基于系統動力學的短生命周期產品供應鏈牛鞭效應研究

湯衛克 姜大立 甘 明 黃 淞

摘要:通過因果關系分析構建了短生命周期產品供應鏈訂貨、發貨子系統的系統動力學模型結構圖及方程,在Vensim的模擬環境下,運行模型并對結果進行分析,提出消減牛鞭效應的對策建議。

關鍵詞:短生命周期產品;供應鏈;牛鞭效應;系統動力學

中圖分類號:F224文獻標識碼:A

Abstract: This paper uses the analysis of cause and effect way to establish Short life cycle product supply chain demand and supply systems dynamics model and equations. Run the SD model and analyses its operation and results through Vensim simulation, put forward the recommendations of the bullwhip effect reduction.

Key words: short life cycle product; supply chain; bullwhip effect; system dynamics

當今全球化市場環境中,客戶需求日益呈現出不確定性、多樣性和動態性,企業競爭日益激烈,產品生命周期日趨縮短。Abbas A. Kurawarwala和Hirofumi Matsuo[1]指出:短生命周期產品是指其生命周期短至幾個月,最長不超過3年的一類產品,如時尚產業(如玩具、服裝等)以及一些高科技產業(如計算機、電子消費類產品)等。短生命周期產品使得供應鏈庫存控制呈現出復雜的動態行為,一定程度上增加了庫存協調控制的難度,供應鏈失調最直接的表現就是產生牛鞭效應。

1短生命周期產品供應鏈系統模型的構建

系統動力學是一門以系統反饋控制理論為基礎,以計算機仿真技術為主要手段,定量地研究系統發展動態行為的一門應用學科,屬于系統科學的一個分支[2-3]。系統動力學自身的特性決定了系統動力學適合處理長期性和周期性的問題、對數據不足的問題進行研究、處理要求不高的復雜的社會經濟問題以及處理非線性和多重反饋的復雜時變系統,能做長期的、動態的、戰略性的仿真分析與研究,分析研究系統的結構與動態行為[4]。

根據系統動力學原理,對短生命周期產品供應鏈進行因果關系分析,消費者的需求量增加,即零售商銷售量的增加,會造成零售商庫存量的下降,因而又引起了零售商訂貨量的增加。由此可以看出消費者需求量(零售商的銷售量)—零售商的庫存—零售商的訂貨量之間負—負反饋的關系。其它各因素之間的反饋關系可依據相同的分析步驟得出。為了使總的反饋結構形成閉合回路,模型中在生產商生產量到零售商庫存之間建立間接的正反饋關系。模型總的因果關系如圖1所示。

因果關系圖只描述了反饋結構的基本方面,不能表示不同性質變量的區別。現由短生命周期產品供應鏈因果關系圖畫出它的系統動力學流圖。如圖2所示。

2模型的數據準備及運行

為了便于在以下的分析中模擬系統的行為,更好的量化牛鞭效應的程度,在此假設一個傳統庫存控制模式下的案例。

本文針對某一企業的生產情況進行假設。為了保證上游企業對下游需求的充分供應,假設生產商的庫存≥批發商的庫存

≥零售商的庫存;而且通常批發商的訂貨周期≥零售商的訂貨周期。因此對該模型中主要參數做出如下的基本假設:

(1)消費者需求量:初始100件/周,10周后150件/周

(2)零售商的訂貨周期=0.5周

(3)零售商的庫存量的初始值=150件

(4)零售商的期望庫存=100件

(5)批發商的訂貨周期=1周

(6)批發商發貨延遲時間=1周

(7)批發商的庫存量的初始值=1 500件

(8)批發商的期望庫存=1 000件

(9)生產商生產周期=2周

(10)生產商發貨延遲時間=1.5周

(11)生產商的庫存量的初始值=3 000件

(12)生產商的期望庫存=2 500件

通過分析以上流程圖中表示出的各個參數的相互關系,可以得出該供應鏈模型的基本方程如下:

(01)零售商訂貨率=DELAY3(零售商庫存差/零售商訂貨周期,批發商發貨延遲)

Units:件/周

(02)零售商訂貨周期=0.5

Units:周

(03)零售商庫存=INTEG(零售商訂貨率—零售商銷售率,150)

Units:件

(04)零售商庫存差=零售商期望庫存—零售商庫存

Units:件

(05)零售商期望庫存=100

Units:件

(06)零售商銷售率=消費者需求量

Units:件/周

(07)批發商訂貨率=DELAY3(批發商庫存差/批發商訂貨周期,生產商發貨延遲)

Units:件/周

(08)批發商訂貨周期=1

Units:周

(09)批發商發貨延遲=1

Units:周

(10)批發商庫存=INTEG(批發商訂貨率—零售商訂貨率,1 500)

Units:件

(11)批發商庫存差=批發商期望庫存—批發商庫存

Units:件

(12)批發商期望庫存=1 000

Units:件

(13)生產率=生產商庫存差/生產周期

Units:件/周

(14)生產商發貨延遲=1.5

Units:周

(15)生產商庫存=INTEG(生產率—批發商訂貨率,3 000)

Units:件

(16)生產商庫存差=生產商期望庫存—生產商庫存

Units:件

(17)生產商期望庫存=2 500

Units:件

(18)生產周期=2

Units:周

(19)FINAL TIME=30

Units:周

The final time for the simulation.

(20)INITIAL TIME=0

Units:周

The initial time for the simulation.

(21)消費者需求量=100+STEP50,10

Units:件/周

(22)SAVEPER=TIME STEP

Units:周

The frequency with which output is stored.

(23)TIME STEP=0.25

Units:周

The time step for the simulation.

短生命周期產品供應鏈關系模型運行如圖3所示。

短生命周期產品供應鏈關系模型庫存變化如圖4所示。

3運行結果分析

從模型中庫存變化圖可以看出:供應鏈中上游企業相對于下游企業的庫存量變化幅度有不同程度的增加;上游企業對下游需求量的響應也在不斷的放大;同時,隨著時間的推移,供應鏈上各節點企業的庫存量也在逐漸的放大。此時整個供應鏈系統出現了“牛鞭效應”。

通過分析系統趨于收斂的條件,調整訂貨周期和發貨延遲時間,對模型進行改進,可以看出改進后模型的響應是趨于穩定的收斂函數。如圖5所示。

同時,通過供應鏈的協調,訂立合理的契約,建立完善的激勵機制和監督機制,實行有效的信息共享,可以減輕甚至消除牛鞭效應。在具體的運作中,可采用銷售數據和庫存信息共享,減少供應鏈環節,縮短訂貨的提前期或交貨時間,買賣雙方協調訂貨以及建設起戰略性伙伴關系、加強各企業的合作機制等策略。

價格也是影響短生命周期產品供應鏈牛鞭效應的一個重要因素,在以后的研究中,將在系統動力學模型中加入價格因素,對各要素之間進行因果關系分析,深入對短生命周期產品供應鏈進行研究。

參考文獻:

[1] A.A. Kurawarwala, H. Matsuo. Product Growth Models for Medium-Term Forecasting of Short Life Cycle Products[J]. Technological Forecasting and Social Change, 1998(57):169-196.

[2] Foresster J w. Urban Dynamics[M]. Cambridge MA: Productivity Press, 1969.

[3] Peter Senge. 第五項修煉[M]. 郭進隆,楊碩英,譯. 上海:上海三聯書店,1994.

[4] 蘇懋康. 系統動力學原理及應用[M]. 上海:上海交通大學出版社,1988.