基于Arena的钢铁原材料采购库存优化仿真

伍锦群+曾东波

摘 要 原材料采购库存优化对钢铁企业成本的降低有着重要的意义。本文在分析钢铁企业原材料采购及库存特征的基础上，应用Arena仿真软件，建立了钢铁企业原材料库存仿真模型，模拟钢铁企业接收客户订单和原材料物资采购库存流程。通过实例分析，验证了模型在钢铁企业生产决策中的有效性。

关键词 钢铁企业；原材料库存优化；仿真；Arena软件

中图分类号 TP3 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）163-0165-02

随着基础建设的大力开展，2000年至2007年，我国粗钢产量从1.3亿t增长到4.9亿t，年增长速度达到21.4%。2008年后受到经济不景气的持续影响，粗钢产量增长速度放缓至7%，但由于基数较大，2015年粗钢产量达到8.04亿t，虽然比2014年稍有回落，但是全国粗钢产能依旧过剩，钢材需求疲软，钢价大跌，大部分钢铁企业利润下滑并出现了亏损。2012年开始，钢铁企业普遍出现了亏损。2015年钢铁行业甚至出现了全行业亏损，重点统计钢铁企业亏损达到645亿元[1]，部分钢铁企业资不抵债，处于停产和半停产的状态。

目前钢铁企业通过生产技术改造获得更高利润已经比较困难，只有开源节流，不断降低钢铁生产成本，才能获得更大的利润空间。“物流”作为第三利润源泉，已经越来越多的被学者们所重视。钢铁行业物资的采购资金占钢铁企业总成本绝大部分，采购及库存成本的高低直接影响着钢铁产品的成本，并以杆杠效应影响着企业的整体效益和市场竞争力。因此本文以钢铁企业原材料采购库存优化为研究对象，通过Arena仿真技术，对钢铁企业原材料采购库存进行仿真模拟，实现钢铁企业库存成本的降低。

1 钢铁企业原材料采购库存特征分析

一般来说，钢铁企业是根据年度和月度生产计划，并结合技术中心提供的生产配比，从而得到各种原材料的具体采购计划。我国钢铁企业主要采用长流程生产方式，需要采购物资达到几千种，主要采购物资有铁矿石类、煤炭、焦炭、各种铁合金、耐火材料等。其中许多物资还涉及境外采购，如铁矿石进口依存度较高，采购环境较为复杂。钢铁企业原材料物资采购量较大，每生产1吨钢材大约需要采购3t主要物资，采购资金额巨大。

由于钢铁企业的生产为连续性生产，生产中断后再恢复生产有着巨额成本，因此不允许原材料供应中断。为了保障生产的连续性，对于重要物资，如铁矿石、煤炭等，很多钢铁企业采用了维持较高库存的做法。据调查，某千万吨级的钢铁企业铁矿石库存量一般维持为45天消耗量，但最大库存量能达到100天消耗量，导致了大量资金占用，库存成本上升。究其原因，主要是钢铁企业采购者一般是根据经验进行采购，铁矿石等物资采购周期长，需要维持较高库存以应对供应商、采购运输以及生产中的各种不确定。若是在保障生产安全的前提下，能够对主要原材料库存进行优化，降低平均库存水平，将对降低采购库存成本有着重要的意义。

2 基于Arena的钢铁原材料采购库存优化

2.1 Arena软件仿真研究适用性

Arena是美国罗克韦尔软件公司于1993年推出的一种可视化交互仿真软件，其基于面向对象的思想和结构化的建模概念[2]，具有丰富的模板和库资源体系，通过对现实业务的仿真，实现对系统的模拟再现和优化，广泛应用于金融、电信、物流等行业。

目前，国内外已经有较多的学者应用Arena软件进行仿真模拟，研究了各类系统的特征。朱顺应等应用Arena软件对三峡枢纽运输系统进行仿真，提出降低过闸等待的方案措施[3]。潘燕春等以车间作业排序问题为研究对象，应用Arena软件设计了一个通用车间系统仿真框架[4]。方邵强、尹靓、苗明等分别对场站飞行[5]、机场旅客流[6]、客运站系统[7]和集装箱港口作业[8]等进行仿真优化。本文拟研究钢铁企业采购库存系统，适合应用Arena软件进行仿真。

2.2 基于Arena的钢铁企业原材料库存仿真模型

2.2.1 仿真流程

由于钢铁企业全采购和生产过程较为复杂，本文仅针对原材料采购库存进行仿真，即包括接受钢铁材料订单，安排生产计划，提出原材料物资采购需求计划，发出采购指令，进行采购作业以及原材料入库这一过程，仿真流程图如图1所示。

其中，客户发出订单：若钢铁企业钢材库存能够满足客户需要，那即刻可以安排发货；若钢材库存不满足需求，则需要安排生产。

钢材生产：在进行钢材生产前，需要检查原材料库存是否满足生产需求，若满足需求，则可以直接安排生产；若不满足需求，则需要进行原材料采购。

物资定期盘点：为了保障生产的持续进行，需要对原材料库存进行定期盘点，若库存已经低于安排库存水平，则需要安排原材料物资采购。

2.2.2 仿真模型

建立仿真模型过程中，该模型主要分成2个模块，包括客户订单模块，原材料物资采购库存模块。其中客户订单模块如图2所示，实体对象为客户订单，具有订单量等属性，决策块用于判断当前钢材库存是否满足客户订单需要，如果满足需要，则可以直接发货，钢材库存量需要减去客户订单量以做更新。若是不满足需求，则记录未满足的客户订单数量，通过生产满足客户需求。原材料物资采购库存模块如图3所示，创建原材料库存检查实体，判定原材料库存是否满足生产的需要，若是满足，则可以安排生产，原材料库存减去消耗的量以做更新。当不满足时，需要进行原材料物资采购，待原材料入库后更新库存量，满足生产需求后安排生产。同时还要进行原材料安全库存检查，当库存量低于安全库存时，需要补充库存。生产完成后更新钢铁库存数据，最终满足客户需要。

由于客户的订单是随机的，90天中一共收到满足了94个客户订单，共生产227万t钢材，在充分保障了客户需求及生产持续性的前提下，相比经验值做法，铁矿石平均库存水平降低了32%左右，90天内库存成本降低了198万美元，对于正处于亏损状态的钢铁企业来说，也是获得更多的利润空间的重要举措。

4 结论

钢铁企业原材料库存决策是降低企业成本的一个重要因素，但目前企业普遍采用经验管理手段，缺乏科学的决策手段。本文以钢铁企业原材料的库存决策为研究对象，应用Arena软件，建立了钢铁企业原材料库存仿真模型。通过案例分析，以客户需求为导向的生产模式，合理组织采购库存业务，可以实现在保障客户需求和生产持续进行的前提下，降低库存成本，为钢铁企业开源节流，创造更多的经济效益。

参考文献

[1]赵毅波.2015年钢铁行业亏损645亿[ED]财经网，http：// politics.caijing.com.cn/20160131/4064034.shtml.

[2]赵璐，金淳，于越.可视化交互仿真软件Arena的最新进展[J].系统仿真技术，2006，2（3）：176-181.

[3]朱顺应，朱凯，王丽铮.基于Arena的三峡枢纽运输系统仿真模型[J].水运工程，2011（2）：40-44.

[4]潘燕春，周泓，冯允成.基于Arena的车间作业排序问题建模方法及其仿真优化系统设计[J].计算机集成制造系统，2006，12（3）：389-394.

[5]方绍强，卫克，陈伟鹏，等.基于ARENA的场站飞行保障过程建模与仿真[J].系统仿真学报，2008，20（3）：746-750.

[6]Soemon Takakuwa T O. SIMULATION ANALYSIS OF INTERNATIONAL-DEPARTURE PASSENGER FLOWS IN AN AIRPORT TERMINAL[Z]. 20031627-1634.

[7]尹靓，朱凯，林俊，等.基于Arena的客运站系统仿真建模[J].武汉理工大学学报：交通科学与工程版，2009，33（6）：1199-1202.

[8]苗明，郭晓霞，姚夏莉.基于Arena的集装箱港口装卸工艺系统方案仿真研究[J].物流技术，2006（3）：85-86.