基于系統動力學的應急物流系統優化研究

高妍南，楊韻韻，2

（1.哈爾濱商業大學　管理學院，黑龍江　哈爾濱　150028；2.六盤水市質量技術監督檢測所，貴州　六盤水　553001）

基于系統動力學的應急物流系統優化研究

高妍南1，楊韻韻1，2

（1.哈爾濱商業大學管理學院，黑龍江哈爾濱150028；2.六盤水市質量技術監督檢測所，貴州六盤水553001）

根據應急物流系統需求特點，利用系統動力學方法，針對重大自然災害中救援初期的物資缺乏和救援后期物資積壓的問題，建立應急物流系統模型。在此基礎上，以救援物資保障率和災后庫存積壓量為衡量指標，研究供應商生產率和時間延遲對救援物資供應效率的影響。以汶川地震為實例進行仿真研究，驗證了模型的有效性，并提出應急物流系統優化方案及政策性建議以提高救援效率。

應急物流系統；系統動力學；供應商生產率；時間延遲

1　引言

中國是世界上受突發事件影響最嚴重的國家之一，突發事件對國民經濟與社會發展造成巨大的破壞。例如，1976年唐山大地震、2008年的汶川大地震、1998南部洪水泛濫、2003年非典和2009年甲流肆虐、2005年松花江水污染和2008年太湖水污染、2009年底和2010年初的雪災等都給人們帶來了慘痛的經歷。突發性重大自然災害和公共事件會造成大量的人員傷亡和財產損失，因此需要大量的應急物資，用于解決或處理傷者的救助、衛生防疫、災后重建、恢復生產、恢復秩序等。建立科學高效的應急物流系統，對于增強對急性突發事件的應對能力，減弱其影響或損害具有重要的現實意義。

近年來，國內針對應急物流問題的研究已取得較多的成果［1-3］。應急救援系統是一個復雜系統，表現為結構復雜及強不確定性，而為應急物資調運服務的應急物流系統具有多目標、非線性及多重反饋的性質［4］。由于系統動力學是基于系統科學理論與計算機仿真技術的有效結合，在研究復雜系統方面具有獨特的優勢［5］，因此國內外有很多學者運用系統動力學方法對應急物流系統進行了研究。

國外，Brouwer［6］建立了基于系統動力學的洪水救援系統模型。Cooke［7］研究了礦難之后基于行為導向的系統動力學模型。Besiou等［8］從系統動力學的視角，建立了包含物資的獲取、物資的轉移和運輸、物資的消耗和需求變化等的因果關系圖。國內，李健等［9］將應急物資分為累積性需求物資和非累積性需求物資，并引入政府應急管理因素建立了應急物資調運系統。王旭坪等［10］從道路運力評估，物資流動、決策過程及物資需求等模塊建立了物資調運全過程系統系統動力學的仿真模型。賈雷亮等［11］在分析了自然災害對電網影響的基礎上，提出了一種基于系統動力學的電網自然災害應急資源配置模型。儲文功等［12］對應急藥品供應進行系統分析，構建了應急藥品供應系統的系統動力學模型。

現有研究大都針對配送運輸過程運輸效率過低、各決策中心對災區實時信息獲取時間過長等問題。針對救援物資供應系統的信息延遲和運輸延遲，本文利用系統動力學方法建立應急物流系統模型，并將供應商的應急生產率、社會組織的物資捐贈和災區救援物資動態需求等因素引入模型中。利用汶川地震實例對模型進行仿真研究，分析影響應急系統配送效率和救災后期各受災點庫存積壓問題的因素，為提高應急物流系統能力提出有效建議。

2　應急物流系統的動力學模型構建

2.1應急物流系統的因果回路圖

設計應急物流系統總體結構，從上至下分別是：供應商、指揮救援中心、配送中心、各個受災點。進一步，系統整體因果回路圖由：供應商與救援指揮中心、救援中心與配送中心、配送中心與各個受災點共三個因果回路圖組成。

在每個發貨運輸過程中，分別考慮道路損毀和道路修復的運輸延遲時間，并加入各個點補貨決策的信息延遲時間，同時基于實際情況，考慮來自社會組織的救援物資捐贈量對庫存的影響。在各個受災點的需求率計算中，考慮災區搜尋比例和受災人數之間的關系值，并結合實際情況帶入各災區搜尋比例的隨機函數。最后在各個點的期望庫存值設定時，決策者考慮救援時間延遲和救援人數累計值對訂貨量的影響。應急物流系統的因果回路如圖1所示。

2.2系統流圖的建立

根據因果回路圖，利用系統動力學Vensim軟件實現對上述動力學模型的構建，最終構造的系統存量流流圖如圖2所示。

圖1　應急物流系統因果回路圖

圖2　應急物流系統存量流量圖

對系統進行因果關系分析，并建立系統存量流量圖后，設計輸入模型的初始參數、方程和表函數，從而對模型進行仿真研究。模型的參數含義見表1，模型的部分方程見表2。

3　模型仿真和實例分析—以汶川地震為例

5·12汶川地震是于2008年5月12日14時28分04秒，四川省阿壩藏族羌族自治州汶川縣發生的8.0級地震，地震造成69 227人遇難，374 643人受傷，17 923人失蹤。此次地震是有記錄以來中華人民共和國成立以來破壞力最大的地震，也是唐山大地震后傷亡最慘重的一次。

3.1基于汶川地震的模型參數設定

本文以汶川地震中，位于極震區的四個重災區汶川、綿竹、什邡和都江堰為仿真區域。

根據2008年汶川地震的實際情況，選取汶川、綿竹、什邡和都江堰四個受災點，利用Vensim軟件工具建立系統動力學應急物流系統。根據2008年四川省統計年鑒和汶川地震數據統計和其他相關資料［13］，設定模型部分參數及初始值見表3。

3.2模型相關假設及說明

本模型主要研究提高應急物流系統救援能力和避免救援物資供應鏈中長鞭效應的方法。模型設定了單個救援中心和配送中心對四個受災點的物資供應過程，且假設車輛等救援設備足夠，物資由單個供應商統一供應。各個物資接收點接受來自社會捐贈物資。以震后四個災區的醫療物資藥品運送為例，設定仿真時長為震后100d，時間步長為0.5d。模型假設：（1）運輸車輛等救援設備充足；（2）沒有退貨情況發生；（3）使用定期不定量的補貨策略。

表1　應急物流系統模型參數描述表

表2　應急物流系統模型的部分方程表

表3　模型部分參數及初始值

3.3模型運行及靈敏性分析

模型通過三個指標來評價應急物流系統的應急物流能力。

（1）供應商應急生產率（R1）：評價系統的應急生產能力。

（2）物資消耗滿足率：評價系統的應急物資供應能力。

（3）救援中心庫存量（I2）：評價系統對物資需求變動的敏感度。

其中物資消耗率滿足=各受災點物資消耗量/各受災點物資需求量。物資需求量=各受災點搜尋比例×各受災點總人數。根據模型設定，部分仿真結果如圖3、圖4所示。

由圖3可知，供應商生產率為一個變動的值，據實際情況，在救災前10d，因為此期間不斷有新的供應商及新的生產能力者加入，供應商的生產率為一個持續上升的值。到救援中后期，由于災情的緩解以及新的供應商和生產能力者因生產資源和硬件設備條件達到瓶頸值，所以供應商應急生產率趨于一個穩定值。

由圖4可知，在救援初期供應商的生產率沒能滿足各受災點的物資消耗需求，直到后期50d后，災區一開始出現庫存量，基本滿足物資消耗需求，到70d之后，出現有少量救援物資富余，90d后出現藥品大量積壓。

通過以上測試說明模型可以較好地模擬實際情況，進一步為確定模型中的關鍵變量，進行敏感性測試。

（1）調整供應商的生產率至與各受災點的需求量相匹配。

（2）縮短信息延遲及運輸延遲時間。

（3）調整各個受災點和配送中心救援中心后期期望庫存值。

圖5-圖8分別是在以上三種改進方案下的系統仿真結果。

經過方案1的調整，設定供應商的生產率在瓶頸值下（7 000箱/d），與受災點的需求量相匹配。由救災前期受災人數變化趨勢決定，供應商生產率在整個救援物資供應期間是一個先增加后減少的量。由圖5可知，提高供應商生產率，可增加在途庫存A1的值，進而能有效提高運送到救援中心及各受災點的物資量。結合圖6，災區的救援物資消耗需求在震后第8d基本得到滿足，而之后生產率的提高對救援供應效率再無明顯提高。

設計方案2，在方案1的基礎上縮短運輸延遲時間和信息延遲時間。縮短總信息延遲時間至0.5d、縮短運輸延遲時間至1d?？s短部分信息延遲時間至0，縮短部分運輸延遲時間至0.5d。仿真運行結果如圖7所示，由圖7得出災區一的物資消耗率在第5d到達0.85的滿足率，到第8d得到完全滿足。由此可知，縮短救援物資運輸延遲時間和各個環節的信息延遲時間可以有效提高救援物資需求滿足率。

圖3　供應商生產率

圖4　災區一救援物資庫存量

圖5　方案1在途庫存（A1）

圖6　方案1物資消耗滿足率

圖7　方案2物資消耗滿足率

針對各地庫存量在震后救援后期出現大量救援物資大量積壓的情況，設計方案3：調整各受災點期望庫存值災區一調整至8 000箱，配送中心期望庫存值調至2 000箱，救援中心的期望庫存調整至3 000箱。

圖8　方案3災區一中心庫存量

如圖8所示，方案改進前，由于各受災點和救援中心的信息不對稱和多庫存避免救援物資緊缺心理，導致后期救援物資大量積壓。調節救援中心和各受災點的期望庫存值可以有效避免救援后期庫存積壓問題。

4　結論與展望

（1）建設物流信息交換系統，縮短信息延遲時間。在應急物流的運作過程中，各種信息貫穿整個應急供應鏈的始終。避免信息交換不及時和不準確引起的訂貨決策失誤，可以降低救援時間延誤，減少人員傷亡及經濟損失。提高通信網絡系統的暢通性，建立有效的物流信息交換系統，不但有利于在災害發生前進行預警，給人們更多的時間準備，而且健全的基礎設施可以有效提高物流運輸的效率，更好地提供賑災所需的各方面的情況，例如災區的需求情況、物資采購倉儲情況、物流運輸情況等。

（2）提高供應商應急生產率，合理儲備救援物資。加強政府與供應商合作關系的建立。當自然災害發生時，需要大量的救援物資，建立與供應商的合作關系，設立多個供應商合作機制，可以及時調動并提升生產力。一方面，供應商可以形成應急生產率機制，提高應急救援物資供應量。另一方面，政府可以設立救援中心，合理貯備一定量的救援物資，并做好救援物資的儲存管理工作。

（3）整合應急人力資源，縮短運輸延遲時間。整合應急物流資源，可以為救援部隊提供及時充足的物資保障，而整合交通運輸人員和道路搶險修復人員，可以保障救援物資運輸及時順利，最終縮短救援物資在運輸到各個受災點的延遲時間，保證在震后三天救援黃金時間內，救援物資能準確到達受災點，減少災區人們的生命財產損失。

本文針對應急物流系統需求特點，利用系統動力學方法建立應急物流系統模型，進一步結合汶川地震實例以仿真方法對模型進行了驗證，并分析了影響應急物流系統運行效率的主要因素，探索了提高應急物流系統效率的方法。但對于如何具體提高供應商應急生產率的方法，還有如何建立應急救援信息系統、統籌布局救援物流中心等具體方面需要進一步的研究。

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Study on Emergency Logistics System Optimization Based on System Dynamics

Gao Yannan1，Yang Yunyun1，2
（1.School of Management，Harbin University of Commerce，Harbin 150028；2.Liupanshui Quality&Technical Supervision&Inspection Institute，Liupanshui 553001，China）

In this paper，according to the demand characteristics of the emergency logistics system，we used the system dynamics method to build the emergency logistics system model.Then，on such basis，with the disaster relief material support ratio and post-disaster backlog as the measuring indexes，we studied the influence of supplier productivity and postponement on the efficiency of the disaster relief material supplies.At the end，through an empirical study on the Wenchuan Earthquake，we verified the validity of the model and proposed the optimization plans and policy suggestions to improve the efficiency of the rescue operations.

emergency logistics system；system dynamics；supplier productivity；postponement

F252；N941.3

A

1005-152X（2016）06-0063-05

10.3969/j.issn.1005-152X.2016.06.015

2016-04-25

哈爾濱商業大學博士科研啟動基金（15RW13）

高妍南（1982-），女，黑龍江哈爾濱人，講師，博士，研究方向：供應鏈優化控制。