为“8”。
因为现在库存每8 小时盘点一次，而不是40 小时，所以有可能减少库存水
平。这会导致低存储水平，但是订单数会增加。
① 用现有的设置运行模型并检查结果表和图。运行结果显示短缺成本是总
成本的重要部分。这个结果可以改善吗？
② 再次调整参数s和S来提高总利润。
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第七章 库存系统仿真
一个实例
模型
完成任务
问题1，对每个部件的需求的计算就是将需求增加到BOM 表中的最后的产品
上。
M1 M2 S1 S2 S3 P1 P2 H
A 150 150 150 150
B 120 120 120 120
C 80 80 80 80
D 50 50 50 50
总量 230 170 270 80 50 270 130 400
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第七章 库存系统仿真
一个实例
模型
完成任务
问题2，如果仅看到实测库存，那么每天都要下达订单，但是，需要注意的
是部件的运输时间是三天。最好要考虑已经订购的部件数量，而不是实测
的库存量。
问题3，
总利润=收益-库存成本-缺货成本-重置成本
收益=#sold (A, B, C, D) * 20
库存成本=5 * product days (A, B, C, D)+2 * product days
(P1,P2)+product days(M1,M2,S1,S2,S3,H)
缺货成本=15 * #cancelled sales (A, B, C, D)
重置成本=15*#batches(M1,M2,S1,S2,S3,P1,P2)+15* #batches(A, B, C,
D)+50* #batches(H)
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第七章 库存系统仿真
一个实例
模型
完成任务
问题4
因为需求和生产是随机变量，所以每次运行模型时，它们都会改变。所以
很可能发生这样的事情：选择了更加优良的参数设置，却得到不好的结果。
因为在这次运行时，需求略低于正常值。所以最好根据多次运行模型的结
果来做出决策。
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第七章 库存系统仿真
一个实例
模型
完成任务
任务1
单次运行400小时的结果 默认模型设置运行10 周后的结果
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第七章 库存系统仿真
一个实例
模型
完成任务
默认模型设置，仿真时间为10周，利用实验向导运行10次的结果
Avg. L-bound U-bound Min Max
Profit 32616 31078 34154 28694 35658
Margin 79604 65 79203 80005 79000 80540
Holding cost 44749 2335 43078 46420 41791 48656
Setup cost 2035 47 2001 2068 1955 2090
Shortage 204 476 -136 544 0 1530
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第七章 库存系统仿真
一个实例
模型
完成任务
仿真时间定为100 周，运行10 次。
Avg. L-bound U-bound Min Max
Profit 54829 566 54424 55233 54039 56086
Margin 77555 285 77351 77759 77130 78194
Holding cost 18881 195 18742 19021 18463 19212
Setup cost 2124 3 2121 2126 2118 2129
Shortage 1722 190 1586 1858 1520 2027
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第七章 库存系统仿真
一个实例
模型
完成任务
任务2
基于EOQ的运行结果
Component
Weekly
demand
Q_opt t* R_opt
R_opt in
whole days
Q
A 150 30 5 1 1 30
B 120 27 1 24
C 80 22 1 16
D 50 18 2 20
M1 230 83 2 92
M2 170 71 2 68
S1 270 90 3 2 108
S2 80 49 3 48
S3 50 39 4 40
P1 270 64 1 54
P2 130 45 2 52
H 400 200 2 3 240
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第七章 库存系统仿真
一个实例
模型
完成任务
将仿真时间定为100 周，仿真10 次。
Avg. L-bound U-bound Min Max
Profit 62234 236 62065 62403 61846 62587
Margin 80092 205 79945 80238 79798 80406
Holding cost 10979 42 10949 11010 10921 11052
Setup cost 6805 14 6795 6815 6784 6825
Shortage 74 30 52 95 32 131
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第七章 库存系统仿真
库存管理的基本内容
库存表示用于将来目的、暂时处于闲置状态的资源。因而需要明确两点：
其一，资源停滞的位置，可以是在仓库里、生产线上或车间里，可以
是在非仓库中的任何位置，如汽车站、火车站及机场码头等类型的流通结
点上，甚至也可以是在运输途中；
其二，资源的闲置状态可能由任何原因引起，而不一定是某种特殊的
停滞。资源闲置的原因大体有:主动的各种形态的储备；被动的各种形态的
超储;完全的积压。
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第七章 库存系统仿真
库存管理的基本内容
库存系统的运作过程
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第七章 库存系统仿真
库存管理的基本内容
库存管理的类型
（1）按照库存决策方法分类
一次性订货、重复订货
（2）按照供应来源分类
内部供应、外部供应
（3）按照库存系统的类型分类
连续库存系统、周期性库存系统
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第七章 库存系统仿真
库存管理的基本内容
库存管理的功能
（1）客户资源平
衡
（2）生产资源平
衡
（3）运输资源平
衡
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第七章 库存系统仿真
库存管理的基本内容
库存管理的目标
库存管理的目标是在快速有效满足顾客需求的基础上使库存相关成本
降到最低。
（1）产品的现货供应能力
（2）相关成本的控制
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第七章 库存系统仿真
库存管理的基本内容
常用库存管理方法
1．ABC 分析法
在库存管理中，并不是每一类产品都需要同等的管理关注。在资源有
限的条件下，注意力应该放在起关键性作用的因素上，加强管理的针对性，
提高效率。
ABC 分析法的核心思想是在决定一个事物的众多因素中分清主次，识
别少数的、但对事物起决定作用的关键因素和多数的、但对事物影响较小
的次要因素，根据不同情况分类管理，以正确观察问题并做出决策。
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第七章 库存系统仿真
库存管理的基本内容
常用库存管理方法
2．定量采购控制法
定量采购控制法指当库存量下降到预定的最低库存数量（采购点）时，
按规定数量（一般以经济批量EOQ 为标准）进行采购补充的一种采购成本
控制方法。当库存量下降到订货点（也称为再订货点）时马上按预先确定
的订货量发出货物订单，经过交纳周期，收到订货，库存水平上升。
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第七章 库存系统仿真
库存管理的基本内容
常用库存管理方法
3、定期库存控制法
定期订货法是以固定盘点和订购周期为
基础的一种库存控制方法。它按规定时间检
查库存量并随即提出订购，补充至库存储备
定额。商品订购时间是预先固定的，每次订
购批量是可变的。
定期控制系统是每经过一个固定的时间
段，则发出一个订单，但每次订货量要根据
库存实际变化来决定。即订货量由预定最大
库存量减去订货时的实际库存量。定期控制
模式避免了随时检查库存的麻烦，简化了管
理，节省了订货费。以下是库存定期控制模
式：
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第七章 库存系统仿真
库存系统分析方法
分析库存系统，建立合理的库存水平，一直是广受关注的问题。研究
者们在库存系统模型、订货策略、库存优化等领域进行了大量工作。常用
的库存系统分析方法可以分为解析方法和仿真方法两类。
解析方法根据设定的目标函数和约束条件，采用数学规划或者启发式
算法来寻找库存水平最低，并满足交货期要求的系统方案。库存系统的参
数可以是确定性变量，也可以是随机变量。
实际库存系统结构复杂，环节众多，在模型结构比较复杂或不确定性
因素比较多的场合下，采用数学规划或启发式算法进行系统分析会很困难。
在这种情况下，使用系统仿真方法可以克服算法上的困难，具有显著的优
越性。系统仿真方法还可以在不同的层次上，分析不同约束条件和输入下
系统的动态响应，提供决策支持。
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第七章 库存系统仿真
库存系统费用分析
库存成本是库存控制策略的主要评价指标，库存系统必须按照最经济
的原则运行。为了建立库存模型，必须了解各类仓库库存费用的构成情况。
（1）库存持有成本
（2）缺货成本
（3）购置（或生产）成本
（4）订购成本
（5）作业更换成本
（6）运输成本
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第七章 库存系统仿真
经典的库存控制模型
ABC管理模型
库存物资按企业的物资品种和占用资金的多少进行分类排队：品种约
占10%～20%左右，占用资金比例为75%～80%的属A类；品种约占20%～25%左
右，占用资金比例为10%～15%的属B类；品种约占60%～65%左右，占用资金
比例为5%～10%的属C 类。
ABC 管理模型可以用于所有类型与形态的库存，但这种方法以库存物
资的资金价值进行分类，所以并不能反映库存品种、利润贡献、紧迫性等
方面的情况，而在某些情况下C类物资所造成的缺货损失也可能是十分严重
的，对此管理者应在实际运用ABC 管理模型的过程中予以充分注意。
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第七章 库存系统仿真
经典的库存控制模型
订货点模型
（1）（Q,R）策略
（2）（R,S）策略
（3）（t,S）策略
（4）（t,R,S）策略
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第七章 库存系统仿真
经典的库存控制模型
经济订购批量模型
（1）不允许缺货，瞬时补充
（2）不允许缺货，生产需要一定时间
（3）允许缺货（缺货需要全部补足），瞬时补充
（4）允许缺货（缺货需要全部补足），生产需要一定时间
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第七章 库存系统仿真
库存系统仿真
库存系统仿真的特点
库存系统是一类不同于排队系统的离散事件系统，它的变化除了具有
离散性与随机性外，在仿真建模时还有如下特点。
1．定义问题
2．制定目标和定义系统效能测度
3．描述系统和列出假设
4．列举可能的替代方案
5．收集数据和信息
6．构造计算机模型
7．验证和确认模型
8．运行可替代实验
9．输出分析
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第七章 库存系统仿真
库存系统仿真
库存系统仿真的分析
库存系统仿真的系统功能图
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第七章 库存系统仿真
库存系统仿真
库存系统仿真的分析
基本库存系统仿真建模的参数
模型参数 每件货物每月保管费、每件缺货损失费、每件订货费、订货附加费、仓库
初始库存量、库存策略数、库存控制量、平均需求间隔时间、需求量、事件
发生概率
运行控制参数 仿真运行的长度、运行次数、仿真步长
运行变量 订货数量、实际需求量、动态库存量、事件类型数、下一个最早发生的事
件类型数、仿真钟的数值、上次改变库存水平的时间、类型为I的事件发生
的时间、上一次事件发生以来的时间、仿真运行长度单位、仿真运行时间长
度
输出变量 第Ⅰ种订货策略的运行总费用、保管费用、订货费用、缺货损失费用、其
他数据总计等。
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第七章 库存系统仿真
库存系统仿真
库存系统进行仿真的步骤
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第七章 库存系统仿真
习题
常用的库存管理方法有哪些？
库存系统分析方法有哪些？
库存系统费用包括什么？
某种零件的库存采取订货点控制。设领料单到达服从泊松分布，平均
间隔时间为10天。当库存量降到ROP点时，仓库立即提出新的订货要求，订
货量ROQ为一常数。提前期满足30±5的均匀分布。如果库存降为零，领料
单不能满足要求，则领料单排入队列等待，知道产品到货为止。假设ROP=4
，ROQ=6，要求对此库存系统作10 000天的仿真。观察库存为空的时间百分
比和由领料单等待且库存为空的时间百分比，并且通过改变ROP和ROQ的值，
使百分比低于%。
库存系统仿真分哪几步？
试使用Enterprise Dynamics软件仿真一个库存系统。
