混杂供应链多级库存控制策略的建模与仿真优化

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多级库存控制是供应链库存管理的主要形式,因其在供应链管理中的重要性而受到国内外学者的广泛关注。以冶金、石化行业为代表的流程工业以其高投入、高成本、高资源占用率等特点,对工业化进程中起到关键作用。流程工业的供应链中含有大量间歇性生产过程,生产时间长,视为订单触发的离散系统;而销售环节中订单随时可达,处理时间相对很短,视为时间连续系统,二者相结合呈现混杂系统(Hybrid system)的特征,是一类具有代表性的供应链模型。到目前为止,各国学者已经对离散制造业供应链进行了广泛研究,理论发展较为成熟,库存控制策略研究内容丰富;而对流程工业的混杂供应链的研究和对其多级库存控制策略的研究成果较少,落后于流程工业的发展状态,与其经济地位不相匹配。与离散制造业相比,流程工业的生产具有大批量间歇性生产的特性,其供货方式对供应链下游企业的影响较为复杂,因而对供应链下游企业的库存控制提出了更高的要求。同时,流程工业混杂供应链与离散制造业供应链一样,都含有大量的不确定因素,使用解析方法已经不能有效地解决供应链多级库存系统中的复杂变化问题,仿真方法是研究它的理想工具。但仿真方法并不是一种优化方法,其不能给出问题的最优解或满意解,需要将仿真与优化技术结合起来,形成基于仿真的优化(Simulation-based Optimization,S BO)方法,才能实现真正意义上的系统优化。本文以流程工业多产品混线生产的供应链为研究背景,建立了混杂供应链多级库存控制系统仿真模型,基于控制工程的方法设计了多种混合库存控制策略,并在此模型基础上应用基于仿真的优化方法分别对基本的多级库存控制决策问题、考虑各种混杂供应链不确定性的多级库存控制决策问题进行了优化研究。具体内容如下:(1)将混杂系统的概念引入供应链库存管理,提出将流程工业企业间歇性的批量生产环节与连续的销售环节相结合,建立混杂供应链的库存控制仿真模型,可以更好的反映供应链企业间的关系,更贴近企业的运营状态。(2)在供应链上游的生产企业,考虑多品种混线生产的问题,分析在各种产品订单同时到达时,订单数量对生产线的排产以及对供货时间的影响,在多级供应链库存控制模型中模拟实现;分析间歇性生产导致的不连续供货特性对下游企业库存控制的影响。(3)将离散制造业多级生产存储系统的Push/Pull/CONWIP策略推广到流程工业的混杂供应链,基于控制工程中系统设计的思想,设计了库存控制的反馈控制策略FBC,将控制理论应用于供应链库存管理,采用比例积分控制算法对库存控制策略进行修正,体现了多学科交叉、多技术综合的特点。(4)考虑我国资源分布不均、地区发展不平衡、运输与需求存在地区差异等特点,分析了混杂供应链的需求不确定性、运输时间不确定性、产能不确定性和需求不平衡性等因素对库存控制的影响;分别采用需求波动方差、偏差平方积分和最大偏差均值三种指标量化了供应链中的需求放大现象,即牛鞭效应;用信息熵量化了混杂供应链的不确定性,综合评估了混杂供应链的服务水平和整体运行的稳定程度。(5)对于供应链和物流系统本身具有的不确定性和动态性,仿真方法能够有效地弥补解析方法处理不确定性和复杂性问题的不足,因此仿真方法在供应链研究中起到越来越重要的作用。将基于仿真的优化方法与遗传算法GA相结合,对各策略的控制参数进行优化,验证并分析了基于仿真的GA方法对优化库存控制策略的可行性和有效性,为供应链企业提供决策依据。与此同时,本文通过案例库的设置和数值积分方法的选择,有效节省了仿真时间,提高了供应链优化的效率。
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