基于系統動力學的白酒智能化釀造綜合效益分析
——以汾酒智能化釀造為例

楊 波

（山西杏花村汾酒集團有限責任公司，山西 汾陽 032205）

當前，白酒行業中部分白酒生產企業在加壓蒸糧、固態培菌、控溫糖化、低溫槽車發酵及機械上甑蒸餾等原酒生產環節中研發新技術，實現了釀造過程的智能化和信息化的有效融合，原料全程不沾地、不與操作人員接觸，減輕了員工的勞動強度，提高了生產效率，消除了人為因素對生產過程的影響，標志著白酒釀造告別傳統作坊式生產，邁進工業化，并逐步實現了向智能化、自動化釀造生產模式的轉變。然而以“白酒智能化釀造”、“白酒智能化釀造綜合效益評價”等為檢索詞，對中國知網（Chinese national knowledgey ifrastructure，CNKI）全文數據庫收錄的北大中文核心期刊文章進行綜合文獻分析發現：一是大多數學者研究的重點都在白酒智能化生產設備研發上，認為設備研發成功就等于釀造效益大幅提升；二是一部分學者將白酒智能化釀造綜合效益等同于經濟效益，沒有關注社會和環境因素，只是簡單進行了經濟效益評估[1]。本文通過分析影響白酒智能化釀造綜合效益的經濟、社會和環境三個子系統，并分析各子系統的影響因素，進而建立系統動力學模型。

1 系統動力學簡介

系統動力學（system dynamics，SD）是一種以系統論、控制論、信息論為基礎，通過運用計算機模擬技術來解決動態、高階次、多回路、非線性復雜大系統問題的定量分析工具，其構建的系統動力學模型，強調描述系統結構，擅長處理非線性和有時變現象的系統問題，并可進行長期動態的模擬和仿真[2]。

運用系統動力學解決問題具有以下作用：

（1）處理數據不足的問題。當研究中出現數據不足或對數據無法具體量化的情況下，系統動力學可以依據因果關系、有限數據及建立合理的系統結構來進行推算分析，進而彌補數據不足，實現較為精準的預測。

（2）處理精度要求不高的復雜問題。不少系統由于描述方程為高階非線性動態方程而無法求解，但系統動力學可借助計算機仿真技術進行模型計算。

（3）進行有條件的預測。系統動力學注重于不同條件下的結果，因此可依據條件的限制進行結果比較，進行有效預測[3]。

白酒智能化釀造綜合效益評價涉及多種因素，往往會出現統計數據不足的情況，在進行綜合效益評價時，通常會選擇“有無對比”思路，相當于不同政策下的情景比較[4]。由此，運用系統動力學方法非常適合于進行白酒智能化釀造綜合效益分析，它既能滿足綜合效益評價的范圍和時間要求，又能克服評價中存在的現實困難。本文嘗試基于系統動力學理論構建一種白酒智能化釀造綜合效益評價模型。首先，分析白酒智能化釀造在經濟、社會、環境三個方面效益的影響因素，然后分析歸納各因素間的關系和反饋機制，結合層次分析法確定權重，進而建立白酒智能化釀造綜合效益評價模型。最后通過以該模型對汾酒智能化釀造進行分析驗證，確定模型的有效性[5，6]。

2 白酒智能化釀造綜合效益影響因素及其因果關系

2.1 白酒智能化釀造綜合效益的影響因素

白酒智能化釀造具有投資金額大、建設周期長、釀造環境復雜等特點，要對白酒智能化釀造綜合效益進行評估，就需要明確其影響因素，通過分析白酒智能化釀造環節和過程發現，白酒智能化釀造綜合效益影響因素可以分為3類，包括經濟子系統、社會子系統和環境子系統，各系統具有高階次、非線性以及多重的反饋機制，共同結合形成復雜而開放的系統[7]。

2.2 白酒智能化釀造綜合效益影響因素及因果關系

構建白酒智能化綜合效益的系統動力學模型的基礎是要分析出各個子系統及其影響因素間的關系，利用系統動力學反饋原理來繪制出因果循環圖，如圖1所示。

圖1 白酒智能化釀造經濟子系統Fig.1 Intelligent brewing economy subsystem of Baijiu

2.2.1 經濟效益子系統

白酒智能化釀造經濟效益主要影響因素有建設投資、運營成本、銷售收入等因素。其中建設投資包括土建工程、設備采購、安裝工程等；運營成本包括管理費用、生產費用、原輔材料投入、燃料動力費用、工資及福利費用、維修費用、資產折舊費、攤銷費等；銷售收入包括噸酒收入、酒糟及其他收入等[8]。

2.2.2 社會效益子系統

白酒智能化釀酒項目的實施，不僅能夠輻射帶動周邊地區的原糧種植，實現農民增產增收，有利于推動脫貧致富，而且將有效帶動全國白酒行業經濟結構的調整，促進相關產業的健康發展，進而形成區域主導產業，優勢產業，促進區域經濟發展，如圖2所示。

圖2 白酒智能化釀造社會效益子系統Fig.2 Social benefit subsystem of intelligent Baijiu brewing

2.2.3 環境效益子系統

白酒智能化釀造能夠有效減少廢水排放量30%，水污染包括清洗地面產生的廢水，生產設備的洗滌水，沖洗水含有的泥沙；能夠減少燃氣消耗30%，進而減少CO2的排放等，由于影響因素相對單一，這里不進行因果關系圖劃分。

3 白酒智能化釀造綜合效益分析的系統動力學模型構建

3.1 白酒智能化釀造綜合效益評價流程

在研究白酒智能化釀造綜合效益影響因素因果關系的基礎上，構建其綜合效益評價的系統動力學模型。本文分別對經濟、社會和環境三個子系統中各因素進行量化處理，具體量化采用回歸分析法進行[9]。

綜合效益受經濟、社會和環境三個效益指數影響，通過采用相關專家對各因素重要關系的打分結果，采取層次分析法計算得到各效益指數中不同指數的權重，加權計算得到各類效益指數[10]。

綜合效益=權重1×經濟效益指數＋權重2×社會效益指數＋權重3×環境效益指數

3.2 仿真方程及說明

根據系統動力學原理，利用VENSIM軟件進行仿真。以相關學者的研究和相關案例為基礎，確定模型中各個系統中主要變量、方程和參數，運用隨機正太分布函數、條件函數、隨機函數、線性非線性函數、表函數進行仿真[11]。

在白酒智能化釀造綜合效益分析系統動力學流圖中，綜合效益為最終輸出值，經濟效益指數、社會效益指數和環境效益指數中的變量為各年累積值，利用現有的公式方程設定和某些變量的量化，具體見表1。

表1 仿真方程及說明[12-13]Table 1 Simulation equation and explanation

4 系統動力學模型有效性檢驗及靈敏度分析

4.1 案例簡介

某白酒企業智能化釀造開始于2015年，建設期為3年。建設期項目工程總投資129 640.5萬元，其中自籌資金占比為40%，貸款年利息為5.6%，3年投資比例分別為50%、30%、20%。項目達產后，年均新增白酒產能60 000 t，新增銷售收入336 000萬元，新增酒糟及附屬產品收入25 0770 t，新增收入9 000萬元，年運營成本298 000萬元（其中年新增經營成本285 082萬元，年固定成本1 2918萬元），新增利稅67 926萬元，新增稅后利潤28 413萬元，投資回收期5.54年，投資利潤率15%，財務內部收益率24.1%[14]。

智能化釀造需新增高粱141 500 t，豌豆15 000 t，大麥22000 t，輔料35000 t，年均原糧新增種植面積可達2 567 hm2，可直接新增解決本地農戶104 000人，帶動酒糟飼料加工、肉牛養殖、生態觀光、農產品加工、包裝印刷、物流運輸等相關產業60億元。

智能化釀造全年新增耗水量66萬t，減少廢水排量30%，新增耗電3 900萬kW·h，新增蒸汽耗量42萬t，全年綜合能耗降低3%，節約生產用地面積70%[15]。

4.2 系統動力學模型的有效性檢驗與仿真分析

圖3 白酒智能化釀造綜合效益Fig.3 Comprehensive benefit of intelligent brewing of Baijiu

在項目建設期，項目投入資金大、項目風險成本高且項目無法運營，使得項目建設期綜合效益接近為0，具體見圖3。隨著智能化釀造項目的正常運行，產生的白酒銷售及酒糟及附屬產品收益逐步增多，尤其是產生的社會效益也在成級數增長，項目的綜合效益越來越高，但后期隨著運營成本的增大，項目產生的綜合效益增速會有所下降，斜率會逐漸平緩。因此，模型與事實基本吻合，證明模型是有效的。

4.3 系統動力學模型的靈敏度分析

靈敏分析主要是指某些參數變化對模型輸出結果的影響程度。通過對白酒智能化釀造綜合效益各影響因素進行靈敏度調試，可以得出白酒市場風險、運營成本增長率、原糧價格等對白酒智能化釀造綜合效益的影響較大。

圖4 市場風險、運營成本增長率、原糧價格變化對綜合效益的營銷Fig.4 Marketing of comprehensive benefit by market risk,growth rate of operating cost and change of raw grain price

（1）市場風險。本文假設原始市場風險系數為0.8，當市場風險系數降低20%時，白酒智能化釀造綜合效益從第7年開始明顯上升。為了進一步降低企業市場風險，一方面可以通過研發新產品來抵御風險，另一方面可以拓寬營銷渠道，創新營銷手段，進而抵御風險[16-17]。

（2）運營成本增長率。運營成本增長率受外部環境影響大，比如戰爭、大規模疾病爆發等不確定性，都能夠營銷運營成本。本文假設運營成本的增長率為5%，由于白酒智能化釀造建設周期較長，項目面臨的不確定因素較多，當運營成本增長1%時，項目從第14年綜合效益開始下降。所以應該在項目全周期內，及時進行數據預測，進而降低運營成本，提升綜合效益[18-19]。

（3）原糧價格。原糧價格直接影響著白酒智能化釀造社會溢出效益。本文假設原糧價格變化率為10%，當原糧價格下降幅度降低15%時，白酒智能化釀造的社會效益將大幅下降。為了進一步推動原糧的大面積種植，一方面白酒企業應該制定原糧保護價格，進而保護農戶利益；二是當地政府可以出臺種植補貼政策，從政策上推動原糧種植及相關產業的規模化發展[20]。

5 結論及建議

本文主要通過運用系統動力學來從影響白酒智能化發展的三方面因素進行分析，進而構建出白酒智能化釀造綜合效益分析的系統動力學模型，運用VENSIM軟件對案例進行分析并得出相關結論。

就政府來說，原糧種植及相關產業的政策是影響白酒智能化釀造所產生社會效益的主要因素。政府應該積極出臺相關鼓勵政策，并形成“政府＋企業＋農戶”產業發展模式，進而形成區域發展優勢，帶動農戶脫貧致富。

就企業來說，市場外部風險和運營成本增長率是影響白酒智能化釀造的關鍵因素，企業要在市場拓展方面不斷的推出新產品、新思路，形成市場進入壁壘，抵御外部風險；在管理上充分調動人員工作積極性，提升工作效率，在運營維護方面，要了解智能化設備問題，及時予以解決，避免不必要的損失，提升白酒生產效率。