基于系統動力學的乳制品冷鏈庫存仿真分析

安 馗，徐建萍，汪 旭 （貴州大學 管理學院，貴州 貴陽 550000）

0 引言

全球各地每時每刻都在生產各式各樣的商品，其中不乏在生產、運輸、儲存環節對溫度要求極高的商品[1-3]。“冷鏈”是指利用各種設備組合，使商品在生產、運輸、存儲過程始終處于低溫條件下，保證商品質量處于“健康”狀態[4-6]。近年來，隨著科學技術和人民生活品質的提高，我國的冷鏈技術有著突飛猛進的發展，包括產后商品處理技術、一體化冷鏈技術、溫度檢測技術、食品追溯技術、HACCP技術[7-9]等。在創新冷鏈技術的同時對新型的供應鏈模式也進行了不同程度的改善，實現“智能整合型”模式、“共同體”模式、“即時即控”模式、供應鏈“并聯型”模式等不同模式方法。伍景瓊等[10]綜合了國內外冷鏈模式，創建了一種生鮮冷鏈派送新體系。Hsiao等[11]針對保質期較短的食物創建了易腐存儲溫度表。為了使冷鏈技術有更好的發展，就必須對整條供應鏈的運作過程加以控制，加大冷鏈設備的投入。積極引進第三方物流企業，實現冷鏈運輸外包。最終形成供應鏈中商家利益增加，人民生活方便的良性循環[12]。

因此，本文對供應鏈的各個節點進行仿真分析，通過觀測各節點中庫存水平變化來判斷供應鏈中是否存在牛鞭效應。針對乳制品易腐易變質的特點，通過模擬仿真，找出最適宜的溫度控制，用于滿足企業效益和產品質量的保障。

1 乳制品冷鏈庫存的模型構建

系統動力學模型是一種動態的仿真模型，它可以表現出在不同的條件和時間狀態下整個系統的動態變化，在冷鏈物流中，零售商、供應商和生產商的庫存水平之間存在著因果循環的關系，每一次庫存的波動必然是其他因素的變化所引起的。與此同時，冷鏈物流系統結構復雜，是由多個子系統以及多種外部因素共同構成的完整動態系統。在冷鏈物流系統中各種變量的改變均有系統內部因果反饋作用的結果。在冷鏈物流中同時存在著各種信息和物質的延遲，系統動力學模型正好可以表現出這種延遲的狀態。

1.1 構建系統動力學模型的一般步驟

（1）確定研究的問題及主要變量；

（2）繪制整個系統的因果回路圖；

（3）繪制系統動力學模型；

（4）輸入所需的公式與數據；

（5）運行仿真模型并分析仿真結果。

1.2 系統分析

在乳制品冷鏈物流中，生產商的庫存量是由供應鏈下游的生產信息以及生產訂單決定的。供應商的庫存量是由零售商銷售情況和生產商的生產水平共同決定，零售商的庫存水平亦如此。在冷鏈物流中由信息流、實物流及資金流三者作為整個系統之間的聯系。圖1為冷鏈物流的影響因素示意圖。

圖1 影響因素示意圖

1.3 模型假設

（1）本模型只考慮供應鏈中生產商、供應商、零售商三者的庫存變化，假定生產商在生產過程中無變質產品；

（2）零售商和供應商的庫存都是由上級提供，同時也要考慮產品變質時對庫存的清理；

（3）將供應商的訂單量作為生產商的生產量，用于滿足零售商對消費者的消費需求，同時又考慮到乳制品冷鏈的特點，將此過程中的產品變質考慮在內；

（4）本文只考慮在隨機需求及溫度變化下的庫存變化；

（5）假設生產過程中生產水平及產品價格為靜態變量，并且保持恒定。

1.4 系統動力學模型

此模型是在Vensim軟件上完成的。建立了以生產商、供應商和零售商為基礎的三級系統動力學模型，因果回路圖如圖2所示。

在整個供應鏈中為了防止大量資金積壓在庫存當中，各級商家都在用保持比較低的庫存水平來降低庫存成本。與此同時，又考慮到乳制品易腐易壞的特點，需要保持產品的新鮮程度，對倉庫的設備要求比較高，所需要的庫存成本也就隨之增加。所以冷鏈系統的首要目標就是要降低庫存水平和庫存成本。對于生產商、供應商、零售商來說在供應鏈中都存在著延遲，生產商有生產延遲，供應商和零售商存在運輸延遲，即在途庫存。本文建立的系統動力學模型如圖3所示。

圖2 因果回路圖

圖3 系統動力學模型

1.5 參數及公式說明

1.5.1 參數說明

表1 參數說明

1.5.2 主要公式說明

2 系統仿真

此模型的系統仿真均在Vensim軟件中完成，基本參數設置如下：Initial Time=0，Finial Time=200，Time Step=1。此系統仿真模型可真實地模擬出冷鏈物流的動態過程，以下對該仿真進行分析，找出冷鏈物流中存在的問題，為供應鏈的實際運行提供參照。

2.1 生產商、供應商、零售商三方庫存變化

在整個仿真過程中隨著時間的推移可以看到三方商家的庫存變化情況如圖4所示。

圖4中零售商的庫存水平一直處于穩定狀態，并未隨著時間的推移而發生明顯的變化。供應商庫存在前20周時庫存屬于基本穩定狀態，隨著時間的推移，供應商庫存有小幅度的變化但總體來說還是跟零售商庫存有一致趨勢。生產商庫存從一開始就出現了浮動，并且隨著時間的變化，生產商庫存變化幅度越來越大，最大時超出零售商庫存兩倍之多。

2.2 生產商、供應商、零售商三方訂單變化

在整個仿真過程中隨著時間的推移可以看到三方商家的訂單變化情況如圖5所示。

圖4 庫存對比

圖5 訂單對比

從圖5可以看出，在時間軸上供應商和零售商的訂單變化不大，基本保持在1 000千左右，生產商的生產需求在初期保持穩定，隨著時間的推移。生產商的生產需求產生了較大的波動。

2.3 生產商、供應商、零售商三方銷售預測

在整個仿真過程中隨著時間的推移可以看到三方商家的銷售預測情況如圖6所示。

從圖6可以看出，在整個供應鏈中三者的銷售預測基本趨于穩定。只有生產商的生產預測有小幅變動。

圖4至圖6可以反映出供應鏈中零售商外、供應商、生產商的庫存和訂單與其銷售預測均存在不同程度的偏差，由以上跡象表明該供應鏈中存在明顯的牛鞭效應。

2.4 不同溫度下零售商庫存變質量

在其他參數不變的強況下，改變冷庫溫度-4℃，0℃，4℃輸出結果如圖7所示。

圖6 銷售預測對比

圖7 零售商庫存變質量

從圖7中可以看出來溫度越低零售商庫存的變質量越低，這是因為溫度的改變會影響乳制品的變質率。但從圖中可以看出溫度在變低的過程中，庫存的變質量的變化在逐漸減少，為了降溫成本以及考慮到乳制品的食用安全考慮（-4℃以下會影響乳酸菌活性），-4℃時變質量為最低水平。

3 結論

本文運用系統動力學原理，建立由零售商、供應商及生產商三者組成反饋關系，利用系統動力學軟件Vensim進行仿真分析。模擬了乳制品冷鏈物流系統在隨機需求模式下的表現，以及在不同溫度與運作效率下的庫存水平。

通過仿真結果發現，（1）可以反映出供應鏈中的除零售商外，供應商、生產商的庫存和訂單與其銷售預測均存在不同程度的偏差，由以上跡象表明該供應鏈中存在明顯的牛鞭效應。（2）溫度會影響庫存的變質量，溫度越低變質量就越低，當冷庫的溫度在-4℃時為最佳溫度。綜合上述問題和發現，本文提出了幾點改善該供應鏈的建議：

（1）縮短冷鏈的長度，取消冷鏈中的二級供應商；

（2）引進第三方物流，將冷鏈中的運輸業務外包，提高整個供應鏈的專業化程度；

（3）在整條供應鏈中任何一個節點都必須保持信息的高度共享，杜絕信息孤島；

（4）在不同的顧客需求條件下，各個節點都必須針對變化做出調整，降低乳制品到貨的延遲期；

（5）在冷鏈中最重要的是對溫度的調控，溫度越低，庫存的變質量也就隨之變低，但在降低溫度的同時也要考慮乳制品食用安全和產生的費用。在供應鏈終端的零售商應根據自身情況靈活變換溫度。