［摘 要］ 對庫存仿真系統的理論和應用進行研究，介紹了我們開發的專用于庫存系統仿真的軟件ＩＳｉｍ（Ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ Ｓｙｓｔｅｍ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｐａｃｋａｇｅ），舉例說明了仿真系統在庫存控制中的應用。
［關鍵詞］ 系統仿真仿真軟件庫存策略庫存結構
１ 引言
分析庫存問題建立合理的庫存水平，一直是廣受關注的課題。研究者們在庫存系統模型、訂貨策略、庫存優化等領域進行了大量工作。常用的庫存系統分析方法可以分為解析方法和仿真方法兩類。解析方法是根據設定的目標函數和約束條件，采用數學規劃或者啟發式算法來對系統進行分析的。由于實際庫存系統的模型結構復雜，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的動態響應，并符合人們的思維習慣，有助于系統分析，有利于解決隨機因素的影響，因此我們在進行庫存系統分析時選擇了系統仿真方法。
應用系統仿真技術，主要可以在以下幾個方面對庫存系統進行研究：
（１）庫存系統的規劃設計與可靠性分析：在系統規劃設計后，通過對規劃設計的系統模型進行仿真分析，對規劃方案的優劣做出評價，及時進行調整和修改，減少系統實施的風險。
（２）物料庫存的控制：通過對物流系統各個環節的庫存系統狀態進行仿真，動態地模擬出入庫、出庫及庫存水平的實際狀況，有利于實現庫存系統的合理控制，科學地掌握入庫和出庫的時機和數量。
（３）庫存成本的評估：庫存系統的流程是一個復雜的動態過程，系統仿真技術通過對整個庫存過程的模擬，準確便捷地計算出庫存系統的成本，同時也可以建立起庫存成本控制與物流規劃、庫存管理與運輸策略之間的聯系。
我們通過對國內著名企業的調研與分析，針對目前制造企業庫存控制存在的主要問題制定了庫存系統仿真的目標，設計了庫存系統仿真軟件的總體方案與模塊結構，開發研制了庫存系統仿真軟件的基本模塊，運用設計開發的仿真軟件分別對庫存結構優化和庫存策略優化兩個實際案例進行仿真，得到了較滿意的結果。
２ 國外先進仿真軟件應用概況
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２。近２０年來，由于建模方法、可視化編程和虛擬現實技術的長足進展，開發出了一些功能強大、建模直觀方便的仿真軟件。我國的仿真研究和應用開始于２０世紀５０年代，近年來在供應鏈管理、企業生產作業控制、物流系統分析等方面得到了成功應用。在表１中，比較了一些仿真軟件的特點和應用實例。
比較分析現有的仿真軟件，總結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）系統模型的建立，單元屬性參數和邏輯定義，并保存為模型文件；
（３）隨機變量的輸入存儲、產生和調用；
（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）數據分析和統計；
（７）仿真結果輸出。
近期，仿真軟件（包括仿真語言）充分吸收了仿真方法學、計算機、系統工程、自動控制、人工智能等技術的新成果，從而得到很大的發展。在運行速度、存儲容量、面向對象的設計（ＯＯＤ）、可視化（Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ）與圖形界面、開放數據結構（ＯＤＢＣ）以及對象連接與嵌入（ＯＬＥ）等方面皆取得了巨大進展，對系統仿真技術亦相應地產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的集成性等問題的面向對象的可視化仿真技術與系統便隨之產生。
３ ＩＳｉｍ的特點
ＩＳｉｍ是我們專門研制開發的用于供應量的庫存系統仿真軟件。ＩＳｉｍ具有以下特點。
３．１采用三種基本單元描述庫存系統
在供應量的庫存系統中，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，就需要訂貨來補充庫存量。由于需求和訂貨的不斷發生，庫存量呈現動態分布。庫存系統基本的系統單元劃分可以如圖１所示，分為供應方、倉庫、需求方三種基本單元。
供應鏈上的庫存系統雖然很復雜，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。多個單階庫存系統又可以組成多階的庫存系統，從而可以描述任意復雜的供應鏈上的庫存系統。在ＩＳｉｍ中通過基本建模單元和屬性定義可以將實際的復雜庫存系統模型結構和邏輯關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參數結合的方式進行系統建模，以滿足復雜的庫存系統建模要求：
（１）新建倉庫、供應方、需求方三類基本實體單元；
（２）設置單元屬性，如點擊倉庫單元，則出現對話框①，定義與倉庫有關屬性；
（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，同一邏輯關系與起始單元和相關貨物單元有關，如從Ｓｉｎｔｅｒ到Ｗｃｏｍｐｕｔｅｒ的邏輯關系只與貨物Ｆｉｎｔｅｒ相關，而從Ｗｃｏｍｐｕｔｅｒ到Ｒｂｅｉｊｉｎｇ的邏輯關系則與Ｆｉｎｔｅｒ和Ｆｈｐ有關；
（４）從對話框②選擇貨物，則此時選擇的邏輯關系唯一，點擊會彈出相應的邏輯關系屬性對話框③，輸入參數即可。
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采用事件調度法作為仿真算法
在一個較為復雜的離散事件系統中，一般都存在諸多的實體，這些實體之間相互聯系，相互影響，然而其活動的發生卻統一在同一時間基上，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系。目前常用的仿真策略是事件調度法（Ｅｖｅｎｔ Ｓｈｅｄｕｌｉｎｇ Ａｐｐｒｏａｃｈ）和進程交互法。事件調度法用事件的觀點來描述系統，進程交互法采用進程描述系統，兩種方法各有優劣。
仿真策略決定仿真模型的結構。事件調度法建模靈活，應用范圍廣，適用于成分相關性小的系統，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，但是其流程控制復雜，建模靈活性不如事件調度法。使用事件調度法來仿真庫存系統，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度法作為ＩＳｉｍ仿真算法基礎，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仿真的需要：
（１）綜合優先級設定，多個不同事件同時發生的解
結規則；
（２）不同ＦＷ類事件的仿真運行過程狀態量存儲和費用計算；
（３）庫存系統控制策略的實現。
３．３庫存系統控制策略的實現
實際的庫存系統一般都十分復雜，為了保證系統的正常運行，需要根據物資需求及訂購的特點，采取不同的方法來控制系統。具體的庫存策略有以下幾種：
（１）訂貨策略。系統應經常監視倉庫內的庫存數量是否達到訂貨點，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。訂貨方式與供應方和倉庫兩方面均有關，因此在研究倉庫的需求和庫存數量的基礎上，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整管理。
（３）補貨策略。當訂貨到達后，倉庫有多個需求方處于缺貨狀態，則此時需要根據補貨策略決定補貨順序。此外補貨策略還被應用在如下情況，當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，確定缺貨狀態的策略。
（４）訂貨方管理策略。當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，此時就應該根據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先級評價、供應水平如訂貨到達時間最短、訂貨費用最少等。
在ＩＳｉｍ實現中，將庫存系統控制策略分成以上四類并綜合考慮。庫存系統首先根據出庫策略確定庫存量的變更，然后根據當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訂貨方管理策略確定供應方，當訂貨到達時有多個缺貨記錄則根據補貨策略進行補貨。
４ ＩＳｉｍ的案例應用
企業的類型和特點不一樣，庫存管理的目標也不一樣。研究庫存系統的目的一般是要確定或者比較各種庫存策略和庫存結構，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。庫存系統的優劣常采用“費用（效益）”高低來衡量，庫存系統主要的費用有訂貨費用、倉儲費用和缺貨損失費。庫存系統仿真就是利用仿真方法對庫存系統進行建模，通過仿真運行結果中的費用指標來對庫存策略和庫存結構進行評價。
下面分別舉例說明ＩＳｉｍ對庫存結構優化和庫存策略優化兩個實際案例的仿真應用。
４．１ 應用一：優化庫存策略的仿真
不同庫存系統策略會產生不同的庫存系統運行結果。本案例中，研究一個單一產品庫存系統的訂貨策略，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費用，最終根據９種策略控制下的仿真結果優化庫存策略。優化目標選為總費用最低。
通過仿真運行，得出如表４所示的結果。從上述仿真結果表明，當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化仿真。
４．２ 應用二、：優化庫存結構的仿真
案例是某合資塑料管制造企業。該企業作為汽車企業的配件供應方處于汽車生產供應鏈的上游。企業現行的庫存系統結構如圖３左邊所示。在市場競爭相當激烈的形勢下，企業不得不為下游用戶設立眾多庫房網點如Ｗ－ＲＱ、Ｗ－ＸＦ、Ｗ－ＬＺ作為汽車企業的廠外倉庫，分散在駐外庫房中的產成品庫存居高不下是企業庫存控制的最大問題。企業希望能對現行庫存系統進行改進，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。
首先對企業進行調研，收集相應的數據，進而建立系統模型，然后利用ＩＳｉｍ對現行庫存系統和改進后的庫存系統進行仿真。企業本身的產品數量類型很多（１０００種左右），表５中的數據只選取一類產品的費用結果。現行系統和改進后的系統中的供應方、倉庫、需求方屬性和庫存策略控制是相同的，仿真結果數據如表５所示。
從數據結果可以看到，改進后的庫存系統費用遠遠低于現行系統，而在分類屬性中可以明顯發現，改進后保管費用的降低是總費用降低的主要原因。分析模型結構和比較仿真數據結果可以發現，現行系統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仿真技術在庫存結構優化和庫存策略優化中的應用效果。目前ＩＳｉｍ系統已通過了實驗室測試和實際案例仿真運行。結果表明ＩＳｉｍ已經初步具備完整的仿真功能，可以對庫存系統進行仿真。 我們還將進一步對其功能進行擴展，使其能夠對供應鏈多種復雜庫存系統進行模擬與分析，為供應鏈管理提供有效的分析工具。
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