［摘  要］ 對(duì)庫存仿真系統(tǒng)的理論和應(yīng)用進(jìn)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���?zhēng)齑娌呗驭爭(zhēng)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?cè)趲齑嫦到y(tǒng)模型、訂貨策略、庫存優(yōu)化等領(lǐng)域進(jìn)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(biāo)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析的。由于實(shí)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(dòng)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(jī)因素的影響，因此我們?cè)谶M(jìn)行庫存系統(tǒng)分析時(shí)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(gè)方面對(duì)庫存系統(tǒng)進(jìn)行研究：
    
    （１）庫存系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)與可靠性分析：在系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)后，通過對(duì)規(guī)劃設(shè)計(jì)的系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真分析，對(duì)規(guī)劃方案的優(yōu)劣做出評(píng)價(jià)，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整和修改，減少系統(tǒng)實(shí)施的風(fēng)險(xiǎn)。
    
    （２）物料庫存的控制：通過對(duì)物流系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的庫存系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行仿真，動(dòng)態(tài)地模擬出入庫、出庫及庫存水平的實(shí)際狀況，有利于實(shí)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(shí)機(jī)和數(shù)量。
    
    （３）庫存成本的評(píng)估：庫存系統(tǒng)的流程是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過程，系統(tǒng)仿真技術(shù)通過對(duì)整個(gè)庫存過程的模擬，準(zhǔn)確便捷地計(jì)算出庫存系統(tǒng)的成本，同時(shí)也可以建立起庫存成本控制與物流規(guī)劃、庫存管理與運(yùn)輸策略之間的聯(lián)系。
    
    我們通過對(duì)國內(nèi)著名企業(yè)的調(diào)研與分析，針對(duì)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(biāo)，設(shè)計(jì)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(yùn)用設(shè)計(jì)開發(fā)的仿真軟件分別對(duì)庫存結(jié)構(gòu)優(yōu)化和庫存策略優(yōu)化兩個(gè)實(shí)際案例進(jìn)行仿真，得到了較滿意的結(jié)果。

    ２    國外先進(jìn)仿真軟件應(yīng)用概況

    從２０世紀(jì)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(shí)技術(shù)的長足進(jìn)展，開發(fā)出了一些功能強(qiáng)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(jì)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(diǎn)和應(yīng)用實(shí)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(jī)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(jī)變量的輸入存儲(chǔ)、產(chǎn)生和調(diào)用；
    
    （４）仿真算法核心，包括仿真鐘推進(jìn)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(jì)；

   （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(jì)算機(jī)、系統(tǒng)工程、自動(dòng)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(yùn)行速度、存儲(chǔ)容量、面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)（ＯＯＤ）、可視化（Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ）與圖形界面、開放數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（ＯＤＢＣ）以及對(duì)象連接與嵌入（ＯＬＥ）等方面皆取得了巨大進(jìn)展，對(duì)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(jì)算機(jī)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(diǎn)

    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(diǎn)。

    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(gè)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(bǔ)充庫存量。由于需求和訂貨的不斷發(fā)生，庫存量呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)分布。庫存系統(tǒng)基本的系統(tǒng)單元?jiǎng)澐挚梢匀鐖D１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(gè)基本單元。三個(gè)基本單元組成了單階庫存系統(tǒng)。多個(gè)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(shí)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(jì)算機(jī)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(jìn)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(shí)體單元；

    （２）設(shè)置單元屬性，如點(diǎn)擊倉庫單元，則出現(xiàn)對(duì)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(gè)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(duì)話框②選擇貨物，則此時(shí)選擇的邏輯關(guān)系唯一，點(diǎn)擊會(huì)彈出相應(yīng)的邏輯關(guān)系屬性對(duì)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(gè)較為復(fù)雜的離散事件系統(tǒng)中，一般都存在諸多的實(shí)體，這些實(shí)體之間相互聯(lián)系，相互影響，然而其活動(dòng)的發(fā)生卻統(tǒng)一在同一時(shí)間基上，仿真策略就是研究采用何種方法推進(jìn)仿真鐘，建立起各類實(shí)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(jìn)程交互法。事件調(diào)度法用事件的觀點(diǎn)來描述系統(tǒng)，進(jìn)程交互法采用進(jìn)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(jìn)程交互法建模直觀，模型接近實(shí)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(jiǎn)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(jìn)程交互法擴(kuò)展以下處理功能以滿足實(shí)際庫存系統(tǒng)仿真的需要：

    （１）綜合優(yōu)先級(jí)設(shè)定，多個(gè)不同事件同時(shí)發(fā)生的解
結(jié)規(guī)則；

    （２）不同ＦＷ類事件的仿真運(yùn)行過程狀態(tài)量存儲(chǔ)和費(fèi)用計(jì)算；

    （３）庫存系統(tǒng)控制策略的實(shí)現(xiàn)。

    ３．３庫存系統(tǒng)控制策略的實(shí)現(xiàn)
    
    實(shí)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(yùn)行，需要根據(jù)物資需求及訂購的特點(diǎn)，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(dá)到訂貨點(diǎn)，并及時(shí)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(duì)確定訂貨點(diǎn)和訂貨量的各種策略進(jìn)行研究。
    
    （２）出庫策略。當(dāng)倉庫貨物需要出庫的時(shí)候，選用不同的出庫策略如先入先出、先入后出等，可以對(duì)庫存貨物進(jìn)行調(diào)整管理。
    
    （３）補(bǔ)貨策略。當(dāng)訂貨到達(dá)后，倉庫有多個(gè)需求方處于缺貨狀態(tài)，則此時(shí)需要根據(jù)補(bǔ)貨策略決定補(bǔ)貨順序。此外補(bǔ)貨策略還被應(yīng)用在如下情況，當(dāng)同時(shí)到達(dá)多個(gè)需求而倉庫存貨不能完全滿足所有需求的時(shí)候，確定缺貨狀態(tài)的策略。
    
    （４）訂貨方管理策略。當(dāng)一個(gè)倉庫中的同種貨物有多個(gè)訂貨方的時(shí)候，在確定訂貨時(shí)候會(huì)有多種選擇，此時(shí)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(jí)評(píng)價(jià)、供應(yīng)水平如訂貨到達(dá)時(shí)間最短、訂貨費(fèi)用最少等。
    
    在ＩＳｉｍ實(shí)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(dá)時(shí)有多個(gè)缺貨記錄則根據(jù)補(bǔ)貨策略進(jìn)行補(bǔ)貨。

    ４    ＩＳｉｍ的案例應(yīng)用

    企業(yè)的類型和特點(diǎn)不一樣，庫存管理的目標(biāo)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(shí)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(fèi)用（效益）”高低來衡量，庫存系統(tǒng)主要的費(fèi)用有訂貨費(fèi)用、倉儲(chǔ)費(fèi)用和缺貨損失費(fèi)。庫存系統(tǒng)仿真就是利用仿真方法對(duì)庫存系統(tǒng)進(jìn)行建模，通過仿真運(yùn)行結(jié)果中的費(fèi)用指標(biāo)來對(duì)庫存策略和庫存結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)價(jià)。
 
   下面分別舉例說明ＩＳｉｍ對(duì)庫存結(jié)構(gòu)優(yōu)化和庫存策略優(yōu)化兩個(gè)實(shí)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(huì)產(chǎn)生不同的庫存系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果。本案例中，研究一個(gè)單一產(chǎn)品庫存系統(tǒng)的訂貨策略，采用定點(diǎn)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(duì)該庫存系統(tǒng)建立仿真模型，然后在不同策略控制下進(jìn)行仿真并保存系統(tǒng)費(fèi)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(biāo)選為總費(fèi)用最低。
    
    通過仿真運(yùn)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(shí)，庫存平均總費(fèi)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(diǎn)訂貨策略下的（ｓ，Ｓ）確定訂貨量的庫存模型進(jìn)行庫存策略優(yōu)化仿真的。用戶也可以利用ＩＳｉｍ針對(duì)其他的庫存模型進(jìn)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)相當(dāng)激烈的形勢(shì)下，企業(yè)不得不為下游用戶設(shè)立眾多庫房網(wǎng)點(diǎn)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(duì)現(xiàn)行庫存系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，如圖３右邊所示，將目前的駐外倉庫合并為一個(gè)物流配送中心。
    
    究竟改進(jìn)后的方案效果如何，我們對(duì)其進(jìn)行了仿真分析。
    
    首先對(duì)企業(yè)進(jìn)行調(diào)研，收集相應(yīng)的數(shù)據(jù)，進(jìn)而建立系統(tǒng)模型，然后利用ＩＳｉｍ對(duì)現(xiàn)行庫存系統(tǒng)和改進(jìn)后的庫存系統(tǒng)進(jìn)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(fèi)用結(jié)果。現(xiàn)行系統(tǒng)和改進(jìn)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(jìn)后的庫存系統(tǒng)費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(jìn)后保管費(fèi)用的降低是總費(fèi)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(gè)倉庫改進(jìn)后合并成為一個(gè)倉庫，會(huì)很大程度的減少積壓庫存，因此會(huì)帶來保管費(fèi)用的降低。因此庫存系統(tǒng)的改進(jìn)效果是很明顯的。
    
    以上兩個(gè)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(shí)驗(yàn)室測(cè)試和實(shí)際案例仿真運(yùn)行。結(jié)果表明ＩＳｉｍ已經(jīng)初步具備完整的仿真功能，可以對(duì)庫存系統(tǒng)進(jìn)行仿真。 我們還將進(jìn)一步對(duì)其功能進(jìn)行擴(kuò)展，使其能夠?qū)�供�?yīng)鏈多種復(fù)雜庫存系統(tǒng)進(jìn)行模擬與分析，為供應(yīng)鏈管理提供有效的分析工具。