Cost-Effective Safety Stock Model for Perishable Goods

Abstract

Grocery retailing is a high-volume, low-margin business, where operational efficiency is essential to remain profitable. At the same time, consumers are demanding high on-shelf availability and are prone to taking their business elsewhere when facing out-of-stocks too often, which poses retailers with conflicting targets. The key to success is finding a replenishment policy that balances the trade-off between superior operational efficiency and high customer service level. Classic safety stock models omit consideration of stock shelf-life and are thus insufficient for managing perishable inventory.

This thesis focuses on defining an efficient and robust method to set the safety stocks for perishables cost-effectively. The developed model is defined in a three-step process, which consists of building an order simulator to mimic real-life ordering process, applying a regression model to the simulator data to estimate system performance, and defining and minimizing a cost function representing the total costs of ordering. Finally, the defined model is tested and validated.

The cost-minimization safety stock model performs well in real-life tests with actual sales data. When compared to existing heuristics-based safety stock calculation logic, cost savings are on average 17 % in three different test cases. Furthermore, the system performance can be responsively controlled with a single user-defined weight parameter and the optimized safety stocks are robust with no significant outliers.

This thesis contributes to existing perishable inventory management literature in three ways. First, it validates the unique perishable system performance estimation method by van Donselaar and Broekmeulen (2012). Second, it develops a complete method of optimizing safety stocks for perishables cost-effectively, for which no practically viable solutions exist in literature. Classical inventory control models fail to consider spoilage, and literature focusing on perishable inventory control is typically too complex and idealistic to be used in practical situations. This thesis bridges the gap between practical requirements and complex theoretical models. Third, this thesis provides information about the practical validity of the model and quantifies the improvement potential.

Ruoan päivittäistavarakauppa on suuren volyymin ja pienen katteen liiketoimintaa, jossa toiminnan tehokkuus on keskeistä kannattavuuden säilyttämiseksi. Toisaalta asiakkaat vaativat korkeaa hyllysaatavuutta ja ovat herkkiä vaihtamaan asiointinsa kilpailijalle, jos he kohtaavat hyllypuutteita liian usein, mikä asettaa vähittäiskauppiaille ristiriitaisia täydentämisen tavoitteita. Avain menestykseen on määritellä tehokas täydennys-logiikka, joka tasapainottaa operatiivisen tehokkuuden ja korkean asiakastyytyvyyden aiheuttamat hyödyt. Perinteiset varmuusvarasto-mallit eivät huomioi varaston ikää ja ovat siten riittämättömiä pilaantuvien tuotteiden varaston hallintaan.

Tässä diplomityössä määritellään tehokas ja luotettava tapa asettaa varmuusvarastot pilaantuville tuotteille kustannustehokkaasti. Kehitetty malli määritellään kolme-vaiheisessa prosessissa. Ensin rakennetaan tilaus-simulaattori, joka imitoi todellista täydennysprosessia. Simulaattorista saatuun dataan sovitetaan regressiomalli, jonka avulla arvioidaan systeemin suorituskykyä eri tilanteissa. Tämän jälkeen määritellään tilaamisen kokonaiskustannusten funktio, joka minimoidaan optimaalisen varmuusvarasto-tason löytämiseksi. Lopuksi määritelty malli testataan ja validoidaan.

Kustannusten minimointi-malli suoriutuu hyvin oikealla myyntidatalla suoritetuissa reaalimaailman testeissä. Verrattuna nykyiseen heuristiikkoihin pohjautuvaan varmuusvarastomalliin, kustannussäästöt ovat keskimäärin 17 % kolmessa testitapauksessa. Kustannussäästöjen lisäksi systeemin suorituskykyä voidaan ohjata yhdellä tasapainotus-parametrilla ja optimoidut varmuusvarastot ovat luotettavia.

Tämä diplomityö täydentää pilaantuvan varastonhallinnan kirjallisuutta kolmella tapaa. Ensinnäkin, se validoi van Donselaarin ja Broekmeulenin (2012) kehittämän ainutlaatuisen pilaantuvien tuotteiden täydennyksen suorituskyvyn ennustamisen metodin. Toiseksi, se määrittelee kustannustehokkaan varmuusvarastojen optimoinnin prosessin, johon kirjallisuudesta ei löydy käytäntöön sovellettavaa ratkaisua. Klassinen varastonhallinnan kirjallisuus ei huomioi pilaantumista ja pilaantuvien varastohallintaan keskittyvä kirjallisuus on tyypillisesti liian monimutkaista ja idealista, eikä siten sovellu käytännön tarpeisiin. Kolmanneksi, tämä diplomityö määrittelee mallilla saavutettavan parannus-potentiaalin.