趙　軍　劉　飛

摘要：利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的方法和仿真軟件Vensim，對(duì)Y公司K產(chǎn)品的供應(yīng)鏈上的牛鞭效應(yīng)進(jìn)行了建模與仿真。針對(duì)該供應(yīng)鏈上牛鞭效應(yīng)顯著的實(shí)際情況，提出了縮短訂單延遲時(shí)間，延長(zhǎng)庫(kù)存調(diào)節(jié)時(shí)間，采用供應(yīng)商管理庫(kù)存的綜合解決方案，仿真結(jié)果表明該解決方案能在一定程度上減輕牛鞭效應(yīng)的影響，研究結(jié)果可為Y公司的實(shí)際生產(chǎn)組織提供決策依據(jù)。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)；供應(yīng)鏈；牛鞭效應(yīng)；仿真；供應(yīng)商管理庫(kù)存

中圖分類(lèi)號(hào)：F273.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract: This paper adopts the system dynamics and its simulation software Vensim to modeling and simulating the bullwhip effect in the supply chain of the Y company's k product. Based on the reality situation of the bullwhip effect in this supply chain, it brought forward shortening delay time of order, prolonging adjust time of inventory, adopting vendor managed inventory to solve this problem, the simulation results proved that these method could alleviate the effect of the bullwhip effect in some extend, the research results could enrich the decision about the reality product organization for company Y.

Key words: system dynamics; supply chain; bullwhip effect; simulation; vendor managed inventory

牛鞭效應(yīng)指供應(yīng)鏈中需求信息從下游企業(yè)向上游企業(yè)傳遞時(shí)，信息被扭曲并逐級(jí)放大的現(xiàn)象[1]。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)出現(xiàn)于1956年, 該方法在20世紀(jì)50年代后期主要被用于企業(yè)管理，解決諸如原材料供應(yīng)、生產(chǎn)、庫(kù)存、銷(xiāo)售、市場(chǎng)等一系列問(wèn)題[1]。劉媛媛等[2]應(yīng)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究了供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)變化對(duì)牛鞭效應(yīng)的影響，利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)專(zhuān)用軟件VENSIM，對(duì)“啤酒游戲”進(jìn)行仿真分析，研究當(dāng)供應(yīng)鏈上節(jié)點(diǎn)增加時(shí)“牛鞭效應(yīng)”的變化情況；李穩(wěn)安等[3]用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)原理研究了供應(yīng)鏈中牛鞭效應(yīng)產(chǎn)生的原因及相應(yīng)的緩解對(duì)策，建立了多節(jié)點(diǎn)供應(yīng)鏈系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型，給出了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的迭代表達(dá)式和框圖，并定性地說(shuō)明了牛鞭效應(yīng)產(chǎn)生的內(nèi)在機(jī)理；王磊等[4]對(duì)研究牛鞭效應(yīng)時(shí)經(jīng)常討論到的三種模型：系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型、自回歸分析的AR（1）模型和Kalman濾波器（KF）模型進(jìn)行了分析和比較。楊詩(shī)華[5]在其碩士論文中基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)原理，應(yīng)用Powersim仿真軟件對(duì)啤酒分銷(xiāo)模型的三級(jí)供應(yīng)鏈中牛鞭效應(yīng)現(xiàn)象進(jìn)行了仿真設(shè)計(jì)，提出緩解牛鞭效應(yīng)的對(duì)策；苗興東[6]在其碩士論文中采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究牛鞭效應(yīng)的機(jī)理，利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)專(zhuān)用軟件VENSIM，首先研究極端情況下的牛鞭效應(yīng)（包括曲線和數(shù)據(jù)計(jì)算），然后通過(guò)調(diào)整參數(shù)來(lái)減弱牛鞭效應(yīng)，從而得出結(jié)論。本文以一家生產(chǎn)化妝品系列的外貿(mào)出口企業(yè)Y公司為背景，首先運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的方法對(duì)該公司K產(chǎn)品供應(yīng)鏈上的牛鞭效應(yīng)進(jìn)行建模，其次應(yīng)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真軟件Vensim PLE 5.4b對(duì)該牛鞭效益進(jìn)行模擬仿真，最后針對(duì)該公司K產(chǎn)品的供應(yīng)鏈上存在的問(wèn)題，提出改進(jìn)措施，以減輕牛鞭效應(yīng)的影響。

1Y公司介紹

Y公司是一家生產(chǎn)化妝品系列的外貿(mào)出口型企業(yè)，主要承接英國(guó)、法國(guó)及美國(guó)等國(guó)家的生產(chǎn)訂單，按照客戶(hù)的要求進(jìn)行生產(chǎn)。其產(chǎn)品品種多，顏色豐富，款式也非常多，甚至曾經(jīng)生產(chǎn)過(guò)的某些產(chǎn)品，其款式無(wú)一相同。Y公司K產(chǎn)品的供應(yīng)鏈由消費(fèi)者c，零售商d、批發(fā)商W和Y公司所組成。該供應(yīng)鏈上的參加人員各自扮演不同角色，且完全獨(dú)立地做出決策，他們唯一的目標(biāo)是使各自決策的利潤(rùn)最大化，即各個(gè)物流環(huán)節(jié)的訂貨策略都是：Qij=SIij-Iij/Ti+Nj，其中：Qij, SIij, Iij分別為第i個(gè)物流環(huán)節(jié)第j周的訂貨量、安全庫(kù)存量和期末庫(kù)存量（在缺貨情況下取值為0）；Ti為第i個(gè)物流環(huán)節(jié)庫(kù)存的調(diào)節(jié)時(shí)間；Nj為第j周期下游物流單元的需求量。已知消費(fèi)者的需求是一個(gè)階躍函數(shù)，第一周市場(chǎng)需求率是4件/周，從第二周開(kāi)始每周市場(chǎng)需求率都是8件/周。零售商的安全庫(kù)存量為12件，庫(kù)存調(diào)節(jié)時(shí)間為4周，期末庫(kù)存量初始值為12件，累計(jì)缺貨量初始值為0件，與消費(fèi)者間沒(méi)有時(shí)間延遲。批發(fā)商的安全庫(kù)存量為12件，庫(kù)存調(diào)節(jié)時(shí)間為4周，期末庫(kù)存量初始值為12件，累計(jì)缺貨量初始值為0件，與零售商間有4周的時(shí)間延遲。制造商的安全庫(kù)存量為12件，庫(kù)存調(diào)節(jié)時(shí)間為4周，期末庫(kù)存量初始值為12件，累計(jì)缺貨量初始值為0件，與批發(fā)商商間有4周的時(shí)間延遲，生產(chǎn)有2周的時(shí)間延遲。

2系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模與仿真

2.1K產(chǎn)品供應(yīng)鏈的因果圖

在K產(chǎn)品的供應(yīng)鏈中，有三個(gè)物流單元，包括：制造商Y公司、批發(fā)商w、零售商d，而各個(gè)物流單元之間用通訊和運(yùn)輸相聯(lián)系。根據(jù)各個(gè)環(huán)節(jié)的關(guān)系，畫(huà)出K產(chǎn)品供應(yīng)鏈的因果關(guān)系圖，如圖1所示。

2.2K產(chǎn)品供應(yīng)鏈的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)流圖

根據(jù)圖1的因果關(guān)系圖，可進(jìn)一步得出K產(chǎn)品供應(yīng)鏈的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)流圖，如圖2所示。這里確定六個(gè)水平變量：制造商期末庫(kù)存量，批發(fā)商期末庫(kù)存量，零售商期末庫(kù)存量，制造商累計(jì)缺貨量，批發(fā)商累計(jì)缺貨量，零售商累計(jì)缺貨量；八個(gè)速率變量：制造商的產(chǎn)出率，制造商生產(chǎn)需求率，制造商發(fā)貨率，批發(fā)商訂貨率，批發(fā)商發(fā)貨率，零售商訂貨率，市場(chǎng)銷(xiāo)售率，市場(chǎng)需求率。

2.3K產(chǎn)品供應(yīng)鏈的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型

制造商產(chǎn)出率是其生產(chǎn)需求率的一階延遲，制造商的發(fā)貨率是批發(fā)商訂貨率的三階延遲，批發(fā)商的發(fā)貨率是零售商訂貨率的三階延遲。K產(chǎn)品供應(yīng)鏈的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型具體如下：（1）零售商安全庫(kù)存量=12件；（2）零售商庫(kù)存調(diào)節(jié)時(shí)間=4周；（3）零售商庫(kù)存調(diào)節(jié)率=（零售商安全庫(kù)存量-零售商期末庫(kù)存量）/零售商庫(kù)存調(diào)節(jié)時(shí)間，件/周；（4）零售商期末庫(kù)存量=INTEG（DELAY3（批發(fā)商發(fā)貨率，4）-市場(chǎng)銷(xiāo)售率，12），件；（5）零售商期初庫(kù)存量=DELAY3（零售商期末庫(kù)存量, 1），件；（6）零售商累計(jì)缺貨量=INTEG（市場(chǎng)需求率-市場(chǎng)銷(xiāo)售率，0），件；（7）零售商訂貨率=零售商庫(kù)存調(diào)節(jié)率+市場(chǎng)需求率，件/周；（8）市場(chǎng)需求率=4+STEP（4 , 2），件/周；（9）市場(chǎng)銷(xiāo)售率=MIN（零售商期初庫(kù)存量+DELAY3（批發(fā)商發(fā)貨率，4），市場(chǎng)需求率），件/周；（10）批發(fā)商安全庫(kù)存量=12件；（11）批發(fā)商庫(kù)存調(diào)節(jié)時(shí)間=4周；（12）批發(fā)商庫(kù)存調(diào)節(jié)率=（批發(fā)商安全庫(kù)存量-批發(fā)商期末庫(kù)存量）/批發(fā)商庫(kù)存調(diào)節(jié)時(shí)間，件/周；（13）批發(fā)商期末庫(kù)存量=INTEG（DELAY3（制造商發(fā)貨率, 4）-批發(fā)商發(fā)貨率，12），件；（14）批發(fā)商期初庫(kù)存量=DELAY3（批發(fā)商期末庫(kù)存量, 1），件；（15）批發(fā)商累計(jì)缺貨量=INTEG （DELAY3（零售商訂貨率, 4）-批發(fā)商發(fā)貨率，0），件；（16）批發(fā)商訂貨率=DELAY3（零售商訂貨率, 4）+批發(fā)商庫(kù)存調(diào)節(jié)率，件/周；（17）批發(fā)商發(fā)貨率=MIN（批發(fā)商期初庫(kù)存量+DELAY3（制造商發(fā)貨率, 4）, DELAY3（零售商訂貨率, 4）+DELAY3（批發(fā)商累計(jì)缺貨量, 1）），件/周；（18）制造商安全庫(kù)存量=12件；（19）制造商庫(kù)存調(diào)節(jié)時(shí)間=4周；（20）制造商庫(kù)存調(diào)節(jié)率=（制造商安全庫(kù)存量-制造商期末庫(kù)存量）/制造商庫(kù)存調(diào)節(jié)時(shí)間，件/周；（21）制造商期末庫(kù)存量=INTEG（產(chǎn)出率-制造商發(fā)貨率，12），件；（22）制造商期初庫(kù)存量=DELAY3（制造商期末庫(kù)存量, 1），件；（23）制造商累計(jì)缺貨量=INTEG（DELAY3（批發(fā)商訂貨率, 4）-制造商發(fā)貨率，0），件；（24）生產(chǎn)需求率=DELAY3（批發(fā)商訂貨率, 4）+制造商庫(kù)存調(diào)節(jié)率，件/周；（25）制造商發(fā)貨率=MIN（制造商期初庫(kù)存量+產(chǎn)出率, DELAY3（批發(fā)商訂貨率, 4）+DELAY3（制造商累計(jì)缺貨量, 1）），件/周；（26）產(chǎn)出率=DELAY3（生產(chǎn)需求率, 2），件/周。

2.4Vensim系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真

本仿真的時(shí)間范圍是0～300周, 步長(zhǎng)為0.125，在Vensim PLE 5.4b版本上仿真運(yùn)行該模型，各個(gè)物流環(huán)節(jié)期末庫(kù)存量變化趨勢(shì)如圖3所示。從圖3中我們可以看出，由于K產(chǎn)品供應(yīng)鏈上各個(gè)環(huán)節(jié)各自為政，庫(kù)存調(diào)節(jié)時(shí)間較短，訂單延遲時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致了該條供應(yīng)鏈上牛鞭效應(yīng)顯著，這與Y公司K產(chǎn)品現(xiàn)階段供應(yīng)鏈實(shí)際情況相符合。

2.5解決方案

這里我們綜合采用縮短訂單延遲時(shí)間，延長(zhǎng)庫(kù)存調(diào)節(jié)時(shí)間，采用供應(yīng)商管理庫(kù)存的解決辦法?，F(xiàn)階段K產(chǎn)品供應(yīng)鏈上，制造商產(chǎn)出率是其生產(chǎn)需求率的一階延遲，制造商的發(fā)貨率是批發(fā)商訂貨率的三階延遲，批發(fā)商的發(fā)貨率是零售商訂貨率的三階延遲，全都改進(jìn)為一階延遲；各物流環(huán)節(jié)庫(kù)存調(diào)整時(shí)間為4天，全都改進(jìn)為延長(zhǎng)8天；采用供應(yīng)商管理庫(kù)存的解決方案。各個(gè)物流環(huán)節(jié)的訂貨策略改變?yōu)椋篞ij=SEij-Iij/Ti+Nj，SEij為期望庫(kù)存量，對(duì)下一環(huán)節(jié)需求率做一次指數(shù)平滑預(yù)測(cè)。變化的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型為：（1）零售商期望庫(kù)存量=SMOOTHI（市場(chǎng)需求率, 1, 零售商平滑系數(shù)），件；（2）零售商庫(kù)存調(diào)節(jié)率=（零售商期望庫(kù)存量-零售商期末庫(kù)存量）/零售商庫(kù)存調(diào)節(jié)時(shí)間，件/周；（3）批發(fā)商期望庫(kù)存量=SMOOTHI（零售商訂貨率, 1, 批發(fā)商平滑系數(shù)），單位：件；（4）批發(fā)商庫(kù)存調(diào)節(jié)率=（批發(fā)商期望庫(kù)存量-批發(fā)商期末庫(kù)存量）/批發(fā)商庫(kù)存調(diào)節(jié)時(shí)間，件/周；（5）制造商期望庫(kù)存量=SMOOTHI（批發(fā)商訂貨率, 1, 制造商平滑系數(shù)），件。平滑系數(shù)取為0.1；（6）制造商庫(kù)存調(diào)節(jié)率=（制造商期望庫(kù)存量-制造商期末庫(kù)存量）/制造商庫(kù)存調(diào)節(jié)時(shí)間，件/周。原模型中去掉零售商、批發(fā)商、制造商安全庫(kù)存量的方程，其他不變。改進(jìn)后效果如圖4所示。

3結(jié)論與評(píng)價(jià)

本文利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模，在系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真軟件Vensim PLE 5.4b版本上進(jìn)行仿真，主要得到以下結(jié)論：（1）圖3表明：由于訂單延遲時(shí)間較長(zhǎng)，庫(kù)存調(diào)節(jié)時(shí)間較短，采用傳統(tǒng)庫(kù)存管理辦法，Y公司K產(chǎn)品供應(yīng)鏈上每個(gè)物流環(huán)節(jié)各自為證，牛鞭效應(yīng)顯著；（2）從圖4中我們可以看出，綜合利用三種解決方案，可以得到顯著的效果，系統(tǒng)在60周左右處于完全平衡狀態(tài)，與單靠縮短延遲時(shí)間相比，提前了30周的時(shí)間。本文針對(duì)Y公司K產(chǎn)品的供應(yīng)鏈上牛鞭效應(yīng)顯著的情況，進(jìn)行了定性分析，并給出可行的綜合解決方案，然而延遲時(shí)間縮短為多少，庫(kù)存調(diào)節(jié)時(shí)間延長(zhǎng)為多少，供應(yīng)商管理庫(kù)存有許多方法，對(duì)下游物流環(huán)節(jié)需求的預(yù)測(cè)，對(duì)庫(kù)存的調(diào)節(jié)率都有相當(dāng)多的理論與方法，怎樣保證改進(jìn)方案既經(jīng)濟(jì)又可行，還需具體問(wèn)題具體分析，這些都是本文值得進(jìn)一步研究的地方。

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