［摘  要］ 對庫存仿真系統(tǒng)的理論和應(yīng)用進行研究，介紹了我們開發(fā)的專用于庫存系統(tǒng)仿真的軟件ＩＳｉｍ（Ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ Ｓｙｓｔｅｍ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｐａｃｋａｇｅ），舉例說明了仿真系統(tǒng)在庫存控制中的應(yīng)用。
       
    ［關(guān)鍵詞］  系統(tǒng)仿真�牱抡孳浖��爭齑娌呗驭爭齑娼Y(jié)構(gòu)
    
    １   引言

    分析庫存問題建立合理的庫存水平，一直是廣受關(guān)注的課題。研究者們在庫存系統(tǒng)模型、訂貨策略、庫存優(yōu)化等領(lǐng)域進行了大量工作。常用的庫存系統(tǒng)分析方法可以分為解析方法和仿真方法兩類。解析方法是根據(jù)設(shè)定的目標函數(shù)和約束條件，采用數(shù)學(xué)規(guī)劃或者啟發(fā)式算法來對系統(tǒng)進行分析的。由于實際庫存系統(tǒng)的模型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并存在眾多不確定性因素，采用解析方法分析有一定的困難。而系統(tǒng)仿真方法可以在不同的層次上，分析不同約束條件和輸入下系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)，并符合人們的思維習(xí)慣，有助于系統(tǒng)分析，有利于解決隨機因素的影響，因此我們在進行庫存系統(tǒng)分析時選擇了系統(tǒng)仿真方法。
    
    應(yīng)用系統(tǒng)仿真技術(shù)，主要可以在以下幾個方面對庫存系統(tǒng)進行研究：
    
    （１）庫存系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計與可靠性分析：在系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計后，通過對規(guī)劃設(shè)計的系統(tǒng)模型進行仿真分析，對規(guī)劃方案的優(yōu)劣做出評價，及時進行調(diào)整和修改，減少系統(tǒng)實施的風(fēng)險。
    
    （２）物料庫存的控制：通過對物流系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的庫存系統(tǒng)狀態(tài)進行仿真，動態(tài)地模擬出入庫、出庫及庫存水平的實際狀況，有利于實現(xiàn)庫存系統(tǒng)的合理控制，科學(xué)地掌握入庫和出庫的時機和數(shù)量。
    
    （３）庫存成本的評估：庫存系統(tǒng)的流程是一個復(fù)雜的動態(tài)過程，系統(tǒng)仿真技術(shù)通過對整個庫存過程的模擬，準確便捷地計算出庫存系統(tǒng)的成本，同時也可以建立起庫存成本控制與物流規(guī)劃、庫存管理與運輸策略之間的聯(lián)系。
    
    我們通過對國內(nèi)著名企業(yè)的調(diào)研與分析，針對目前制造企業(yè)庫存控制存在的主要問題制定了庫存系統(tǒng)仿真的目標，設(shè)計了庫存系統(tǒng)仿真軟件的總體方案與模塊結(jié)構(gòu)，開發(fā)研制了庫存系統(tǒng)仿真軟件的基本模塊，運用設(shè)計開發(fā)的仿真軟件分別對庫存結(jié)構(gòu)優(yōu)化和庫存策略優(yōu)化兩個實際案例進行仿真，得到了較滿意的結(jié)果。

    ２    國外先進仿真軟件應(yīng)用概況

    從２０世紀６０年代開始，國外就已著手研制仿真語言，比較著名的仿真語言有ＧＰＳＳ、ＧＡＳＰ、ＳＬＡＭ和ＳＩＭＡＮ等�煟菠牎＝�２０年來，由于建模方法、可視化編程和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的長足進展，開發(fā)出了一些功能強大、建模直觀方便的仿真軟件。我國的仿真研究和應(yīng)用開始于２０世紀５０年代，近年來在供應(yīng)鏈管理、企業(yè)生產(chǎn)作業(yè)控制、物流系統(tǒng)分析等方面得到了成功應(yīng)用。在表１中，比較了一些仿真軟件的特點和應(yīng)用實例。
    比較分析現(xiàn)有的仿真軟件，總結(jié)仿真軟件基本功能如下：
    （１）良好的人機界面，提供基本的程序管理功能和輸入功能；

    （２）系統(tǒng)模型的建立，單元屬性參數(shù)和邏輯定義，并保存為模型文件；
    
    （３）隨機變量的輸入存儲、產(chǎn)生和調(diào)用；
    
    （４）仿真算法核心，包括仿真鐘推進和子事件處理；

   （５）模型的圖形顯示，建模過程即建即所得；

   （６）數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計；

   （７）仿真結(jié)果輸出。
    
    近期，仿真軟件（包括仿真語言）充分吸收了仿真方法學(xué)、計算機、系統(tǒng)工程、自動控制、人工智能等技術(shù)的新成果，從而得到很大的發(fā)展。在運行速度、存儲容量、面向?qū)ο蟮脑O(shè)計（ＯＯＤ）、可視化（Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ）與圖形界面、開放數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（ＯＤＢＣ）以及對象連接與嵌入（ＯＬＥ）等方面皆取得了巨大進展，對系統(tǒng)仿真技術(shù)亦相應(yīng)地產(chǎn)生了廣泛與深刻的影響，旨在解決模塊可重用性、計算機輔助建模、可視化仿真、圖形界面以及與其它系統(tǒng)的集成性等問題的面向?qū)ο蟮目梢暬�仿真技術(shù)與系統(tǒng)便隨之產(chǎn)生。

    ３   ＩＳｉｍ的特點

    ＩＳｉｍ是我們專門研制開發(fā)的用于供應(yīng)量的庫存系統(tǒng)仿真軟件。ＩＳｉｍ具有以下特點。

    ３．１采用三種基本單元描述庫存系統(tǒng)
    
    在供應(yīng)量的庫存系統(tǒng)中，庫存量的變化是由客戶的需求和訂貨兩個方面因素引起的，由于客戶的需求，庫存量不斷減少，為了保證供應(yīng)，就需要訂貨來補充庫存量。由于需求和訂貨的不斷發(fā)生，庫存量呈現(xiàn)動態(tài)分布。庫存系統(tǒng)基本的系統(tǒng)單元劃分可以如圖１所示，分為供應(yīng)方、倉庫、需求方三種基本單元。
    
    供應(yīng)鏈上的庫存系統(tǒng)雖然很復(fù)雜，但是都可以拆分成如上三個基本單元。三個基本單元組成了單階庫存系統(tǒng)。多個單階庫存系統(tǒng)又可以組成多階的庫存系統(tǒng)，從而可以描述任意復(fù)雜的供應(yīng)鏈上的庫存系統(tǒng)。在ＩＳｉｍ中通過基本建模單元和屬性定義可以將實際的復(fù)雜庫存系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)和邏輯關(guān)系保存在計算機模型中。
    
    在ＩＳｉｍ中，采用圖形化建模和菜單輸入?yún)��?shù)結(jié)合的方式進行系統(tǒng)建模，以滿足復(fù)雜的庫存系統(tǒng)建模要求：

    （１）新建倉庫、供應(yīng)方、需求方三類基本實體單元；

    （２）設(shè)置單元屬性，如點擊倉庫單元，則出現(xiàn)對話框①，定義與倉庫有關(guān)屬性；

    （３）通過圖形連接工具單元，連接模型中各個基本單元之間的邏輯，同一邏輯關(guān)系與起始單元和相關(guān)貨物單元有關(guān)，如從Ｓｉｎｔｅｒ到Ｗｃｏｍｐｕｔｅｒ的邏輯關(guān)系只與貨物Ｆｉｎｔｅｒ相關(guān)，而從Ｗｃｏｍｐｕｔｅｒ到Ｒｂｅｉｊｉｎｇ的邏輯關(guān)系則與Ｆｉｎｔｅｒ和Ｆｈｐ有關(guān)；

    （４）從對話框②選擇貨物，則此時選擇的邏輯關(guān)系唯一，點擊會彈出相應(yīng)的邏輯關(guān)系屬性對話框③，輸入?yún)��?shù)即可。

    圖形化建模方法可以使用戶擺脫大量的編程工作，使建模過程更直觀，方便用戶使用。

    ３．２采用事件調(diào)度法作為仿真算法

    在一個較為復(fù)雜的離散事件系統(tǒng)中，一般都存在諸多的實體，這些實體之間相互聯(lián)系，相互影響，然而其活動的發(fā)生卻統(tǒng)一在同一時間基上，仿真策略就是研究采用何種方法推進仿真鐘，建立起各類實體之間的邏輯聯(lián)系。目前常用的仿真策略是事件調(diào)度法（Ｅｖｅｎｔ Ｓｈｅｄｕｌｉｎｇ Ａｐｐｒｏａｃｈ）和進程交互法。事件調(diào)度法用事件的觀點來描述系統(tǒng)，進程交互法采用進程描述系統(tǒng)，兩種方法各有優(yōu)劣。
    
    仿真策略決定仿真模型的結(jié)構(gòu)。事件調(diào)度法建模靈活，應(yīng)用范圍廣，適用于成分相關(guān)性小的系統(tǒng)，但是事件處理子程序和建模工作量大。進程交互法建模直觀，模型接近實際系統(tǒng)，但是其流程控制復(fù)雜，建模靈活性不如事件調(diào)度法。使用事件調(diào)度法來仿真庫存系統(tǒng)，基本事件分類清楚，流程控制簡單，所以首先考慮采用事件調(diào)度法作為ＩＳｉｍ仿真算法基礎(chǔ)，并借鑒進程交互法擴展以下處理功能以滿足實際庫存系統(tǒng)仿真的需要：

    （１）綜合優(yōu)先級設(shè)定，多個不同事件同時發(fā)生的解
結(jié)規(guī)則；

    （２）不同ＦＷ類事件的仿真運行過程狀態(tài)量存儲和費用計算；

    （３）庫存系統(tǒng)控制策略的實現(xiàn)。

    ３．３庫存系統(tǒng)控制策略的實現(xiàn)
    
    實際的庫存系統(tǒng)一般都十分復(fù)雜，為了保證系統(tǒng)的正常運行，需要根據(jù)物資需求及訂購的特點，采取不同的方法來控制系統(tǒng)。具體的庫存策略有以下幾種：
    
    （１）訂貨策略。系統(tǒng)應(yīng)經(jīng)常監(jiān)視倉庫內(nèi)的庫存數(shù)量是否達到訂貨點，并及時提出訂貨要求。所提出的訂貨要求，通常稱為訂貨方式。訂貨方式與供應(yīng)方和倉庫兩方面均有關(guān)，因此在研究倉庫的需求和庫存數(shù)量的基礎(chǔ)上，還要對確定訂貨點和訂貨量的各種策略進行研究。
    
    （２）出庫策略。當(dāng)倉庫貨物需要出庫的時候，選用不同的出庫策略如先入先出、先入后出等，可以對庫存貨物進行調(diào)整管理。
    
    （３）補貨策略。當(dāng)訂貨到達后，倉庫有多個需求方處于缺貨狀態(tài)，則此時需要根據(jù)補貨策略決定補貨順序。此外補貨策略還被應(yīng)用在如下情況，當(dāng)同時到達多個需求而倉庫存貨不能完全滿足所有需求的時候，確定缺貨狀態(tài)的策略。
    
    （４）訂貨方管理策略。當(dāng)一個倉庫中的同種貨物有多個訂貨方的時候，在確定訂貨時候會有多種選擇，此時就應(yīng)該根據(jù)訂貨方管理策略決定最終訂貨方。一般采用的管理策略是優(yōu)先級評價、供應(yīng)水平如訂貨到達時間最短、訂貨費用最少等。
    
    在ＩＳｉｍ實現(xiàn)中，將庫存系統(tǒng)控制策略分成以上四類并綜合考慮。庫存系統(tǒng)首先根據(jù)出庫策略確定庫存量的變更，然后根據(jù)當(dāng)前庫存量和訂貨策略確定是否需要訂貨和訂貨量，如果需要訂貨則根據(jù)訂貨方管理策略確定供應(yīng)方，當(dāng)訂貨到達時有多個缺貨記錄則根據(jù)補貨策略進行補貨。

    ４    ＩＳｉｍ的案例應(yīng)用

    企業(yè)的類型和特點不一樣，庫存管理的目標也不一樣。研究庫存系統(tǒng)的目的一般是要確定或者比較各種庫存策略和庫存結(jié)構(gòu)，如在不同的需求情況下，何時訂貨、訂多少貨為宜、庫存安全量如何確定等。庫存系統(tǒng)的優(yōu)劣常采用“費用（效益）”高低來衡量，庫存系統(tǒng)主要的費用有訂貨費用、倉儲費用和缺貨損失費。庫存系統(tǒng)仿真就是利用仿真方法對庫存系統(tǒng)進行建模，通過仿真運行結(jié)果中的費用指標來對庫存策略和庫存結(jié)構(gòu)進行評價。
 
   下面分別舉例說明ＩＳｉｍ對庫存結(jié)構(gòu)優(yōu)化和庫存策略優(yōu)化兩個實際案例的仿真應(yīng)用。

    ４．１ 應(yīng)用一：優(yōu)化庫存策略的仿真
    
    不同庫存系統(tǒng)策略會產(chǎn)生不同的庫存系統(tǒng)運行結(jié)果。本案例中，研究一個單一產(chǎn)品庫存系統(tǒng)的訂貨策略，采用定點訂貨方式。

    仿真案例中選擇９種訂貨策略，如表３所示（略）。用ＩＳｉｍ對該庫存系統(tǒng)建立仿真模型，然后在不同策略控制下進行仿真并保存系統(tǒng)費用，最終根據(jù)９種策略控制下的仿真結(jié)果優(yōu)化庫存策略。優(yōu)化目標選為總費用最低。
    
    通過仿真運行，得出如表４所示的結(jié)果。從上述仿真結(jié)果表明，當(dāng)ｓ＝２０，Ｓ＝８０時，庫存平均總費用最低，因此宜采用這種庫存策略。
    
    仿真分析提供了最佳的庫存控制策略。
    
    本案例是選擇定點訂貨策略下的（ｓ，Ｓ）確定訂貨量的庫存模型進行庫存策略優(yōu)化仿真的。用戶也可以利用ＩＳｉｍ針對其他的庫存模型進行不同庫存策略優(yōu)化仿真。

    ４．２ 應(yīng)用二、：優(yōu)化庫存結(jié)構(gòu)的仿真
    
    案例是某合資塑料管制造企業(yè)。該企業(yè)作為汽車企業(yè)的配件供應(yīng)方處于汽車生產(chǎn)供應(yīng)鏈的上游。企業(yè)現(xiàn)行的庫存系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖３左邊所示。在市場競爭相當(dāng)激烈的形勢下，企業(yè)不得不為下游用戶設(shè)立眾多庫房網(wǎng)點如Ｗ－ＲＱ、Ｗ－ＸＦ、Ｗ－ＬＺ作為汽車企業(yè)的廠外倉庫，分散在駐外庫房中的產(chǎn)成品庫存居高不下是企業(yè)庫存控制的最大問題。企業(yè)希望能對現(xiàn)行庫存系統(tǒng)進行改進，如圖３右邊所示，將目前的駐外倉庫合并為一個物流配送中心。
    
    究竟改進后的方案效果如何，我們對其進行了仿真分析。
    
    首先對企業(yè)進行調(diào)研，收集相應(yīng)的數(shù)據(jù)，進而建立系統(tǒng)模型，然后利用ＩＳｉｍ對現(xiàn)行庫存系統(tǒng)和改進后的庫存系統(tǒng)進行仿真。企業(yè)本身的產(chǎn)品數(shù)量類型很多（１０００種左右），表５中的數(shù)據(jù)只選取一類產(chǎn)品的費用結(jié)果。現(xiàn)行系統(tǒng)和改進后的系統(tǒng)中的供應(yīng)方、倉庫、需求方屬性和庫存策略控制是相同的，仿真結(jié)果數(shù)據(jù)如表５所示。
 
    從數(shù)據(jù)結(jié)果可以看到，改進后的庫存系統(tǒng)費用遠遠低于現(xiàn)行系統(tǒng)，而在分類屬性中可以明顯發(fā)現(xiàn)，改進后保管費用的降低是總費用降低的主要原因。分析模型結(jié)構(gòu)和比較仿真數(shù)據(jù)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)行系統(tǒng)的三個倉庫改進后合并成為一個倉庫，會很大程度的減少積壓庫存，因此會帶來保管費用的降低。因此庫存系統(tǒng)的改進效果是很明顯的。
    
    以上兩個案例分別說明了庫存系統(tǒng)仿真技術(shù)在庫存結(jié)構(gòu)優(yōu)化和庫存策略優(yōu)化中的應(yīng)用效果。目前ＩＳｉｍ系統(tǒng)已通過了實驗室測試和實際案例仿真運行。結(jié)果表明ＩＳｉｍ已經(jīng)初步具備完整的仿真功能，可以對庫存系統(tǒng)進行仿真。 我們還將進一步對其功能進行擴展，使其能夠?qū)�供�?yīng)鏈多種復(fù)雜庫存系統(tǒng)進行模擬與分析，為供應(yīng)鏈管理提供有效的分析工具。