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1、精选优质文档-倾情为你奉上基于系统动力学的多级供应链的VMI模式的建模和仿真周三元，王秀星，张力夫（北京物资学院,北京 ）摘要：多级供应链包含了生产商、分销商、批发商和零售商。整个供应链之间的信息通过订单方式进行传递，其中,VMI在批发商和零售商间共享了库存信息和销售信息,是一种局部的信息共享类型。本文在前人研究的基础上，更加详细的对VMI模式的运作流程进行模拟和仿真，将VMI模型和传统模式下的库存管理模型进行对比，并对比两种模式下的仿真结果，得出了在VMI模式下供应链的“牛鞭效应”有所减弱，最后通过对模型进行灵敏度测试，找出了对整个供应链的库存管理营销交的的因素。增加了订单处理流程的系统动力
2、学模型，更贴近实际的供应链运作，使得仿真结果更加贴近实际供应链的运作，更具有参考价值。关键字：多级供应链、系统动力学、供应商管理库存1.引言随着世界经济全球化步伐的迈进，我国经济也更加的开放。纵观中国经济，是一个买方的市场，传统的企业与企业之间的竞争已经演变成供应链与供应链之间的竞争，企业的管理模式也突破企业边界向供应链管理的方式转变1,。中国企业要想在这个市场上长期生存下去并分得一杯羹，不但要给客户提供高质量的产品，还要对它的所有市场活动采取一种更加有效的、更先进的管理方式，在这样的经济形势下，供应链管理顺势而生。供应链是是围绕核心企业，通过对信息流、商流、资金流的控制，从采购开始，制成中间
3、产品以及最终产品，最后由销售网络把产品送到手中的将，制造商，分销商，直到最终用户连成一个整体的功能网链结构。近年来，随着经济全球化的快速进行，供应链管理受到越来越多的企业的重视，供应链管理关注的始终是顾客和最终消费者的最终期望,以此为导向来组织生产并提供产品和服务。只有那些对供应链进行有效管理的企业，才能获得客户满意度的提升，才有可能真正获得市场上的竞争优势,为企业创造更大的经济价值。贺兰兰（2006）论述了系统动力学在供应链管理中的运用。通过对供应链本身系统性、动态性等特征的分析，说明了其应用系统动力学的可行性，并且说明了运用系统动力学的方法研究供应链系统存在的问题。张磊（2012）以制造商
4、、分销商组成的两级供应链为研究对象，考虑库存对制造商生产过程的影响，制造商与分销商之间实行供应商管理库存策略，在不同的需求函数下，对供应商管理库模式的系统动力学模型进行模拟，结果表明，供应商管理库存模式能够极大地减少制造商的库存水平，同时减少系统库存水平，削弱牛鞭效应对系统的影响,具有极大的优越性，同时确定最佳参数组合，对系统进行优化。陈光伟（2013）通过研究制造行业的两级供应链，证明了库存管理过程中，牛鞭效应的客观存在；验证了相较于传统库存管理模式，VMI库存管理模式能够更有效的缓解牛鞭效应和信息失真现象；缓解牛鞭效应和信息孤岛的问题，提高供应链上各企业利润，实现供应链整体利润最大化的集成
5、化目标。张争艳等（2014），从供应链各主体的库存能力和实时订货量入手，借助系统动力学理论，对订货提前期进行了初步探究，进一步阐述了牛鞭效应的产生原因，并对它们之间的相互关系进行了研究，采用了缩短提前期的手段降低了牛鞭效应。本文在前人研究的基础上，应用系统动力学对多级供应链从供应链管理的两个方面订单管理和库存管理来讨论供应链管理，在建立系统动力学模型时引入了订单流程的仿真，通过对VMI模型仿真结果与传统模式仿真结果的对比，研究多级供应链在供应商管理库存模式与传统模式下库存管理的差异，通过系统动力学模型的灵敏度分析找出了对库存水平影响较大的因素。2.供应商管理库存供应链管理在库存管理方面主要的管
6、理模式有供应商管理库存(VMI)、联合库存管理(JMI)、协同规划、预测和补货(CPFR)三种模式。从20世纪80年代末，Wal-Mart和Proctor&Gamble率先成功实施VMI后，VMI逐渐在各行各业广泛运用，被企业界和学术界广泛关注2。 VMI指的是由供应商管理用户库存，是连续补货的方式之一。所谓“连续补货”是供应商与零售商建立伙伴关系，两者共享零售商的库存数据和销售信息及目前的存货水准。供应商根据这些数据和信息再依据预先制定的存货水准对零售商进行补货的过程。在连续补货的环境下，供应商不再是被动地执行零售商的订单，而是主动地为零售商补货或提出建议性的订单，以降低补货成本，提高供货速
7、度和准确性，降低库存水平3。VMI是一种供应链战略,指的是供应商管理下游企业的库存，从广义上说，VMI可以在供应链上任何两个节点之间实现。VMI 模式是共享了销售信息和库存信息的供应链信息共享模式。VMI通过应用供应链之间信息共享的能力管理库存，规划整个供应链的库存配置过程,实现供应链的有效运作和管理，从整体上使供应链达到最优。3.多级供应链系统动力学模型3.1系统动力学介绍20世纪50年代早期,美国麻省理工学院(M IT)斯隆管理学院Forrester教授进行将计算机科学和反馈控制理论应用于社会、经济等系统的研究4, 5，到20世纪70年代初,系统动力学逐渐发展成为一种了解和认识人类动态复杂
8、系统的研究方法。20世纪80年代初系统动力学才引入我国，王其藩等学者在内的的上千人参与了系统动力学在中国的应用研究工作。系统动力学(SD)是一门分析研究信息反馈系统的学科，为研究社会系统的动态行为提供了计算机仿真的方法。社会系统作为开放的复杂巨系统，其系统特征表现为非线性、高阶次、不可逆等特点，利用传统的管理方法得出的问题最优解，是建立在多个假设的前提下的，和其他系统分析方法相比,系统动力学善于处理周期性问题、长期性问题，善于处理具有高阶、非线性、多反馈回路的社会、经济动态系统，并且在数据缺少的条件下仍可进行研究。系统动力学既是一种探究人类动态信息反馈系统的先进系统科学，更是一门识别并解决问题
9、的综合学科，它在识别和解决问题时遵循以下基本原理：（1）行为取决于系统的内部构成；（2）系统连续性与相对稳定性；（3）强调模型结构的正确性而不是参数的精度。63.2系统动力学在供应链库存管理中应用的可行性分析库存管理是指将库存管理置于供应链之中，以降低库存成本和提高企业市场反应能力为目的，从点到链、从链到面的管理方法。供应链库存管理的目标服从于整条供应链的目标,通过对整条供应链上的库存进行计划、组织、控制和协调,将各阶段库存控制在最小限度,从而削减库存管理成本,减少资源闲置与浪费,使供应链上的整体库存成本降至最低。与传统库存管理相比，供应链库存管理不再是作为维持生产和销售的措施,而是作为一种供
10、应链的平衡机制。通过供应链管理,消除企业管理中的薄弱环节,实现供应链的总体平衡。供应链管理理论是对现代管理思想的发展,其特点主要表现为:管理集成化、资源范围扩大、企业间关系伙伴化。供应链发展至今在传统供应链库存管理的基础上，随着信息科技的发展又涌现了新的供应链库存管理模式。供应链上包括原材料供应商、生产制造商、分销商、零售商、最终顾客等众多节点企业。它描述了原材料变成产成品最后到消费者手中的全部过程,通过供应链中信息流、物流、资金流的传递与反馈,在组织内部实现了原材料采购、产品设计、产品制造、物流和采购管理等职能,最终完成了价值链的增值。供应链中的库存通过掌握整个价值链的信息流、物流和资金流,
11、可以有效的协调供应商、制造商、分销商、零售商和顾客的这种复杂的交互关系。而市场需求的不确定性和多变性,加剧了这种关系的复杂性,这也决定了供应链库存控制系统的非线性和动态复杂性。应用系统动力学分析供应链库存管理，因为其具有以下几个特点:(1) 供应链中的库存系统存在多重反馈回路。(2) 供应链中的库存表现出非线性的关系。(3) 供应链中库存的复杂性。(4) 供应链中各变量之间存在时间延迟现象。(5) 供应链中库存的动态性。(6) 供应链中库存系统的因果性。由于供应链中的库存具有上述的因果反馈性、非线性、复杂性、动态性等特性,可以利用系统动力学原理构建供应链库存管理模型,用计算机仿真来实现系统的动
12、态模拟,分析其中的关键因素对库存系统整体运行的影响,提出具有建设性的改进建议,提高供应链的整体效益。系统动力学在供应链管理中的应用，很大的意义就在于运用多重理论和方法，用系统的观点来分析、定量的思想综合的思考和分析供应链库存系统中各环节的动态行为和运行结果，站在全局的角度考察系统的运行机制。由于在供应链管理中所涉及的不确定性因素比较多，而且相互之间的作用也比较复杂。通过建模和仿真，对仿真结果进行分析找出边界中对索要研究的对象灵敏度比较高的因素。虽然建模仿真和在实际的供应链运作过程中还是有差距，但是仿真运行中发现的问题和仿真的结果还是可以对实际运行起到借鉴的作用。3.3系统动力学模型VMI模式是
13、在整个供应链中局部两个节点企业之间的库存管理模式，由上游的供应商通过信息网络来对下游企业的库存量、订货量和订货提前期等要素进行管理和控制，是一种高度信息共享的模式。建模条件假设：（1）传统供应链库存管理模型中只包括供应商、批发商、零售商以及终端客户四个节点，上游企业按下游企业的订单来进行生产计划和库存管理决策。（2）将实际生产和运输过程中存在时间延迟现象考虑到建模中。例如在接到下游订单组织生产的过程中，存在生产延迟；产成品由供应商运输至批发商，在从批发商运输至零售商的途中存在时间延迟。所以在建模中考虑了生产延迟时间和运输延迟时间。（3）整个供应链的管理是从零售商面向市场销售开始的，随着销售活动
14、的进行零售商的库存量开始下降，同时零售商根据历史销售数据对未来市场销售进行预测来决定订货量，零售商很据预测信息给上游批发商发出订单，进行补货来补充库存量。批发商收到订单，想下游零售商补货，为了保证对下游的及时补货，批发商会根据下游订单信息，对下游订货量进行预测，根据预测信息发送订单给供应商，供应商根据批发商订单组织生产。（4）供应商的生产能力不受限制，整个供应链只生产一种产品，供应链中各节点企业均采用定期补货的策略来管理库存。本文所构建的VMI系统动力学模型分析了多级供应链中供应商、批发商和零售商三个节点中的信息共享以及订单传递和管理等方面的问题，其中VMI实施在批发商和零售商之间，即批发商对
15、零售商的库存进行管理。要求各个节点企业根据库存量的变化以及对下游需求的预测来对库存水平进行调整，从而达到在保证库存水平的基础上，使得本身的库存水平尽量小。系统动力学模型如图1所示。图1 VMI的系统动力学模型从图1中可以看出这个供应链的运作流程，整个过程中信息以订单的形式传递。但市场需求发生变化的时候零售商接受来自市场的订单，针对自己的库存对下游市场进行补货，此时，可能会出现零售商库存不足以满足市场需求的情况。在这样的情况下零售商将全部库存发送给市场，不足的部分会记录成缺货累计。由于在批发商和零售商之间实施供应商管理库存的方式来控制节点库存，所以零售商和批发商之间的信息高度共享，批发商可以通过
16、网络以及供应商管理信息系统来获得市场的订货信息和零售商库存水平等等相关信息，在获取信息后，批发商根据市场需求、零售商库存以及批发商本身库存制定零售商订单，对零售商进行补货。同时批发商还要控制批发商本身的库存水平，当发货给零售商以后，批发商根据自己的库存水平和缺货水平向上游供应商发出订单，来补充库存。如此循环往复使得供应链健康的运行。主要变量的动力学方程如下：产成品入库率=DELAY1(产成品库存, 运输延迟 )产成品库存= INTEG (生产率-产成品入库率,0)供应商发货率=供应商订单完成率供应商库存= INTEG (产成品入库率-供应商订单完成率,100*供应商库存调整周期)供应商库存调整
17、=IF THEN ELSE(供应商期望库存=0, 0,供应商期望库存+供应商的库存和积压的调整-产成品库存)供应商期望库存=IF THEN ELSE(供应商需求预测=0, 0, 供应商需求预测+1.64*SQRT(供应商补货时间)*批发商需求标准偏差)供应商的库存和积压的调整=批发商订单和供应商缺货积压-供应商库存供应商缺货积压=IF THEN ELSE(供应商库存批发商订单和供应商缺货积压, 0 ,批发商订单和供应商缺货积压-供应商库存)供应商订单完成率=MIN(供应商库存, 批发商订单和供应商缺货积压)供应商需求预测=IF THEN ELSE(Time=供应商库存调整周期+1, 批发商订单
18、累计/供应商库存调整周期*供应商补货时间 ,IF THEN ELSE(MODULO(Time, 供应商库存调整周期)=1, 批发商订单累计-SMOOTH3(批发商订单累计,Time-供应商库存调整周期) /供应商库存调整周期/2*供应商补货时间, 0 )市场下单率=SMOOTH3(市场需求,Time-1)市场的需求积累= INTEG (市场需求,0)市场订单和零售商缺货积压= INTEG (市场下单率-市场订单执行率,0)批发商下单率=IF THEN ELSE(批发商库存调整0, 批发商库存调整 ,0)批发商为零售商做的需求预测=IF THEN ELSE(Time市场订单和零售商缺货积压, 0
19、 ,市场订单和零售商缺货积压-零售商库存)零售商调整=IF THEN ELSE(零售商库存零售商期望库存,零售商期望库存-零售商库存+零售商缺货积压 ,0 )VMI系统动力学模型与传统模式下供应链库存管理系统动力学模型的差别主要是在模型中信息的共享程度大大提高了，市场需求和零售商的库存水平等等信息可以直接通过信息技术传递到批发商的手中，使得供应商能及时的对下游库存的补货进行计划，有效的控制下游企业的库存水平。3.4仿真结果分析使用Vensim ple对VMI系统动力学模型进行仿真，结果如下：（1）极端测试：当市场实际需求为0时，库存曲线仿真结果如图2所示：图2 极端测试条件下库存曲线（2）当市
20、场需求为随机函数时：实际需求=100*RANDOM NORMAL(-2, 2,0 , 2 , 1)，即市场实际需求为随机分布函数，得到的VMI各个节点的库存水平变化曲线，传统模式下的库存水平仿真曲线如图3所示，VMI模式下各个节点企业的库存水平仿真曲线如图4所示。图4 VMI 系统动力学仿真库存曲线图3 传统模式下系统动力学仿真库存曲线图3 和图4 分别是传统模式和VMI模式下各个节点企业库存水平的方针曲线图，通过对比我可以看出批发商和供应商库存的波动明显有所降低，整个供应链的“牛鞭效应”有所改善，但是并不能消除供应链中的“牛鞭效应”。（3）灵敏度测试灵敏度测试亦称为敏感性测试,它主要用于对模
21、型中某个或某些参数估计,或者是对系统中的某些结构把握得不是很准确情况下的测试。实际中,敏感性测试用得非常多,因为对显示系统建立模型的过程中,未知的永远比已知的多。同客户沟通所获得的知识是有限的,所以一般都要通过到敏感性测试来加以分析和改进。因为参数对系统行为的影响力是不同的,有些参数的变化对系统行为的影响很敏感,有些则不敏感,所以我们只要集中精力求证和推敲那些敏感的参数和结构,就可以用较小的投入换取较满意的效果。模型灵敏度测试结果如图5（1）（2）（3）所示：图5（2） 批发商库存调整周期测试结果图5（1） 零售商库存调整周期测试结果 图5（3） 供应商库存调整周期测试结果经过灵敏度测试的结果
22、，得出零售商库存调整周期和批发商库存调整周期对零售商库、批发商库存和供应商库存灵敏度较大，而供应商库存调整周期对零售商库存和批发商库存的灵敏度几乎为零，对供应商库存的灵敏度较大。4.结束语本文建立了包含供应商、批发商和零售商的多级供应链下VMI的系统动力学模型。在多级供应链中VMI是一种局部的信息共享类型，模型中可以显示的信息传递形式以订单的形式进行，上下游之间通过订单来传递信息。 仿真结果表明通过供应链局部的市场需求信息和库存水平等信息的共享，供应商、批发商和零售商的库存波动水平显著地降低，供应链中“牛鞭效应”得到减弱局部信息共享对合作双方库存的管理起到了很好的作用。通过本模型仿真也看出了信
23、息共享在供应链运作中的地位和作用，所以可以进一步研究如何是信息得到更进一步的应用。通过灵敏度分析，找出了对库存水平影响较大的因素，实际运作中可以参照仿真的结果来调节这些因素，从而进一步降低库存水平，节约成本。虽然系统动力学在供应链管理研究中发挥了重要作用，但也存在着不足之处，比如说在建模的时候必须做很多的假设，假设出来的条件都是理想状况下，模型仿真结果的真实性就越低。因此,在以后的研究中可以激昂系统动力学与其他理论和方法结合来弥补系统动力学方法的不足之处。参考文献：1 (美)鲍尔索克斯等著.马士华译注.供应链物流管理(英文版,原书第三版).北京:机械工业出版社,2009.112.供应商管理库存
24、及其协调研究D.长沙.中南大学2008.3 .多级供应链下的VMI系统动力学建模和仿真研究J. 物流科技.2010,08. 4Forrester J W. Industrial dynamics: a major breakthrough for decision makers J . Harvard Business Review, 1958, 36(4): 3766.5Forrester J W. Industrial dynamics M . Cambridge Mass: M IT Press, 1961.6 张争艳，周志强，董 敏.基于系统动力学的供应链牛鞭效应仿真研究J.物流技术.2014,03.作者简介：周三元（1965-），男，江西丰城人，北京物资学院物流学院，副教授；王秀星（1989-），女，黑龙江哈尔滨人，北京物资学院物流工程硕士研究生；张力夫（1990-），男，辽宁沈阳人，北京物资学院物流工程硕士研究生。专心-专注-专业