基于系統(tǒng)動力學的多級供應鏈的VMI模式的建模和仿真

摘要

多級供應鏈包含了生產(chǎn)商、分銷商、批發(fā)商和零售商。整個供應鏈之間的信息通過訂單方式進行傳遞，其中，供應商管理庫存（VMI）在批發(fā)商和零售商間共享了庫存信息和銷售信息，是一種局部的信息共享類型。該研究在前人研究的基礎上，更加詳細地對VMI模式的運作流程進行模擬和仿真，將VMI模型和傳統(tǒng)模式下的庫存管理模型進行對比，并對比兩種模式下的仿真結果，得出了在VMI模式下供應鏈的“牛鞭效應”有所減弱;最后通過對模型進行靈敏度測試，找出了對整個供應鏈的庫存管理影響較大的因素。增加了訂單處理流程的系統(tǒng)動力學模型，更貼近實際的供應鏈運作，使得仿真結果更加貼近實際供應鏈的運作，更具有參考價值。

關鍵詞 多級供應鏈;系統(tǒng)動力學;供應商管理庫存（VMI）

中圖分類號 S-9 "文獻標識碼 A "文章編號 0517-6611（2014）32-11534-05

當前我國經(jīng)濟總體上是一個買方市場，傳統(tǒng)的企業(yè)與企業(yè)之間的競爭已經(jīng)演變成供應鏈與供應鏈之間的競爭，企業(yè)的管理模式也突破企業(yè)邊界向供應鏈管理的方式轉變[1]。我國企業(yè)要想在這個市場上長期生存下去并分得一杯羹，不但要給客戶提供高質量的產(chǎn)品，還要對它的所有市場活動采取一種更加有效的、更先進的管理方式，在這樣的經(jīng)濟形勢下，供應鏈管理順勢而生。供應鏈是圍繞核心企業(yè)，通過對信息流、商流、物流、資金流的控制，從采購原材料開始，制成中間產(chǎn)品以及最終產(chǎn)品，最后由銷售網(wǎng)絡把產(chǎn)品送到消費者手中的，將供應商、制造商、分銷商、零售商，直到最終用戶連成一個整體的功能網(wǎng)鏈結構。近年來，隨著經(jīng)濟全球化的快速發(fā)展，供應鏈管理受到越來越多的企業(yè)的重視，供應鏈管理關注的始終是顧客和最終消費者的最終期望，以此為導向來組織生產(chǎn)并提供產(chǎn)品和服務。只有那些對供應鏈進行有效管理的企業(yè)，才能獲得客戶滿意度的提升，才有可能真正獲得市場上的競爭優(yōu)勢，為企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟價值。

賀蘭蘭論述了系統(tǒng)動力學在供應鏈管理中的運用，通過對供應鏈本身系統(tǒng)性、動態(tài)性等特征的分析，說明了其應用系統(tǒng)動力學的可行性，并運用系統(tǒng)動力學的方法研究供應鏈系統(tǒng)存在的問題[2]。陳光偉通過研究制造行業(yè)的兩級供應鏈，證明了庫存管理過程中牛鞭效應的客觀存在;驗證了相較于傳統(tǒng)庫存管理模式，VMI模式能夠更有效地緩解牛鞭效應和信息失真現(xiàn)象，提高供應鏈上各企業(yè)利潤，實現(xiàn)供應鏈整體利潤最大化的集成化目標[3]。張爭艷等從供應鏈各主體的庫存能力和實時訂貨量入手，借助系統(tǒng)動力學理論，對訂貨提前期進行了初步探究，進一步闡述了牛鞭效應的產(chǎn)生原因，并對它們之間的相互關系進行了研究，采用了縮短提前期的手段來減小牛鞭效應[4]。

筆者在前人研究的基礎上，應用系統(tǒng)動力學對多級供應鏈從供應鏈管理的兩個方面——訂單管理和庫存管理來討論供應鏈管理，在建立系統(tǒng)動力學模型時引入了訂單流程的仿真，通過對VMI模型仿真結果與傳統(tǒng)模式仿真結果的對比，研究多級供應鏈在供應商管理庫存模式與傳統(tǒng)模式下庫存管理的差異，通過系統(tǒng)動力學模型的靈敏度分析找出了對庫存水平影響較大的因素。

1 供應商管理庫存

供應鏈管理在庫存管理方面主要的管理模式有供應商管理庫存（VMI）、聯(lián)合庫存管理（JMI）、協(xié)同規(guī)劃、預測和補貨（CPFR）3種模式。從20世紀80年代末，WalMart和Proctoramp;Gamble率先成功實施VMI后，VMI逐漸在各行各業(yè)廣泛運用，被企業(yè)界和學術界廣泛關注[5]。

VMI指的是由供應商管理用戶庫存，是連續(xù)補貨的方式之一。所謂“連續(xù)補貨”是供應商與零售商建立伙伴關系，兩者共享零售商的庫存數(shù)據(jù)和銷售信息及目前的存貨水準，供應商根據(jù)這些數(shù)據(jù)和信息再依據(jù)預先制定的存貨水準對零售商進行補貨的過程。在連續(xù)補貨的環(huán)境下，供應商不再是被動地執(zhí)行零售商的訂單，而是主動地為零售商補貨或提出建議性的訂單，以降低補貨成本，提高供貨速度和準確性，降低庫存水平[6]。

VMI是一種供應鏈戰(zhàn)略，指的是供應商管理下游企業(yè)的庫存，從廣義上說，VMI可以在供應鏈上任何兩個節(jié)點之間實現(xiàn)。VMI 模式是共享了銷售信息和庫存信息的供應鏈信息共享模式。VMI通過應用供應鏈之間信息共享的能力管理庫存，規(guī)劃整個供應鏈的庫存配置過程，實現(xiàn)供應鏈的有效運作和管理，從整體上使供應鏈達到最優(yōu)。

2 多級供應鏈系統(tǒng)動力學模型分析

2.1 系統(tǒng)動力學介紹

20世紀50年代早期，美國麻省理工學院斯隆管理學院Forrester教授進行將計算機科學和反饋控制理論應用于社會、經(jīng)濟等系統(tǒng)的研究[7-8]，到20世紀70年代初，系統(tǒng)動力學逐漸發(fā)展成為一種了解和認識人類動態(tài)復雜系統(tǒng)的研究方法。20世紀80年代初系統(tǒng)動力學才引入我國，此后學者不斷研究系統(tǒng)動力學的應用。

系統(tǒng)動力學（SD）是一門分析研究信息反饋系統(tǒng)的學科，為研究社會系統(tǒng)的動態(tài)行為提供了計算機仿真的方法。社會系統(tǒng)作為開放的復雜巨系統(tǒng)，其系統(tǒng)特征表現(xiàn)為非線性、高階次、不可逆等特點，利用傳統(tǒng)的管理方法得出的問題最優(yōu)解，是建立在多個假設的前提下的。和其他系統(tǒng)分析方法相比，系統(tǒng)動力學善于處理周期性問題、長期性問題，善于處理具有高階、非線性、多反饋回路的社會、經(jīng)濟動態(tài)系統(tǒng)，并且在數(shù)據(jù)缺少的條件下仍可進行研究。系統(tǒng)動力學在識別和解決問題時遵循以下基本原理：①行為取決于系統(tǒng)的內部構成;②系統(tǒng)連續(xù)性與相對穩(wěn)定性;③強調模型結構的正確性而不是參數(shù)的精度[4]。

2.2 系統(tǒng)動力學在供應鏈庫存管理中應用的可行性分析

供應鏈庫存管理是指將庫存管理置于供應鏈之中，以降低庫存成本和提高企業(yè)市場反應能力為目的，從點到鏈、從鏈到面的庫存管理方法。供應鏈庫存管理的目標服從于整條供應鏈的目標，通過對整條供應鏈上的庫存進行計劃、組織、控制和協(xié)調，將各階段庫存控制在最小限度，從而削減庫存管理成本，減少資源閑置與浪費，使供應鏈上的整體庫存成本降至最低。與傳統(tǒng)庫存管理相比，供應鏈庫存管理不再是作為維持生產(chǎn)和銷售的措施，而是作為一種供應鏈的平衡機制。通過供應鏈管理，消除企業(yè)管理中的薄弱環(huán)節(jié)，實現(xiàn)供應鏈的總體平衡。供應鏈管理理論是對現(xiàn)代管理思想的發(fā)展，其特點主要表現(xiàn)為：管理集成化、資源范圍擴大化、企業(yè)間關系伙伴化。在傳統(tǒng)供應鏈庫存管理的基礎上，隨著信息科技的發(fā)展，又涌現(xiàn)了新的供應鏈庫存管理模式。

供應鏈包括原材料供應商、生產(chǎn)制造商、分銷商、零售商、最終顧客等眾多節(jié)點企業(yè)，它描述了原材料變成產(chǎn)成品最后到消費者手中的全部過程，通過供應鏈中信息流、物流、資金流的傳遞與反饋，在組織內部實現(xiàn)了原材料采購、產(chǎn)品設計、產(chǎn)品制造、物流和采購管理等職能，最終完成了價值鏈的增值。供應鏈中的庫存通過掌握整個價值鏈的信息流、物流和資金流，可以有效地協(xié)調供應商、制造商、分銷商、零售商和顧客之間復雜的交互關系。而市場需求的不確定性和多變性，加劇了這種關系的復雜性，這也決定了供應鏈庫存控制系統(tǒng)的非線性和動態(tài)復雜性。應用系統(tǒng)動力學分析供應鏈庫存管理，因為其具有以下幾個特點;

①供應鏈中的庫存系統(tǒng)存在多重反饋回路;

②供應鏈中的庫存表現(xiàn)出非線性的關系;

③供應鏈中庫存的復雜性;

④供應鏈中各變量之間存在時間延遲現(xiàn)象;

⑤供應鏈中庫存的動態(tài)性;

⑥供應鏈中庫存系統(tǒng)的因果性。

由于供應鏈中的庫存具有上述的因果反饋性、非線性、復雜性、動態(tài)性等特性，可以利用系統(tǒng)動力學原理構建供應鏈庫存管理模型，用計算機仿真來實現(xiàn)系統(tǒng)的動態(tài)模擬，分析其中的關鍵因素對庫存系統(tǒng)整體運行的影響，提出具有建設性的改進建議，提高供應鏈的整體效益。

系統(tǒng)動力學在供應鏈管理中的應用，很大的意義就在于運用多重理論和方法，用系統(tǒng)的觀點來分析供應鏈庫存系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的動態(tài)行為和運行結果，站在全局的角度考察系統(tǒng)的運行機制。由于在供應鏈管理中所涉及的不確定性因素比較多，而且相互之間的作用也比較復雜。通過建模和仿真，對仿真結果進行分析找出邊界中對所要研究的對象靈敏度比較高的因素。雖然建模仿真和在實際的供應鏈運作過程中還是有差距，但是仿真運行中發(fā)現(xiàn)的問題和仿真的結果還是可以對實際運行起到借鑒的作用。

2.3 VMI系統(tǒng)動力學模型構建與分析

VMI模式是在整個供應鏈中局部兩個節(jié)點企業(yè)之間的庫存管理模式，由上游的供應商通過信息網(wǎng)絡來對下游企業(yè)的庫存量、訂貨量和訂貨提前期等要素進行管理和控制，是一種高度信息共享的模式。

建模條件假設：

（1）傳統(tǒng)供應鏈庫存管理模型中只包括供應商、批發(fā)商、零售商以及終端客戶4個節(jié)點，上游企業(yè)按下游企業(yè)的訂單來進行生產(chǎn)計劃和庫存管理決策。

（2）將實際生產(chǎn)和運輸過程中存在時間延遲現(xiàn)象考慮到建模中。例如在接到下游訂單組織生產(chǎn)的過程中，存在生產(chǎn)延遲;產(chǎn)成品由供應商運輸至批發(fā)商，在從批發(fā)商運輸至零售商的途中存在時間延遲，所以在建模中考慮了生產(chǎn)延遲時間和運輸延遲時間。

（3）整個供應鏈的管理是從零售商面向市場銷售開始的，隨著銷售活動的進行零售商的庫存量開始下降，同時零售商根據(jù)歷史銷售數(shù)據(jù)對未來市場銷售進行預測來決定訂貨量，零售商很據(jù)預測信息給上游批發(fā)商發(fā)出訂單，進行補貨來補充庫存量。批發(fā)商收到訂單，向下游零售商補貨，為了保證對下游的及時補貨，批發(fā)商會根據(jù)下游訂單信息，對下游訂貨量進行預測，根據(jù)預測信息發(fā)送訂單給供應商，供應商根據(jù)批發(fā)商訂單組織生產(chǎn)。

（4）供應商的生產(chǎn)能力不受限制，整個供應鏈只生產(chǎn)一種產(chǎn)品，供應鏈中各節(jié)點企業(yè)均采用定期補貨的策略來管理庫存。

該研究所構建的VMI系統(tǒng)動力學模型分析了多級供應鏈中供應商、批發(fā)商和零售商3個節(jié)點中的信息共享以及訂單傳遞和管理等方面的問題，其中VMI實施在批發(fā)商和零售商之間，即批發(fā)商對零售商的庫存進行管理。要求各個節(jié)點企業(yè)根據(jù)庫存量的變化以及對下游需求的預測來對庫存水平進行調整，從而達到在保證庫存水平的基礎上，使得本身的庫存水平盡量小。VMI的系統(tǒng)動力學模型如圖1所示。

圖1顯示了整個供應鏈的運作流程，整個過程中信息以訂單的形式傳遞。但市場需求發(fā)生變化的時候零售商接受來自市場的訂單，根據(jù)自己的庫存對下游市場進行補貨，這就可能會出現(xiàn)零售商庫存不足以滿足市場需求的情況。此時零售商將全部庫存發(fā)送給市場，不足的部分會記錄成缺貨累計。由于在批發(fā)商和零售商之間實施供應商管理庫存的方式來控制節(jié)點庫存，所以零售商和批發(fā)商之間的信息高度共享，批發(fā)商可以通過網(wǎng)絡以及供應商管理信息系統(tǒng)來獲得市場的訂貨信息和零售商庫存水平等相關信息，在獲取信息后，批發(fā)商根據(jù)市場需求、零售商庫存以及批發(fā)商本身庫存制定零售商訂單，對零售商進行補貨。同時批發(fā)商還要控制批發(fā)商本身的庫存水平，當發(fā)貨給零售商以后，批發(fā)商根據(jù)自己的庫存水平和缺貨水平向上游供應商發(fā)出訂單，來補充庫存。如此循環(huán)往復使得供應鏈健康的運行。

3 結語

該研究建立了包含供應商、批發(fā)商和零售商的多級供應鏈下VMI的系統(tǒng)動力學模型。在多級供應鏈中VMI是一種局部的信息共享類型，模型中可以顯示的信息傳遞以訂單的

形式進行，上下游之間通過訂單來傳遞信息。仿真結果表明通過供應鏈局部的市場需求信息和庫存水平等信息的共享，供應商、批發(fā)商和零售商的庫存波動水平顯著地降低，供應鏈中“牛鞭效應”得到減弱，局部信息共享對合作雙方庫存的管理起到了很好的作用。通過該模型仿真也看出了信息共享在供應鏈運作中的地位和作用，所以可以進一步研究如何使信息得到更進一步的應用。通過靈敏度分析，找出了對庫存水平影響較大的因素，實際運作中可以參照仿真的結果來調節(jié)這些因素，從而進一步降低庫存水平，節(jié)約成本。

雖然系統(tǒng)動力學在供應鏈管理研究中發(fā)揮了重要作用，但也存在著不足之處，比如說在建模的時候必須作很多的假

設，假設出來的條件都是理想狀況下，假設越多，模型仿真結

果的真實性就越低。因此，在以后的研究中可以結合其他理論和方法來彌補系統(tǒng)動力學方法的不足之處。

參考文獻

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