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研究了基于服务水平约束的提前期内需求分布函数未知和可控提前期对订货批量敏感条件下的两级库存优化问题。首先建立了该问题的基本模型,在相关分析基础上采用Minimax方法将原问题的求解进行了有效转化,进而分析了服务水平约束对订货批量决策和生产批量决策的影响,给出了最优订货批量和生产批量解的范围。根据最优订货批量和生产批量解的汜a4-围,给出了转化后问题的求解-g法和步骤。在数例分析中,应用上述方法求出了两级库存的最优解,并分析了服务水平和安全因子对两级库存最优值的影响和作用。结果显示,在服务水平@#c-k-因
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基于服务水平约束的可控提前期批量敏感的两级库存优化模型一一一丑文亚
单
1
日源、
李
果
基于服务水平约束的可控提前期
批量敏感的两级库存优化模型
丑文亚
1
羊
3
日源
l
李
采
2
1.湖南大学,长沙,
410082
2.
北京理工大学,北京,
100081
摘要:研究了基于服务水平约束的提前期内需求分布函数未知和可控提前期对订货批量敏感条件
下的两级库存优化问题。首先建立了该问题的基本模型,在相关分析基础上采用
Minimax
方法将原问
题的求解进行了有效转化,进而分析了服务水平约束对订货批量决策和生产批量决策的影响,给出了最
优订货批量和生产批量解的范围。根据最优订货批量和生产批量解的范围,给出了转化后问题的求解
算法和步骤。在数例分析中,应用上述方法求出了两级库存的最优解,并分析了服务水平和安全因子对
两级库存最优值的影响和作用。结果显示,在服务水平和安全因子的双重约束下,两级库存成本最优值
受服务水平和安全因子两者中设直要求较高者的约束。
关键词:服务水平约束;安全因子;可控提前期;批量敏感;两级库存
中图分类号:
F273. 7
文章编号
:1004--132X(2010)21--2595
一
-08
Two-Echelon
Inventory
Model
with
Service Level
Constraint
and
Controllable
Lead
Time
Sensitive
to
Order
Quantity
Chou
Wenya
1
Shan
Miyuan
1
Li
Gu0
2
1.
Hunan
University
,
Changsha
, 410082
2.
Beijing
Institute
of
Technology
, Beijing, 100081
Abstract:
Two-
echelon
inventory
problem
with
service
level
constraint
and
unknown
distribu
tion
function
was
analyzed
when
controllable
lead
time
was
sensitiv
巳
to
order
quantity.
First
the
basic
model
of
this
problem
was
established
and
based
on
relevant
analyses
the
original
problem
could
be
changed
by
Minimax
method.
Then
the
optimal
order
quantity
and
production
quantity
influenced
by
service
level
constraint
were
analyzed
and
range
of
optimal
order
quantity
and
production
quantity
were
given.
According
to
this
range
,
an
effective
method
and
tactics
were
put
forward
to
solve
the
changed
problem.
In
case
analysis
,
the
optimal
two-
echelon
inventory
can
be
obtained
and
it
was
an-
alyzed
how
service
level
constraint
and
safety
factor
infl
uence
the
optimal
two
-
echelon
inventory.
Th
巳
case
results
show
that
with
the
service
level
constraint
and
safety
factor
,
the
optimal
two-eche-
lon
inventory
is
constrained
by
the
higher
constraint
between
service
level
constraint
and
safety
facto
r.
Key
words:
service
level
constraint;
safety
factor;
controllable
lead
time;
sensitive
to
order
quan-
tity;
two-
echelon
inventory
O
引言
提前期是库存管理中需要考虑的一个重要因
素,它指从下游发出订单到收到上游供货的时间
间隔,其通常由订单准备、订单递送、供货商提前
期、交货期和准备期等部分构成。近年来由于准
时制生产
(j
ust
in
time
,
JIT)
技术在日本企业的成
功运用和基于时间竞争的运作方式成为主要竞争
模式,越来越多的企业意识到提前期的缩短将会
提高有效客户反应
(ECR)
能力和企业竞争力,因
此提前期可控的库存管理问题引起了很多学者的
关注。
收稿日期
:2010-01-28
基金项目:国家高技术研究发展计划(
863
计划)资助项目
(2006A
A0
4Z153)
;国家自然科学基金资助项目
(70971036
,
70672040)
Liao
等
[IJ
最早将提前期分为多个操作时段,
在假定每个时段内提前期可缩短时间和成本为线
性关系条件下,求解了使得总成本最低的提前期。
Ben-Daya
等
[2J
在文献[1
J
的基础上,考虑在无缺
货情况下,进一步将订货批量作为决策变量。
Ouyang
等
[3J
在研究中也将订货批量作为决策变
量,且考虑了缺货回补和缺货损失的情况。
Moon
等川、
Hariga
等
[5J
进一步拓展了文献
[3J
的模型,
考虑通过对订货批量、订货点和提前期的决策使
得一个连续性库存系统年总成本最低。基于文献
口号
J
,文献
[6-14J
从不同角度对可控提前期的问
题进行了研究。
上述研究主要基于以下假设:①提前期内需
求服从正态分布;②可控提前期成本是分段且固
定的,与订货批量无关。但事实上,在供应链的实
•
2595
•
-
际运作过程中:①提前期内的需求均值和方差往
往是可知的,但分布函数却很难确定,因此假设提
前期内需求服从正态分布虽可简化模型,但该假
设并不具有普遍性;②在提前期的构成时段中,大
多数时段的提前期单位时间压缩成本不仅有固定
部分,而且存在变动部分,这些变动部分是对订货
批量敏感的
[8
,
15J
。
另外,在基于可控提前期的库存管理实际运
作中,服务水平是管理者经常要考虑的问题。在
全球竞争日趋激烈、产品多样化和替代程度日益
加深的情况下,较少地考虑服务水平可能会造成
频繁的缺货,最终导致顾客流失,甚至造成顾客转
移到竞争对手那里,所以企业缺货的代价很大。
因此如何在保证一定服务水平的条件下,优化库
存决策非常具有现实意义。然而在可控提前期的
库存优化上,考虑服务水平约束的研究并不多见。
Chu
等问]和
Liang
等
[17J
研究了服务水平约束对
订货批量的影响及可控提前期库存优化问题,但
他们都假设可控提前期成本是分段且固定的。
本文在文献
[16-17J
基础上研究了提前期内
需求分布函数未知和可控提前期对批量敏感的两
级库存优化问题,重点考虑下列三个问题:①服务
水平约束对订货批量决策和生产批量决策的影响
及其求解优化问题;②基于服务水平约束的两级
库存优化求解方法与算法;③服务水平和安全因
子对两级库存最优值的影响和比较。
1
模型假设与参数设置
考虑一个单制造商一单批发商的周期性连续
补货库存系统。批发商面临的需求随机,其采用
连续检查的
(Q
,
r)
策略,当库存水平小于订货点
r
时,其向制造商发出
Q
单位的订货批量,批发商
每次订货成本为
5
,制造商每次生产准备成本为
A
,
生产率为
P
。由于生产准备成本的存在,制造
商会一次生产
mQ
件产品,分
m
次以批量
Q
交
付
[IOJ
。
1.
1
基本假设
(1)批发商单位时间内的顾客需求均值为
μ
,
方差为
σ2
,分布函数未知,其中
μ<<
p
。
(2)
再订购点=提前期内期望需求量+安全
库存量,即
r=
μ
L+k
σ
jL,
其中
,
L
为提前期,走为
安全因子。
(3)
批发商允许缺货,其一个订购周期内期
望缺货量为
B(
吵,则
B(
γ
)=E(x-r)+
,
E(.)
为
数学期望函数
,
(x
-
r)+
=
max(x
-
r
,
O)
。对于
缺货量
B(r)
,
有卢
(0
~卢运1)比例的顾客愿意等
•
2596
中国机械工程第
21
卷第
21
期
2010
年
11
月上半月
到下次到货,
1
一卢比例的顾客流失。
(4)
批发商对愿意等待的顾客实行再订购折
扣策略。假定单位产品的毛边际率为
π
。,单位再
订购产品的价格折扣量为几
(0
<ι
《
π
。)
,决策
变量卢的大小与
πz
线性相关,即卢=件,其中
"0
卢。
(0ζ
卢《品
ζ
1)为愿意等待补货顾客的最大
比例。
(5)
提前期压缩的单位成本对批量敏感。对
于提前期的第
z
个Ci=1,
2
,…
,
n)
组成部分,提前
期压缩的单位成本为
Ci
,
Ci
ai
十
biQ
,
其中,
ai(ai>O)
为固定成本
,
b
i
(b
i
>
0)
为单位变动成
本。令
j
(i
手
j)
表示提前期中不同于
i
的另一个
组成部分,其提前期压缩的单位成本为句,
Cj
向
+bjQ
,
其中
,
aj
<ai
,b
J
>
仇。令
cz=CJ
时的订
货批量为
Q'
。对于不同的单位压缩成本,最多有
n(n-
1)
/2
个交点。令
Q~
<
Qî
<
Qz
<…<
Q~
<
Q~I'
其中
Q~
= 0
,
Q~+I
→∞
,
m
~η
(n
-
1)
/2
。对于任意的订货批量区间
(Q:
,
Q;+I)'
令
cz
对应区间的单位提前期压缩成本大小按
CI
~
C2
…
ζ
C
n
排列
[15J
。
(6)
提前期
L
的每个组成部分最短持续时间
为
tJ
,正常持续时间为
T
j
0
Li
表示前1,
2
,…,
i
个
组成部分被缩短到的最短时间,记为
Li=~
飞
1~1
~(飞
叭则缩短提前期的成本为
C(L
,
Q)
,
J=l
C(L
,
Q)
=
(ai
+
biQ)(L
i
-
1
-
L)十三
:(GJ+
岛
Q)(T
〉
-tJ)
,其中
,
L
ε
[Li
,
Li-1J
,
j=
1,2,
…,
l
。
1.
2
其他参数设置
A
为制造商每次生产的准备成本
;5
为批发
商每次订货固定成本;儿为制造商单位零部件库
存持有成本
;hw
为批发商单位零部件库存持有成
本
;α
为服务水平系数
;ETC
w
为批发商单位时间
的期望总成本
;EHC
w
为批发商单位时间期望库
存成本
;EOC
w
为批发商单位时间的期望订货成
本
;E5C
w
为批发商单位时间的期望缺货成本
;EC
为提前期压缩的单位时间期望成本
;ETC
m
为制
造商单位时间的期望总成本
;EHC
m
为制造商单
位时间的期望库存成本
;E5C
m
为制造商单位时
间的期望生产准备成本
;]ETC
为批发商和制造
商单位时间的联合期望总成本。
2
模型的建立
本文将从批发商系统和制造商系统的整体角
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