（管理科学与工程专业论文）基于scor的供应链建模与仿真研究.pdf

摘要 摘要 供应链建模与仿真问题是当前供应链研究领域的一大热点，通过对供应链 流程的建模与仿真，首先可以清晰地了解企业所在的供应链的结构、运作模式 以及企业自身在供应链中的地位，其次选用良好的供应链建模方法可以方便的 调整供应链的组成元素和结构，为重构供应链提供模型支持，最后通过仿真还 可以了解供应链的瓶颈所在，采取相应的改进方法，达到优化供应链流程的目 的。 本文首先对供应链建模常用的模型和算法进行了归类和比较，并通过对各 个模型的应用领域的分析，确立了本文的研究内容和研究方法。 文章以s c o r ( 供应链运作参考模型) 模型为基础，通过分析其优缺点，并 结合其它一些常用的建模理论和方法，提出了一个基于s c o r 的包含四个层次 和七个视图的供应链体系架构，详细论述了各层次和视图间的关联。在此基础 上，引入a r i s ( 集成信息系统架构) 仿真环境，提出了s c o r - e p c ( 事件驱动 流程链) 的供应链流程仿真方法，建立了方便直观的伞状图评价模型，定义了 每个维度的评价内容，并在研究分析了大量流程改进方法与供应链实践文献的 基础上，形成了一个开放的供应链流程改进的方法库，并给出了每个方法对伞 状图各个维度性能的影响。 在完善了理论框架的基础上，以s c o r 模型的配送流程为切入点，以出厂 物流为具体研究对象，详细说明了本文基于s c o r 模型的供应链建模理论的实 际应用。方面讨论了出厂物流在a r i s 中的建模方法，将s c o r 模型扩展为多 个视图，每个视图都使用了不同的管理模型来建模，从各个角度构建了立体的 供应链模型；另一方面结合s c o r - e p c 给出了实施层的建模方法，介绍了 s c o r - e p c 中的各个组件的结合和映射的方法。 文章最后给出了宝钢铁路库出厂物流的应用案例，案例包含了整个建模的方 法和步骤，通过多次仿真和改进，得到了高效的出厂物流设计方案，该案例验 证了本文基于s c o r 的供应链建模理论的可靠性和实用性。 关键词：供应链建模，仿真，出厂物流，s c o r - e p c a b s t r a c t a b s t r a c t s u p p l yc h a i nm o d e l i n ga n ds i m u l a t i o ni sah o t s p o ti nt h ef i e l do fs u p p l yc h a i n m a n a g e m e n t i tc a l lb eu s e dt oa n a l y z e m o d i f y , r e b u i l da n do p t i m i z et h es u p p l yc h a i n m o d e l i n g c a r lb ep e r f o r m e dt oa n a l y z et h es h u c n 鹏o r g a n i z a t i o na n do p e r a t i o no f t h e s u p p l ye h a i l l , a n ds i m u l a t i o nc a l lb cu s e dt oc h e c kt h eb o t t l e n e c ka n di m p r o v ei ti n s u c c g s s i o n t h i sp a p e rg i v e st h er e s e a r c ho nt h es u p p l yc h a i nm o d e l i n ga n d s i m u l a t i o nm e t h o d s i tg o e sa sf o l l o w s ： f i r s t l y , t h el i t e r a t u r e so fs u p p l yc h a i rm o d e l i n ga n ds i m u l a t i o ni nr e c e n t2 0 y e a r s 黜r e v i e w e d b a s e do nt h ec l a s s i f i c a t i o na n dc o m p a r i s o no ft h e s em o d e la n d a l g o r i t h m , t h er e s e a r c hs u b j e c ta n dp a t ho f t h i sp a p e r i sp r e s e n t e d t h e nam o d e l i n gf r a m e w o r kb a s e do l ls c o r , w h i c h i n c l o d i i l gf o u rh i e r a r c h i e s a n ds e v e l lv i e w s ，i sp r e s e n t e d , a n dt h er e l a t i o n s h i pa m o n gt h ev i e w sa r ea l s og i v e n a r e rt h a t , s c o r - e p c ，as i m u l a t i o nm e t h o d , i si n t r o d u c e dt oa n i m a t et h es u p p l y c h a i np r o c e s si nt h et o o l s e to f a r i s i no r d e rt o 吖a l u a t et h er e s u l t so f t h es i m u l a t i o n a n dr e e n g i n e c r i n gt h es u p p l yc h a i np r o c e s s ，a nu m b r e l l ac h a r tw i t hf i v ed i m e n s i o n s w h i c hd e r i v e df o r ms c o ri su s e d , a n das e to fr e g u l a t i n g ，o p t i m i z i n ga n d r e e n g i n e e r i n gm e t h o d sa r e s u m m a r i z e df r o mal o to f s u p p l yc h a i nb e s tp r a c t i c e s b a s eo l lt h et h e o r ya b o v e ，t h em e t h o d so f m o d e l i n ga n ds i m u l a t i o np r e s e n t e di n t h i sp a p e ra r ca p p l i e dt ot h eo u t b o u n dl o g i s t i c sw h i c hi si nt h ed i s t r i b u t i o ns c o p eo f s c o r as o l i do u t b o u n dl o g i s t i c sm o d e li sc 伽m 舡u c t c di na r i s a n ds c o r - e p ci s u s e dt os i m u l a t et h ep r o c e s sm o d e li n t h ei m p l e m e n t a t i o nl e v e l i nt h ef i n a l i t y , ac , a s eo fo u t b o u n dl o g i s t i c si nb a os t e e li sg i v e nt os h o wh o wt o m o d e la n ds i m u l a t et h es u p p l yc h i nb a s eo nt h em e t h o d sp r e s e n t e di nt h i sp a p e r t h e c a s ea l s os h o w st h er e l i a b i l i t ya n dp r a c t i c a b i l i t yo f t h e s em e t h o d s k e yw o r d s ：s u p p l yc h a i nm o d e l i n gs i m u l a t i o n , o u t b o u n dl o g i s t i c s ，s c o r - e p c h 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：娟智研 沙年7 月巧目 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 签名：砜度铆 沙名年7 月叼e l 第1 章引言 1 1 研究背景 第1 章引言 供应链管理是一个比较新的名词，2 0 世纪5 0 年代以来，许多物流专家、战 略专家就提出了企业一体化规划这个概念，供应链管理就是这个概念的具体化。 它强调供应链系统内各企业及其活动的整体集成，从而可以更好的协调组成供 应链的各企业的关系，有效的控制供应链上的物料流、资金流和信息流，保持 灵活和稳定的供求关系，使整个供应链上的企业效益最大化。p r t m ( p i t t i g l i o r a b i n t o o d & m c g r a t h ) 公司在2 0 世纪末对6 个行业的1 6 5 个企业进行了一项关 于集成化供应链管理的调查，包括了化工、计算机设备、通信、服务、工业制 造、半导体等行业，报告显示，通过供应链的优化，企业可以获得多方面的效 益，包括总供应链的管理成本所占的收入百分比降低1 0 以上，中型企业的准 时交货率提高1 5 ，订单提前期缩短2 5 * 0 - 3 5 等。 供应链建模主要研究实际供应链系统与理论模型之间的关系，通过对实际 供应链系统的观察和检测，在忽略次要因素及不可检测变量的基础上，用数学 方法进行描述，获得与实际供应链系统近似的简化模型f l 】。随着信息技术的飞速 发展，个人计算机的运算速度、电子商务软件和数据管理软件的处理能力和适 应性都取得了惊人的进步，并在很多领域内得以应用。企业资源规划( e r p ) 系统 为供应链的一体化管理提供了有利的事务处理型数据库，但是众多企业逐渐认 识到，企业的事务数据并不能自动的帮助企业管理者们形成更好的决策，供应 链管理的竞争优势也不是单纯豹靠更迅速、更廉价的数据通讯获得的，企业需 要使用适当的表达方式从一个或多个角度对企业所处的供应链体系结构进行描 述，以产生一系列能代表供应链实际状况的模型，帮助企业梳理自身流程，形 成各种战略、战术和运作的决策。这使得供应链建模的研究受到国内外越来越 多的学者的关注。 仿真是一种“基于模型的活动”，随着科学技术特别是信息技术的进步，现代 仿真技术主要研究模型与计算机程序实现之间的关系，因此也称为计算机仿真 【l l 。供应链系统由于其规模大、复杂程度高，向来被视为仿真研究的难点，随着 第1 章引言 敏捷供应链、虚拟制造等概念理论的提出，供应链仿真明显滞后于供应链理论 的发展，如何使用供应链仿真技术体现这些管理思想，并为供应链的构建与重 构提供数据支持，将成为供应链研究中的一大热点。随着仿真理论在研究供应 链“牛鞭效应”上取得的巨大突破，可以预见仿真技术在供应链的多个研究方面必 然存在极大的潜力，并且亟待我们去开挖。 本文的项目背景是宝钢出厂物流一体化研究课题。从供应链的视角看，企 业的物流活动可以按照发生区域分为入厂物流( 也称采购物流、供应物流) 、生 产物流( 也称厂内物流) 和出厂物流( 也称配送物流、销售物流) 。其中，配送 物流( 出厂物流) 是指生产企业、流通企业出售商品时，物品在供方与需方之 间的实体流动( 中华人民共和国国家标准物流术语) 。从功能角度看，出厂物 流包含了企业物流活动中的包装、存储、配载、运输等多种重要功能，供应链 中的企业通过这些活动实现与客户的交互，在一定的客户服务水平下完成客户 需求。从价值链的角度看，产品在出厂物流过程中通过包装、运输等活动产生 了增值，特别是对于汽车、家电、钢铁等生产高附加值产品的企业，企业出厂 物流系统的效率直接影响到供应链的可靠性、柔性和响应速度等性能，是宝贵 的竞争资源。因此企业出厂物流的研究是现代物流与供应链管理的一个重要研 究课题。 目前国内外针对供应链建模的方法很多，包括了数学规划法、多级库存系 统、仿真方法等，而针对流程的建模和仿真的研究正在逐步的深入，在流程建 模方面出现了供应链运作参考模型( s c o r ) ，同时国外一些仿真系统，如a r i s ， w i t n e s s 等，已经比较成熟，而且还在不断完善和发展但是这些流程建模和仿 真的方法大多从原来的单企业建模技术发展而来，缺乏一个从供应链管理出发 的以多个视角进行建模和仿真的理论框架，而进行供应链流程建模和仿真的实 践同样非常缺乏。 1 2 研究意义 从供应链管理的角度来考虑企业乃至整个供应链的经营活动，形成在供应 链中的核心能力，对广大企业提高竞争力十分重要。通过采用新型的管理理念、 模式和软件系统，整个供应链上的企业可以在开发新产品、开拓市场、拓展销 售渠道、提高客户服务水平和客户满意度、降低物流成本、提高效率、增加效 2 第1 章引言 益等方面都将获得满意的效果。 通过对供应链流程的建模与仿真，首先可以清晰地了解企业所在的供应链 的结构、运作模式以及企业自身在供应链中的地位，其次选用良好的供应链建 模方法可以方便的调整供应链的组成元素和结构，为重构供应链提供模型支持， 最后通过仿真还可以了解供应链的瓶颈所在，采取相应的改进方法，达到优化 供应链流程的目的。 本文同时是宝钢出厂物流一体化研究课题的一个组成部分，以宝钢现代化 产成品仓库的管理理论和技术方法研究项目为依托。产成品仓库在宝钢的整个 出厂物流环节中处于核心地位，在降低生产运输成本、协调供求、集中配送、 辅助市场销售等方面起着不可替代的作用，并担负着转变成为市场前端集配送 中心的战略任务，从而“建成现代化产成品仓库”这一目标成为该企业建立以自身 为盟主的供应链系统过程中的一项重大战略决策。目前对如何建立该现代化产 成品仓库的管理理论和技术方法的研究处于刚刚起步阶段，而首先需要完成的 是在以该企业为核心的供应链中，如何构建出厂物流模式以及如何组织和配置 企业在出厂物流中的各种活动，并确定这些活动的功能和流程。 因此，针对供应链流程建模和仿真的研究既具有较强的理论价值又具有很 好的现实意义。 1 3 国内外研究现状及趋势 建立供应链模型是为了支持供应链管理中的各项分析和决策活动。s h a p i r o 将供应链模型分为描述性模型和规范模型1 2 1 ，其中描述性模型包括预测模型、成 本关系、资源利用关系、模拟模型等，这些模型可以帮助建模者更好的理解企 业的供应链；规范模型是建模者为了帮助管理者更好的作出决策而建立的，建 立规范模型需要描述性数据和描述性模型作为输入，s h a p i r o 认为所谓的“规范模 型”与“最优化模型”和“数学规划模型在本质上是一致的。 g a n s h a n 和h a r r i s o n 将常用的供应链建模方法分为网络设计法、近似方法和 基于仿真的方法三种( 3 1 。网络设计法一般使用整数规划( 口) 或混合整数规划 ( m i p ) ，来描述和求解问题，h a n s s a n m a n n 4 1 于1 9 5 9 年建立的一个包括材料采购、 生产及销售的模型可能是最早的混合整数规划模型：g e f f l d o n 和g r a v e s l 5 建立了 一个多产品单阶段m i p 模型，并提出一种分解算法；a r n t z e n 等嘲为d e c 公司 第1 章引言 建立了一个多阶段多产品的供应链m i p 模型，考虑了客户、供应商、人力资源、 运输模式和产品本地化、税率等多方面因素，是一个极为全面的全局供应链管 理模型。近似方法主要用于经营性决策，一般有多级库存系统、排队论理论、 网络流模型等，如v a nh o u t u m 等 7 j 研究的随机情况下的多级库存系统， g a z m a r k a r 【* l 利用m g i 排队系统研究生产批量和生产准备时间的关系，h o d d c r 和j u c k e 一9 j 利用网络流模型研究全球供应链中成员的选择问题。仿真的方法可用 于分析全面的供应链模型，同时考虑策略性和经营性因素，由于不存在数学求 解上的问题，同时计算机软硬件的水平成倍增长，因此建立的仿真模型可以考 虑各种复杂因素，包括结构和参数上的随机性，更可用于评价现有策略以及流 程的改进，k o s f e l d & q u i n n 1 0 】使用动态仿真方法研究了i n t e l 公司的仓储和出入 库策略，研究方面包括了产品定位，拣货路径，拣货规则，通道设计等策略， 并对不同方案作了性能测试和敏感性分析；h u r t i l 】运用f a c t o r y f l o w 仿真软件对 u p s 公司的供应链解决方案作出了模拟和评价。 运用仿真方法对供应链建模又包括面向流程的仿真建模、基于系统动力学 的仿真建模和基于a g e n t 的仿真建模等方法。面向流程的仿真建模是从企业建模 发展而来的，学者张晓明和邓子琼【1 2 】按照“结构影响过程”的思路，从自然特 性考虑，将企业建模的方法学分为统一方法学( 如g r a i - g i m ，i d e f ，k e y ) 、 集成方法学( 如a r i s 体系，f i r s t s p ) 和系统方法学( 如针对柔性制造系统的 分型结构) 三类。 目前常用的基于流程的仿真建模方法有a r i s 体系、c i m o s a 体系、s c o r 模型和p e t r i 网方法。a r i s ( a r c m t c c t m o f i n t e g r a t e di n f o r m a t i o ns y s t e m ，集成 信息系统架构) 1 1 3 】是由德国s a a r l a n d 大学的s c h e e r 教授于1 9 9 2 年提出的，经过 多年的实践和发展，目前已成为世界上极具影响力的企业建模框架。a r i s 提出 了一个集成化的信息系统模型框架，在这个框架中发展、优化集成应用系统， 并转化为电子数据处理d p ) 技术实施。它通过组织、数据、功能、控制、输出 五个视图，比较全面的对企业活动的各个方面进行了建模，并且通过控制视图， 将其他四个视图紧密地集成起来，这也是a r i s 的优势之一 c i m o s a ( o p c ns y s t e ma r c h i t e c t u r ef o rc o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n g ，计 算机集成制造开放系统体系架构) 【4 】是欧共体e s p r i t 计划c i m 领域五个重点研 究项目中最重要的一个，其目标是为制造业c i m 系统的开发和实施提供一套适 用的参考结构，同时开发出集成的企业环境和基础结构，以支持c i m 系统的规 4 第1 章引言 划、设计和实施。其从业务生成过程角度将企业模型分成四个视图，功能视图 ( 做什么和怎么做) 、信息视图( 如何处理数据) 、资源视图( 谁来做，用什么 来做) 和组织视图( 组织实体及相互关系) 。 由s c c ( s u p p l yc h a i nc o u n c i l ，供应链协会) 主持开发的s c o r 模型( s u p p l y c h a i no p e r a t i o n sr e f e r e n c e - m o d e l ，供应链运作的参考模型) 【恪0 7 】将业务流程重 组、标杆管理及最佳业务分析等方法集成为多功能一体化的模型结构，为企业 供应链管理提供了一个跨行业的普遍适用的共同标准。s c o r 模型的框架由5 个 基本的管理流程组成，将供应链从横向分为计划、采购、生产、配送和退货五 大流程，每个流程都有相应的支持系统，同时严格的按照实施的需要将供应链 从纵向分为战略层、配置层、流程元素层以及最终的实施层。该模型无论从建 模还是实施都为供应链的构建和管理提供了一套通用的参考体系，并提供了相 应的评价指标，是企业构建合适的供应链体系的重要参考标准和诊断工具。目 前s c c 的8 0 0 多个成员企业都在使用和参考开发这一国际标准，包括4 0 的实 际从业者，2 5 的技术能力提供商，2 0 的咨询人员和1 5 的大学、行业协会及 政府机构。 a a l s t 是最早将p e t f i 网引入到物流仿真中的学者，他系统性的阐述了分时着 色p e t f i 网在物流系统中的应用【l 研，创建了基于p e t r i 网的仿真建模工具 e x s p e c t t 埘，并使用该工具建立了一个产品族的供应链模型，用于分析该产品族 的业务流程重组，比较不同的供应链方案刚。国内一些学者也将p e t r i 网用于工 作流和物流仿真中，如张鲲、何腊梅1 2 1 】开发设计的炼钢物流仿真系统，刘磊等1 2 2 基于p e t r i 网的企业过程仿真研究等 基于系统动力学的仿真建模系统动力学用于物流和供应链系统最早是 f o r r e s t e r 在其著作i n d u s t r yd y n a m i c s ( 1 9 6 1 ) 中提出的，他建立了三阶段的物流系 统仿真模型1 2 3 2 4 ，采用系统动力学对“牛鞭效应 进行了研究。其后国内外学者 运用系统动力学对供应链系统进行了各类仿真建模，m i n e g i s h i 2 5 】建立了一个食 品供应链系统动力学仿真模型，研究该供应链的动态行为；a n 础f e l 脚i 对系统 动力学在供应链建模方面的应用作了综述；王春喜等1 2 7 l 以系统动力学仿真模型 为依据分析研究了c i m s 和s c m 系统，并建立了面向c n v i s 的供应链系统动力 学模型。 基于a g e n t 的仿真建模。s w f n l i l 均t t h a n l 2 8 提出了采用m u l t i - a g e n t 对供应链 进行动态建模的方法，通过描述供应链网络结构，建立了供应链m u l t i - a g e n t 框 第l 章引言 架，定义了物流、资金流和信息流的交互协议，并且定义了性能指标，同时还 给出了供应链树状结构和基本元素定义。该模型在i b m 的库存管理中取得了良 好的效果。 对供应链进行建模和仿真的目的是为了改进供应链流程，在流程改进方面 可以是用经典的流程再造方法以及各种供应链实践中积累的改进方法，国外众 多文献( 2 9 - 3 9 1 提出了各种不同的流程改进方法。 对供应链流程的改进需要建立相应的评价体系加以评价和选择，对供应链 绩效进行评价的方法有s c o r 评价模型 4 0 l ，学者霍佳震提出的集成化供应链绩 效评价体系【4 l l 等。 供应链建模和仿真无论是在理论上还是实践中都取得了丰硕的成果，就目 前的研究结果看来，其发展趋势具备以下特点： ( 1 ) 从建模理论来看，模型架构的统一化和描述方式的标准化成为学术界 和企业界的共同努力方向。 由于供应链建模是一个复杂和庞大的系统工程，其参与者涵盖了行业工作 者、信息技术供应商、咨询机构、大学、研究所、行业组织甚至是政府机构， 因此需要建立供应链模型的参考标准，形成统一的建模架构，使用通用的术语 和标准的描述方式，来实现供应链建模的工程化和系统化，以帮助企业沟通和 共享供应链的研究成果，建立供应链的基本规范，使企业间的协同供应链建模 成为可能。 ( 2 ) 从仿真技术来看，面向对象的仿真方法以及集成的建模和仿真环境成 为主流。 微处理器性能的增长已使得利用微型计算机和工作站进行复杂的系统仿真 分析成为可能，同时软件技术中广泛采用了面向对象的设计思想，计算机图形 技术也不断进步，使得人们可以从认识世界的模式出发，运用面向对象的仿真 方法，建立更自然、更高可维护性和可重用性的仿真模型，模型建立和仿真可 以在同一个环境中实现，仿真过程中的人机交互也越来越方便和直观 ( 3 ) 从供应链实施来看，需要形成供应链建模和仿真一体化解决方案，来 实现从战略层到操作层的整体供应链构建。 建模和仿真最终目的是为了帮助企业找到更好的供应链结构，这需要对模 型的运行结果进行分析和比较，并在此基础上对供应链加以循环改进，这样才 能将参考模型转变为实现模型，帮助企业构建高效灵活的供应链。因此必然需 6 第1 章引言 要一套完整的供应链解决方案，来实现从建模到实施的完整的生命周期。 1 4 主要内容及研究框架 根据上述供应链建模和仿真的发展趋势，本课题将提出一个以s c o r 模型 为核心的多视图建模框架，在该框架指导下开发基于流程的供应链仿真模型， 并提供了对仿真结果进行评价和对流程进行改进的方法，最后用一个企业的出 厂物流建模、仿真和改进的实例来验证该模型的实用性和正确性。 本文将要解决的关键问题包括以下四点； ( 1 ) s c o r 模型与多视图建模技术如何结合 s c o r 模型是专门针对供应链的建模方法，同时考虑到了面向内部流程和面 向外部客户两个方面的性能指标，但是其主要是针对流程视图的建模，而把其 它如产品、组织等要素作为输入或约束，没有为这些要素建立独立的视图。然 而仅从业务流程角度对供应链建模是不够的，其他方面，如组织结构、组织人 员、信息交流和技术也是非常重要的。如果没有广泛或全面的视角而仅仅考虑 流程一个方面，将会误导开发者，忽视能够改进流程的其他机会，这将是非常 危险的所以从全面建模的角度说，s c o r 模型缺乏其它视图的支撑。那么，如 何以$ c o r 模型为核心，建立一个多视图的供应链建模架构，并分析各个视图 间以及s c o r 模型各流程与各个视图的联系，是本课题首先要解决的问题。 ( 2 ) 在仿真软件平台上对s c o r 模型进行详细配置 $ c o r 模型从实施的角度分为四层，其中除了第四层由用户按照自身需要定 义组成元素之外，前三层都有定义好的组成元素，然而从目前的实际应用来看， 深入到s c o r 模型第二层以下的很少，而将s c o r 模型用于某个行业的研究文 献更是缺乏。本课题将在深入研究$ c o r 模型的基础上，并在之前提出的建模 框架的指导下，尝试将s c o r 模型在a r i s 仿真软件平台上加以配置，并对其中 的配送流程进行深入到实施层的详细配置，从而建立一个以$ c o r 为核心的仿 真模型。 ( 3 ) 如何对仿真结果进行评价以及在此基础上对流程的改进 仿真的结果是各种数据，如何对这些数据加以选择和运用需要一系列评价 指标的支持。在对仿真结果的评价之后，还需要针对较差的指标结果寻找相应 的流程，对这些不满足供应链需求的流程加以改进，并对改进结果再运行仿真 第1 章引言 模型，最终获得满足企业供应链绩效的流程。本课题试图结合s c o r 模型的评 价指标以及其他一些比较权威的评价模型，建立一个简单易用的评价指标集， 对仿真结果加以评价和比较，同时提供了大量用于流程规范、优化和再造的方 法，形成一套完整地解决方案。 ( 4 ) 对钢铁企业出厂物流环节的建模和仿真 钢铁企业出厂物流在s c o r 模型的定义中属于配送流程，目前使用s c o r 模型对钢铁企业的出厂物流的研究还很少，建立相应的仿真模型并加以评价和 改进的也几乎没有。本课题将在获取实际流程数据的基础上，运用之前建立的 仿真模型对钢铁企业的出厂物流进行建模和仿真，验证仿真模型的有效性，并 提出基于流程改进方案。 墅圈 供应链建模问题综述 f - lq s c o r 模型建模s c o r 模型仿真s c o r 模型评价与改进 qn 出厂物流建模与仿真案例 l 图i i 论文结构 为了对以上问题作出清晰完整的研究分析，本文将按照以下结构展开论述： 在第一章中，给出了供应链建模与仿真的研究背景与研究意义，在对国内 外研究的现状概括和趋势分析的基础上，提出了本文将要研究的问题，即基于 s c o r 模型的供应链流程建模与仿真，以及本文将要解决的关键技术问题。 第二章是对供应链建模的相关学术问题的阐述。首先是供应链管理的基础 8 第1 章引言 理论简述以及供应链管理与出厂物流的关系，接着是对供应链管理常用模型和 算法的文献综述，其中重点介绍本文将要用到的模型和算法，包括s c o r 模型、 企业建模方法和系统仿真方法，以及这些方法的优点和不足。 第三章是对s c o r 建模和仿真问题的研究，是本文的核心内容。本章首先 归纳了供应链流程建模的方法和步骤，之后的建模与仿真将按照这一步骤来进 行。然后从理论角度建立了一个以s c o r 模型为核心的供应链建模架构，给出 了在这一架构下，以s c o r 模型构建供应链的多视图多层次的建模方法接下 来介绍了本文用到的a r i s 仿真软件，最后提出了s c o r - e p c 流程仿真方法。 第四章是对供应链评价和改进问题的研究，也是本文的重要内容之一。本 章开始先是对仿真结果的评价方法的研究，即如何对供应链绩效进行评价，提 出了基于s c o r 的评价模型。最后是对供应链流程改进方法的研究，在参考了 各种供应链最佳实践的基础上，讨论如何对供应链加以改进，并建立了不同视 图的改进方法库。 第五章是本文第三、四章的理论在出厂物流建模问题上的具体实施和应用， 首先给出了在a r i s 中进行出厂物流建模的模型、视图和方法，之后是案例研究， 以宝钢出厂物流研究项目为基础，以对宝钢出厂物流建模和仿真为例，对本文 之前讨论的建模、仿真、评价和改进方法加以验证。 第六章是结论部分，对论文成果加以总结，并展望了未来研究方向。 9 第2 章供应链建模与仿真问题概述 第2 章供应链建模问题概述 2 1 供应链管理的理论基础 2 1 供应链及供应链管理的定义 ( 1 ) 供应链的定义 自从1 9 6 1 年j a yf o 玎e s t e r i 1 在生产配送系统中研究供应链成员企业之间的 关系以来，供应链问题受到了越来越多的学者关注，早期的观点认为供应链是 制造企业的一个内部过程，在过程中企业将采购的原材料和受到的零部件通过 生产和销售等步骤传递给用户。 第二层供应商第一层供应商第一层客户第二层客户 圈2 1 供应链结构图 随着企业经营的进一步发展，供应链的范围被扩大到了企业之间的联系， 目前学术界对于供应链的定义有多种，具有代表性的包括： 美国供应链协会1 4 2 j ：供应链是目前国际上广泛使用的一个术语，它涵盖 了从供应商的供应商到客户的客户的一切涉及生产和交付最终产品与 服务的努力。 中华人民共和国国家标准物流术语 4 3 1 ：供应链是生产和流通中，涉 及将产品或服务提供给最终用户的上游与下游企业所形成的网链结构。 物流管理概论( d o n a l dw a t e r s ) 4 4 1 ：供应链包含了一系列企业活动， 它从最初供应商把原材料送出开始，一直延伸到把最终产品发送给消费 第2 章供应链建模与仿真问题概述 者。 物流与供应链管理( m a r t i nc h r i s t o p h e r ) 【4 5 】：供应链是指涉及将产 品或服务提供给最终消费者的过程和活动的上下游企业组织所形成的 网络。 一般来说，供应链被视作从供应商的供应商到客户的客户所组成的网络系 统，其功能在于获得原材料、在制品、产成品，并把产品送至最终的用户。 供应链中包括了制造业、流通业、服务业等各种类型的企业，每个企业都 是供应链上的一个环节，分别与上下游相关企业形成供应链网络关系，每个企 业都存在着“供应商”和“客户”的双重角色。 ( 2 ) 供应链管理的定义 o l i v e r & w c b b e r ( 1 9 8 2 ) 1 4 6 提出了供应链管理( s u p p l y c h a i n m a n a g e m e n t ) 的概念，之后学术界和企业界在销售渠道、协调与合作、库存控制、作业排程 等多方面进行了研究和实践，供应链管理的概念不断扩大和完善，形成了供应 链管理的理论体系，其中具有代表性的供应链管理的定义包括： 美国供应链协会【4 2 1 ：供应链管理包括贯穿于整个渠道的供需、原料与零 部件采购、制造与装配、仓储与存货跟踪、订单录入与管理、分销以及 向顾客送货等管理活动。 中华人民共和国国家标准物流术语 4 3 1 ：利用计算机网络技术全面规 划供应链中的商流、物流、信息流、资金流等，并进行计划、组织、协 调与控制。 全球供应链论坛( s u p p l yc h a i nf o r u m ) 4 r l ：供应链管理是从最终用户 到最初供应商的所有为客户及其他投资人提供价值增值的产品、服务和 信息的关键业务流程的一体化。 总的来说，供应链管理是为满足客户需要的服务水平，而对从供应商、制造商、 分销商、零售商直到最终用户的整个渠道中的物流、资金流和信息流进行计划、 组织、协调和控制的整个管理过程。 2 1 2 供应链管理的范围 供应链按管理范围的大小不同可以分为企业内部的供应链管理、企业上下 游供应链管理、产业供应链或动态联盟供应链管理以及全球网络供应链管理四 种类型。 第2 章供应链建模与仿真问题概述 ( 1 ) 企业内部的供应链管理 企业内部的供应链管理实现了企业内部各职能部门间的业务和信息的集成， 形成了一条内部继承的供应链。这种供应链关注企业内部资源的调配，提供企 业内部的供应链计划和决策，消除了企业内部业务流程中无效环节的影响，降 低了企业的库存和成本，提高企业的反应能力和效率。 ( 2 ) 上下游企业间的供应链管理 供应链中的企业不仅需要关注自身的采购、生产和配送业务，同时需要与上 下游的企业开展业务往来，企业自身的运作效率受到上下游企业业务的制约。 这时要求企业以合作的态度同上下游企业结成共赢的伙伴关系，以最低的成本 在最短的时间内获得所需资源，并通过信息技术快速高效的响应自己的需求。 ( 3 ) 产业供应链或动态联盟供应链管理 将供应链管理思想从企业上下游的供应链继续扩展，延伸到产品形态的开端 和终端，可以得到产业供应链或动态联盟供应链。在这种供应链上，每个企业 都被看作供应链的一个节点，每个企业的效率都会影响到整个供应链的运作。 企业间的竞争变成了供应链与供应链问的竞争，整个产业供应链或者动态联盟 供应链上的各种活动，包括采购、加工、制造、销售、运输、仓储等的优化与 协调都将影响到该供应链的核心竞争力。 ( 4 ) 全球网络供应链管理 经济全球化和网络通信技术的发展为全球供应链提供了信息和业务集成的 基础支持，这种供应链需要更准确地预测、精确的计划、高度的协同、有效的 执行和科学的评价，虽然短期内难以形成良好和稳定的全球供应链网络，但是 这种供应链一旦形成，将带来巨大的经济和社会效益。 2 1 8 出厂物流与供应链管理的关系 供应链管理与物流管理都是新近出现的概念，美国物流管理协会( c l w ， c o u n c i lo f l 0 9 i s t i c sm a n a g e m e n t ) 认为，物流为供应链的一个子集，并且是供应 链的一个重要的表现形式从价值链的角度看，供应链是一条联接供应商到用 户的增值链，而在m i c h a e lp o r t e r 的价值链模型中【舳】，为企业创造价值的活动包 括基本价值活动和支持价值活动。前者是与生产有关的活动，后者为基本价值 活动提供资金和基础设施的支持其产品增值的五大主要活动为入厂物流、生 1 2 第2 章供应链建模与仿真问题概述 产运营、出厂物流、市场营销和售后服务，其中出厂物流是上下游价值链的衔 接，还与市场营销和售后服务活动相关。如果企业的出厂物流所有相关活动都 比其竞争对手具有成本和效益优势，能为企业的产品增加更多价值的话，其出 厂物流将是重要的竞争资源。 因此，出厂物流的研究是供应链研究的一个重要方面，许多供应链管理的 思想和方法可以用于出厂物流管理中，同时出厂物流的研究对于丰富供应链管 理理论和方法也具有重要价值。 2 _ 2 常用模型和算法综述 2 2 1 模型和算法的分类 供应链管理系统采用了多种交叉学科的研究方法，包括管理学、数学、信 息论、经济学、仿生学等多个学科中的理论和模型作为它的理论基础和建模基 础，这些理论和模型对供应链运作中的战略决策、作业计划、优化排程等问题 提供了有效的理论和模型支持。 供应链管理的模型能够模拟和计算许多复杂的问题，同时各种模型也在不 断的完善和更新。运筹学中的约束理论和数学规划方法最早被用到了供应链决 策问题中，在需求预测和库存控制方面取得了一定的成果，随着计算机和信息 技术的飞速发展，许多更为复杂的模型被建立起来，包括有排队论模型、网络 规划法、仿真模型、人工智能方法等，这些模型从不同方面反映了供应链的重 要特征，为供应链管理提供了科学的解决方案。 ( 1 ) 从决策变量的类型看，供应链模型可以分为确定性分析模型和随机性 分析模型： 确定性分析模型( d c t e r m i m s t i ca n a l y t i c a lm o d e l ) w l i 嬲1 s ( 1 9 8 1 ) 【4 9 】介绍了七种探索型分析方法，用以为装配型供应链的生产 配送操作制定计划，目标是确定成本最低的生产方式或产品配送计划，以满足 用户对最终产品的需求。其中总成本包括平均存储成本和固定成本( 订货成本、 启动成本) 。此后，w i l l i a m s ( 1 9 8 3 ) 1 5 0 】又运用动态规划的方法确定供应链内每个节 点的生产，配送批量。 c a m m 等人( 1 9 9 7 ) 【5 1 】为p & g 设计了一个整数规划模型，目的在于首先选 第2 章供应链建模与仿真问题概述 择p & g 的配送中心的地址，然后将各配送中心分配给相应的顾客群。该模型的 目标函数是使各配送中心选址和配送中心顾客的配送成本最小。 随机性分析模型( s t o c h a s t i ca n a l y t i c a lm o d e l ) l e e 等人( 1 9 9 3 ) 5 2 1 建立了一个随机、周期检查、库存政策为最大订货水平 的库存模型，以确定供应链中的过程定位。其目的是设计一种合适不同细分市 场的产品和生产流程，以最低的成本达到最高的客户服务水平。 t o w i l l & d e l v e c c h i o ( 1 9 9 4 ) 垆3 】讨论了过滤器理论在供应链管理中的应用。 作者比较了各种供应链中过滤器的不同特征，分析了供应链对随机需求的各种 响应，随后运用仿真的方法对这些响应进行比较，以能确定满足顾客需求水平 的最小安全库存。 在目前主要使用的供应链模型中以随机性分析模型为主，因为现实供应链 中的需求、生产- 配送时间、顾客服务时间等决策变量都是随机变量数据，随机 性分析模型更符合现实状况。 ( 2 ) 从建模方法来看，供应链模型主要有经济学模型、运筹学模型、仿真 模型等，其中运筹学模型包括排队论模型、混合整数规划模型、网络流模型等， 仿真模型包括面向流程的仿真模型、基于系统动力学的仿真模型和基于a g e n t 的仿真模型等。 经济学模型 c h r i s t y & g r o u t ( 1 9 9 4 ) 1 5 4 1 建立了一个博弈模型，用以分析供应链中供应商与 采购商的关系。模型用关系矩阵区分不同特性的流程和产品，通过该矩阵可以 获得采购商和供应商的相关风险，作者还进一步建立了双方的博弈关系，并给 出了相应的解释。 排队论模型 排队论可以研究生产企业在稳定的环境下，如何安排各个设备的加工任务 以及资源配置情况。k a r m a r k a r 等人( 1 9 8 3 ) 【5 5 l 、z i p k i n ( 1 9 8 6 ) t 阚、k a r m a r k a r ( 1 9 8 7 ) i s l 等分别利用m g i 排队系统研究生产批量和生产准备时间的关系。 混合整数规划模型 混合整数规划模型可以表示许多供应链的决策问题，其目标函数一般是生 产、销售或者配送成本最小或利润最大，用整数变量表示对供应链中资源、运 作方式等的选择，用连续变量表示资源的价值等，用供应链的物流平衡关系等 作为约束。 1 4 第2 章供应链建模与仿真问题概述 h a n s s a n m a n n ( 1 9 5 9 ) 4 1 建立的一个包括材料采购、生产及销售的模型可能 是最早的混合整数规划模型；g e t i ! i f i o n & g r a v e s ( 1 9 7 4 ) 嘲建立了一个多产品单 阶段m 口模型，并提出一种分解算法；a r n z t f f f l 等人( 1 9 9 5 ) 嘲建立了一个混 合整数规划模型，考虑了多种产品、多种设备、多阶段、多