Lotto economico

Template:F In economia e ingegneria gestionale, il lotto economico è un modello di gestione delle scorte che definisce la quantità ottima di acquisto in modo da minimizzare la somma dei costi di approvvigionamento, e dei costi di mantenimento a magazzino.

Il modello di ordinazione a lotti crea delle scorte di ciclo, che vengono idealmente smaltite entro l'ordine successivo. Tuttavia si noti che ordinare a lotti non è l'unica possibilità di gestione delle scorte: infatti, la tecnica del Just in time, nata nell'industria giapponese, prevede che gli ordini vengano 'tirati' direttamente dalla domanda finale (e per questo si dice che il JIT è un sistema pull) e non spinti (push) da una decisione presa a priori, come avviene invece nella gestione a fabbisogno: ciò permette, quando tale tecnica è applicabile, di ridurre significativamente il livello di scorte (fermo restando che esistono varie logiche di misurazione e controllo di tali scorte).

Il modello EOQ (dall'inglese Economic Order Quantity) è stato proposto da F.W. Harris nel 1913, ma è attribuito principalmente a R. H. Wilson, che per primo studiò il caso. Nella letteratura economica recente, tuttavia, è conosciuto come modello di Harris-Wilson per la gestione delle scorte.

Esistono numerose varianti ed estensioni del modello EOQ, adatte a situazioni diverse. Ad esempio, è possibile tenere conto della velocità finita di riempimento del magazzino (modello EMQ), oppure del lead-time non nullo (modello del punto di riordino) per un problema multiperiodale (dove un "periodo" è sempre riferito al periodo di tempo intercorso tra un ordine e l'altro), oppure considerando il riordino di più di un prodotto (a cui si riferiscono i modelli di riordino multiprodotto).

Il problema di base

Si consideri un'impresa che ha bisogno di materie prime per una quantità annua pari a S e che se ne approvvigioni a un prezzo unitario di p. Si ipotizzi che il fabbisogno di quelle materie prime sia costante nel tempo, e che non vi siano problemi per ripristinare le scorte. In questa ipotesi, l'azienda provvede, a scadenze regolari, a richiedere una quantità q>0 di S, in modo da avere sempre una scorta sufficiente. In magazzino, quindi, rimarrà sempre una quantità di scorte compresa fra q e 0. Volendo rappresentare questa situazione sul piano cartesiano (con il tempo sull'asse delle ascisse e la quantità presente in magazzino sulle ordinate), si avrà un diagramma a denti di sega, che mostra la funzione s(t) = scorte in t.

Ultima condizione è che, ad ogni ordine, viene addebitato all'impresa un costo di ordinazione indicato con g.

Sulla base di queste informazioni, si vuole fare in modo di minimizzare i costi variabili, acquistando una quantità idonea di S.

La gestione a lotto economico è applicabile sia agli ordini di acquisto che agli ordini di produzione. Nel caso degli ordini di produzione, viene ottimizzato il trade-off fra costo di attrezzaggio per ogni lotto e costo di mantenimento a scorta, il semilavorato è valorizzato con il costo variabile di produzione; nel caso degli ordini di acquisto, viene ottimizzato il trade-off fra costo di gestione dell'ordine e costo di mantenimento a scorta, e il particolare viene valorizzato con il prezzo di acquisto.

Se la produzione è gestita con lotto economico, la giacenza media dell'item nell'anno è pari $\frac{q}{2}$.

Soluzione

Il costo totale annuo prevede tre componenti:

• la prima è il prezzo della materia prima, che è uguale a $pS$;
• la seconda è il costo di ordinazione, che è uguale a $gS/q$;
• la terza è il costo di detenzione della merce (il costo che si sostiene per tenere la materia prima in magazzino), che si ritiene essere proporzionale alla quantità media delle scorte $q/2$ secondo una costante m.

Dunque la funzione di costo totale è uguale a:

$C(q)=pS+\frac{gS}{q}+\frac{mq}{2}$.

Vogliamo calcolare la quantità ottimale $q^{*}$.

Derivando possiamo studiare il comportamento di C:

$C^{\prime }(q)=-\frac{gS}{q^2}+\frac{m}{2}$.

Si noti che quest'ultima funzione non prevede il costo annuo della materia prima (il prezzo p è scomparso): infatti p non dipende da q.

Vogliamo trovare il minimo, per cui la derivata deve essere imposta uguale a 0:

$-\frac{gS}{q^2}+\frac{m}{2}=0$

da cui possiamo ricavare la formula per il calcolo di $q^{*}$ (non considerando, per ovvi motivi, il caso in cui la quantità ottimale sia 0):

$q^{*}=\sqrt{\frac{2Sg}{m}}$.

A partire da quest'ultima espressione, è possibile ricavare il costo totale ottimo:

$C(q)=pS+\frac{gS}{\sqrt{\frac{2Sg}{m}}}+\frac{m\sqrt{\frac{2Sg}{m}}}{2}=pS+\sqrt{2Sgm}$.

Inoltre, ricavando la derivata seconda, si può osservare che in $q^{*}$ si ha un minimo globale nel dominio economico di C. Infatti si ha:

$C^{″}(q)=\frac{gS}{q^3}$

che è certamente maggiore di zero, se q è anch'esso maggiore di zero.

Infine, si ottiene che il lotto economico $q^{*}$ non è proporzionale a S.

Ipotesi ulteriori

Il modello base di EOQ si può considerare anche con nuove ipotesi:

• un solo magazzino
• un solo prodotto
• magazzino a capacità infinita
• domanda costante e deterministica
• tempo di arrivo del lotto (lead time) nullo
• riempimento istantaneo del magazzino
• obbligo di evadere tutti gli ordini
• prodotti indipendenti tra loro
• costo di acquisto dei prodotti indipendente dalla quantità ordinata
• vita del prodotto infinita

Formula

In questo caso la formula per calcolare l'EOQ per un singolo prodotto è:

$q^{*}=\sqrt{\frac{2gS}{pm}}=\sqrt{\frac{2gS}{h}}$

La formula del costo associato per unità di tempo per il lotto economico è:

$Ct(q^{*})=\sqrt{2gSh}$

Nel caso che le consegne siano distribuite nel tempo

$q^{*}=\sqrt{\frac{2gS}{pm(1-\frac{S}{Hr})}}$

I termini presenti nella formula hanno il seguente significato:

• $q^{*}$ = quantità ottima da ordinare o lotto economico di riordino
• $g$ = costi fissi legati all'ordinazione
• $S$ = domanda del prodotto o fabbisogno
• $p$ = costo unitario del prodotto
• $m$ = costo di mantenimento dell'unità monetaria per l'unità di tempo
• $h$ = costo percentuale di mantenimento per unità di prodotto per unità di tempo ($h=vi$)
• $H$ = tempo di apertura impianto
• $r$ = ritmo produttivo

Soglia minima di ordinazione

Nella prassi, si osserva sovente che un fornitore offra un prezzo unitario $p_0<p$ per ordini che raggiungano una soglia minima $q_0$. Se $q^{*}\ge q_0$, la quantità ottimale sarà sempre uguale a $q^{*}$, con la differenza che si avrà un risparmio annuo di $(p-p_0)S$. In generale sarà però necessario inserire come nuovo input il nuovo prezzo unitario e considerare il nuovo valore di lotto economico restituito.

Se invece $q^{*}<q_0$ le cose si complicano. Per risolvere il problema, occorre fare un confronto. Se

$(p-p_0)S>\frac{gS}{q_0}+\frac{m{q}_0}{2}-\sqrt{2Sgm}$

allora la nuova quantità ottimale è $q_0$. In altre parole, è sempre conveniente acquistare $q_0$ se:

$p_0<\frac{pS-\frac{gS}{q_0}-\frac{m{q}_0}{2}+\sqrt{2Sgm}}{S}=p-(\frac{g}{q_0}+\frac{m{q}_0}{2S}-\sqrt{\frac{2gm}{S}})$

Bibliografia

• Porteus, Evan L. "Optimal lot sizing, process quality improvement and setup cost reduction." Operations research 34.1 (1986): 137-144.

Voci correlate

• Minimo-massimo
• Reorder point