不同运作模式的供应链交货动力学行为仿真研究.doc

论文修改说明该论文修改稿没有进行较高质量的改进,尽管仿真篇幅较大,理论分析不够深入仍然是其主要的问题.建议在理论上再进行深入修改。 答：针对专家提出的问题，本文进行了较大修改，在三种模型中增加了交货率（交货率1、交货率2及交货率3）参量，并对其进行了定义及量化评定分析，通过在不同情况下的仿真，以交货率作为定量化分析的依据，来对不同情况下的仿真结果进行对比说明。运用交货率这一定量化参考指标，很好的解决了之前研究内容不够深入以及论据不充分等问题，使本文的理论研究更深入、研究结论更具说服力。 另外，删掉了“2.4讨论”，因为在每一种情况仿真后，论文均进行了相关的讨论分析，与“2.4讨论”部分重复。 陈国华，张根保，刘学林，庞继红，张淑慧 不同运作模式的供应链交货动力学行为研究陈国华1,2，张根保1，刘学林3，庞继红1，张淑慧1（1.重庆大学机械学院 先进制造技术研究所，重庆，400044；2.襄樊学院 机械与汽车工程学院，湖北 襄樊，441053；3襄樊学院 管理学院，湖北 襄樊，441053)摘要：为研究三种模式的供应链对交货率影响的系统行为,将一种新的方法系统动力学方法引入到供应链系统行为研究中。根据三种模式供应链的特点,对它们分别建立了系统动力学模型，然后以交货率作为研究对象对它们在相同参数、市场扰动以及政策改变等情况进行了系统行为的仿真对比分析。结果表明：推式供应链的交货稳定性最差，只有通过改变订货周期才可以提高交货率；拉式供应链对市场的响应表现在整条供应链上最为敏感，既可以通过改变订货周期也可以改变目标库存的方式来提高交货率；推拉结合式供应链的优势表现在对最终用户的交货率上，要改变整条供应链的交货率只有通过改变供应商的订货周期。关键词：推式；拉式；推拉结合式；供应链；系统动力学；交货率；仿真中图分类号：N945.12；N945.17Study on Dynamics Behavior of Supply Chain With Various Operational ModesChen Guo-hua1,2，Zhang Gen-bao1，Liu Xue-lin3, Pang Ji-hong1，Zhang Shu-hui1(1.Inst.of Advanced Manufacture Tech.; Sch.of Mechanical Eng.; Chongqing Univ.; Chongqing 400044; China; 2. School of Mechanical & Auto Engineering Xiangfan University, Xiangfan,441053, China；3. School of Management Xiangfan University, Xiangfan, 441053,China)Abstract: To study the system behavior of influence on delivery ratio exerted by supply chains with different modes, a new methodsystems dynamics (SD) is introduced into the analysis of supply chains behaviors. Three SD models were set up by various supply chains characteristics, and then taking delivery ratio as the object, the simulation of them was run under the circumstances of the same parameters, disturbances of market and policy shift, respectively. The results indicate: push-supply chains delivery is the most unstable, and only through adjusting order cycle time, can its delivery ratio be increased. For pull-supply chain, its response to market is the most sensitive in the whole supply chain, and its delivery ratios increase is not only through adjusting order cycle time,but also through changing target inventory. The strong point of Push & pull-supply chain, is its stable and very high delivery ratio to the last customers, and only through adjusting the suppliers order cycle time, can its delivery ratio be increased.Key words: Push; Pull; Push & pull; Supply chain; Systems dynamics; Delivery ratio; Simulation基金项目：国家863计划资助项目（2009AA04Z119）；国家自然科学基金资助项目（50835008）；数字制造装备与技术国家重点实验室（华中科技大学）开放基金资助；湖北省教育厅重点资助项目（D20092506）Foundation items: Project supported by the National High-Tech. R&D Program, China (No. 2009AA04Z119), the National Natural Science Foundation, China (No. 50835008), and Supported by Open Research Foundation of State Key Lab. of Digital Manufacturing Equipment & Technology in Huazhong University of Science & Technology, the Key Research Program of Hubei Provincial Department of Education（D20092506）. 作者简介:陈国华（1976.12-）,男,湖北黄冈人,重庆大学博士研究生,襄樊学院机械与汽车学院讲师,主要研究方向为先进制造技术、供应链管理与现代质量工程等。E-mail:59782071163.com.0 引言一般来说，按照供应链的驱动模式，可以将供应链划分为推式供应链、拉式供应链和推拉结合式供应链。三种模式供应链的本质差别体现在订货分离点所处位置上，推式供应链的订货分离点在供应链的最下游处，拉式供应链的订货分离点在供应链的最上游处，而推拉结合式供应链的订货分离点在供应链的中间。对于各种模式供应链的特点，一些文献进行了详细的阐述1-3。但透过这些文献不难发现，他们的研究有两个特点：一是定性，二是静态。供应链是一个复杂的动态平衡系统，运用静态的分析方法并不能完全揭示各种模式深层次的运行规律，而定性的分析方法也只能增加一些感性认识，却不能获得定量化的概念。系统动力学提供了一种定性与定量、半定量分析问题的方法，它以定性为先导，以定量为支持4。自从1961年Forrester发表工业动力学5以来，系统动力学方法已经应用于各种工业决策与战略问题6-7，而应用系统动力学方法来研究供应链问题也是近来研究的热点，目前有关此方面的研究主要涉及在库存8,9、销售商行为8、物流资金平衡10、供应链稳定性11以及再造能力计划12等。文献8运用系统动力学方法构造了销售商的进货模型,综合考虑了销售的不同情况,对销售商的订货行为进行仿真,并分析了根据销售量来决定订货量和综合考虑销售和库存因素决定订货量两种策略下各种指标的变化趋势；文献9从库存费用以及库存周转率等方面运用动力学方法研究了基于拉式供应链薄膜液晶显示屏库存的自动补货机制，并做了案例研究；文献10研究了基于系统动力学理论的供应链系统物流资金供需机制,构建了资金供需平衡的系统动力学流程图，并得出结论，当系统在微扰时可以根据系统的自组织和进化原理达到物流资金的供需平衡，当系统微扰累积成宏观波动时系统自组织宏观进化达到物流资金供需平衡；文献11定量分析了供应链系统的稳定性问题,提出了一种基于系统动力学方法的供应链稳定性判据，通过仿真来表明,其判据可以用来研究决策行为对供应链稳定性的影响；文献12运用系统动力学原理从经济与环境问题方面构建了闭环供应链的能力计划战略模型，该模型可以进行长期能力计划的决策。综上所述，本文所采取的研究原理与文献相同，但研究对象明显不同。本文通过对三种模式供应链系统动力学行为的对比研究，探寻不同模式在不同环境与过程中的特性与规律，为供应链运作提供方法上的指导。1 供应链的运作模式及系统动力学模型11 推式供应链运作模式及系统动力学模型推式供应链是以制造商为核心，产品生产建立在需求预测的基础上，并在客户订货前进行生产，产品生产出来后从供应链上游逐级推向顾客，顾客处于被动接受的末端。对于该供应链运作模式可以理解为，供应链上的成员企业根据市场需求量，制定出供应链总体生产计划，然后以订单等形式向供应链上各成员企业发出信息，各成员企业根据订单组织生产。运营过程中成员企业把加工制造出来的产品及零部件逐级向下游供应链推动，直至送到市场用户手中。为简化问题且不失一般性，根据推式供应链的运作特点，绘制出该供应链运作模式的系统流图，如图1。图1 推式供应链的系统流图变量之间的计算关系:平均需求=SMOOTH(市场需求, 平滑时间 )，订货量=目标库存-合格产品量，订货率=订货量/订货周期，检出率=（供应商或制造商或分销商）产品量合格率检出时间，报废率=（供应商或制造商或分销商）产品量（1-合格率）检出时间,出货率=合格产品量/出货时间，销售率=平均需求，合格产品量+检出率i=出货率i合格产品量+检出率i=00合格产品量+检出率i出货率i（i=1，2，3） 12 拉式供应链运作模式及系统动力学模型拉式供应链是整个供应链的驱动力产生于最终的顾客，产品生产是受需求驱动的。生产是根据实际顾客需求进行协调的。在该模式中，供应链下游企业在必要的时刻根据需求状况向上游企业发出订单信息，上游企业根据自己已有库存状况来组织生产等以满足下游企业需求，这样由下至上来驱动供应链运作。在拉动式供应链模式中，需求不确定性很高，周期较短，主要的生产战略是按订单生产，按订单组装和按订单配置。整个供应链要求集成度较高，信息交换迅速，可以根据最终用户的需求实现定制化服务。拉式供应链模式在供应链最上游即供应商处设置订货点，其系统流图如图2。图2 拉式供应链系统流图 对于该图中变量之间的关系：出货率1=订货率2，出货率2=订货率3，其它变量之间的关系与图1相同。13 推拉结合式供应链运作模式及系统动力学模型在推拉相结合的供应链运营模式中,供应链的某些环节以推动的形式运行,其余的环节采取拉动模式。推动与拉动的边界处称为推拉边界。在推拉供应链模式中，推拉边界位于从原材料采购开始到将产品交付给客户的时间段的某一点。通常,供应链上靠近上游的阶段(如零部件的供应阶段)进行的大多是程式化的运作，变化较少,适用推动式运营机制;而供应链靠近下游的阶段(如最终装配阶段或分销阶段),受市场变动的影响较大,客户的需求也不稳定,适用拉动式运营机制。为研究该模式，把推拉交界点定在制造商处，在制造商上游供应链以推动形式进行，其下游以拉动形式进行。推拉结合模式的供应链系统流图如图3 。图3推拉结合式供应链系统流图对于该图中的变量之间的关系：出货率2=订货率3，其它变量之间关系与图1相同。2 仿真结果对比分析 本文运用Vensim在不同条件下对三种模式的供应链进行仿真对比分析。 21 相同参数条件下的仿真结果比较为了便于对仿真结果进行比较，将三种驱动模式的参数设置为相同的值。设市场需求为服从正态分布函数RANDOM NORMAL( 0 ,10 , 5 , 5 , 0 )，有关时间参数全部设为2，状态变量的初始值全部设为0，合格率全部设为0.95。对于目标库存，为了便于对比，将三种模式供应链总体目标库存设为一致，设总数为60。推式供应链只设置一个目标库存，设分销商目标库存为60；拉式供应链设置有三个目标库存，设它们目标库存都为20；推拉结合式供应链设置了两个目标库存，设它们分别为30。仿真步长为0.125，仿真时间为100。三种模式仿真结果如图4。(a) 推式供应链交货率及系统行为图 (b)拉式供应链交货率及系统行为图 (c)推拉结合式供应链交货率及系统行为图 图4 相同参数条件下的三种供应链模式系统行为对比关系图 将交货率的仿真结果数据导入EXCEL表，经计算求得平均交货率如表1。表1 相同参数条件下的平均交货率统计情况运作模式交货率1交货率2交货率3推式供应链053940538405303拉式供应链094240962409930推拉结合式供应链059780559309967由表1及图4的系统行为图可知：在相同参数条件下，推式供应链的交付非常不稳定，且平均交货率低；拉式供应链的交付平稳，特别是对整条供应链的交货满足率上表现出了较强的优越性，且交货满足率高；推拉结合式供应链在分销商上游的交付表现出不稳定，而在分销商对市场用户的交付上表现出较强的稳定性，且上游交货率低，下游特别是对最终用户的交货满足率上最高。 22 对市场扰动情况下的敏感度比较为研究三种模式的供应链对市场需求的敏感性问题，对市场需求变量增加一扰动函数STEP(8, 40 )，即在40的时候需求增加8，这样需求函数变为RANDOM NORMAL( 0 ,10 , 5 , 5 , 0 )+ STEP(8, 40 )。在市场发生突变的情况下，三种模式的供应链系统行为的变化规律如图5。(a) 推式供应链发生扰动时的交货率及系统行为 (b) 拉式供应链发生扰动时的交货率及系统行为 (c) 推拉结合式供应链发生扰动时的交货率及系统行为 图5 市场发生扰动时三种模式供应链系统行为变化曲线根据仿真结果，经统计计算求得平均交货率如表2所示。表2 市场扰动下的平均交货率统计情况运作模式交货率1交货率2交货率3推式供应链054450545305278拉式供应链053280578406510推拉结合式供应链063570523509942在市场发生扰动（即需求突然增加）时，由表2及图5中的系统行为图可知：推式供应链的三个平均交货率几乎没有发生什么变化，且依然表现出不稳定性，说明推式供应链对市场扰动不敏感；拉式供应链的三个平均交货率均急剧降低，说明拉式供应链对市场扰动非常敏感，但交付依然表现出平稳性；推拉结合式供应链三个平均交货率也没大的变化，说明对市场扰动不敏感，且最终交货率（即交货率3为0.9942）依然很高，再次验证了推拉结合式供应链在对市场最终用户上表现出了最强的优越性。 23 政策改变对三种模式的优化为了提高交货率，研究各种模式中参数对交货率的影响，以探明可能存在的优化方案。对三种模式系统行为可能存在影响的主要是有关订货周期和目标库存这两个方面的政策，下面分别予以研究。（1）推式供应链。当改变目标库存无论为何值，推式供应链中三种合格品所形成的图形形状并无改变，只是数值不同，这说明改变目标库存对系统行为没有任何改变，也即说明改变目标库存策略并不能提高交货率，图6（a）为目标库存为极值500时的推式供应链系统图。当改变订货周期时，三种合格品曲线发生了不同的变化，说明改变订货周期策略可以提高交货率，图6（b）为订货周期为8时的系统行为图，已经满足了整条供应链的交货要求。交货率仿真结果统计如表3。(a)分销商目标库存为500时的交货率及系统行为图 (b) 订货周期为8时的交货率及系统行为图 图6 推式供应链政策改变时的系统行为 表3 推式供应链政策改变时的交货率情况政策改变情况交货率1交货率2交货率3分销商目标库存取极值500052750526605663订货周期取优化值8100000997507957由表3及图6中的交货率变化情况可知，对于推式供应链，改变目标库存，其交货率并没有得到提高（与表1对比），说明改变目标库存不能提高交货率。而改变订货周期时，交货率得到了较大的提高，特别是系统达到稳定后，其交货率达到了稳定值1，说明改变订货周期策略，可以从根本上提高交货率。（2）拉式供应链。当改变供应商目标库存时，供应商合格品曲线发生移动，而其它两条曲线几乎不动，说明供应商目标库存对供应商的交货率产生影响，类似制造商目标库存对制造商的交货率产生影响，分销商目标库存对分销商交货产生影响，图7（a）为分销商目标库存为30时的系统图（分销商合格品曲线向下发生了移动）；同样，当改变供应商订货周期时，供应商合格品曲线发生移动，而其它两条曲线几乎不动，说明供应商订货周期对供应商的交货率产生影响，类似分析可知，制造商订货周期以及分销商订货周期分别对各自的交货率产生影响，图7（b）为供应商的订货周期减少到为1时的系统行为图(供应商合格品曲线发生了向上移动）。（a）分销商目标库存增大到30时的交货率及系统行为图 （b）供应商订货周期缩短到1时的系统行为图图7 拉式供应链政策改变时系统行为变化图交货率的仿真结果如表4所示。表4 拉式供应链政策改变时的交货率情况政策改变情况交货率1交货率2交货率3分销商目标库存增大到30093460994309967供应商订货周期缩短到1099790962409930由图7及表4可见，对于拉式供应链，当改变目标库存及订货周期时，整个交货率都得到了较大提高（与表1对比），特别是系统稳定后，交货率达到了1，说明要提高拉式供应链的交货率既可以通过改变目标库存也可以通过改变订货周期。（3）推拉结合式供应链。当改变制造商的目标库存时，制造商合格品曲线发生了一定的移动，但无论目标库存为何值时，制造商合格品值总存在小于零的情况，说明不能完全满足交货的要求；而改变分销商目标库存时，分销商合格品曲线发生了移动，而另两条曲线几乎很少变化，说明分销商目标库存对分销商的交货率有较重要的影响，而对供应商与制造商影响很小，图8（a）为制造商目标库存为300，分销商目标库存为60时的系统图（制造商合格品曲线与分销商曲线分别向上移动）。当改变供应商的订货周期时，可以让三条曲线位于横轴上方，说明，通过改变供应商订货周期可以达到提高整条供应链的交货率的要求，而无论如何改变分销商的订货周期，却不能完全满足三条曲线均位于横轴上方，说明改变分销商的订货周期不能提高整条供应链的交货率，。图8（b）为供应商订货周期调整为4时的系统图。交货率仿真结果统计如表5。(a)制造商与分销商目标库存改变时的交货率及系统行为图（b）供应商订货周期为4时的交货率及系统行为图 图8.推拉结合式供应链政策改变时的系统行为图 表5 推拉结合式供应链政策改变时的交货率情况政策改变情况交货率1交货率2交货率3制造商与分销商目标库存分别为300和60054480698909989供应商订货周期缩短为410000850609979由此可以说明，对于推拉结合式供应链，改变目标库存的策略只能提高局部供应链的交货率（提高分销商目标库存，可以提高最终用户的交货率），而通过改变供应商订货周期的办法，可以提高整条供应链的交货率。3 结论（1）在交付方面，当市场需求服从某种稳定的分布规律时，拉式供应链表现出了较强的稳定性，特别是在对整条供应链的交货满足率上表现出了较强的优越性，而推拉结合式供应链在满足最终用户的需求上表现出了更强的优越性；当市场需求不稳定时，推拉结合式供应链较推式供应链与拉式供应链要稳定，特别是在满足最终用户的交货率上表现出了较强的优越性；推式供应链无论在何种情况下都极不稳定。（2）从提高交货率的角度看，推式供应链只有通过改变订货周期才可以提高交货率；拉式供应链既可以通过改变订货周期也可以通过改变目标库存的方式来提高交货率；推拉结合式供应链，要提高整条供应链的交货率只有通过改变供应商的订货周期。参考文献：1 MA Shihua, SHEN Ling. 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