供应链环境下库存管理的系统动力学研究毕业论文

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 1ABSTRACTABSTRACT .2 2引引 言言 .3 31 1 绪论绪论 .3 31.11.1 库存管理的概念及功能库存管理的概念及功能 .3 31.21.2 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 42 2 库存管理的方法库存管理的方法 .4 42.12.1 传统库存管理方法传统库存管理方法 .5 52.22.2 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 52.32.3 库存管理新方法库存管理新方法 .6 63 3 系统动力学基本理论概述系统动力学基本理论概述.8 83.13.1 系统动力学（系统动力学（S SYSTEMYSTEM D DYNAMICSYNAMICS）简介）简介 .8 83.23.2 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 83.33.3 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 93.43.4 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 .11114 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.12124.14.1 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可行性 .12124.24.2 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 .13135 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.15155.15.1 模型简介模型简介 .15155.25.2 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.15155.35.3 VMIVMI 和和 JMIJMI 的流程图的流程图.17175.45.4 仿真结果及分析仿真结果及分析 .19191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2AbstractWith 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, 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 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 advices 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 Management，Management of Inventory，System Dynamics3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的向以过程控制为目的的转变是库存管理思维的变革。41.1.31.1.3 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 1998 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，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。52.1 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，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。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 CPFR） 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。83 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 Cybernetics） 、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） 。920 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，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?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。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，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。如图（4-1）业 业业 业业 业业 业 业 业业 业 业 业+图 4库存系统反馈图（4）库存系统是一个非线性系统。库存量的多少和销售量、在制品、产成品等之间13的关系，表现出明显的非线性。这些非线性因素极大的控制了一般数学方法对其的研究。（5）库存系统各变量之间存在长时滞。库存系统中，各变量之间的时间滞后通常以周、月甚至年来计算。例如，收到订单到进行生产决策、生产决策下达到开始生产、在制品和产成品之间的延迟等等。（6）库存系统是一种因果系统。同其他社会系统一样，库存系统的每一次波动，都必然有其原因。如果没有原因，也不会产生相应的结果，尽管这种原因和结果的联系在时间和空间上并不一定表现出连续性。（7）库存系统具有明显的组织结构。库存系统的物质流动和信息流动，与系统的组织结构有着密切的关系.库存本身属于生产系统的一部分，它与生产系统和销售系统紧密相关。系统动力学分析方法主要有以下几个特征：（1）系统动力学用定性与定量结合的方法研究系统问题。 用系统整体方法进行分析、推理和综合，这种定性定量定性、螺旋上升、逐渐深化推进的方法，去认识与解决问题。用系统动力学理论与方法建立的是结构功能模拟模型，它最适用于研究复杂系统的结构、功能和行为之间动态的关系。（2）系统动力学的研究对象主要是非线性、高阶、多 维、多重反馈复杂多变的动态系统，如社会、经济和生物系统。（3）系统动力学在数据缺乏的条件下仍可进行研究。 系统的某些参数关系难以量化或数据不足是研究社会经济问题时经常遇到的一个问题，但是在这种条件下系统动力学仍可以进行一些研究工作，这是因为系统动力学模型的结构是以反馈环为基础的，多重反馈环的存在使得系统行为模式对大多数参数是不敏感的，这样，虽然数据缺乏，但是只要估计的参数在其宽容度内，系统行为仍显示出相同的模式。由于供应链库存系统是非线性的，所以，用线性系统的理论和方法来描述供应链库存系统是困难的。另一方面，由于供应链库存系统中的多重反馈和长时滞，要想依靠直观经验来掌握和跟踪供应链库存系统的发展变化是非常困难的。而系统动力学正可以解决这方面的问题。它可以根据库存系统的因果性和明显的“白箱”结构，来构造出能反映非线性，多重反馈和长时滞的动态模型，并用计算机仿真的方法来实现动态系统的运动过程，并分析其中人为因素即决策因素对系统运动的影响。总之，供应链库存系统的复杂性及其交互的动态行特征十分符合系统动力学强调结构关系、时间延迟、信息放大对系统行为的影响。利用系统动力学分析供应链库存问题是行之有效的11-14。4.2 对于系统动力学应用于供应链库存管理的几点看法 由于系统动力学方法不追求严谨的数学逻辑，不拘泥于最优解，不依据抽象的假设，而是以现实世界为前提，面向对象、时间或者时间，考虑许多不可度量的复杂性、随机性和动态性，来寻求改善系统行为、性能的方法和策略。它的这种特点使它应用供应链库存管理时不但可以弥补传统方法的缺陷，而且更加符合供应链库存管理系统得动态性和反馈性等特点，具有其他方法不可替代的优势。但是在当今客户需求表现出日益增强的个性化、多样化和不确定性的市场环境中，产品生命周期日趋缩短，企业间竞争日益激烈，这使得供应链库存的协调管理变得更加困难。所以我认为在系统动力学应用于供应链库存管理时应注意以下几个问题：（1）供应链的战略与规划问题。供应链的战略与规划问题主要是指企业内、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14成各自为政，无论在企业内部还是在企业间，这必然导致整体效益的下降。供应链上的各节点企业不仅是供应关系而且是战略协作关系，因此各节点企业间不仅需要相互信任，还要共同解决利益冲突，加强供应链的协调，提高信息共享程度。只有将整个供应链纳入到系统动力学模型，才能充分发挥系统动力学模型在供应链库存管理中应用的优势，使企业适应供应链激烈竞争的环境。（2）信息类问题。一个供应链中低效率的信息系统、交货状态的不准确等现象常常会造成需求误差的放大，而且链越长，误差越大，这也是我们说的“牛鞭效应” 。这不仅降低企业的快速反应能力，也使整个供应链的竞争力大打折扣，并且对社会资源也使一种浪费。所以在进行供应链库存管理时一定要注意加强企业的信息系统建设并且提高整个供应链的信息标准化程度。（3）供应链运作问题。首先供应链运作中不能违背库存控制的基本思想。影响企业库存控制的根本原因在于企业本身在制定生产、采购计划等物流决策过程中的行为违背了企业的整体的物流进行控制的思想。这类企业往往平均库存水平高，紧急补货频繁，甚至使企业难以应付。其次是要避免不合理的绩效评价和激励机制。各部门绩效评价标准的不一致，回导致企业自实际运作中对各部门的利益的协调更难把握，导致企业效率低下。企业应该充分考虑整体效益，将以部门为单位的考核体系转变为以物流过程为基础的考核体系。另外系统动力学作为一种重要的研究方法在供应链库存管理中发挥了重要的作用，和其他供应链库存管理的研究方法相比，它有自己的优势，但也存在不足：首先，系统动力学方法通过构建仿真模型来反映现实系统，但现实系统的复杂性可能很难或者根本不可能完成建模。为了解决问题，建模势必基于一定的假设，比如在研究供应链的某些问题时，可能假设末段时期内只生产一种或几种产品，生产能力基本稳定或者没有能力限制，需求订单按一定的规律变化等。假设有助于问题的简化，但假设越多，构建的模型自然离真实的系统越远，由此而制定的决策就可能难以符合并满足实际要求。其次，系统动力学模型的特点是通过认知、发现和改变系统结构来认知、发现和改变系统的行为模式，但对于复杂的供应链库存管理系统，由于缺乏对变化的适应能力，设计好的系统动力学模型往往跟不上实际供应链库存管理系统的动态变化。第三，系统动力学方法对动态策略优化的定量仿真及模型的有效性、灵敏度分析一般采用“试凑法” 。策略优化不但要考虑系统参数变化还要考虑系统结构的变化，而“试凑法”一般是事先设计好策略方案，通过改变系统参数进行仿真来发现问题，然后在所设计的方案中进行优选。这在很大程度上依赖分析、建模人员的经验与技巧，虽然它能反映一定的管理学意义，但很难达到数学意义上的优化。所以我认为在系统动力学应用于供应链库存管理时还有以下几个问题值得注意：（1）重视策略心智模型（Mental Models）系统动力学意义上的改善和提高。加强全局、整体、动态的系统思考、组织学习、知识发现等观点及方法的学习与应用。策略心智模型决定着系统动力学模型的结构，也就决定着仿真的结果，心智模型的优劣直接影响着系统动力学模型与策略的优劣。（2）尽量减少建模的假设，比如考虑库存管理中的可变或可调提前期等。当然，假设条件越少，模型就越接近现实的真实系统，模型的指导作用就越强，但同时模型也越复杂，研究难度也越大。（3）加强对企业的资料收集和整理。对企业的资料收集和整理的目的是为了找出影响企业库存管理系统带有普遍性的因素。不局限于某一个企业，也不局限于某一个方面。只要对企业库存管理系统有影响的都要考虑，这样模型才会完整。（4）运用科学的方法对带有主观性的因素进行量化，降低这些因素对主观的依赖程15度。比如运用模糊数学的一些方法，也可以运用多种方法来进行比较，从中选取符合实际情况的值。这是建立模型的前期工作，对于不同的企业，应该有适合自身的方法。任何一个带有主观的因素都与历史资料有联系，一旦计算或统计方法确定，反映到模型中仅是控制方程或函数。当然，这也同时增加控制因素和控制环节，从而增加了模型的复杂程度。（5）结合其他的管理理论、思想、方法以及其他学科领域或工具算法方法来弥补系统动力学方法的不足。比如，约束理论（Theory of Constraints，TOC）有助于简化系统问题的复杂性，从而可以增加系统动力学建模的可行性及实效性；与离散事件仿真、商业博弈及其他基于 IT 技术的建模等方法的结合，有助于实现对供应链的混合模式建模，而且可在模型中考虑加入供应链管理的一些软变量（如客户关系管理、冲突管理等） ；与传统的数学方法（如混合整数规划、运筹学、启发式算法、遗传算法、模糊算法、统计方法、田口方法等）的结合也是一个很好的研究方向，比如遗传算法有助于实现系统动力学模型的结构优化，提高模型对环境的适应能力；而田口方法有助于系统动力学模型的灵敏度测试和稳健性分析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5.1 模型简介某企业（下文以A企业代替）生产各种规格的高品质离心球墨铸铁管，年产量约20万吨，主要用于城市输水、输气等流体压力管道。A企业使用传统的独立需求库存管理控制系统，月计划生产量靠下级订货量进行预测，进而向供应商订购原材料铁水。但分销商在预测销售量时对市场变化把握不准，因此在实际中往往夸大预计销售量，导致整个供应链存在需求放大现象，造成上游供应商的过量生产，致使A企业供应量过大，不得不采取供应链管理库存。由上文分析可知供应链管理特别强调企业核心竞争力，企业在长期合作、信息共享的基础上，供应链伙伴之间寻求更深层次的功能整合。VMI和JMI正是供应链管理这一思想的反映和运用。那么这两种方法哪个更适用于A企业？各有什么优缺点？下文通过建立系统动力学模型对这两种方法进行了分析.5.2 A 企业供应链库存管理模型的因果图5.2.15.2.1 VMIVMI 库存管理模型库存管理模型 基于VMI的供应链模型是由供应商保管和管理库存，所以在铸管未售出前，企业拥有该铸管的库存，其分销商只是对铸管有一种寄售关系。VMI系统描述如下：（1）出于对模型的简便考虑，本文讨论的供应链成员仅有A企业与其分销商，系统的工作流程以订单执行为主。（2）采用VMI，即铸管未售前，A企业拥有库存，分销商为零库存。因此系统考虑的水平变量为A企业的库存量。（3）实际系统中，总是存在时间和空间的延迟，所以在模型中设定了很多延迟的因子。16（4）A企业根据配送中心的销售量直接制定出发货量。系统共设置7个变量：库存量、企业产品生产量、企业计划生产量、企业生产能力、企业接受产品欠付量、企业所需生产量、配送中心产品销售量。分析各个变量的关系如下：企业库存量与配送中心的销售量和企业生产量有关，销售量越大，库存量越小，生产量越大，库存量越大；企业产品生产量与企业产品欠付量和企业生产计划以及企业生产能力有关，企业欠付量越多，计划生产量越多，则企业产品生产量越大。根据以上分析绘制VMI系统因果图如（5-1）业 业 业 业业 业 业业 业 业 业 业 业 业业 业 业 业 业 业业 业 业 业 业业 业 业 业业 业 业 业业 业 业业 业 业业 业 业 业 业业 业 业 业+-+-+图5-1 VMI 系统因果图经VENSIM模拟以后各变量关系如图（5-2）业 业 业业 业 业 业 业 业 业业 业 业 业 业 业业 业 业 业 业 业 业 业 业业 业 业 业 业 业 业业 业 业业 业 业 业 业 业 业(业 业 业 业 业 业 业 业 业 )业 业 业 业 业 业 业 业 业图5-2 各变量关系图5.2.25.2.2 JMIJMI 库存管理模型库存管理模型（1）出于对模型的简便考虑，JMI系统的供应链成员仅有A企业与其分销商，系统的工作流程以订单执行为主。（2）采用JMI，即将A企业及其分销中心的独立库存设计为联合库存，按照就近原则，将联合库存设置在配送中心。因此，此系统的水平变量为配送中心的库存量。（3）在JMI系统中，仍然存在时间和空间的延迟。在模型中设置了很多的延迟因子。（4）整个系统从市场销售额开始，A企业的生产量根据商品的销售量而定。配送中心订货策略为定点订货。系统共设置7个变量：配送中心产品库存、配送中心销售量、配送中心定货量、企业接受产品欠付量、企业计划生产量、企业生产能力、企业产量。分析各变量关系如下：17配送中心的产品库存与它的销售量与定货量有关，销售量越大，库存量越小，定货量越多，库存量越大；企业生产量与企业接受产品欠付量、企业计划生产量以及企业生产能力有关。欠付量越多，企业就会在生产能力范围内计划生产越多产品。根据以上分析绘制JMI系统因果图如（5-3）业 业 业 业业 业 业业 业 业 业业 业 业业 业 业 业 业业 业 业 业业 业 业 业业 业 业 业业 业 业 业业 业 业业 业 业业 业 业业 业 业业 业+-+-+-图5-3 JMI 系统因果图经VENSIM模拟以后各变量关系如图（5-4）业 业 业 业 业 业 业 业业 业 业 业 业业 业 业 业 业 业业 业 业 业 业 业 业业 业 业 业 业 业 业业 业 业 业 业 业 业 业 业业 业 业 业 业(业 业 业 业 业 业 业 )业 业 业 业 业 业 业业 业 业 业 业 业 业 业业 业 业 业 业 业 业图5-4 JMI 变量关系图5.3 VMI 和 JMI 的流程图 根据系统因果图分别绘制出系统流程图如下：业 业 业 业 业 业 业 业 业业 业 业 业 业 业 业业 业 业 业 业 业 业业 业 业 业 业业 业 业 业 业 业 业业 业 业 业 业 业业 业业 业业 业业 业业 业 业 业 业