不同运作模式的供应链系统动力学行为仿真研究

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1、不同运作模式的供应链系统动力学行为仿真研究陈国华1,2，张根保1，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，414000 )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，然后对它们在相同参数、市场扰动以及政策改变等情况下的仿真分析。结果表明：推式供应链稳定性最差，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

2、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；N945.17The Simulation of Systems Dynamics Behavior ofSupply Chain With Various Operational ModesChen Guo-hua1,2，Zhang Gen-bao1，Pang Ji-hong1，Zhang Shu-hui1(1.Inst.of Advanced Manufacture Tech.; Sch.

3、of Mechanical Eng.; Chongqing Univ.; Chongqing400044; China;2.Dept. of mechanical Eng., Xiangfan University,Hubei, Xiangfan,441000)Abstract: To study the system behavior of the influence on delivery ratio exerted by the supply chain with three modes, systems dynamics (SD) is introduced into the anal

4、ysis of the supply chains behaviors. Three SD models were set up by various supply chains characteristics, and then the simulation of them was run under the circumstances of the same parameters, the disturbances of market and the policy shift, respectively. The result indicates: Push-supply chain is

5、 the most unstable, and only through adjusting order cycle time, its delivery ratio can 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 changi

6、ng 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, its delivery ratio can be increased.Key words: Push; Pull; Push & pull; Supply chain; Systems dynamics; Deli

7、very 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 S

8、upported 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

9、管理与现代质量工程等。E-mail:59782071.0 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。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

10、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，而没有文献对不同模式供应链的交货状况进行动力学行为的研究。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

11、。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。因此，推式供应链的订货分离点在供应链的最下游处。图1 推式供应链的系统流图 根据推式供应链的运作特点，可以绘制出该供应链运作模式的系统流图，如图1。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

12、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。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

13、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

14、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 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

15、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)市场需求变化图(b)推式供应链系统行为图 (d)推拉结合式供应链系统行为图行为图(c)拉式供应链系统行为图 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 当图中某条曲线上的变量出现负值，说明该变量未能满足下游订单要求，如分销商合格品量为负值时，就表示分销商在该次不能满足市场用户的订单要求，出现暂

16、时供不上货的情况，只能等到下次补上；若某次供应商合格产品量为负值，说明供应商此次不能满足制造商供货需求，出现缺货现象；对于制造商合格产品量出现负值的情况，同样也是说明不能满足下游分销商的供货需求。因此，可以根据三种合格产品量的变化曲线，判断整个供应链的交付情况。由三种模式的仿真结果可知：（1）推式供应链三种合格品量的变化曲线如图4（b）呈现一种发散振荡的情况，且三种合格品数量呈现正负交替，说明推式供应链在交货过程中现出一时能满足交货，一时就不能交货，且出现大起大落的情形，该模式的供应链对于交付非常不稳定；（2）拉式供应链三种合格产品量的变化关系图4（c），当系统行为趋稳时，三种合格品数量均大于

17、零，仅表现出一种微小振幅波动的情况，说明拉式供应链能很好满足交货，且交付比较稳定；（3）推拉结合式供应链三种合格品量的变化关系图4如（d），分销商合格品曲线始终位于横轴上方，且表现出微小振幅波动的情形，说明该模式在分销商对市场用户的交货上表现出了较强的优越性，而供应商合格品以及制造商合格品变化曲线呈现一种发散振荡的情况，且值正负交替。因此，该模式的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。综合比较来看，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

18、用户的需求上表现出了更强的优越性。 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。(b) 推式供应链发生扰动时的系统行为(a) 市场需求发生扰动的变化曲线(d) 推拉结合式供应链发生扰动时的系统行为(c) 拉式供应链发生扰动时的系统行为 图5 市场发生扰动时三种模式供应链系统行为变化曲线当市场发生扰动时,

19、由仿真结果可知:（1）由图5中(b)与图4中(b)可见,供应商合格品曲线较制造商合格品曲线以及分销商合格品曲线变化稍大，说明供应商对市场需求敏感度较制造商与分销商要大。总体来看，推式供应链曲线变化关系与原图形并没有发生多大变化,说明推式供应链对市场需求不敏感，但系统依然表现出较强的不稳定性；（2）由图5中(c)与图4中(c)可见,扰动后的图形与原图形的波形基本相似，只是三条曲线整体向下平移，全部出现负值，此时出现供应商、制造商与分销商均不能满足交付的状况，由此可见，拉式供应链中供应商、制造商与分销商对市场需求的扰动均较敏感，且具有相同的敏感性；（3）由图5中(d)与图4中(d)可知，当市场发生

20、扰动时，分销商合格品曲线向下平移了一个微小的量，但值依然为正，且表现出较强的稳定性，而供应商合格品曲线以及制造商合格品曲线发散振荡的波幅较原图形稍大，稳定性较原来稍差。综合来看，市场扰动对推拉结合式供应链有一定影响，但比拉式供应链要小。总体比较来看，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。 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

21、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。(b) 订货周期为8时的系统行为图 (a)分销商目标库存为500时的系统行为图 图6 推式供应链政策改变时的系统行为图 由此可以说明，对于推式供应链，改变目标库存的策略不能提高交货率，只有改变订货周期才能从根本上提高交货率

22、。（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15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

23、存减小到15时的系统行为图（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由此可以说明，对于拉式供应链，要提高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

24、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。（b）供应商订货周期为4时的系统图(a)制造商与分销商目标库存改变时的系统图 图8.推拉结合式供应链政策改变时的系统行为图 由此可以说明，对于推拉结合式供应链，只有通过改变供应商订货周期的办法，才可以提高整条供应链的交货率。3 结论根据对三种模式的仿真对比分析，可以总结出以下

25、几条重要特性：（1）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 M

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