考慮協同創新的供應鏈多中斷系統動力學建模及仿真

付 鈺

重慶交通大學,重慶 400074

0 引言

國際局勢不穩定使得全球供應鏈網絡結構越來越復雜,參與方選擇性及其行為的變化加劇了供應鏈的不確定性,各類突發事件導致供應鏈中斷頻發[1]。供應鏈中斷在供應鏈的任何部分都有可能發生,不僅對單個中斷節點造成影響,供應鏈上下游也會受到波及[2-3]。學者們將這種由局部中斷造成的影響蔓延到供應鏈全局的傳播定義為“漣漪效應”,在供應鏈中由任何中斷引起的連鎖反應都稱為“漣漪效應”。因此,減少中斷對供應鏈各節點企業的影響,成為學者們在面對供應鏈中斷時考慮的重點問題。

何遠 等[4]基于啟發式算法,在各工廠生產中斷獨立發生的情況下構建中斷持續時間不確定的3級供應鏈整數規劃生產恢復模型。Chen et al.[5]針對3級供應鏈供應中斷問題提出了制造商變更產品類型策略,楊毅 等[6]則在該策略上同時考慮供應商預設緊急庫存策略,證明這些策略能夠有效減少中斷帶來的負面影響。

上述學者的研究在促進供應鏈恢復的層面上都是有利的,但多種中斷情況同時發生才是對供應鏈韌性的真正考驗。此外,隨著供應鏈系統不斷增加的復雜度和不確定性,供應鏈恢復需要立足于全局視角對各環節進行動態協同研究,系統動力學因此逐漸成為學者們研究中斷情況下供應鏈恢復的重要方法之一,它能夠有效模擬漣漪效應對供應鏈各節點帶來的動態影響[7-8]。同時,已有學者開始呼吁從動態能力的視角對供應鏈中斷與協同創新能力二者之間應對策略的關系進行研究[9]。

基于上述原因,本文建立含有供應商、制造商、零售商的3級供應鏈系統動力學模型,運用Vensim軟件仿真模擬供應鏈受到中斷風險后考慮協同創新的動態變化。

1 模型構建

1.1 問題描述

本文將研究存在產能中斷的供應商(S)、產能中斷和運輸中斷并存的制造商(M)以及存在市場需求擾動的零售商(R)組成的3級供應鏈系統,供應商為制造商提供原材料,制造商接受原材料并生產產品,零售商購買產品并銷售給消費者。為減少中斷風險產生的影響,供應商和制造商分別進行工藝創新和技術創新從而極大地降低產品的成本,零售商分擔部分創新活動新增的成本以減輕制造商和供應商的負擔。現有研究表明,協同創新將多個利益相關者連接在一起,通過異質性資源互補提升供應鏈的整體實利,分攤研發成本,降低研發風險,優化企業和供應鏈整體利益,能夠顯著改善企業和供應鏈績效,是企業在復雜環境巨變下獲得核心競爭力的重要手段。在中斷風險下,通過供應鏈成員的協同創新改變產品形態、改善產品質量、降低原材料消耗并優化供給從而差異化產品并降低產品可替代性,進一步激發企業的擴張潛能,刺激市場需求,推動市場增長,以此推動供應鏈的恢復。

1.2 因果回路圖

使用因果回路圖(causal loop diagram,CLD)來表示供應商、制造商和零售商的關鍵變量之間的因果關系,如圖1所示。該系統共有14條回路,其中有3條增強回路、11條平衡回路。平衡回路B1、B3、B4描述了系統中生產和庫存的關系,B2、B6、B7、B8、B9、B11表示了需求階段的運輸和庫存反饋環,而B5和B10則反映了供應商、制造商和零售商3個系統之間相互作用的反饋環。增強回路R1、R2和R3刻畫了在需求一定的情況下產品交付的反饋環。

圖1 因果回路圖

根據因果回路圖繪制三級供應鏈系統動力學存量流量圖,并利用Vensim軟件對模型進行現實性和極端性檢驗。

2 模型檢驗

2.1 現實性檢驗

使用脈沖函數表示制造商運輸中斷,中斷時間點設置為第800天,持續時長為15 d,觀察供零售商在途庫存和庫存情況,并將仿真結果與初始模型進行比較,現實性檢驗如圖2所示。在未發生運輸中斷前,零售商的在途庫存和庫存水平除開始一段時間外相對平穩,由于在第800天時出現運輸中斷,零售商庫存不斷減少直至為零并在中斷持續時間內保持,中斷結束之后運力恢復庫存量明顯回升并保持穩定。模型通過現實性檢驗。

圖2 零售商庫存現實性檢驗

2.2 極端性檢驗

假設供應鏈系統中產能為0,檢驗極端條件下庫存的變化情況。由于供應商和零售商都沒有產能只能使用初始庫存,因此二者庫存水平隨時間下降為0;制造商原材料庫存由供應商提供,由于沒有產能無法進行生產,因此接收上游的原材料后庫存在一段時間內呈現上升狀態隨后保持不變;零售商庫存為滿足消費者需求持續下降,但由于上游制造商存在初始庫存,因此出現了小幅度的波動最終不再變化。模型通過極端性檢驗。

3 系統動力學仿真模擬

將系統運行時間設置為780～920 d,步長為1,其中產能中斷和運輸中斷在第800天開始,前者持續時間60 d,后者持續時間30 d。通過設計不同中斷模式下的9種方案來模擬供應鏈在不同中斷情景下選擇不同對象進行協同創新對供應鏈整體利潤產生的影響,如表1所示。方案1～9分別表示S產能部分中斷、M產能部分中斷和二者同時中斷模式下的不同創新選擇,用1代表發生創新活動,0則表示不發生創新活動。

表1 產能部分中斷下不同主體協同創新方案選擇

3.1 S產能中斷和R運輸中斷

由圖3可以看出,當供應商發生產能中斷時,方案1的供應鏈整體利潤比方案2和方案3的供應鏈整體利潤高出許多,且相較于初始模型其利潤水平在創新活動發生后的短時間內可以有效地得到提高。上述情況說明在供應商發生產能中斷、制造商發生運輸中斷的情況下,由供應商主導創新活動,零售商分擔創新成本能夠獲得更高的利潤水平,加快供應鏈的恢復速度。

圖3 S產能中斷下協同創新對供應鏈利潤的影響

3.2 M產能中斷和R運輸中斷

由圖4可以看出,雖然在發生中斷時利潤都呈下降趨勢,但是方案5的下降幅度更為緩和,其供應鏈整體利潤要高于方案4和方案6的供應鏈整體利潤,同時在采取創新措施后各方案利潤都有明顯的回升,但方案5所獲得的利潤更高。通過以上分析不難看出,制造商發生產能中斷、零售商發生運輸中斷時,由供應商主導創新活動,零售商分擔創新成本更有助于應對中斷風險,提高供應鏈中斷后的恢復能力。

圖4 M產能中斷下協同創新對供應鏈利潤的影響

3.3 S、M產能中斷和R運輸中斷

由圖5可知該情景下的供應鏈整體利潤變化趨勢與供應商發生產能中斷、零售商發生運輸中斷情境下供應鏈整體利潤的變化趨勢大致相同,二者不同之處在于雖然多種中斷同時發生時會使供應鏈遭受更多的損失,但采取創新措施后前者具有更好的盈利能力,能夠幫助供應鏈獲得更高的利潤。供應商發生產能中斷、制造商發生運輸中斷和產能中斷時,采取供應商主導、零售商參與的協同措施能有效應對供應鏈中斷風險。

圖5 供應商和制造商產能同時中斷下協同創新對供應鏈整體利潤的影響

綜合以上3種情景分析,當供應鏈系統中同時出現運輸中斷和產能中斷的情況時,產能中斷僅發生在供應商處會對供應鏈整體造成更大的損失,但由供應商主導創新活動、零售商分擔創新成本的協同合作能夠更有效地提高供應鏈的整體利潤水平,達到更佳的恢復效果。

4 結束語

本文在供應鏈發生多種中斷風險并引起市場需求擾動的情形下,從動態能力的視角討論了選擇供應鏈不同主體進行協同創新對供應鏈中斷后恢復起到的作用,通過建立3級系統動力學模型仿真分析不同選擇下供應鏈整體利潤的變化趨勢,研究發現協同創新能夠有效應對供應鏈中斷風險給供應鏈管理帶來的挑戰,具有較強的中斷后恢復能力,但選擇不同主體進行協同合作會產生不同的恢復效果,恢復速度也有所差異。同時,創新活動雖然能提高供應鏈中斷后的整體運作效率,但不是所有成員均參與的創新活動更有利于供應鏈發展,并且作為主導創新活動的企業可能會因為創新投入較多而無法獲得樂觀的收益。此外,對于3級供應鏈而言,在供應商產能中斷和制造商運輸中斷、制造商產能中斷和運輸中斷以及3種中斷同時發生的情況下,選擇供應商主導創新活動、零售商分擔創新成本對整體利潤效果更佳。