[논문]공급사슬에서 채찍효과 최소화 대 비용 최소화

조면식

doi:10.9709/jkss.2013.22.2.041

공급사슬에서 채찍효과 최소화 대 비용 최소화
Bullwhip Effect Minimization vs. Cost Minimization in Supply Chain 원문보기

한국시뮬레이션학회논문지 = Journal of the Korea Society for Simulation, v.22 no.2, 2013년, pp.41 - 51

초록
AI-Helper

하류업체에 발생하는 소비자 수요의 조그만 변화가 상류업체로 올라갈수록 증폭되는 현상을 채찍효과(BE)라 한다. BE는 일반적으로 주문량 분산/수요량 분산으로 정의된다. 이와 같이 왜곡된 정보는 공급사슬의 비효율성을 유발하므로, 주문량의 분산을 줄이는 많은 연구들이 수행되고 있다. 그러나 본 연구에서는 BE를 최소화하는 것이 오히려 공급사슬의 비효율성을 증가시킬 수 있음을 보여 주며, 스무딩된 주문 정책을 사용하여 공급사슬의 효율성를 증가시키기 위한 새로운 목적함수를 설정한다. 최적화된 스무딩 주문정책을 연구하기 위해 시뮬레이션 최적화 기법을 사용한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Tendency for small changes in end-consumer demand to be amplified as one moves further up the supply chain is known as bullwhip effect (BE). BE is usually defined as variance(order)/variance(demand). Since such distorted information throughout the supply chain can lead to inefficiencies, many studies to reduce variance(order) have been performed. However, in this study, we show that minimization of BE may increase inefficiencies of the supply chain. We introduce a new objective function to increase system efficiency using smoothed ordering policies. Simulation optimization is utilized to find optimal smoothed ordering policies.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

앞 절에서 언급했듯이, BE 값의 최소화가 공급사슬의 비용 최소화를 의미한다고 할 수 없다. 그러므로 본 논문에서는 소비자에 대한 최소 요구 만족율을 유지하면서 공급사슬에서 발생하는 비용을 최소화하기 위한 스무딩된 OUT 주문정책에 관한 연구를 수행한다. 이를 위해 다음과 같은 목적함수 및 제약조건을 설정한다.
즉 BE를 최소화하는 것만이 공급사슬의 최종 목적이 될 수는 없다. 그러므로 본 연구에서는 보유 재고량과 주문 중 재고량의 합을 최소로 하는 스무딩된 OUT 정책을 연구한다.
즉, 적절한 주문정책을 사용하여 주문의 변동성을 줄여 BE를 최소화하는 것이 공급사슬의 효율성을 극대화하는 것으로 인식되는 경향이 있다. 그러므로 본 연구에서는 스무딩된 주문정책을 사용하여, BE를 최소화하기 위한 최적의 스무딩 계수값을 실험적으로 탐색한다.
공급사슬에서 재고로 인한 비용은 하류업체에서 발생하는 재고 유지비용과 재고 부족비용, 그리고 상류업체에 주문된 주문 중 재고 비용의 합이다. 단위 당 재고 유지비용과 주문 중인 재고량으로 인해 발생하는 비용의 상대적 비율을 알 수 없으므로, 본 연구에서는 이들 재고에 대하여 동등한 가치를 할당하고 이들 합을 최소화하고자 한다.
이에 따라 본 연구에서는 공급사슬의 효율성을 제고하기 위한 새로운 목적함수 및 제약조건을 제시하고 이를 만족시키는 스무딩된 계수값을 실험적으로 탐색하여, 여러 가지 스무딩된 주문정책의 우수성에 대한 비교 연구를 수행하고자 한다.
본 연구에서는 BE를 최소화하는 스무딩된 OUT 주문정책을 연구한 결과 BE만을 최소화할 경우에는 하류업체에서의 보유 재고량과 주문 중 재고량의 합이 매우 커짐을 알게 되었다. 이에 본 논문에서는 소비자의 최소 요구 만족율을 유지하면서 보유 재고량과 주문 중 재고량의 합을 최소화하는 스무딩된 OUT 주문 정책을 연구하였다. 즉, 본 논문에서는 재고 유지비용, 주문 중 재고비용, 재고 부족비용을 최소화하는 OUT 정책에 관한 연구를 수행하였다.
이에 본 논문에서는 소비자의 최소 요구 만족율을 유지하면서 보유 재고량과 주문 중 재고량의 합을 최소화하는 스무딩된 OUT 주문 정책을 연구하였다. 즉, 본 논문에서는 재고 유지비용, 주문 중 재고비용, 재고 부족비용을 최소화하는 OUT 정책에 관한 연구를 수행하였다. 이를 위해 Arena에서 제공하는 시뮬레이션 최적화 도구인 OptQuest를 사용하였다.

가설 설정

식 (2)에서 리드타임은 하류업체에서 발생하는 수요 분포, 주문 정책에 따라 상류업체에 도착하는 주문량 분포 및 상류업체 제조시간 분포의 함수이므로 이를 정확하게 예측하기는 매우 어렵다. 그러므로 본 연구에서는 리드타임이 2일 또는 4일이라고 가정하고, 리드타임이 성과지표에 미치는 영향을 분석한다.
하류업체는 주문 검토 기간 말에 다음과 같이 결정된 주문량을 상류업체에 주문한다. 실험에서 검토 기간(R)은 1일이라고 가정한다.
3%가 되도록 설정하였으며, 삼각분포 제조시간의 표준편차는 정규분포와 동일한 표준편차를 가지도록 하한치와 상한치를 설정하였다. 하류업체와 상류업체는 하루에 12시간 운영을 한다고 가정한다.

제안 방법

Chen 등 2000a, Luong 2007은 BE의 크기가 ρ의 크기에 의해서 영향을 받는다고 하였으므로 본 논문에서는 ρ=0.5와 ρ=-0.5인 경우에 대한 실험을 수행한다.
, Chen 등 2000a, 2000b; Zhang, 2004; Gaalman과 Disney, 2006; Boute 등, 2007), 주문량의 분포가 정규분포를 따르고 고정 주문비용이 없으며 주기적으로 주문을 할 경우에는 최적의 주문정책이다 (Clark과 Scarf, 1960). 그러므로 본 연구에서는 하류업체가 주기적으로 재고를 조사하여 목표 주문량까지 주문하는 OUT 정책 및 이를 스무딩한 주문정책을 사용한다.
한편 실험 초기에 보유하고 있는 재고, 주문 중인 재고, 미충족 주문량 등이 실험결과에 미치는 영향을 최소화하기 위해, 각 replication에서 150일을 warm up 기간으로 설정하였으며, warm up 이후에 500일, 즉 500번의 주문 검토 주기 동안 시뮬레이션을 수행하였다. 또한 이렇게 독립적으로 수행된 replication들의 신뢰구간을 구하기 위해 80회씩 반복하였다. 즉, replication-deletion 기법을 이용하여 steady state 시뮬레이션 결과를 분석하였다.
162)분/개. 제조시간 분포의 모수는 상류업체의 이용도가 83.3%가 되도록 설정하였으며, 삼각분포 제조시간의 표준편차는 정규분포와 동일한 표준편차를 가지도록 하한치와 상한치를 설정하였다. 하류업체와 상류업체는 하루에 12시간 운영을 한다고 가정한다.
여기서 μ와 σ²는 위에서 언급한 삼각분포와 정규분포와 동일한 평균값 및 분산을 갖도록 결정되었다 (E(D_t) = μ/(1-ρ), Var(D_t) = σ²/(1-ρ²)). 즉, 본 연구에서는 다섯 가지 수요 패턴에 대한 실험을 수행한다.
하류업체에 발생하는 소비자 주문의 도착 간격시간은 평균 1시간인 지수분포를 따르며, 각 소비자 주문 당 수요량 분포는 EXPO(2.5), TRIA(1.2, 2.5, 3.8), NORM(2.5, 0.281)을 따르는 경우에 대한 실험을 수행하였다. 즉 각 주문 당 주문 평균 개수는 2.
한편 실험 초기에 보유하고 있는 재고, 주문 중인 재고, 미충족 주문량 등이 실험결과에 미치는 영향을 최소화하기 위해, 각 replication에서 150일을 warm up 기간으로 설정하였으며, warm up 이후에 500일, 즉 500번의 주문 검토 주기 동안 시뮬레이션을 수행하였다. 또한 이렇게 독립적으로 수행된 replication들의 신뢰구간을 구하기 위해 80회씩 반복하였다.

이론/모형

본 연구에서는 앞 절에서 소개한 스무딩된 OUT 정책을 사용한 시뮬레이션 모델을 구축하기 위해 Arena (Kelton 등 2007)를 사용하였다. 한편 BE 값을 최소화하기 위한 최적 스무딩 계수를 구하기 위해 Arena에서 제공하는 최적화 패키지인 OptQuest를 사용하였다.
앞에서 언급하였듯이 본 연구에서는 소비자의 주문 도착 간격 시간 및 주문량이 확률분포를 따르며, 상류업체에서의 제조시간 분포 역시 확률적이다. 이런 확률적 현상이 실험결과에 미치는 영향을 최소화하기 위한 분산 감소기법으로 CRN (common random number) 기법을 사용하였다.
즉, 본 논문에서는 재고 유지비용, 주문 중 재고비용, 재고 부족비용을 최소화하는 OUT 정책에 관한 연구를 수행하였다. 이를 위해 Arena에서 제공하는 시뮬레이션 최적화 도구인 OptQuest를 사용하였다.
본 논문에서는 식 (3), (4), (6)의 스무딩된 OUT 주문정책을 이용하여 BE를 최소화하는 스무딩 계수값을 찾고자 한다. 이를 위해 Arena에서 제공하는 시뮬레이션 최적화 패키지 OptQuest를 이용하며, 목적함수 및 제약조건은 다음과 같다.
또한 이렇게 독립적으로 수행된 replication들의 신뢰구간을 구하기 위해 80회씩 반복하였다. 즉, replication-deletion 기법을 이용하여 steady state 시뮬레이션 결과를 분석하였다.
본 연구에서는 앞 절에서 소개한 스무딩된 OUT 정책을 사용한 시뮬레이션 모델을 구축하기 위해 Arena (Kelton 등 2007)를 사용하였다. 한편 BE 값을 최소화하기 위한 최적 스무딩 계수를 구하기 위해 Arena에서 제공하는 최적화 패키지인 OptQuest를 사용하였다.

성능/효과

그러나 가공시간 및 소비자 수요 분포가 모두 지수분포인 경우, 시뮬레이션에서 구한 보유 재고량은 306∼314개로 약 10일치의 수요, 주문 중인 재고량은 93∼100개로 약 3일치 수요로 매우 높음을 알 수 있다.
그러나 보유재고량이 374∼379개로 약 12일치의 이상의 재고를 보유하게 되므로 재고유지비용이 매우 높아지게 됨을 알 수 있다.
본 연구에서는 BE를 최소화하는 스무딩된 OUT 주문정책을 연구한 결과 BE만을 최소화할 경우에는 하류업체에서의 보유 재고량과 주문 중 재고량의 합이 매우 커짐을 알게 되었다. 이에 본 논문에서는 소비자의 최소 요구 만족율을 유지하면서 보유 재고량과 주문 중 재고량의 합을 최소화하는 스무딩된 OUT 주문 정책을 연구하였다.
그러나 가공시간 분포가 삼각분포 혹은 정규분포와 같이 변동성이 작은 경우에는 소비자 수요의 변동에 따라 이 두 정책의 성능이 영향을 받았다. 즉 소비자 수요의 변동성이 지수분포와 같이 매우 클 경우에는 모든 스무딩 계수에 다른 값을 적용하는 주문정책이 좋았지만, 소비자 수요가 정규분포 혹은 삼각분포와 같이 변동성이 적을 경우에는 모든 스무딩 계수에 다른 값을 사용하는 주문정책과 APIOBPCS에는 큰 차이가 없음을 알 수 있다. 한편 BE와 보유 재고량과 주문 중 재고량 합에는 비례적인 관계가 존재하지 않음을 알 수 있었다.
Table 4와 5에서 수요가 지수 분포인 경우에는 APIOBPCS에 비해 모든 스무딩 계수를 달리 적용할 경우에 보유 재고량과 주문 중 재고량 합이 확연히 적어짐을 알 수 있으며 또한 실제 리드타임도 짧아짐을 알 수 있다. 즉, 지수분포와 같이 소비자 수요의 변동이 클 경우에는 APIOBPCS보다 모든 스무딩 계수를 달리 할당하는 것이 좋지만, 정규분포 혹은 삼각분포와 같이 변동성이 작을 경우에는 APIOBPCS와 모든 스무딩 계수에 다른 값을 사용하는 주문정책의 성능에는 큰 차이가 없음을 알 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Bullwhip Effect란 무엇인가?	공급사슬의 하류업체에서 발생하는 주문의 변동성이 상류업체로 올라갈수록 증폭되는 현상을 Lee 등 (1997a, 1997b)은 Bullwhip Effect (채찍효과, BE)라고 정의하였으며, 이에 대한 해석적 분석 및 대응책을 제시하였다. BE가 발생하면 공급사슬내의 각 주체들은 주문의 변동성에 대응하기 위해 추가적인 생산능력 보유 비용, 더 많은 안전 재고비용, 비계획적인 구매로 인한 원자재 구입비용 상승, 비효율적인 이용도 및 잔업비용, 과도한 창고비용 및 추가적인 수송비용 등으로 인하여 비용이 증가된다(Metters, 1997).
	BE의 문제점에 관한 연구는 무엇으로 분류될 수 있는가?	BE의 문제점이 부각됨에 따라 많은 연구가 수행되고 있다. 이들 연구들은 BE의 존재 및 측정에 관한 연구, BE의 원인에 관한 연구, BE의 영향을 줄이기 위한 연구 등으로 분류될 수 있다 (Cho와 Chang, 2008). 이들에 의하면 많은 연구에서 BE의 크기는 Var(주문)/Var(수요)으로 계량화되며, 이 값이 1 보다 큰 경우에 BE가 존재한다고 한다.
	가공시간이 지수분포인 경우 실제 리드타임이 길어지는 이유는 무엇인가?	가공시간이 지수분포인 경우에는 다른 가공시간 분포에 비해 작업시간의 변동성이 상대적으로 높기 때문에 실제 리드타임이 길어진다. 이에 따라 주문 중인 재고가 상대적으로 늘어나고, 보유 재고량이 상대적으로 감소하므로, 미 충족 주문량이 커진다.

참고문헌 (27)

Alwan, L.C., Liu, J.J., and Yao, D.Q., "Stochastic Characterization of Upstream Demand Processes in a Supply Chain", IIE Transactions, No. 35, pp. 207-219, 2003.
Boute, R.N., Disney, S.M., Lambrecht, M.R., and Houdt, B.V., "An Integrated Production and Inventory Model to Dampen Upstream Demand Variability in the Supply Chain", European Journal of Operational Research, Vol 178, pp. 121-142, 2007.

상세보기
Chandra, C. and Grabis, J., "Application of Multi-Steps Forecasting for Restraining the Bullwhip Effect and Improving Inventory Performance under Autoregressive Demand", European Journal of Operational Research, Vol. 166., pp. 337-350, 2005.

상세보기
Chen, F., Drezner, Z., Ryan, J.K., and Simchi-Levi, D., "Quantifying the Bullwhip Effect in a Simple Supply Chain: The Impact of Forecasting, Lead Times, and Information", Management Science, Vol. 46, No. 3, pp. 436-443, 2000a.

상세보기
Chen, F., Ryan, J.K., and Simchi-Levi, D., "The Impact of Exponential Smoothing Forecasts on the Bullwhip Effect", Naval Research Logistics, Vol. 47, pp.269-286, 2000b.

상세보기
Chen, F. and Samroengraja, R., "Order Volatility and Supply Chain Costs", Operations Research, Vol. 52, No. 5, pp. 707-722, 2004.

상세보기
Cho, M.S. and Chang, T.W., "A Survey on the Operational Studies about Bullwhip Effect in a Supply Chain", Journal of the Korean Society of Supply Chain Management, Vol. 8, No. 2, pp. 17-28, 2008.
Clark, A.J. and Scarf, H., "Optimal Policies for a Multi-Echelon Inventory Problem", Management Science, Vol. 6, pp. 475-490, 1960.

상세보기
Dejonckheere, J., Disney, S.M., Lambrecht, M.R., and Towill, D.R., "Transfer Function Analysis of Forecasting Induced Bullwhip in Supply Chains", International Journal of Production Economics, Vol. 78, pp. 133-144, 2002.

상세보기
Dejonckheere, J., Disney, S.M., Lambrecht, M.R., and Towill, D.R., "Measuring and Avoiding the Bullwhip Effect: A Control Theoretical Approach", European Journal of Operational Research, Vol. 147, No. 3, pp. 567-590, 2003.

상세보기
Dejonckheere, J., Disney, S.M., Lambrecht, M.R., and Towill, D.R., "The Impact of Information Enrichment on the Bullwhip Effect in Supply Chains: A Control Engineering Perspective", European Journal of Operational Research, Vol. 153, No. 3, pp. 727-750, 2004.

상세보기
Disney, S.M. and Towill, D.R., "Vendor Managed Inventory and Bullwhip Reduction in a Two Level Supply Chain", International Journal of Operations & Production Management, Vol. 23, No. 6, pp. 625-651, 2003a.

상세보기
Disney, S.M. and Towill, D.R., "On the Bullwhip and Inventory Variance Produced by an Ordering Policy", International Journal of Management Science, Vol. 31, pp. 157-167, 2003b.
Gaalman, G. and Disney, S.M., "State Space Investigation of the Bullwhip Problem with ARMA(1,1) Demand Processes", International Journal of Production Economics, Vol. 104 No. 2, pp. 327-339, 2006.

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Gilbert, K., "An ARIMA Supply Chain Model", Management Science, Vol. 51, No. 2, pp. 305-310, 2005.

상세보기
Higuchi, T. and Troutt, M.D., "Dynamic Simulation of the Supply Chain for a Short Life Cycle Product - Lessons from the Tamagotchi Case", Computers & Operations Research, Vol. 31, pp. 1097-1114, 2004.

상세보기
Hsiao, J.M. and Shieh, C.J., "Evaluating the Value of Information Sharing in a Supply Chain using an ARIMA Model", International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 27, pp. 604-609, 2006.

상세보기
Jaksic, M. and Rusjan, B., "The effect of replenishment policies on the bullwhip effect: A transfer function approach", European Journal of Operational Research, Vol. 184, pp. 946-961, 2008.

상세보기
Kelton, W.D., Sadowski, R.P., and Sturrock, D.T., Simulation With Arena, Fourth Ed., McGraw-Hill, 2007.
Kim, J.G., Chatfield, D., Harrison, T.P., and Hayya, J.C., "Quantifying the Bullwhip Effect in a Supply Chain with Stochastic Lead Time", European Journal of Operational Research, Vol. 173, pp. 617-636, 2006.

상세보기
Lee, H.L., Padmanabhan, V., and Whang, S., "The Bullwhip Effect in Supply Chains", Sloan Management Review, Vol. 38, No. 3, pp. 93-102, 1997a.

상세보기
Lee, H.L., Padmanabhan, V., and Whang, S., "Information Distortion in a Supply Chain: The Bullwhip Effect", Management Science, Vol. 43, No. 4, pp. 546-558, 1997b.

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Lee, H.L., Padmanabhan, V., and Whang, S., "Comments on Information Distortion in a Supply Chain: The Bullwhip Effects". Management Science, Vol. 50, No. 12, pp. 1887-1893, 2004.

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Luong, H.T., "Measure of Bullwhip Effect in Supply Chains with Autoregressive Demand Process", European Journal of Operational Research, Vol. 180, pp. 1086-1097, 2007.

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Luong, H.T. and Phien, N.H., "Measure of Bullwhip Effect in Supply Chain: The Case of High Order Autoregressive Demand Process", European Journal of Operational Research, Vol. 183, pp. 197-209, 2007.

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Metters, R., "Quantifying the Bullwhip Effect in Supply Chains", Journal of Operations Management, Vol. 15, pp. 89-100, 1997.

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Zhang, X., "The Impact of Forecasting Methods on the Bullwhip Effect", International Journal of Production Economics, Vol. 88, pp. 15-27, 2004.

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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