基于供应链的生产能力仿真研究.doc

基于供应链的生产能力仿真研究内容摘要：利用系统动力学的原理和建模方法分析了基于供应链的制造商的生产能力扩充，构建了该模式下的生产能力扩充的系统动力学流图。介绍了模型的运行，研究分析了模型中的提前期阀值、扩展数量、能力准备时间取不同值时对模型产生的影响，通过对比分析知道三个敏感变量相互作用与制造商的累积净收入。关键词：生产能力；系统动力学；累积净收入；建模；仿真；中图分类号：F253；C935 文献标识码：APlant capacity of simulation in VMIYUAN Xu-mei1,GUO Su-qing2（Institute of Economics Management,Yanshan University,Qinhuangdao,066004）Abstract: Use of the systems dynamics the principle and the modelling method analyzes manufacturers expansion of capacity in supply chain , constructe the systems dynamics flow graph of plant capacity.then introduce the model how to work and analyze critical lead time,capacity increment, capacity time to prepare for different values infuluence output to the model. By comparing three-sensitive variable knew they mutually affected the manufacturer accumulation net income.Key words:plant capacity; vendor managed inventory;system dynamics; accumulation net income; modeling;simulation1 引言20世纪80年代后期以来，各种新技术的发展以及需求的多样性，缩短了产品更新换代的周期，加剧了市场竞争的激烈程度。企业如果想在竞争中获胜，争取更多的利润，仅靠一个企业内部资源的优化远远不够，为了提高企业的竞争力，企业开始把目光投向企业的外部资源，即整个供应链环节。供应链管理为企业建立竞争优势提供了一个全新的视角，通过对整个供应链的供应商、制造商、分销尚、零售商之间物流、信息流、资金流进行协调和控制，建立一种跨企业的协作，使企业可以在最短的时间内，以最低的成本、最好的产品质量赢得市场。生产能力是供应链管理中的主要活动之一，是这个供应链中不可缺少的组成部分，制造商的生产能力决定着整个供应链上的产品流动量，面对当今客户需求日益呈现的不确定性、多样性和动态性的市场环境，如何及时响应客户的需求，准确的进行生产、补货，达到供需平衡和稳定，使利润最大话，是制造商和整个供应链管理研究人员共同关心的。产品生命周期越来越短加剧了生产能力扩展的不确定性和动态性，使其呈现出复杂的动态行为模式，增加了整个供应链的控制难度，对于此类涉及时间延迟、信息扭曲、动态变化的供应链管理问题，传统静态解决方法效果啊往往不够理想，相反有时候还能加剧问题的恶化56，因此利用不同于传统静态的方法从动态角度解决此类问题是必要的，系统动力学是解决复杂、多变的问题一种动态方法。20世纪50年代末期，麻省理工学院Forrester教授创立的系统动力学（System Dynamics,SD）是一门分析研究信息反馈系统，认识系统问题和解决系统问题的学科，它以试验的方式建立数学模式来描述产生动态行为的系统结构，并采用微分方程的概念设计系统动力学的仿真模式，借助计算机的运算能力，可以对含有成百上千个变量及成百上千阶微分方程的高阶非线性复杂动态系统的动态变化过程进行仿真。2 系统动力学仿真模型的建立过程（1） 明确建模的目的，系统的结构及其边界。不同的目的将设计不同的要素。（2） 根据实际供应链系统，构建因果关系图。研究系统及其组成部分之间的关系，进而搞清楚系统中的因果关系与回路结构。（3） 根据因果关系图构建系统流程图，根据经验数据资料建立各变量之间的数学关系式。（4） 通过设置极端值对模型进行检验与测试。（5） 运行模型，对模拟供应链系统进行结构分析和数据集分析，调节系统参数，考察系统变量输出值的变化。（6） 通过对结果的讨论，得出相关理论。3 基于供应链的生产能力模型构建3.1 建模目的与系统边界本文以三层供应链（制造商、供应商、零售商、终端客户）为对象，主要研究基于供应链的制造商的生产能力对客户的响应，研究的对象系统边界从制造商开始，经供应商、零售商对终端用户，流程的最上端为制造商，不考虑制造商如何向自己的原料供应商发出订单，流程的最下端为零售商将产品销售给终端客户。表1为基于供应链生产能力扩充的建模目的和系统边界表1 建模目的与系统边界模型类别说明系统建模目的研究三级供应链环境下制造商的生产能力扩充问题生产能力扩充模式制造商、供应商、零售商独立管理自有库存，零售商根据终端用户的需求和自身预测向供应商订货，供应商根据零售商的订单和自身的库存向制造商订货，且向零售商补货。系统结构系统成员 制造商、供应商、零售商、终端用户系统流程订单发货订单订单发货发货制造商零售商终端用户供应商系统边界开始与制造商，终止于终端用户3.2 系统流程图最终客户的需求信息被零售商所掌握，零售商可根据最终客户的实际需求以及自身的预测向分销商进行补货订货；供应商能获取的也是零售商的订单信息，它可以根据零售商的当前订单及自身的预测向制造商下单订货，同时按订单向零售商补货；制造商就根据分销商的订单信息决定生产能力，同时向供应商补货，并且根据订单完成率来确定是否扩大生产能力。从以上流程可以看出，供应商了解零售商的订单信息，而并不了解零售商的销售情况、需求预测、库存水平，同样，制造商与供应商之间也是这样。所以，本文所研究的基于供应链的生产能力仿真是一种基于交易层次之上的、静态的、单向的库存、订单管理。业务流程如图1。图1 基于供应链的生产能力扩充系统流程图4 仿真运行及结果分析4.1仿真运行参数的设定模型仿真运行前，设定相关参数及变量的初值。表2 所示为模型仿真运行的部分参数及变量的初值。模型仿真主要考虑模型的运行过程和提前期阀值、扩展数量、能力延迟时间三个变量不同取值时其他关键指标变量的动态变化。表3为模型中的主要数学关系表2 系统仿真模型中的部分参数及变量变量/参数初值/说明生产期提前期阀值5、6、7单位时间，制造商可以根据实际需求从中选一供应商起初库存、订单起初库存为1000，起初订单零售商起初库存1500制造商起初库存2000需求数学特征根据产品的生命周期特点，先增加后来稳定，最后逐渐减少仿真运行时间及步长100个单位时间，dt=0.5仿真主要观察指标制造商的生产能力变化、累积净收入。表3 系统仿真模型中的主要数学关系变量数学/逻辑关系表达式零售商库存零售商库存= INTEG (零售商库存补货率-销售量)供应商下单量供应商下单量=IF THEN ELSE(供应商库存偏差=0, 0, 供应商库存偏差/供应商库存调节周期+零售商平均需求 )供应商库存供应商库存= INTEG (供应商库存补货率-供应商发货率)制造商库存制造商库存= INTEG (+产品流入率-制造商发货率)制造商生产能力生产能力= INTEG (生产能力流入率,4000)制造商在途生产能力在途生产能力= INTEG (+在途生产能力流入率-生产能力流入率,0)能力扩大标志生产能力扩大信号=IF THEN ELSE(订单完成时间=提前期阀值:AND:在途生产能力=0, 1 , 0 )；累积利润累积净收入= INTEG (净收入流入率,0)4.2 仿真及结果分析4.2.1 仿真运行过程为了反应客观现实世界中每个产品都有生命周期，市场的订单输入设计为先逐渐增加后来达到饱和最后市场的订单逐渐减少的状况。在这样的模拟环境中的能更能反映供应链中供需的实际情况，其模型及仿真结果也更具实用价值。图2，为整个市场订单的输入。 由于市场订单的逐渐增加，供应商对零售商的订单也逐渐增加，因为制造商的能力有限，所以不能及时完成供应商的需求，使订单完成时间增加，订单完成时间的增加减少了该产品的市场份额，制造商为了提高市场份额的占有率，根据订单完成时间扩充生产能力。以下为提前期阀值为6单位时间，扩展数量为1000单位，能力准备时间为6单位时间的模拟运行，从图3中可以看出，订单完成时间和市场份额成反比，订单完成时间越长，市场份额就越小。图4为顾客需求随着市场订单和市场份额的波动而波动，60单位时间的时候市场份额已经趋于稳定，但是由于产品进入衰退期所以真个顾客需求不断减少。图5零售商对供应商产生的需求和供应商对制造商产生的需求，供应商的需求波动大于零售商的需求，且波峰存在延迟，是因为在整个供应链环节上存在延迟和牛鞭效应。在图6中可以看出，由于后来订单的减少，所以到起制造商库存不断的增加。图7为制造商生产能力随着订单完成时间的变化而变化。 图2 图3 图4 图5 图6 图74.2.2 敏感变量取不同值的分析表4为通过改变提前期阀值、扩展数量、能力延迟时间的不同取值制造商的累积净收入和最终生产能力的变化。表4为三个关键变量不同取值情况下模型的运行结果（第100单位时间上）提前期阀值扩展数量能力准备时间累积净收入生产能力6500683172100070004500685192600075006100049822510001000051039980000900061076800000900061500492759700011500589670000011500610329300001000062000467425200014000589310000012000686052600012000415004797722000130004150061011210000100007200068589150001200063000684296200013000从表4中可以看到，提前期阀值、扩展数量、能力准备时间相互作用于生产能力和累积净收入。如表4，如果提前期阀值为6，扩展数量为1000，能力准备时间分别为4、5、6，累积净收入随着能力准备时间的增加而增加。但是当扩展数量变为2000时，累积净收入出现了复杂的变化，没有随着时间的变化而变化。同样从表中可以看出扩展数量和提前期阀值对累积净收入的变化也呈现出复杂的动态行为。所以三个变量相互作用共同影响着制造商的最中生产能力和累积净收入。从表4中可以看出提前提阀值、扩展数量、能力准备时间太小或太大都不不理想，如果扩展数量过大，由于产品要经历衰退期，造成后来固定成本过大，如果扩展数量过小，不能缓减订单的积压情况，造成市场份额减少，顾客需求减少。能力准备时间如果短了，对于小的扩展数量来说可以尽早的投产，但是如果扩展数量大，那么尽早的投产虽然能缓减目前的订单积压，但是到后来会成为企业的负担。同样提前期阀值设置的过小在产品的衰退期会产生较高的固定成本。三个因素互相作用影响企业的累积净收入和最终生产能力，从表4中可以看出提前期阀值为提前期阀值为6，扩展数量1000，能力准备时间为6，企业在第100个单位时间上的累积净收入最大。因此企业在扩大生产能力时，要同时考虑这三个因素对制造商累积净收入和生产能力的影响。5 结论本文在基于供应链模式下，用系统动力学的原理和建模仿真方法构建了制造商生产能力扩大的系统动态模型，定量仿真分析了企业生产能力扩充的复杂动态性，该模型在一定程度上反映了制造商生产能力扩大的动态行为，提前期阀值、扩展数量、能力准备时间三个敏感变量共同对生产能力的扩大起关键性的作用。该模型可对生产能力扩充的制造业起一定的借鉴作用，模型假设较多，有待进一步的研究。参考文献：1 Richardson G P, Pugh A L III. Introduction to system dynamics modeling M. Portland: Productivity Press, 1981.2 张力菠，基于数量的VMI整合补货模式下的库存控制J，工业工程与管理，2006，53 Kevin B.Hedrocls,Christine I.Wiedman. The impact of capacity expansion on the market value of the firmJ. Journal of Operations Management 1995(12) 4 王其藩. 高级系统动力学M. 清华人学出版社，19955 Adolfo Crespo Marquez,Carmine Bianchi. Operational and financial effec