基于啤酒游戏的供应链牛鞭效应分析研究

1、 基于啤酒游戏的供应链牛鞭效应分析与研究案例：啤酒游戏一、供应应链牛鞭鞭效应研研究的目目的及意意义随着市场场全球化化和竞争争的加剧剧，企业业之间的的竞争己己变成供供应链之之间的竞竞争。所所以，如如何提高高整条供供应链的的增值能能力，增增强供应应链的竞竞争力，成为各各节点企企业共同同的目标标，但是是“牛鞭鞭效应”的存在在削弱了了供应链链的增值值能力和和竞争力力。牛鞭效应应使供应应链上的的需求信信息失真真且失真真度逐级级放大，牛鞭效效应对供供应链管管理是不不利的，它造成成批发、零售商商的订单单和生产产商产量量峰值远远远高于于实际客客户需求求量，进进而造成成产品积积压、占占用资金金，使得得整个供供应

2、链运运作效率率低下。参与供供应链运运作的企企业越多多，这种种效应越越加明显显，整个个供应链链的管理理会变得得十分复复杂、困困难。因因而牛鞭鞭效应研研究对供供应链管管理具有有至关重重要的意意义。二、国内内外研究究现状目前对供供应链中中牛鞭效效应的研研究国外外学者起起步较早早，大多多数的研研究侧重重于证实实牛鞭效效应的存存在，分分析可能能产生的的原因，提出一一些降低低和缓解解牛鞭效效应影响响的方法法。到目前为为止，牛牛鞭效应应的的研研究工作作主要集集中于三个个方面:第一，牛牛鞭效应应的存在在性;第二，牛牛鞭效应应的定量量化研究究;第三，对对牛鞭效效应的抑抑制及其其稳定性性优化。但目前前的研究究尚处

3、于于游离阶阶段，绝绝大多数数的文献献往往是是对上述述三个方方面的其其中一个个或两个个方面进进行研究究。三、本案案例研究究内容本案例主主要是对对供应链链牛鞭效效应进行行分析研研究，应应用Matlab/Simulink仿真软件件对啤酒酒分销模模型的三三级供应应链中牛牛鞭效应应现象进进行了仿仿真设计计，分析析了不同同平滑指指数对牛牛鞭效应应的影响响，基于于控制理理论提出出减弱牛牛鞭效应应的方法法和措施施，重点点阐述了了PID控制，进进而验证证策略的的可行性性。四、供应应链牛鞭鞭效应建建模首先，我我们必须须查出放放大的来来源。这这种从下下游到上上游的库库存放大大可能来来源于订订货策略略，预测测方法，提

4、前期期等方面面，然而而，这些些都与库库存直接接相关，因此我我们从简简单的库库存模型型开始研研究。1传递函数数模型传递函数数模型是是零初始始条件下下线性系系统输出出量的拉拉普拉斯斯变换与与输入量量的拉普普拉斯变变换之比比。1.1概述我们考虑虑一个只只包含单单一零售售商和生生产商的的简单供供应链模型型。假设设以下的的事件序序列:在每个周周期t，零售商商接收下游游订单,满足下游游需求,收到上游游来货,察看库存存水平,向上游发发出订单单。在零零售商发发出订单单和接收收到货物物之间有有一个固固定的时时间间隔隔，因此此在一个个周期t末发出的的订单将将在周期期t+L的开始接接收到货货物。特特别是，提前期期L

5、包含一段段时间的的订单传传送和TP时间周期期的商品品生产和和发送。这里假假设订单单传送为为1个周期，TP=3倍的时间间周期。讨论：有有哪些库库存订货货策略？订货点法法订货点法法又称订订购点法法.订货点法法指的是是：对于于某种物物料或产产品，由由于生产产或销售售的原因因而逐渐渐减少，当库存存量降低低到某一一预先设设定的点点时，即即开始发发出订货货单(采购单或或加工单单)来补充库库存，直直至库存存量降低低到安全全库存时时，发出出的订单单所定购购的物料料(产品)刚好到达达仓库，补充前前一时期期的消耗耗，此一一订货的的数值点点，即称称为订货货点。订货点法法也称为为安全库库存法。订货点法法本身具具有一定

6、定的局限限性。例例如，某某种物料料库存量量虽然降降低到了了订货点点，但是是可能在在近一段段时间企企业没有有收到新新的订单单，所以以近期内内没有新新需求产产生，暂暂时可以以不用考考虑补货货。故此此订货点点法也会会造成一一些较多多的库存存积压和和资金占占用。订货点法法库存管管理的策策略很多多，最基基本的策策略有4种：连续性性检查的的固定订订货量、固定订订货点策策略，即即（Q,R）策略；连续性性检查的的固定订订货点、最大库库存策略略，即（R,S）策略；周期性性检查策策略，即即（t,S）策略；综合库库存策略略，即（t,R,S）策略。1.(Q,R)策略该策略的的基本思思想是：对库存存进行连连续性检检查，

7、当当库存降降低到订订货点水水平R时，即发发出一个个订货，每次的的订货量量保持不不变，都都为固定定值Q。该策略略适用于于需求量量大、缺缺货费用用较高、需求波波动性很很大的情情形。2.(R,S)策略该策略和和（Q,R）策略一一样，都都是连续续性检查查类型的的策略，也就是是要随时时检查库库存状态态，当发发现库存存降低到到订货点点水平R时，开始始订货，订货后后使最大大库存保保持不变变，即为为常量S，若发出出订单时时库存量量为I，则其订订货量即即为（S-I）。该策策略和（Q,R）策略的的不同之之处在于于其订货货量是按按实际库库存而定定，因而而订货量量是可变变的。3.(t,S)策略该策略是是每隔一一定时期

8、期检查一一次库存存，并发发出一次次订货，把现有有库存补补充到最最大库存存水平S，如果检检查时库库存量为为I，则订货货量为S-I。经过固固定的检检查期t，发出订订货，这这时，库库存量为为I1，订货量量为(S-I1)。经过一一定的时时间（LT），库存存补充(S-I1)，库存到到达A点。再经经过一个个固定的的检查时时期t，又发出出一次订订货，订订货量为为(S-I2)，经过一一定的时时间（LT-订货提前前期，可可以为随随机变量量），库库存有达达到新的的高度B。如此周周期性检检查库存存，不断断补给。该策略不不设订货货点，只只设固定定检查周周期和最最大库存存量。该该策略适适用于一一些不很很重要的的、或使使

9、用量不不大的物物资。4.(t,R,S)策略该策略是是策略（t,S）和策略略（R,S）的综合合。这种种补给策策略有一一个固定定的检查查周期t、最大库库存量S、固定订订货点水水平R。当经过过一定定的检查查周期t后，若库库存低于于订货点点，则发发出订货货，否则则，不订订货。订订货量的的大小等等于最大大库存量量减去检检查时的的库存量量。当经过固固定的检检查时时期到达达A点时，此此时库存存已降低低到订货货点水平平线R之下，因因而应发发出一次次订货，订货量量等于最最大库存存量S与当时的的库存量量I1的差（S-I1）。经过过一定的的订货提提前期期后在B点订货到到达，库库存补充充到C点，在第第二个检检查期到到

10、来时，此时库库存位置置在D，比订货货点水平平位置线线高，无无须订货货。第三三个检查查期到来来时，库库存点在在E， 等于于订货点点，又发发出一次次订货，订货量量为(S-I3),如此，周周期进行行下去，实现周周期性库库存补给给。1.2决策规则则在任何的的最大库库存订货货策略下下，订货货决策如如下:Ot=St-库存量Ot是周期t末所做出出的订货货决策，St是周期t内的最大大库存，库存量等等于净库库存量加加上马上上到来的的货(或者叫WIP)，净库存存量等于于仓库存存货减去去未交付付订货的的积压。这里是是在在L周期内的的平均需需求量的的估计值值，是是L周期内的的标准需需求偏差差的估计计值。k是选择的的一

11、个符符合服务务水平的的常量。当和和都都未知知时，零零售商必必须预测测未来需需求。这这种预测测引起了了最大库库存订货货策略的的易变性性也就引引起了牛牛鞭效应应。为了使分分析简化化，我们们将k设置为0，并且将将提前期期增加1。即L不仅代表表物理上上的提前前期还代代表安全全提前期期，所以以现在L=Tp+2。我们使用用简单指指数平滑滑方法来来预测需需求。公公式为:为平滑常常数，令令为为数据据的平均均寿命周周期，则则1.3获取传递递函数根据前面面的公式式及所做做出的订订货决策策，我们们进行以以下的推推导：由可得的Z变换为1，的的Z变换为 当=0.9时，指数平滑滑算法的的传递函函数如下下：已知=-库存量，

12、库存量量记为I，净库存存量记为为。k0其中延延迟因因子来确确保事件件序列能能够与实实际情况况相符。表示延迟迟个个采采样周期期，对应的时时间函数数为库存量等等于净库库存量加加上马上上到来的的货(或者叫WIP)把O移到等式式左边并并化简得得：综上所述述，指数数平滑预预测法对对应的传传递函数数为：系统传递递函数为为：图1方框图MATLABSIMULINKMATLAB是Mathworks软件公司司开发的的“演算算纸”式式的程序序计算语语言，是是一个跨跨平台的的科学计计算工具具。它集集数值分分析、矩矩阵运算算、信号号处理和和图形显显示于一一体。MATLAB在其发展展过程中中，一直直将面向向控制工工程应用

13、用作为该该软件的的主要功功能之一一。因此此，本文文应用MATLAB作为开发发语言.SIMULINK是MATLAB提供的实实现动态态系统建建模和仿仿真的一一个软件件包，它它适用于于连续系系统和离离散系统统，也适适用于线线性系统统和非线线性系统统。它采采用系统统模块直直观的描描述系统统典型环环节，因因此可十十分方便便的建立立系统模模型而不不需花较较多时间间编程。此软件件有两个个明显的的功能：仿真和和连接，亦即可可以利用用鼠标器器在模型型窗口上上画出所所需的控控制系统统模型，然后利利用该软软件提供供的功能能来对系系统直接接进行仿仿真。很很明显，这种做做法使得得一个很很复杂系系统的输输入变得得相当容容

14、易。因因此，本本文选用用SIMULINK作为仿真真语言。1.4模型Simulink仿真图2仿真模型型图Step需求量（需求单单位）时间（订订货周期期）（sec）图4-3初始需求求曲线需求在一一周内从从0突然增加加到1后，便保持平稳稳Step Response库存量（订货单单位）时间（订订货周期期）（sec）图4-4净库存量量曲线由图可知知，在某某一周顾顾客需求求突增后后，库存存量的波动动直至40周后才变变得平稳稳。Step Response订货量（订货单单位）时间（订订货周期期）（sec）图4-5订货量曲曲线图4-5表明，在在某一周周顾客需需求突增增后，零售商的的订货量量将会产产生较长长时间（

15、即大于10周）的波波动，直直至40周后才变变得平稳稳。为了看出出供应链链牛鞭效效应从下下游到上上游传递递的现象象、验证证牛鞭效效应的存存在，我们将将前面获获取的模模型串联联，并在在起始端端加入一一组在-1，l区间上的的随机信信号，由由仿真结结果曲线线可知初初始需求求的波动动被逐级级放大。图4-6供应链牛牛鞭效应应的传递递过程需求量（需求单单位）时间（订订货周期期）（sec）图图4-7初始需求曲线订货量（订货单单位）时间（订订货周期期）（sec）图图4-8供应链第第一层的的响应订货量（订货单单位）时间（订订货周期期）（sec）供应链第第二层的的响应时间（订订货周期期）（sec）图4-9订货量（订

16、货单单位）时间（订订货周期期）（sec）图4-10供应链第第三层的的响应讨论：减减弱牛鞭鞭效应的的方法五、供应应链牛鞭鞭效应的的PID控制1传递函数数模型的的参数配配置在前面我我们得到到了供应应链的传传递函数数模型:取=0.11，=8，=3，则供应应链的传传递函数数为: 转换到S域为:2传递函数数模型PID的Simulink控制仿真真下图是PID控制器的的控制结结构框图图：加入到传传递函数数模型中中去。得得到PID控制下的的供应链链模型，如下所所示：图5-1PID控制结构构图讨论：如如何调节节PID的系数？比例（P）调节作作用：是是按比例例反应系系统的偏偏差，系系统一旦旦出现了了偏差，比例调调

17、节立即即产生调调节作用用用以减减少偏偏差。比比例作用用大，可可以加快快调节，减少误误差，但但是过大大的比例例，使系系统的稳稳定性下下降，甚甚至造成成系统的的不稳定定。积分（I）调节作作用：是是使系统统消除稳稳态误差差，提高高无差度度。因为为有误差差，积分分调节就就进行，直至无无差，积积分调节节停止，积分调调节输出出一常值值。积分分作用的的强弱取取决与积积分时间间常数Ti，Ti越小，积积分作用用就越强强。反之之Ti大则积分分作用弱弱，加入入积分调调节可使使系统稳稳定性下下降，动动态响应应变慢。积分作作用常与与另两种种调节规规律结合合，组成成PI调节器或或PID调节器。微分（D）调节作作用：微微分

18、作用用反映系系统偏差差信号的的变化率率，具有有预见性性，能预预见偏差差变化的的趋势，因此能能产生超超前的控控制作用用，在偏偏差还没没有形成成之前，已被微微分调节节作用消消除。因因此，可可以改善善系统的的动态性性能。在在微分时时间选择择合适情情况下，可以减减少超调调，减少少调节时时间。微微分作用用对噪声声干扰有有放大作作用，因因此过强强的加微微分调节节，对系系统抗干干扰不利利。此外外，微分分反应的的是变化化率，而而当输入入没有变变化时，微分作作用输出出为零。微分作作用不能能单独使使用，需需要与另另外两种种调节规规律相结结合，组组成PD或PID控制器。图5-2加PID控制的模模型图由此图可可知，加加入PID后，只是是在前4周订货量量有所波动，且波动动幅度也也比传递递函数模模型小得得多，做做以下对比：传递函函数模型型的波动动幅度为为从0至1.58；PID模型的波波动幅度度为从0至1.08。第5周后订货货量便趋趋于平稳，几几乎没有有波动，大大消消除了订订货量的的不确定定性。订货量（订货