Основные характеристики моделей управления запасами

2.1.1 Основные характеристики моделей управления запасами

Спрос. Спрос на запасаемый продукт может быть детерминированным (в простейшем случае — постоянным во времени) или случайным. Случайность спроса описывается либо случайным моментом спроса, либо случайным объемом спроса в детерминированные или случайные моменты времени.

Пополнение склада. Пополнение склада может осуществляться либо периодически через определенные интервалы времени, либо по мере исчерпания запасов, т. е. снижения их до некоторого уровня.

Объем заказа. При периодическом пополнении и случайном исчерпании запасов объем заказа может зависеть от того состояния, которое наблюдается в момент подачи заказа. Заказ обычно подается на одну и ту же величину при достижении запасом заданного уровня — так называемой.

Время доставки. В идеализированных моделях управления запасами предполагается, что заказанное пополнение доставляется на склад мгновенно. В других моделях рассматривается задержка поставок на фиксированный или случайный интервал времени.

Стоимость поставки. Как правило, предполагается, что стоимость каждой поставки слагается из двух компонент — разовых затрат, не зависящих от объема заказываемой партии, и затрат, зависящих (чаще всего — линейно) от объема партии.

Издержки хранения. В большинстве моделей управления запасами считают объем склада практически неограниченным, а в качестве контролирующей величины служит объем хранимых запасов. При этом полагают, что за хранение каждой единицы запаса в единицу времени взимается определенная плата.

Штраф за дефицит. Любой склад создается для того, чтобы предотвратить дефицит определенного типа изделий в обслуживаемой системе. Отсутствие запаса в нужный момент приводит к убыткам, связанным с простоем оборудования, неритмичностью производства, т. е. не получение прибыли и т. п. Эти убытки в дальнейшем будем называть штрафом за дефицит.

Номенклатура запаса. В простейших случаях предполагается, что на складе хранится запас однотипных изделий или однородного продукта. В более сложных случаях рассматривается многономенклатурный запас.

Структура складской системы. Наиболее полно разработаны математические модели одиночного склада. Однако на практике встречаются и более сложные структуры: иерархические системы складов с различными периодами пополнения и временем доставки заказов, с возможностью обмена запасами между складами одного уровня иерархии и т. п.

В качестве критерия эффективности принятой стратегии управления запасами выступает функция затрат (издержек), представляющая суммарные затраты на хранение и поставку запасаемого продукта (в том числе потери от порчи продукта при хранении и его морального старения, потери прибыли от омертвления капитала и т. п.) и затраты на штрафы.

Управление запасами состоит в отыскании такой стратегии пополнения и расхода запасами, при котором функция затрат принимает минимальное значение.

Рассмотрим простейшие модели управления запасами.

Пусть функции А(t), В(t) и К(t) выражают соответственно пополнение запасов, их расход и спрос на запасаемый продукт за промежуток времени [0, t]. В моделях управления запасами обычно используются производные этих функций по времени а(t), b(t), r(t), называемые соответственно интенсивностями пополнения, расхода и спроса.

Если функции а(t), b(t), r(t) — не случайные величины, то модель управления запасами считается детерминированной, если хотя бы одна из них носит случайный характер — стохастической. Если все параметры модели не меняются во времени, она называется статической моделью, в противном случае — динамической. Статические модели используются, когда принимается разовое решение об уровне запасов материалов на предприятии на определенный период, а динамические модели используют в случае принятия последовательных решений об уровнях запаса или корректировке ранее принятых решений с учетом происходящих изменений на предприятии.

Уровень запаса в момент t определяется основным уравнением запасов:

J(t) = J₀ + A(t) – B(t), (2.1)

где J₀ - начальный запас в момент t = 0;

A(t) – пополнение запасов продукта;

B(t) –расход запасаемого продукта за промежуток времени [0, t];

Уравнение (1) чаще используется в интегральной форме:

 (2.2)

2.1.2 Статическая детерминированная модель без дефицита

Предположение о том, что дефицит не допускается, означает полное удовлетворение спроса на запасаемый продукт, т.е. совпадение функций r(t) и b(t). Пусть общее потребление запасаемого продукта за рассматриваемый интервал времени θ равно N. Простейшая модель, в которой предполагается, что расходование запаса происходит непрерывно с постоянной интенсивностью, то есть b(t) = b. Интенсивность найдем по формуле (2.3):

b = N/θ, (2.3)

гдеN - общее потребление продукта;

θ - время, в течение которого расходуется продукт;

Пополнение заказа происходит партиями одинакового объема, т.е. функция a(t) не является непрерывной: a(t) = 0 при всех t, кроме моментов поставки продукта, когда a(t) = n. Так как интенсивность расхода равна b, то вся партия будет использована за время T, которое находится по формуле (2.4):

T = n/b, (2.4)

гдеn - объем партии;

b - интенсивность расхода;

Если отсчет времени начать с момента поступления первой партии, то уровень запаса в начальный момент равен объему этой партии n, т.е. J(0) = n. Графически уровень запаса в зависимости от времени представлен на рисунке 2.1

Рисунок 2.1 – Уровень запаса в зависимости от времени На временном интервале [0, T] уровень запаса уменьшается по прямой J(t) = n - bt от значения n до нуля. Так как дефицит не допускается, то в момент T уровень запаса мгновенно пополняется до прежнего значения n за счет поступления партии заказа. И так процесс изменения J(t) повторяется на каждом временном интервале продолжительностью Т.

Задача управления запасами состоит в определении такого объема партии n, при котором суммарные затраты на создание и хранение запаса были бы минимальными.

Обозначим суммарные затраты через С, затраты на создание запаса — через С₁, затраты на хранение запаса — через С₂ и найдем эти величины за весь промежуток времени Т .

Пусть затраты на доставку одной партии продукта, не зависимые от объема партии, равны с₁, а затраты на хранение одной единицы продукта в единицу времени — с₂. Так как за время q необходимо запастись N единицами продукта, который доставляется партиями объема n, то число таких партий k равно:

k = N /n = q /T (2.5)

Отсюда получаем

C₁ = c₁k = c₁ N /n(2.6)

Мгновенные затраты хранения запаса в момент времени t равны c₂J(t). Значит, за промежуток времени [0, T] они составят:

 (2.7)

Средний запас за промежуток [0, T] равен nТ/2, т.е. затраты на хранение всего запаса при линейном (по времени) его расходе равны затратам на хранение среднего запаса.

Учитывая периодичность функции J(t) (всего за промежуток времени q будет k=N/n "зубцов", аналогичных рассмотренному на отрезке [0, T]), и формулу (2.5), получаем, что затраты хранения запаса за промежуток времени q равны:

 (2.8)

Нетрудно заметить, что затраты С₁ обратно пропорциональны, а затраты С₂; прямо пропорциональны объему партии n. Функция суммарных затрат определяется по формуле (2.9)

 (2.9)

Графики функций C₁(n) и C₂(n), а также функции суммарных затрат приведены на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 – Графики функций затрат

В точке минимума функции С(n) ее производная равна

С^/(n) = - (c₁N/n²) + (c₂q/2) = 0, (2.10)

откуда объем партии равен:

 (2.11)

или, учитывая формулу (2.3):

 (2.12)

Формула (2.11), называемая формулой Уилсона или формулой наиболее экономичного объема партии, широко используется в экономике. Эта формула может быть получена и другим способом, если учесть, что произведение С₁С₂ = 0,5с₁с₂Nq есть величина постоянная, не зависящая от n. В этом случае, как известно, сумма двух величин принимает наименьшее значение, когда они равны, то есть С₁ = С₂ или

 (2.13)

Из (2.12) следует, что минимум общих затрат задачи управления запасами достигается тогда, когда затраты на создание запаса равны затратам на хранение запаса [10].