库存不精确情形下的鲁棒集成补货、生产控制及分销策略

摘要

完整的生产/库存/分销系统控制通常分为三个主要环节:原材料库存管理、生产控制及分销调度。这三个环节分别包含原材料库存、在制品库存和成品库存。而库存不精确（库存记录与真实库存的不符）在上述三个环节均客观存在。库存不精确给物料需求计划系统和供应链管理系统的运行带来了不利影响，进而带来了成本的增加和收益的减少。因此，本论文将研究一种鲁棒集成补货、生产控制和分销策略来克服库存不精确对生产/库存/分销系统三个主要环节带来的负面影响。本文的主要内容概括如下:
　　1.针对考虑补货时延和库存不精确的原材料库存系统，研究了鲁棒补货问题。该问题以最小化库存成本、缺货成本和物料运输成本为目标。首先给出了用于估计真实库存概率分布的递归算法。在库存水平概率分布的基础上，提出了一种鲁棒再订货时间/再订货量策略（RTQ策略）。文中的理论分析和数值实验结果揭示了如下结论和管理学启示:(1)如果存在不可见的库存损失及由此带来的不精确的库存记录，在经典策略((r，Q)策略，(R，S）策略，(s，S)策略）控制下，将会在有限时间内陷入零服务状态（库存水平以概率1小于或等于零）;如果库存损失的概率分布已知，在所提出的RTQ策略下，即使不进行盘点，系统也不会陷入零服务状态且会保持较高的服务水平;(2)如果库存记录是精确的，则RTQ策略是近似优的，其性能与最优参数下的(r，Q)策略非常接近。(3)为克服库存系统中库存不精确带来的负面影响，除了盘点和部署射频识别设备(RFID)，也可采用鲁棒补货策略，这样不会增加人力或硬件部署和维护的成本。
　　2.针对在制品及成品库存不精确的生产系统，研究了多机器多品种制造系统的鲁棒生产控制问题。该问题以最小化在制品和成品的库存成本以及成品的缺货成本为目标。该问题分以下两步解决:首先，在库存水平精确可知的假设下，根据动态规划原理推导出了简化的最优生产控制策略（简化策略）;基于该控制策略的结构特征和真实库存水平条件概率分布，为克服库存不精确对生产控制的负面影响，提出了一种基于在制品及成品库存水平的条件数学期望的鲁棒生产控制策略（鲁棒策略）。数值仿真实验将简化策略和所提出的鲁棒策略在各自的最优参数下进行了对比。结果表明，鲁棒策略的性能总是优于简化策略。最后对两种策略关于库存误差分布参数、机器故障率等系统参数进行了灵敏度分析。结果表明，在不同的系统参数下，所提出的鲁棒策略都优于简化策略。本问题的研究结果表明，在生产控制中，即使在制品种类多，且数量持续变化难以跟踪，鲁棒控制策略仍能有效减小库存不精确带来的负面影响。
　　3.针对考虑补货时延和库存不精确的分销系统，研究了鲁棒库存路径问题(Inventoryrouting problem，IRP)。与传统IRP问题不同的是，我们考虑了补货时延，而各零售商的补货时延由分销路径决定，因此补货量决策和路径决策相互耦合。为解决此问题，首先研究了库存精确情形下考虑补货时延的IRP问题。以一个供应商两个零售商的简单情形为研究对象，证明了该问题的最优库存路径策略结构为切换曲线类型，状态（零售商的库存位势）空间被切换曲线划分为多个区域，每个区域对应各自的最优补货路线及最优订至点(order-up-to-level)。根据最优策略的结构，针对现实规模的分销系统，提出了一种启发式策略并给出了算例来说明该策略的可行性。其次研究了考虑库存不精确和补货时延的IRP问题。该问题的解决分为三层:路径优化层（产生和优化待选路径），补货量优化层（对每条待选路径，优化补货量），路径评估层（对每条路径的性能指标进行评估）。提出了一种鲁棒再订货时间/阶段长度/再订货量算法来优化补货时间、补货量。最后，提出了一种基于遗传算法的路径决策方法。
　　4.针对考虑库存不精确的补货/生产/分销系统，研究了鲁棒集成补货、生产控制及分销问题。为解决此问题，首先建立了系统完整的数学模型，并在前述工作的基础上构建了集成鲁棒补货/生产/分销控制策略。通过递归估计的未来周期零售终端库存水平的概率分布预测下次配送的时间和所需的配送量，以此作为生产环节下一阶段的生产目标。证明了该种情形的最优生产控制策略为{0，μ}控制，即若开始生产就以最大生产率来生产。在生产环节，使用基于仿真的方法优化最佳生产开始时间和各周期对各种原材料需求的概率分布，以此作为原材料库存控制环节进行原材料补货的依据。数值实验验证了该策略的可行性。通过对库存不精确程度的灵敏度分析，我们发现在该策略的控制下，当各环节库存不精确程度的变化时，虽然控制策略的参数随之变化，但各环节的服务水平保持不变，体现了策略较好的鲁棒性。
　　对于关于库存不精确问题的研究，本文的主要贡献是:(1)将库存不精确情形下的补货问题从现有的报童模型扩展至考虑固定订货成本和补货时延的一般模型，并提出相应的鲁棒再订货点/再订货量策略;(2)研究了在制品及成品库存不精确情形下的生产控制问题，提出了一种基于在制品及库存水平的条件数学期望的鲁棒生产控制策略。(3)研究了分销过程中成品库存不精确情形下的库存路径问题，考虑了分销过程中运输时延不可忽略的现实因素，证明了最优库存路径策略的结构特征，并提出了鲁棒库存路径策略。(4)研究了库存不精确情形下的补货/生产/分销系统的鲁棒集成控制，提出了鲁棒集成补货/生产/分销控制策略。并通过算例验证了其可行性和鲁棒性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 本论文的研究背景及意义

1．2 研究现状及相关研究

1．2．1 库存不精确研究概述

1．2．2 补货策略研究概述

1．2．3 不确定情形下的生产控制与调度研究概述

1．2．4 库存路径问题研究概述

1．2．5 集成生产／库存／分销问题研究概述

1．3 本文的研究内容

第二章 库存不精确情形下的鲁棒补货策略

2．1 引言

2．2 鲁棒补货问题描述

2．3 经典库存策略下的零服务状态

2．4 鲁棒再订货时间／再订货量策略

2．4．1 库存水平的概率分布

2．4．2 RTQ策略补货时间的确定

2．4．3 RTQ策略鲁棒补货量的确定

2．5 仿真研究

2．5．1 库存不精确情形下RTQ策略的性能

2．5．2 库存精确情形下RTQ策略的近优性

2．5．3 关于库存不精确程度的灵敏度分析

2．5．4 关于库存误差参数估计的灵敏度分析

2．5．5 关于盘点周期的灵敏度分析

2．6 本章小结

第三章 库存不精确情形下的鲁棒生产控制策略

3．1 引言

3．2 鲁棒生产控制问题描述

3．3 基于条件期望的鲁棒生产控制策略

3．3．1 库存精确情形下的生产控制策略

3．3．2 考虑库存不精确的鲁棒生产控制策略

3．4 仿真研究

3．4．1 不同Zij下鲁棒生产控制策略的性能

3．4．2 关于库存误差分布参数的灵敏度分析

3．4．3 关于原材料订货提前期的灵敏度分析

3．4．4 关于机器故障率的灵敏度分析

3．5 本章小结

第四章 库存不精确情形下的鲁棒库存路径策略

4．1 引言

4．2 精确库存记录下考虑补货提前期的库存路径策略

4．2．1 考虑补货提前期的库存路径问题模型

4．2．2 考虑补货提前期的IRP最优策略

4．2．3 考虑补货提前期的IRP的Myopic策略

4．2．4 关于所提出Myopic策略的仿真实验

4．3 库存不精确情形下考虑补货提前期的库存路径问题

4．3．1 考虑库存不精确和补货提前期的库存路径问题描述

4．3．2 鲁棒库存路径策略

4．3．3 鲁棒库存路径策略的仿真算例

4．4 本章小结

第五章 库存不精确情形下的集成补货／生产／分销策略

5．1 引言

5．2 库存不精确情形下的补货／生产／分销问题模型

5．3 鲁棒集成补货／生产／分销策略

5．3．1 鲁棒集成策略的基本思想

5．3．2 分销子策略

5．3．3 生产控制子策略

5．3．3 原材料补货子策略

5．3．4 鲁棒集成补货／生产控制／分销策略

5．4 算例研究

5．4．1 策略可行性研究

5．4．2 策略的灵敏度分析

5．5 本章小结

第六章 结束语

6．1 论文工作总结

6．2 论文中有待进一步研究的问题

参考文献

攻读博士学位期间发表、录用或已投出的学术论文

致谢