高妍南，楊韻韻，2

（1.哈爾濱商業(yè)大學(xué)　管理學(xué)院，黑龍江　哈爾濱　150028；2.六盤水市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測(cè)所，貴州　六盤水　553001）

基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的應(yīng)急物流系統(tǒng)優(yōu)化研究

高妍南1，楊韻韻1，2

（1.哈爾濱商業(yè)大學(xué)管理學(xué)院，黑龍江哈爾濱150028；2.六盤水市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測(cè)所，貴州六盤水553001）

根據(jù)應(yīng)急物流系統(tǒng)需求特點(diǎn)，利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法，針對(duì)重大自然災(zāi)害中救援初期的物資缺乏和救援后期物資積壓的問(wèn)題，建立應(yīng)急物流系統(tǒng)模型。在此基礎(chǔ)上，以救援物資保障率和災(zāi)后庫(kù)存積壓量為衡量指標(biāo)，研究供應(yīng)商生產(chǎn)率和時(shí)間延遲對(duì)救援物資供應(yīng)效率的影響。以汶川地震為實(shí)例進(jìn)行仿真研究，驗(yàn)證了模型的有效性，并提出應(yīng)急物流系統(tǒng)優(yōu)化方案及政策性建議以提高救援效率。

應(yīng)急物流系統(tǒng)；系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)；供應(yīng)商生產(chǎn)率；時(shí)間延遲

1　引言

中國(guó)是世界上受突發(fā)事件影響最嚴(yán)重的國(guó)家之一，突發(fā)事件對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展造成巨大的破壞。例如，1976年唐山大地震、2008年的汶川大地震、1998南部洪水泛濫、2003年非典和2009年甲流肆虐、2005年松花江水污染和2008年太湖水污染、2009年底和2010年初的雪災(zāi)等都給人們帶來(lái)了慘痛的經(jīng)歷。突發(fā)性重大自然災(zāi)害和公共事件會(huì)造成大量的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，因此需要大量的應(yīng)急物資，用于解決或處理傷者的救助、衛(wèi)生防疫、災(zāi)后重建、恢復(fù)生產(chǎn)、恢復(fù)秩序等。建立科學(xué)高效的應(yīng)急物流系統(tǒng)，對(duì)于增強(qiáng)對(duì)急性突發(fā)事件的應(yīng)對(duì)能力，減弱其影響或損害具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)針對(duì)應(yīng)急物流問(wèn)題的研究已取得較多的成果［1-3］。應(yīng)急救援系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)復(fù)雜及強(qiáng)不確定性，而為應(yīng)急物資調(diào)運(yùn)服務(wù)的應(yīng)急物流系統(tǒng)具有多目標(biāo)、非線性及多重反饋的性質(zhì)［4］。由于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是基于系統(tǒng)科學(xué)理論與計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的有效結(jié)合，在研究復(fù)雜系統(tǒng)方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)［5］，因此國(guó)內(nèi)外有很多學(xué)者運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法對(duì)應(yīng)急物流系統(tǒng)進(jìn)行了研究。

國(guó)外，Brouwer［6］建立了基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的洪水救援系統(tǒng)模型。Cooke［7］研究了礦難之后基于行為導(dǎo)向的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。Besiou等［8］從系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的視角，建立了包含物資的獲取、物資的轉(zhuǎn)移和運(yùn)輸、物資的消耗和需求變化等的因果關(guān)系圖。國(guó)內(nèi)，李健等［9］將應(yīng)急物資分為累積性需求物資和非累積性需求物資，并引入政府應(yīng)急管理因素建立了應(yīng)急物資調(diào)運(yùn)系統(tǒng)。王旭坪等［10］從道路運(yùn)力評(píng)估，物資流動(dòng)、決策過(guò)程及物資需求等模塊建立了物資調(diào)運(yùn)全過(guò)程系統(tǒng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的仿真模型。賈雷亮等［11］在分析了自然災(zāi)害對(duì)電網(wǎng)影響的基礎(chǔ)上，提出了一種基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的電網(wǎng)自然災(zāi)害應(yīng)急資源配置模型。儲(chǔ)文功等［12］對(duì)應(yīng)急藥品供應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)分析，構(gòu)建了應(yīng)急藥品供應(yīng)系統(tǒng)的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。

現(xiàn)有研究大都針對(duì)配送運(yùn)輸過(guò)程運(yùn)輸效率過(guò)低、各決策中心對(duì)災(zāi)區(qū)實(shí)時(shí)信息獲取時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等問(wèn)題。針對(duì)救援物資供應(yīng)系統(tǒng)的信息延遲和運(yùn)輸延遲，本文利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法建立應(yīng)急物流系統(tǒng)模型，并將供應(yīng)商的應(yīng)急生產(chǎn)率、社會(huì)組織的物資捐贈(zèng)和災(zāi)區(qū)救援物資動(dòng)態(tài)需求等因素引入模型中。利用汶川地震實(shí)例對(duì)模型進(jìn)行仿真研究，分析影響應(yīng)急系統(tǒng)配送效率和救災(zāi)后期各受災(zāi)點(diǎn)庫(kù)存積壓?jiǎn)栴}的因素，為提高應(yīng)急物流系統(tǒng)能力提出有效建議。

2　應(yīng)急物流系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建

2.1應(yīng)急物流系統(tǒng)的因果回路圖

設(shè)計(jì)應(yīng)急物流系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)，從上至下分別是：供應(yīng)商、指揮救援中心、配送中心、各個(gè)受災(zāi)點(diǎn)。進(jìn)一步，系統(tǒng)整體因果回路圖由：供應(yīng)商與救援指揮中心、救援中心與配送中心、配送中心與各個(gè)受災(zāi)點(diǎn)共三個(gè)因果回路圖組成。

在每個(gè)發(fā)貨運(yùn)輸過(guò)程中，分別考慮道路損毀和道路修復(fù)的運(yùn)輸延遲時(shí)間，并加入各個(gè)點(diǎn)補(bǔ)貨決策的信息延遲時(shí)間，同時(shí)基于實(shí)際情況，考慮來(lái)自社會(huì)組織的救援物資捐贈(zèng)量對(duì)庫(kù)存的影響。在各個(gè)受災(zāi)點(diǎn)的需求率計(jì)算中，考慮災(zāi)區(qū)搜尋比例和受災(zāi)人數(shù)之間的關(guān)系值，并結(jié)合實(shí)際情況帶入各災(zāi)區(qū)搜尋比例的隨機(jī)函數(shù)。最后在各個(gè)點(diǎn)的期望庫(kù)存值設(shè)定時(shí)，決策者考慮救援時(shí)間延遲和救援人數(shù)累計(jì)值對(duì)訂貨量的影響。應(yīng)急物流系統(tǒng)的因果回路如圖1所示。

2.2系統(tǒng)流圖的建立

根據(jù)因果回路圖，利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)Vensim軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)上述動(dòng)力學(xué)模型的構(gòu)建，最終構(gòu)造的系統(tǒng)存量流流圖如圖2所示。

圖1　應(yīng)急物流系統(tǒng)因果回路圖

圖2　應(yīng)急物流系統(tǒng)存量流量圖

對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行因果關(guān)系分析，并建立系統(tǒng)存量流量圖后，設(shè)計(jì)輸入模型的初始參數(shù)、方程和表函數(shù)，從而對(duì)模型進(jìn)行仿真研究。模型的參數(shù)含義見(jiàn)表1，模型的部分方程見(jiàn)表2。

3　模型仿真和實(shí)例分析—以汶川地震為例

5·12汶川地震是于2008年5月12日14時(shí)28分04秒，四川省阿壩藏族羌族自治州汶川縣發(fā)生的8.0級(jí)地震，地震造成69 227人遇難，374 643人受傷，17 923人失蹤。此次地震是有記錄以來(lái)中華人民共和國(guó)成立以來(lái)破壞力最大的地震，也是唐山大地震后傷亡最慘重的一次。

3.1基于汶川地震的模型參數(shù)設(shè)定

本文以汶川地震中，位于極震區(qū)的四個(gè)重災(zāi)區(qū)汶川、綿竹、什邡和都江堰為仿真區(qū)域。

根據(jù)2008年汶川地震的實(shí)際情況，選取汶川、綿竹、什邡和都江堰四個(gè)受災(zāi)點(diǎn)，利用Vensim軟件工具建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)應(yīng)急物流系統(tǒng)。根據(jù)2008年四川省統(tǒng)計(jì)年鑒和汶川地震數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和其他相關(guān)資料［13］，設(shè)定模型部分參數(shù)及初始值見(jiàn)表3。

3.2模型相關(guān)假設(shè)及說(shuō)明

本模型主要研究提高應(yīng)急物流系統(tǒng)救援能力和避免救援物資供應(yīng)鏈中長(zhǎng)鞭效應(yīng)的方法。模型設(shè)定了單個(gè)救援中心和配送中心對(duì)四個(gè)受災(zāi)點(diǎn)的物資供應(yīng)過(guò)程，且假設(shè)車輛等救援設(shè)備足夠，物資由單個(gè)供應(yīng)商統(tǒng)一供應(yīng)。各個(gè)物資接收點(diǎn)接受來(lái)自社會(huì)捐贈(zèng)物資。以震后四個(gè)災(zāi)區(qū)的醫(yī)療物資藥品運(yùn)送為例，設(shè)定仿真時(shí)長(zhǎng)為震后100d，時(shí)間步長(zhǎng)為0.5d。模型假設(shè)：（1）運(yùn)輸車輛等救援設(shè)備充足；（2）沒(méi)有退貨情況發(fā)生；（3）使用定期不定量的補(bǔ)貨策略。

表1　應(yīng)急物流系統(tǒng)模型參數(shù)描述表

表2　應(yīng)急物流系統(tǒng)模型的部分方程表

表3　模型部分參數(shù)及初始值

3.3模型運(yùn)行及靈敏性分析

模型通過(guò)三個(gè)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)應(yīng)急物流系統(tǒng)的應(yīng)急物流能力。

（1）供應(yīng)商應(yīng)急生產(chǎn)率（R1）：評(píng)價(jià)系統(tǒng)的應(yīng)急生產(chǎn)能力。

（2）物資消耗滿足率：評(píng)價(jià)系統(tǒng)的應(yīng)急物資供應(yīng)能力。

（3）救援中心庫(kù)存量（I2）：評(píng)價(jià)系統(tǒng)對(duì)物資需求變動(dòng)的敏感度。

其中物資消耗率滿足=各受災(zāi)點(diǎn)物資消耗量/各受災(zāi)點(diǎn)物資需求量。物資需求量=各受災(zāi)點(diǎn)搜尋比例×各受災(zāi)點(diǎn)總?cè)藬?shù)。根據(jù)模型設(shè)定，部分仿真結(jié)果如圖3、圖4所示。

由圖3可知，供應(yīng)商生產(chǎn)率為一個(gè)變動(dòng)的值，據(jù)實(shí)際情況，在救災(zāi)前10d，因?yàn)榇似陂g不斷有新的供應(yīng)商及新的生產(chǎn)能力者加入，供應(yīng)商的生產(chǎn)率為一個(gè)持續(xù)上升的值。到救援中后期，由于災(zāi)情的緩解以及新的供應(yīng)商和生產(chǎn)能力者因生產(chǎn)資源和硬件設(shè)備條件達(dá)到瓶頸值，所以供應(yīng)商應(yīng)急生產(chǎn)率趨于一個(gè)穩(wěn)定值。

由圖4可知，在救援初期供應(yīng)商的生產(chǎn)率沒(méi)能滿足各受災(zāi)點(diǎn)的物資消耗需求，直到后期50d后，災(zāi)區(qū)一開(kāi)始出現(xiàn)庫(kù)存量，基本滿足物資消耗需求，到70d之后，出現(xiàn)有少量救援物資富余，90d后出現(xiàn)藥品大量積壓。

通過(guò)以上測(cè)試說(shuō)明模型可以較好地模擬實(shí)際情況，進(jìn)一步為確定模型中的關(guān)鍵變量，進(jìn)行敏感性測(cè)試。

（1）調(diào)整供應(yīng)商的生產(chǎn)率至與各受災(zāi)點(diǎn)的需求量相匹配。

（2）縮短信息延遲及運(yùn)輸延遲時(shí)間。

（3）調(diào)整各個(gè)受災(zāi)點(diǎn)和配送中心救援中心后期期望庫(kù)存值。

圖5-圖8分別是在以上三種改進(jìn)方案下的系統(tǒng)仿真結(jié)果。

經(jīng)過(guò)方案1的調(diào)整，設(shè)定供應(yīng)商的生產(chǎn)率在瓶頸值下（7 000箱/d），與受災(zāi)點(diǎn)的需求量相匹配。由救災(zāi)前期受災(zāi)人數(shù)變化趨勢(shì)決定，供應(yīng)商生產(chǎn)率在整個(gè)救援物資供應(yīng)期間是一個(gè)先增加后減少的量。由圖5可知，提高供應(yīng)商生產(chǎn)率，可增加在途庫(kù)存A1的值，進(jìn)而能有效提高運(yùn)送到救援中心及各受災(zāi)點(diǎn)的物資量。結(jié)合圖6，災(zāi)區(qū)的救援物資消耗需求在震后第8d基本得到滿足，而之后生產(chǎn)率的提高對(duì)救援供應(yīng)效率再無(wú)明顯提高。

設(shè)計(jì)方案2，在方案1的基礎(chǔ)上縮短運(yùn)輸延遲時(shí)間和信息延遲時(shí)間?？s短總信息延遲時(shí)間至0.5d、縮短運(yùn)輸延遲時(shí)間至1d。縮短部分信息延遲時(shí)間至0，縮短部分運(yùn)輸延遲時(shí)間至0.5d。仿真運(yùn)行結(jié)果如圖7所示，由圖7得出災(zāi)區(qū)一的物資消耗率在第5d到達(dá)0.85的滿足率，到第8d得到完全滿足。由此可知，縮短救援物資運(yùn)輸延遲時(shí)間和各個(gè)環(huán)節(jié)的信息延遲時(shí)間可以有效提高救援物資需求滿足率。

圖3　供應(yīng)商生產(chǎn)率

圖4　災(zāi)區(qū)一救援物資庫(kù)存量

圖5　方案1在途庫(kù)存（A1）

圖6　方案1物資消耗滿足率

圖7　方案2物資消耗滿足率

針對(duì)各地庫(kù)存量在震后救援后期出現(xiàn)大量救援物資大量積壓的情況，設(shè)計(jì)方案3：調(diào)整各受災(zāi)點(diǎn)期望庫(kù)存值災(zāi)區(qū)一調(diào)整至8 000箱，配送中心期望庫(kù)存值調(diào)至2 000箱，救援中心的期望庫(kù)存調(diào)整至3 000箱。

圖8　方案3災(zāi)區(qū)一中心庫(kù)存量

如圖8所示，方案改進(jìn)前，由于各受災(zāi)點(diǎn)和救援中心的信息不對(duì)稱和多庫(kù)存避免救援物資緊缺心理，導(dǎo)致后期救援物資大量積壓。調(diào)節(jié)救援中心和各受災(zāi)點(diǎn)的期望庫(kù)存值可以有效避免救援后期庫(kù)存積壓?jiǎn)栴}。

4　結(jié)論與展望

（1）建設(shè)物流信息交換系統(tǒng)，縮短信息延遲時(shí)間。在應(yīng)急物流的運(yùn)作過(guò)程中，各種信息貫穿整個(gè)應(yīng)急供應(yīng)鏈的始終。避免信息交換不及時(shí)和不準(zhǔn)確引起的訂貨決策失誤，可以降低救援時(shí)間延誤，減少人員傷亡及經(jīng)濟(jì)損失。提高通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的暢通性，建立有效的物流信息交換系統(tǒng)，不但有利于在災(zāi)害發(fā)生前進(jìn)行預(yù)警，給人們更多的時(shí)間準(zhǔn)備，而且健全的基礎(chǔ)設(shè)施可以有效提高物流運(yùn)輸?shù)男?，更好地提供賑災(zāi)所需的各方面的情況，例如災(zāi)區(qū)的需求情況、物資采購(gòu)倉(cāng)儲(chǔ)情況、物流運(yùn)輸情況等。

（2）提高供應(yīng)商應(yīng)急生產(chǎn)率，合理儲(chǔ)備救援物資。加強(qiáng)政府與供應(yīng)商合作關(guān)系的建立。當(dāng)自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)，需要大量的救援物資，建立與供應(yīng)商的合作關(guān)系，設(shè)立多個(gè)供應(yīng)商合作機(jī)制，可以及時(shí)調(diào)動(dòng)并提升生產(chǎn)力。一方面，供應(yīng)商可以形成應(yīng)急生產(chǎn)率機(jī)制，提高應(yīng)急救援物資供應(yīng)量。另一方面，政府可以設(shè)立救援中心，合理貯備一定量的救援物資，并做好救援物資的儲(chǔ)存管理工作。

（3）整合應(yīng)急人力資源，縮短運(yùn)輸延遲時(shí)間。整合應(yīng)急物流資源，可以為救援部隊(duì)提供及時(shí)充足的物資保障，而整合交通運(yùn)輸人員和道路搶險(xiǎn)修復(fù)人員，可以保障救援物資運(yùn)輸及時(shí)順利，最終縮短救援物資在運(yùn)輸?shù)礁鱾€(gè)受災(zāi)點(diǎn)的延遲時(shí)間，保證在震后三天救援黃金時(shí)間內(nèi)，救援物資能準(zhǔn)確到達(dá)受災(zāi)點(diǎn)，減少災(zāi)區(qū)人們的生命財(cái)產(chǎn)損失。

本文針對(duì)應(yīng)急物流系統(tǒng)需求特點(diǎn)，利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法建立應(yīng)急物流系統(tǒng)模型，進(jìn)一步結(jié)合汶川地震實(shí)例以仿真方法對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證，并分析了影響應(yīng)急物流系統(tǒng)運(yùn)行效率的主要因素，探索了提高應(yīng)急物流系統(tǒng)效率的方法。但對(duì)于如何具體提高供應(yīng)商應(yīng)急生產(chǎn)率的方法，還有如何建立應(yīng)急救援信息系統(tǒng)、統(tǒng)籌布局救援物流中心等具體方面需要進(jìn)一步的研究。

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［13］General Office of the State Council.Report for Wenchuan Earthquake［ER/OL］.http://news.sina.com.cn/z/08earthquake，2008.

Study on Emergency Logistics System Optimization Based on System Dynamics

Gao Yannan1，Yang Yunyun1，2
（1.School of Management，Harbin University of Commerce，Harbin 150028；2.Liupanshui Quality&Technical Supervision&Inspection Institute，Liupanshui 553001，China）

In this paper，according to the demand characteristics of the emergency logistics system，we used the system dynamics method to build the emergency logistics system model.Then，on such basis，with the disaster relief material support ratio and post-disaster backlog as the measuring indexes，we studied the influence of supplier productivity and postponement on the efficiency of the disaster relief material supplies.At the end，through an empirical study on the Wenchuan Earthquake，we verified the validity of the model and proposed the optimization plans and policy suggestions to improve the efficiency of the rescue operations.

emergency logistics system；system dynamics；supplier productivity；postponement

F252；N941.3

A

1005-152X（2016）06-0063-05

10.3969/j.issn.1005-152X.2016.06.015

2016-04-25

哈爾濱商業(yè)大學(xué)博士科研啟動(dòng)基金（15RW13）

高妍南（1982-），女，黑龍江哈爾濱人，講師，博士，研究方向：供應(yīng)鏈優(yōu)化控制。