基于系統動力學模型的庫存控制機理研究

基于系統動力學模型的庫存控制機理研究

基于系統動力學模型的庫存控制機理研究

桂壽平 朱強 呂英俊 桂程飛

摘要  應用系統動力學的原理和方法分析了庫存控制系統。建立了庫存控制系統動力學模型，利用軟件提供的模擬環境，對模型進行了運行和結果分析。

關鍵詞  系統動力學；庫存；SD模型

 

1       

前言

 

物資流通的經濟效益是提高全社會經濟效益的一個重要因素。一般來說庫存物資過多會影響企業的經濟效益，由于物價波動及存在的某些物資短缺，許多企業在不同程度上對一些關鍵物資作合理存儲。一般說來，物資供應保證率與庫存物資的數量成正比。但是，庫存物資過多，卻影響企業的經濟效益。因此確定合理的庫存量對保證物資供應和提高企業的經濟效益有著重要的影響。

本文利用系統動力學的定性分析和定量分析相結合的原理和方法建立庫存控制系統的模型，并以計算機為工具，進行仿真試驗和計算。所獲得的信息被用來分析和研究系統的結構和行為，為正確決策提供科學的依據。

 

2        庫存控制模型的系統動力學仿真程序框架圖

 

庫存控制模型的系統動力學仿真程序框圖如圖1所示。根據仿真程序框架圖，可知系統動力學的仿真實驗過程如下：

1）確定系統目標：主要包括預測系統的期望狀態、觀測系統的特征、找出系統中的問題所在、描述與問題有關的系統狀態、劃定問題的范圍和邊界、選擇適當的變量等。

2 ）分析系統中的因果關系：描述問題的有關因素、解釋各因素間的內在關系、畫出因果關系圖、隔離和分析反饋環路及它們的作用。

3）建立系統動力學模型：建立流圖、構造DYANAMO語言方程式。

4）計算機模擬：將 DYANAMO

語言方程式和原始數據及相關數據 (變量 )在計算機上多方案模擬實驗，得出結果，繪制結果曲線圖，修改程序(方程式 )，調整數據 (變量 )，進行反復模擬實驗。

5）分析結果：通過對結果的分析，不僅可發現系統的構造錯誤和缺陷，而且還可找出錯誤和缺陷的原因。根據結果分析情況，確定是否對模型進行修正，然后再做仿真實驗，直至得到滿意的結果為止。

圖1 系統動力學程序框圖

 

3        庫存控制系統動力學模型的建立

 

從庫存控制系統的因果關系圖可以得到系統中各個部分相互影響的基本關系，便于對整個系統的發展情況有一大致的了解。圖2庫存控制模型的因果關系圖。

圖中帶箭頭的的線段為因果鏈（Link），表明了兩個要素的因果關系。加了正負符號的因果鏈可以表明相互影響的性質，正號表明箭頭指向的變量將隨箭頭源發的變量的增加而增加，減少而減少；而負號則表明變量間取與此相反的關系。

圖 2 庫存控制系統的因果關系圖

 

從圖2中可以看到整個模型是一個負反饋環，負反饋環控制環中的變量趨于穩定。正是由于負反饋環的存在，使得庫存控制中避免出現訂貨量的激增導致系統的惡化。

圖2僅是描述了反饋結構的基本方面，不能表示不同性質變量的區別，必須進一步運用流圖來表示。通過庫存控制模型的因果關系圖可畫出它的流圖（見圖3）。

圖 3 庫存控制系統流圖

 

本模型中共有變量19個，其中水平變量2個，速率變量3個，輔助變量6個，常數7個，自定義變量1個。相應的構造方程（DYNAMO語言方程，在軟件vensim上運行）如下：

庫存＝INTEG（進貨速率－發貨速率）×時間間隔＋初始庫存；單位：千元。

訂單積壓＝INTEG（訂貨速率－進貨速率）×時間間隔＋初值；單位：千元。

訂貨速率＝庫存調節率＋平均出庫量；單位：千元/天。

進貨速率＝訂貨積壓/延遲時間；單位：千元/天。

發貨速率＝平均出庫量；單位：千元/天。

庫存調節率＝（期望庫存－庫存）/庫存調節時間；單位：千元/天。

期望庫存＝庫存可供天數×CLIP函數；單位：千元。

CLIP函數＝IF THEN ELSE（物價率>常數C，庫存容量決定的最大庫存量，只考慮平均出庫量的期望庫存量）；當物流率大于常數C時，CLIP函數取值為庫存容量決定的最大庫存量，反之取只考慮平均出庫量的期望庫存量。單位：千元/

天。常數C＝0。

物價率是包括物價上漲指數、利率、囤積指數、庫存費用等一些指標。當物價上漲率及囤積指數大于利率和庫存費用時（即物價率>0），說明庫存是越大越好，這時的期望庫存以最大庫存量來決定。反之，以平均出庫量為準可供x天（可以根據實際情況改動）的庫存量作為期望庫存量。

突然出貨需要（Test函數），由階躍函數、斜坡函數、隨機函數之一組成，通過突然出貨量以上面一種函數形式在一定范圍內變化來分析系統其他一些變量受其影響程度。

同樣，可以寫出其他一些變量的DYNAMO方程。

 

4        庫存控制系統的數學描述

 

系統包含狀態變量x₁，x₂

，…x_m；控制變量u₁，u₂，…u_r；輸出變量y₁，y₂，…y_h；系統的動力學特征可用m個一階微分方程組來描述：

                  (i＝1,2, …,m)

輸出特征可表達為：

(j＝1,2, …,h)

令：

分別為狀態向量、控制向量、輸出向量。向量函數分別為：

與

——狀態方程，X∈

R^m，U∈R^r

——輸出方程，Y∈R^h

庫存控制系統是一個有兩個水平變量的負反饋系統（二階負反饋系統）。系統向量形式的動態方程可以寫為：

  L

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