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1、供应链环境下库存管理的系统动力学研究供应链环境下库存管理的系统动力学研究 目目 录录 摘摘 要要 1 1 ABSTRACTABSTRACT 2 2 引引 言言 3 3 1 1 绪论绪论 3 3 1.11.1 库存管理的概念及功能库存管理的概念及功能 3 3 1.21.2 供应链环境下企业库存管理面临的问题供应链环境下企业库存管理面临的问题 4 4 2 2 库存管理的方法库存管理的方法 4 4 2.12.1 传统库存管理方法传统库存管理方法 5 5 2.22.2 传统库存控制方法中的主要问题传统库存控制方法中的主要问题 5 5 2.32.3 库存管理新方法库存管理新方法 6 6 3 3 系统动力
2、学基本理论概述系统动力学基本理论概述8 8 3.13.1 系统动力学(系统动力学(S SYSTEMYSTEM D DYNAMICSYNAMICS)简介)简介 8 8 3.23.2 系统动力学所能解决的问题系统动力学所能解决的问题 8 8 3.33.3 系统动力学解决问题的方法及步骤系统动力学解决问题的方法及步骤 9 9 3.43.4 系统动力学仿真软件系统动力学仿真软件V VENSIMENSIM软件简介软件简介 1111 4 4 系统动力学在供应链库存管理中的应用系统动力学在供应链库存管理中的应用1212 4.14.1 系统动力学在供应链库存控制中应用的可行性系统动力学在供应链库存控制中应用的
3、可行性 1212 4.24.2 对于系统动力学应用于供应链库存管理的几点看法对于系统动力学应用于供应链库存管理的几点看法 1313 5 5 基于系统动力学的供应链库存管理模型基于系统动力学的供应链库存管理模型1515 5.15.1 模型简介模型简介 1515 5.25.2 A A 企业供应链库存管理模型的因果图企业供应链库存管理模型的因果图1515 5.35.3 VMIVMI 和和 JMIJMI 的流程图的流程图1717 5.45.4 仿真结果及分析仿真结果及分析 1919 1 结束语结束语 2121 致致 谢谢 2222 参考文献参考文献 2323 摘摘 要要 随着经济全球化的迅猛发展,市场
4、竞争已经演化为供应链之间的竞争。库存管理不 仅影响着供应链上企业的综合成本,而且也制约着整条供应链的性能。为此,本文研究 了供应链环境下的库存管理问题。 本文首先分析了我国企业目前库存管理中存在的主要问题,传统的库存管理方法及 其存在的问题,提出了在供应链环境下的库存管理新方法。然后在介绍了系统动力学的 基础上,对系统动力学应用于供应链库存管理提出几点参考意见。最后通过实例并运用 系统动力学模拟软件 VENSIM 对企业的库存系统作了模拟分析,并提出企业库存管理的 政策建议。 通过对企业库存系统的模拟研究,所得结果不但可以提供企业管理者进行库存决策 的依据,而且能为企业实现库存优化管理提供一种
5、新的思路和参考。 关键词关键词: 供应链;库存管理;系统动力学 2 Abstract With the rapid improvement of the economic globalization, the market competition become in supply chains. The inventory management not only affects the comprehensive cost of the enterprises, but also restricts the performance of the entire chain. Therefore,
6、 the inventory management under the supply chain environment is studied in this paper by system dynamics methods. Firstly, the main problems of inventory management, the traditional stock management method and the existing problems are analyzed, and new inventory management methods under the supply
7、chain environment are proposed. And then some advices on applying the systems dynamics in the supply chain inventory management are advanced after the systems dynamics foundation. Finally, the enterprise inventory system is simulated by using the software VENSIM as an example. And some policy advice
8、s for the optimization of inventory system are presented. Through the simulation of the enterprise inventory system, the results can not only bring the base of inventory decision-making to enterprises administrators, but also offer them a new way of thinking and reference. Keywords:Supply Chain Mana
9、gement,Management of Inventory,System Dynamics 3 引引 言言 在人类进入新世纪前的二十多年间,随着各种新技术的迅速发展,知识经济、注意 力经济、网络经济等新经济模式逐渐取代原有的经济模式,成为社会经济的主导特征, 人类社会也随之而进入一个崭新的经济时代新经济时代。同时,随着世界贸易壁垒 的逐渐消除,经济一体化、市场全球化已是大势所趋,市场竞争也日趋激烈。在全球化 市场中,任何有实力的企业都不可能单独出色地完成企业的所有任务,而必须依靠上下 游企业来协同完成,正如许多研究者的看法:21 世纪将不再是企业与企业之间的竞争, 而更多地体现为供应链与供应
10、链之间的竞争1。如此同时,用户的要求越来越苛刻 个性化的服务,需求的多样性和多变性,使得众多供应链企业都面临这样的难题:如何 在快速有效地满足顾客需求的基础上实现低成本的运营。在此背景下,供应链库存管理 再次成为管理学界的研究热点。本文,就将系统动力学的方法用来对供应链库存进行研 究,为供应链库存的控制提供一个新的思路。 1 1 绪论绪论 随着经济全球化的迅猛发展,有专家预言:21 世纪的市场竞争,不再是企业之间的 竞争,而是供应链之间的竞争。如何快速有效地满足顾客多样化的需求,并同时实现企 业低成本的运营,是当前众多企业所面临的难题。库存管理不仅影响着供应链上企业的 综合成本,而且也制约着整
11、条供应链的性能。由于传统的库存管理只是针对单个企业而 言,这些理论与方法难以适应供应链管理环境的要求。在此背景之下,库存管理再次成 为国内外管理学界和企业管理者的重点研究领域。 1.1 库存管理的概念及功能 1.1.11.1.1 传统的库存管理传统的库存管理 在供应链概念提出之前,对库存的管理和控制是由单个机构(如仓库或零售店)基于 其自身的利益和准则单独实施的。库存控制2-4是指为了满足用户的需求和降低成本,而 对库存物料实施数量控制、同时保证质量及其时效性的一系列工作。库存控制管理中需 要确定库存物料的订货时间及订货数量、入库时间、储存时间等。 1.1.21.1.2 供应链下的库存管理供应
12、链下的库存管理 随着供应链概念的提出,库存控制的内涵也发生了巨大变化。基于供应链的库存控 制5-8,要求企业从传统的只注重自身的库存控制转向注重整个供应链的库存控制,尽量 减少需求放大现象,建立供应链上企业的战略联盟关系,实现信息共享和协同作业,通 过整个供应链服务水平的提升和库存成本的降低,实现供应链上企业的共赢,进而实现 供应链上各节点企业的客户响应水平的提升和运营成本的降低。在供应链环境下,库存 不再是资源的闲置或暂时性的储备,而是企业之间或部门之间没有实现无缝连接的结果, 因此,库存控制和管理的真正本质不是针对物料的物流管理,而是针对企业业务过程的 工作流管理。库存管理从以物流控制为目
13、的向以过程控制为目的的转变是库存管理思维 的变革。 4 1.1.31.1.3 库存管理的功能库存管理的功能 在传统库存控制中,库存管理的主要功能,就是在供应和需求之间进行时间调整。 此外,生产或收获的产品,产出多少就销售多少,不进行库存管理,价格必然暴跌,为 了防止这种情况的发生,也需要把产品保管在仓库里。可见库存管理在提高时间功效的 同时还有调整价格的功能。因此,我们说传统的存管理具有以调整供需为目的的调整时 间和调整格的双重功能3。 在供应链管理环境下,库存控制在整个供应链中的功能又有了新的表现。从供应链 整体来看,过去的传统交易习惯导致的不必要库存给企业增加了成本,而这些成本最终 将反映
14、在销售给客户的产品价格上,从而减少顾客的满意度。因而在供应链范围进行库 存管理不仅可以降低库存水平,从而减少资金积压和库存维持成本,而且还可以提高客 户的满意度。 1.2 供应链环境下企业库存管理面临的问题 虽然库存管理是企业运作管理理论与实践中最成熟的领域之一,但是过去的库存管 理只是针对单个企业而言,这些理论与方法难以适应供应链管理环境的要求。现阶段, 在企业的库存管理实践中,传统库存控制方法日益暴露出其固有的几大缺陷:一是企业 的库存管理过于粗放、简单,较少采用先进的库存管理技术和方法,因而企业的库存费 用一直高居不下。二是企业库存管理过于注重库存本身目标,而没有综合考虑采购、营 销、生
15、产、分销等各个部门的总体目标。致使库存管理在企业各部门内部产生不可调和 的矛盾。三是众多企业在库存管理方面各自为政, “各人自扫门前雪” ,即自己管理库存, 结果造成库存设施重复建设严重,并且浪费现象十分普遍。 在目前许多企业实施供应链管理的条件下,传统库存控制方法的这种弊病显得更为 突出:各节点企业为了应付需求的突发性变化和保护自己的利益,往往扩大库存水平以 备不虞之需,这本无可厚非,但却由此增加了供应链的总体库存成本,结果增加了供应 链的运作成本,降低了其整体竞争优势。这在企业之间的竞争日益转变为供应链之间的 竞争的情况下,无疑不利于供应链企业在竞争中取得主导优势。 根据华中科技大学 19
16、98 年对全国 110 家生产企业的调查显示,我国企业的库存管理 状况呈现以下特征:(1)库存结构不合理,成品库存比重偏大;(2)库存周转慢; (3)安全库存量大。这些特点是我国企业在国际竞争中和供应链竞争中难以取得优势。 库存管理中出现的上述问题,迫切要求我们对现有库存管理方法进行改进,这是一 项紧迫的现实任务。 2 2 库存管理的方法库存管理的方法 库存管理通常是为了达到一定的目的而采取的手段,为了达到不同的目的,库存的 类型也不同,因此要求采用不同的方法对库存进行管理。库存管理方法研究发展到今天, 经过了许多学者和实际工作者的努力,取得了明显的成就。这些方法在工业发达国家早 己经应用推广
17、,并且收到了很好的效果而这些应用反过来又促进了理论本身的不断完善。 但是这些传统的库存管理方法又存在着许多问题,不能满足企业在供应链竞争中的需求。 面临经济全球化的发展,尤其是基于供应链的竞争的日趋激烈,寻求新的库存管理方法 成为当前众多企业所必须解决的难题。 5 2.1 传统库存管理方法 库存管理是企业经营管理的一个重要环节。一方面,库存具有保持客户、生产、运 输等资源的均衡利用,但同时,库存也是一种占用资金的闲置资源。所以库存管理的好 坏直接影响企业的生存与发展。因此库存管理方法的研究一直受到管理学界的关注。传 统的库存管理方法大致有以下三种3-4: (1)ABC 分类法 对库存进行合理分
18、类是现代库存控制的重要手段之一。目前广泛应用的库存分类方 法是 ABC 分类法,又称巴雷特(Pareto)分类法。因为库存物资种类繁多价值和重要性 不一,如果将所有的库存同等对待,全面控制,这是很难实现的。ABC 分类法就是以库 存物资的品种累计百分数为基础进行分级,按 A、B、C 三个级别进行管理。它的基本原 则是:把物资按品种和占用资金的大小分类,再按各类重要程度不同分别控制,抓住重 点,分清主次,以收到事倍功半的效果。 ABC 控制法操作简单,能够对库存控制做到重点与一般相结合,有利于降低库存, 节约保管费用,减少节约占用,加速资金周转。 (2)经济订货量方法 经济订货量是指能使单位时间
19、库存总成本最小的一次订货数量,是对库存费用(包 括订货量、储存费及缺货损失费等)因素有关。这种库存控制方法的原理是将现实系统 抽象成一个理想模型,并通过对单位时间库存总费用方程式求解,得出最优订货周期及 订货量,在此基础上建立库存控制模型,结合不同的库存策略系统实施库存的优化控制 (3)统计分析方法 对各项库存指标进行统计分析和比较,综合评价一段时间内的库存控制工作的成效, 并以此为依据对今后的库存控制工作进行改进,也是目前普遍使用的一种库存控制方法。 如库存资金周转率分析、库房资金占用分析、呆滞件分析,等等。 2.2 传统库存控制方法中的主要问题 库存管理主要目标是使库存投资最少,对用户的服
20、务水准最高和保证企业的有效 (低成本)经营。此外,库存管理还有一些其他的目标,像追求单位成本低、存货周转 率高、质量稳定、与供应商保持良好的关系等。 显然,上述目标并不一致,有的甚至互相抵触。因此,需要根据各种约束条件把这 些目标很好地协调起来。 除了库存管理的目标不一致,具体部门如采购、生产、销售等对库存的要求也不一 样,这必然造成不同部门在存货的使用问题上持有不同的态度。生产部门关心随着转产 问题而引起的生产准备成本、废品、返工、生产的混乱和计划安排等事情,该部门希望 长的生产周期和前置时间、有充足的原材料库存、产品的品种不要太多,作业储备量要 大;采购部门关心数量折扣、价格的波动、售货单
21、位的情况以及订购成本等问题,所以 喜欢订货次数不要太频繁而每次批量要大,其结果是导致大量的存货;仓库部门关心仓 库和储藏的货位、库存投资额,物品的破损、周转率和陈旧等问题,因此他主张按小到 中等批量的、较频繁的订货来保持适当的库存水准;销售部门关心及时满足顾客多样化 的需要,主张快速响应订单、前置时间要短、成品要有充足的库存;而财务经理关心变 现能力、现金管理、投资回收、避免陈旧与最大的库存周转率,所以他主张一项可接受 的缺货水准和较小的库存投资。 在消耗品和原材料方面,财务经理和采购经理的观点也有可能有分歧。通常,采购 6 部门希望按大批量采购物品,以便获得数量折扣和节约运输费用,从而降低单
22、位成本, 财务部门为了把有限的资源和释出的资金用于其他方面而倾向于小量采购。 对于在制品来说,生产部门和财务部门的观点可能不同。生产部门愿意扩大库存, 用大量的生产来减少工序间的依赖性和降低生产准备成本,而财务部门则正好相反。 上述情况便可能在部门之间造成观点的不同。很多库存问题是由于不同部门执行着 不同的任务而造成的。许多好的库存控制系统由于部门间的竞争和各自为政而遭到夭折 和破坏。 另外以上的所有传统库存控制方法都是基于一个的假设:需求的规律是可以完全被 人们掌握的。随着供应链管理的发展,人们越来越发现传统库存控制方法存在不可逾越 的障碍供应链中存在需求放大现象,需求规律是不能完全被人们掌
23、握的。同时,传 统的库存管理偏重企业内部生产系统,不能很好地从企业合作角度消除整条供应链上的 多余库存。 长期以来,流通中的库存各自为政,流通环节中的每一个部门都各自管理自己的库 存,每个供应链环节都有自己的库存控制策略。由于每个供应链节点和部门的库存控制 策略不同,因此不可避免地产生需求放大现象,无法使供应商快速响应用户的需求。同 时,在供应链各节点出现了大量的为应付不可预测的或不确定的需求而建立的库存。条 块分割的库存管理方式,使得企业无法达到供应链全局的最低成本,整个供应链系统的 库存会随着供应链长度的增加而发生扭曲。 供应链上的每一个组织或部们为了保证其在供应链上的利益不受意外的干扰,
24、都维 持一定的库存,这种条块分割式的库存管理办法不利于整个供应链的优化运行。 在供应链竞争日趋激烈的环境下,单一企业库存管理的方法显然是不够的。供应链 中的库存管理不仅涉及到企业内部的多个部门,还涉及到外部的其他多个企业,它是从 企业内部门的职能管理拓展到企业群间的库存管理。只有建立一个快速反应的库存系统, 才能适应充满激烈的竞争、快速多变的市场环境。 2.3 库存管理新方法 从上述的分析中可以看出,传统库存管理中存在着若干问题。管理库存的责任通常 是分配给各个利益部门,采购部门可负责原材料和外购的物品,生产部门负责在制品, 营销部门负责成品。这种分工貌似合理,但是这些部门不一定具有进行正确管
25、理所需的 人才和专家,因此,从不同组织利益出发而产生的对库存的要求必然产生冲突。 由此可见,库存管理问题不能孤立地来处理。它和分销问题、仓库问题、生产问题、 材料运输问题、采购问题、营销问题、财务问题有千丝万缕的联系。库存管理问题也不 是一个孤立的问题,不应该看作是各项库存物品的一系列互不相关的决策,它应该服务 于组织的既定总目标。 但是,分析传统的企业库存方法可以看到,传统的库存管理过分注重库存本身的目 标,而没有综合考虑采购、营销、生产、分销等各个部门的总体目标。 而且企业内、外部进行库存管理时缺乏整体的供应链概念和大局观的意识。缺乏整 体的供应链概念必然会造成各自为政,无论在企业内部还是
26、在企业间,这必然导致整体 效益的下降。 为了适应供应链管理的要求,供应链下的库存管理方法必须作相应的改变,上个世 纪 90 年代国外出现了一系列先进的供应链库存管理技术,国内在这方面也开展了大量的 研究,这里主要对一种比较有代表性的库存管理方法有以下四种1: (1) 供应商管理库存(VMI) VMI: Vendor Managed Inventory,即供应商管理库存。VMI 是一种以用户和供应 7 商双方都获得最低成本为目的,在一个共同的协议下由供应商管理库存,并断监督协议 执行情况和修正协议内容,使库存得到持续地改进的一种合作性策略。一个典型的 VMI 项目涉及到一个供应商,他会监督客户仓
27、库的库存水平,并承担起补充库存的责任,以 通过使用高度自动化的电子信息系统来达到特定的目标。 (2) 联合库存管理(JMI) 联合库存管理是一种基于协调中心的、风险分担的管理模式,它体现了战略供应商 联盟的新型企业合作关系。它强调双方同时参与,共同制定库存计划,使供应链相邻节 点之间保持信息与需求预测的一致性,从而消除需求变异放大现象。在这种管理方式下, 任何相邻节点需求的确定都是供需双方协调的结果,库存控制成了连接供需的纽带和协 调中心。 (3) 多级库存控制与优化 多级库存的优化与控制是在单级库存控制的基础上形成的。多级库存控制模式可以 从两个角度对库存管理进行优化:库存成本优化和时间优化
28、。基于库存成本优化的多级 库存优化方法是一种传统的做法。随着市场变化,市场竞争已从传统的、简单的成本领 先的竞争模式转为时间优先的竞争模式,这就是敏捷制造的思想。因此供应链的库存优 化不能仅简单的优化成本。在供应链管理环境下,库存优化还应该考虑对时间的优化。 比如库存周转率的优化、供应提前期的优化、平均上市时间的优化等。库存时间过长对 于产品的竞争力不利,因此供应链系统还应从提高用户响应速度的角度提高供应链的库 存管理水平。 (4)协同规划、预测与补给CPFR 协同规划、预测和补给(Collaborative Planning,Forecasting & Replenishment,简称 CP
29、FR) 是一种协同式的供应链库存管理技术。它能同时降低销售 商的存货量,增加供应商的销售量。CPFR 最大的优势是能及时准确的预测由各项促销措 施或异常变化带来的销售高峰和波动,从而使销售商和供应商都能作好充分的准备,赢 得主动。同时 CPFR 采取了一种双赢的原则,始终从全局的观点出发,制定统一的管理目 标以及方案实施办法,以库存管理为核心兼顾供应链上其它方面的管理。 另外传统的库存管理的研究侧重于以运筹学(Operation Research)为主的管理科 学。运筹学用与物理学相同的方法研究管理问题,它对被研究的对象进行数学的抽象, 通过对数学模型的求解,而获得最佳解。诚然,以运筹学为主的
30、管理科学通过一系列技 术就企业物流管理的许多问题提出了解决之道,也提出了解决的技巧。但是,也应该看 到,运筹学无论是内涵与外延都过分偏重于数学形式,而忽视了其本身是为了帮助管理 者解决实际问题这一本质。因此,运筹学所提供的数学解答,可能成为一种难于切合实 际的假想解。此外,管理科学太热衷于追求“最佳解” ,然而,对于大部分实际的管理问 题来说,因为太复杂,以至于管理科学工具尚无获得最佳解决的途径。而对于决策而言, 只要能为“现状”提供“改善”的途径,从另一个角度来说,也是一种进步。不一定要 过于追求理论上的“最佳解” ,特别是对于复杂的系统, “最优解”理论上存在,现实中 也不一定能实现。真正
31、的决策模型中,应该接纳现实中存在的许多不可度量因素,只要 这些因素在实际的管理中是重要的。 正是出于以上考虑,本文引用系统动力学来研究企业库存管理问题。系统动力学正 好可以解决上述两个问题。首先,就库存管理而言,系统动力学对它的研究不仅仅局限 于它本身,而是将生产、销售和供应链上、下游企业综合起来考虑,避免了以往孤立研 究问题的弊端;其次,系统动力学对库存管理的研究,不仅仅采用数学抽象,并且从实 际存在的系统出发,对影响系统相关要素加以动态描述,然后建立系统动态仿真模型, 通过计算机仿真,从而找到改善系统行为的机会。 8 3 3 系统动力学基本理论概述系统动力学基本理论概述 在市场全球化、一体
32、化的环境中,市场竞争日趋激烈,客户的要求越来越高,产 品的生命周期越来越短,大大增加了供应链库存管理的不确定性、多样性、动态性,呈 现出复杂的动态行为模式,增加了供应链库存管理的难度。对于此类涉及时间延迟、信 息放大、动态变化的供应链库存管理问题,传统的静态方法很难奏效,相反还有可能加 剧问题的恶化。20 世纪 50 年代麻省理工学院 Forrester 教授创立的系统动力学 (System Dynamics)为解决动态复杂性问题提供了一种可行的理论、观点、方法与工具。 3.1 系统动力学(System Dynamics)简介 系统动力学是综合了反馈控制论(Feedback Cyberneti
33、cs) 、信息论(Information Theory) 、系统论(System Theory) 、决策论(Decision Theory) 、计算机仿真(Computer Simulation)以及系统分析的实验方法(Experimental Approach to System Analysis)等发 展而来的,它利用系统思考(System Thinking)的观点来界定系统的组织边界、运作及 信息传递流程,以因果反馈关系(Causal Feedback)描述系统的动态复杂性(Dynamic Complexity) ,并建立量化模型,利用计算机仿真方法模拟不同策略下现实系统的行为模 式,最
34、后通过改变结构,帮助人们了解系统动态行为的结构性原因,从而分析并设计出 解决动态复杂问题和改善系统绩效的高杠杆解决方案(High Leverage Solution,即以最小 的投入获取最大的绩效) 。9 20 世纪 50 年代早期,美国麻省理工学院(MIT)斯隆管理学院 Forrester 教授进行 将计算机科学和反馈控制理论应用于社会、经济等系统的研究,到 20 世纪 70 年代初, 系统动力学逐渐发展成为一种了解和认识人类动态复杂系统的研究方法。正如 Forrester 指出的, “一些刚接触的学者认为系统动力学只是一种可以用来处理情景模拟的软件包; 另外有些人则把它当成一门建模的学问,
35、但是,我认为不仅如此,它更是一种看待世界 的方式10” ,系统动力学不仅有完整的建模工具,更有完整的方法论和思考模式。 系统动力学是从运筹学的基础上改进发展起来的。鉴于运筹学太拘泥于“最优解” 这一不足,系统动力学从观点上做了基本的改变,它不依据抽象的假设,而是以现实存 在的世界为前提,不追求“最佳解” ,而是寻求改善系统行为的机会和途径。由此,系统 动力学在传统管理程序的背景下,引进信息反馈和系统力学理论,把社会问题流体化, 从而获得描述社会系统构造的一般方法,并且通过电子计算机强大的记忆能力和高速运 算能力而获得对真实系统的跟踪,实现了社会系统的可重复性实验。不同于运筹学侧重 于依据数学逻
36、辑推演而获得解答,系统动力学是依据对系统实际的观测所获得的信息建 立动态仿真模型,并通过计算机实验室来获得对系统未来行为的描述。 当然,系统动力学建立的规范模型也只是实际系统的简化与代表。一个模型只是 实际系统一个断面或侧面,系统动力学认为,不存在终极的模型,任何模型都只是在满 足预定要求的条件下的相对成果。 3.2 系统动力学所能解决的问题 系统动力学是一门分析研究信息反馈系统的交叉性综合性的学科。1961 年,福瑞斯 特发表的工业动力学成为系统动力学领域的经典著作。随后,系统动力学的应用范 9 围不断拓展,概括地讲,其主要研究对象具有以下特征: (1)开放性特征系统动力学的研究对象主要是开
37、放系统,包括社会、经济、生态等 复杂系统及其复合的各类复杂系统。在非平衡状态下运动、发展、进化是开放复杂系统 的一个重要动态行为特征。系统动力学所研究的对象,诸如社会、经济、生态系统,都 具有这一特性。 (2)自组织性特征开放系统在不断与外界进行信息流、物流、能流的交换过程中, 获得外部动力,同时,在系统内部的各组成部分相互藕合、作用、形成自然约束与相互 协调,产生内部动力。在内外动力的共同作用下推动系统内各部分朝共同目标发展,这 就是所谓的自组织。系统动力学所研究的对象,大部分具有自组织性质。 (3)非线性特征当系统进入平衡态的非线性域阶段,系统与外界进行信息流、物流 和能流的交换规模显著增
38、大且变化迅猛。这时,系统吸取的物流与能流不仅足以补偿系 统的耗散,而且还能促使系统结构的更新,并对外部环境产生更强烈的影响和严重的后 果。人类历史已表明,工业化以后的各类社会经济系统,其行为大体上都有此特征。 3.3 系统动力学解决问题的方法及步骤 系统动力学已经渗透到各个领域,用于解决各种各样复杂的问题。它开辟了一个用 实验的方法进行社会科学研究的新纪元。利用系统动力学模型,可以如物理学中地实验 那样对社会经济进行可控以及可再现新的实验。系统动力学解决问题的大致步骤如下: 3.3.13.3.1 系统分析系统分析 (1)了解问题。即回答要解决什么问题?拟达到什么目的?完成此项任务需要哪些条 件
39、?现已具备哪些条件?还需要准备哪些条件?等等。 (2)分析系统的基本问题与主要问题、基本矛盾与主要矛盾以及矛盾的主要方面。 (3)初步划定系统的边界,确定内生变量、外生变量和输入变量。一般而言,系统 的范围取决于研究目的,系统边界的划定一般是把与建模目的有关的内容圈入系统内部, 使其与外界环境隔开。划定系统边界的一条基本准则是:应将系统中的反馈回路考虑成 闭合的回路。应该力图把那些与建模目的关系密切、变量值较为重要的都划入系统内部。 (4)确定系统行为的参考模式。即用图形表示出系统中的主要变量,并由此引出与 这些变量有关的其它重要的变量,通过各方面的定性分析,勾画出有待研究的问题的发 展趋势。
40、一旦参考模式确立,在整个建模过程中,建模者就要反复地参考这些模式,以 防研究偏离方向。 (5)调查、搜集有关资料。系统动力学模型被认为是真实系统的“实验室” ,要想 通过模型模拟和剖析真实系统,获取更丰富、更深刻的信息,进而寻求解决问题的途径, “实验室”的建立是至关重要的。而要建好“实验室” ,就必须在认真调查研究的基础上, 花大力气搜集、完备各种资料。 3.3.23.3.2 构建模型构建模型 模型的构建,是系统动力学研究、解决问题的关键性的一个步骤。系统动力学模型 的建造,一般包括如下两个相互联系的工作环节。 10 (1)分析系统结构在需要研究的问题已经明确,系统中的重要变量与参考模式已经
41、 确定,资料搜集工作也已基本完成之后,就要研究系统及其组成部分之间的相互关系, 系统中的主要变量与其它有关变量之间的关系,分析系统的结构。为了使建模工作一开 始就能把握整个研究过程的方向,建模者首先要分析系统整体与局部的关系,然后分析 变量与变量之间的关系(正关系、负关系、无关系) ,最后把这些关系转化成反映系统结 构的因果关系图和流图。 因果关系图,是反映变量与变量之间因果关系的示意图。其中,变量之间相互影响 作用的性质用因果关系键来表示。因果关系键中的正、负极性分别表示了正、负两种不 同的影响作用。 因果关系键把若干个变最串联后又折回源发变量,这样便形成了一个反馈回路。对 于反馈回路,也有
42、正、负极性之区别。如果沿着某一反馈回路绕行一周后,各因果关系 键的累计效应为正,则该回路为正反馈回路,反之则为负反馈回路。正反馈具有自我强 化的作用机制,负反馈则具有自我抑制的作用机制。 因果关系图虽然能够描述系统反馈结构的基本方面,但不能反映不同性质变量的区 别。譬如,状态变量是系统动力学中最重要的变量,它具有积累效应。正是由于状态变 量的积累效应,才使系统动力学模型的计算机模拟成为可能。为了进一步揭示系统变量 的区别,分别用不同的符号代表不同的变量,并把有关的代表不同变量的各类符号用带 箭头的线联结起来,便形成了反映系统结构的流图。 (2)建立 DYNAMO 方程 在 DYNAMO 模型中
43、,主要有六种方程,其标志符号分别为: L 状态变量方程 R 速率方程 A 辅助方程 C 赋值于常数 T 赋值于表函数中 Y 坐标 N 计算初始值 在这些方程中,C,T 与 N 方程都是为模型提供参数值的,并且这些值在同一次模拟 中保持不变。L 方程是积累方程,R 与 A 方程是代数运算方程。下面我们将重点介绍 L,R 与 A 方程。 L 状态变量方程。在 DYNAMO 模型中,计算状态变量的方程称为状态方程,该方程的 基本形式为: LEVEL(现在=)LEVEL(过去)+DT(输入速率一输出速率) R 速率方程。在状态变量方程中,代表输入(INFLOW)与输出(OUTFLOW)的变量称 为速率
44、变量,计算速率变量的代数方程称为速率方程。 A 辅助变量方程。在 DYNAMO 模型中,附加的代数运算方程称为辅助方程。 “辅助” 的涵义就是帮助建立速率方程。一般而言,辅助方程没有统一的标准格式,但是其下标 总是 K。辅助变量的值可由现在时刻的其它变量,如状态变量、变化率、其它辅助变量 和常量求得。 3.3.33.3.3 模型的模拟与评估模型的模拟与评估 当系统动力学模型建构完成以后,经过反复检查各个方程,发现准确无误后,便 可将其输入计算机进行调试运行。当模型调试运行通过后,研究者就可以根据其研究的 目的,设计不同的方案,运用模型进行模拟运算,对真实系统进行仿真。然而,仿真结 11 果是否
45、可信,其关键是模型本身是否真实、有效。由此可见,对模型的真实性和有效性 检验也还是系统动力学仿真研究工作中一个十分重要的环节。 系统动力学建模步骤如图(3-1)所示: 问题定义 划定界限 反馈结构分析 变量定义 建立模型 建立方程 模型模拟与评估 政策分析与模型使 用 系统分析 建立模型 图3-1 系统动力学建模步骤 3.4 系统动力学仿真软件Vensim 软件简介 Vensim 软件是美国 Ventanasystems Ine.公司生产的一个可视化的建模工具,通过使 用该软件可以对系统动力学模型进行构思、仿真、分析和优化,同时可以形成文档。它 提供了通过因果环、存量、流量和辅助变量构建仿真模
46、型的简单灵活的方法。通过用箭 头将一些单词连接,系统变量的关系被输入和记录为因果联系。 Vensim 软件主要有以下 4 个特点。 (1)利用图示化编程进行建模.在 Vensim 中, “编程”实际上并不存在,只有建模 的概念。在启动 Vensim 系统后得到的主窗口中,依据操作按钮画出简化流率因果关系图 或流图,再通过 Equation Editor 输入方程和参数,就可以直接模拟使用。在 Vensim 中方 程及变量不带时标,模型建立是围绕着变量间的因果关系展开的。 (2)运行于 windows 操作系统下,采用了多种分析方法,使得 Vensim 的输出信息 非常丰富。输出兼容性强,一般的
47、模拟结果,除了即时显示外,还提供了保存到文件和 复制至剪贴板等方法输出。 (3)对模型提供多种分析方法。Vensim 可以对模型进行结构分析和数据集分析。 其中结构分析包括原因树分析(逐层列举作用于指定变量的变量) 、结果树分析(逐层列 12 举该变量对于其他变量的作用)和反馈环列表分析。数据集分析包括变量随时间变化的 数据值及曲线图分析。 (4)真实性检查。对于所研究的系统和模型中的一些重要变量,可以依据常识和一 些基本原则,预先提出对其正确性的基本要求。设定假设是受真实性约束的,将这些假 设加到建好的模型中,专门模拟现有模型在运行时对于这些约束的遵守情况或违反情况, 判断模型的合理性与真实
48、性,从而调整结构或参数。 4 4 系统动力学在供应链库存管理中的应用系统动力学在供应链库存管理中的应用 系统动力学在供应链管理中的应用可以追溯到 1958 年,Forrester 将其应用于解决 企业中的需求放大、库存波动、产量与劳动力雇用之间的不稳定现象、广告策略对生产 变化的影响、信息技术对管理的影响等一些经营管理问题。库存管理是供应链管理中一 个基本研究课题。如何在满足正常需求情况下减少库存降低成本,一直是库存管理研究 的热点。系统动力学在库存管理研究中发挥了很大的作用。 4.1 系统动力学在供应链库存控制中应用的可行性 供应链系统包括满足顾客需求所直接或间接涉及的所有环节,是由若干相互
49、制约的 动态要素所构成的具有特定功能的有机整体,其实体成员包括供应商、生产商、分销商、 零售商和顾客。各个实体成员又可看成一个子系统,子系统之间并不是相互独立的,各 级子系统内部、子系统之间以及子系统与外界环境之间存在着复杂的交互关系,推而广 之,各实体成员的库存之间也存在这种交互关系。由此决定了供应链库存系统是一个动 态的复杂系统。 本文之所以用系统动力学来研究供应链库存控制问题,主要是供应链中库存问题具 有以下几个特点: (1)供应链库存系统具备系统性、复杂性、开放性等特点。供应链库存的系统性是 指它具有系统所具有的最明显的特征:整体性、有序性和相关性;它的复杂性是指供应 链系统组成元素之间协调的复杂性及系统元素本身的复杂性;它的开放性是指供应链库 存系统一方面受所处环境的影响,另一方面又能对所处环境进行能力的改造。 (2)供应链库存系统所面临的外部环境是一个动态的不确定的环境。其合作者和竞 争者都在时刻变化,供应链库存内部也在不断的调整,市场的不确定性及不可预测性使 得供应链库存表现出随时间不断变化的动态行为。 (3)库存系统具有多重反馈结构。考察一下库存的影响因素就会发现,库存的变化 可以通过多种因素重新影响本身的变化,而库存量的变化则是这一系列反馈作用综合影 响的结果。如
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