Excel仿真的“啤酒游戏”在供应链管理教学中的应用

缪桂根 高羽佳 辜丽川 罗红恩

(安徽农业大学信息与计算机学院物流工程系 安徽合肥 230036)

Excel仿真的“啤酒游戏”在供应链管理教学中的应用

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缪桂根 高羽佳 辜丽川 罗红恩

(安徽农业大学信息与计算机学院物流工程系 安徽合肥 230036)

供应链管理教学过程中如何运用“啤酒游戏”才能获得较好的教学效果。从节约经费及实用性角度考虑，提出利用Excel进行啤酒游戏仿真，基于不同的因素组合设计Excel啤酒游戏仿真模型，通过渐进的模型启发学生进行主动思考，让学生在有趣、愉快的氛围中学习简单先进的供应链管理思想。

啤酒游戏，Excel仿真，供应链管理教学

自20世纪60年代麻省理工学院最先开发出啤酒游戏以来，这个模拟简单生产、分销系统的角色扮演游戏就被无数的本科生、研究生以及经理人员培训课程所采用。在高校，供应链管理是物流专业本科生的一门核心课程，啤酒游戏常被用于供应链管理的教学。那么，在供应链管理的教学过程中，如何运用啤酒游戏可以呈现出较好的教学效果呢？本文对这一问题进行了深入研究，在分析啤酒游戏辅助供应链管理教学的重要性的基础上，从节约经费及实用性角度，提出利用Excel构建啤酒游戏仿真模型。基于不同的因素组合设计Excel啤酒游戏仿真模型，通过渐进的模型启发学生进行主动思考，让学生在有趣、愉快的氛围中学习简单先进的供应链管理思想。同时，给出了一个简单二阶段供应链的Excel仿真实例并对仿真结果进行了分析。

1 “啤酒游戏”与供应链管理教学

1.1 牛鞭效应是《供应链管理》的重要知识点

供应链协调是供应链管理实践及理论研究领域的热点话题，要探讨如何做到供应链协调，就必须研究供应链失调。供应链失调的结果就会导致牛鞭效应，或者说牛鞭效应是供应链失调的症状。所谓“牛鞭效应”就是指逆着供应链往上游各节点需求波动放大的效应。牛鞭效应现象已经经历了大量的实证研究，牛鞭效应确实存在于汽车制造、日用品制造和计算机制造等行业。对牛鞭效应现象的成因进行分析、研究，寻求弱化牛鞭效应的有效措施是理论界与实业界共同关心的重要问题。因此，在《供应链管理》这门课程的教学过程中，“牛鞭效应”是一个重要知识点，是供应链协调这块内容的基石，这个内容是必讲的。

2.2 “啤酒游戏”有助于对“牛鞭效应”的感性认识和理性思考

既然“牛鞭效应”这个知识点非常重要，那么如何来讲授这块内容就是授课教师必须认真思考的一个问题。大多数教师在讲授“牛鞭效应”知识点时，一般是通过介绍宝洁公司尿布供应链的牛鞭效应这个经典案例，引出牛鞭效应现象的存在，进而给出学者们已有的研究成果，包括牛鞭效应的成因、牛鞭效应对企业经营业绩的影响和牛鞭效应的缓解措施。这样安排教学内容，比较系统，但是学生对“牛鞭效应”的认识会较为浅显，貌似懂了实则不懂，课后即忘。因此，这种教学方式的教学效果并不理想。那么，在这个问题上如何能让学生既有感性的认识又有理性的思考？笔者认为，借助“啤酒游戏”能有效达成上述目的。

(1)“啤酒游戏”是一个游戏，游戏具有一定的趣味性，能有效调动学生的积极性和好奇心理。

(2)通过参与游戏，可以让学生切身体会先是大量缺货后是库存大量积压这样的尴尬的处境，可以初步引导学生思考产生这样的现象的原因。

(3)通过对整条供应链的数据进行处理和分析，可以得到供应链不同节点的需求放大的现象，可以告诉学生这就是“牛鞭效应”。这样通过游戏使学生从整体上对“牛鞭效应”现象有一个感性的认识。

(4)对游戏的结果——“需求放大现象”的成因展开“头脑风暴”，通过头脑风暴法既鼓励了学生开动脑筋去思考，加深了印象，又起到了集思广益的作用。

(5)通过对“牛鞭效应”原因的分析，进一步探讨缓解牛鞭效应的对策。可以让学生自行设计游戏环节来验证对策的有效性，进一步深刻理解“牛鞭效应”及供应链协调。

(6)通过“啤酒游戏”，学生能将《供应链管理》这门课程与“牛鞭效应”与“啤酒游戏”联系在一起，这也算是对整个课程的一个感性认识。从笔者自身的体验来讲就是这样，毕业后提到学生时代的《供应链管理》课程，记得的就只有“啤酒游戏”与“牛鞭效应”了。

3 “啤酒游戏”实验设备开发

“啤酒游戏”有助于对“牛鞭效应”的感性认识与理性思考，那么应该借助什么形态的实验设备来开展“啤酒游戏”实验呢？

基于“啤酒游戏”在供应链管理教学中的重要作用以及其在一些商业培训中的重要作用，市面上有公司专门开发了“啤酒游戏”的物理沙盘和电子沙盘。这些现成的物理沙盘和电子沙盘的优点是简单，可以直接拿来用，缺点是设备已成型，有固定的结构，游戏的设置死板。如物理沙盘的盘面已成型，学生只能照盘面运作，且物理沙盘用于教学不好组织，容易造成延时、课堂混乱。电子沙盘虽然解决了物理沙盘教学不好组织，课堂容易延时的缺陷，但学生对电子沙盘游戏规则一知半解，对系统内在运行机制不清楚，稀里糊涂两堂课就过了，实验结果也不用自己分析直接由系统得出，容易流于形式，对“牛鞭效应”的理解仍旧是不深刻。而且，物理沙盘和电子沙盘都必须要小组团队合作才能完成，在一些实验参数设置上过于死板，不容易发挥学生个体的主观能动性和创造性，与现行各院校倡导的培养创新型人才理念相悖。

将现成的“啤酒游戏”、物理沙盘和电子沙盘拿来用，虽然有上述一些弊端，但也省却了教师不少麻烦，但其前提是学校购置了这样的实验设备。对于经济实力强大的院校来说，“啤酒游戏”、物理沙盘和电子沙盘只是众多已购置的物流实验教学设备中的一星两点。但对于大多数经费紧张及建制不长的专业来说，要购置的实验设备实在太多了，这样的实验设备购置计划只能暂时搁置。所以，对于没有购置游戏沙盘的院校来讲，教师要么就跳过“啤酒游戏”环节直接介绍“牛鞭效应”现象及成因。但这样的教学效果并不理想，要么就只能自己动手，开发“啤酒游戏”的实验道具。

综合考虑开发的技术、时间、费用，以及系统应用的简便性和实用性，学生自我设计的可拓展性等方面要求，笔者认为开发基于Excel仿真的“啤酒游戏”就非常适合《供应链管理》课程的教学。首先，成本低廉。通过对“啤酒游戏”的模拟，能进行反复多次试验，能有效实现啤酒游戏效果。其次，可实现个人单机操作。学生可以从整体上把握供应链牛鞭效应，而不必分割为多个角色去体验。第三，模型设计简单，使用方便，系统运行的内在规律清晰，便于学生理解并自己设计实验方案进行拓展。另外，Excel具有强大的数据分析、计算及图表表示功能，对于牛鞭效应的分析非常直观、便利，学生容易上手。

3 Excel仿真的“啤酒游戏”在供应链管理教学中的应用

3.1形成牛鞭效应的主要原因[1-2]

3.1.1需求预测方法和库存策略 供应链各环节所采用的库存控制策略和需求预测方法导致了牛鞭效应。库存控制的策略有很多，通常使用较多的是定期库存检查策略，每隔一个固定的检查周期就检查一次库存，每次都将库存补充到最大库存水平。这个最大库存水平通常是等于提前期和检查期内的平均需求加上提前期和检查期内的需求标准差的若干倍，后者称为安全库存。通常，企业利用历史需求数据来预测未来的需求。预测永远是不准确的，往往是观测的历史数据越多，预测值就越平滑。由于最大库存水平就取决于观测的历史数据的平均值和标准差，因此，增大了需求的变动性。不同的预测方法，不同的历史数据观测期，不同的库存控制策略都会不同程度上造成需求的放大。

3.1.2提前期 提前期越长，需要的最大库存水平及安全库存水平越高，这导致节点订货量增大，订货量的增大沿着供应链往上传递到上游节点，进一步导致上游节点的观测到需求的放大及上游订单量的放大。由于提前期的存在，这种放大是具有逐级时滞性，因此，库存的调节和消化就需要更长时间。

3.1.3批量订货 企业采用批量订货主要原因是获取订货、运输等方面的规模经济，如下游企业采用(Q,R)库存策略或(s,S)库存策略进行批量订货，那么上游企业面对的是间歇性的批量订单，上游看到的是一个高度变动和扭曲的需求。同样，因为提前期和供应链的层级结构传递，这种高度变动的订单进一步向上游传递，导致整个供应链需求的振荡和扭曲。

3.1.4价格波动 当商品价格存在周期性波动或上游针对下游采用批量折扣定价法都会导致下游在特定时期的大批量采购，进而造成订单的剧烈波动，传递到上游形成需求的剧烈振荡。

3.1.5短缺博弈 当产品预计出现供不应求时，上游会对下游订单按一定百分比限量供应，下游为了获得预期供应量，会人为放大订单订购数量，这进一步加剧了上游的缺货。若上游加大生产量或订购量，而一旦需求恢复正常，下游订单又恢复正常，接下来上游将面对大量的库存积压。因此，短缺博弈导致了需求的扭曲和剧烈变动。

3.2模型设计过程

从教学角度考虑，应能通过“啤酒游戏”仿真让学生逐步逼近真相，即让学生逐步认识到“牛鞭效应”产生的原因，启发学生进行主动思考，实现从感性认识到理性思考再到理论升华的学习路径。因此，在设计Excel啤酒游戏仿真模型时应采用层层递进的方式，设计多个仿真模型，像剥洋葱一样一层一层剥开展现事物的本质。笔者认为可以按以下顺序设计并使用Excel啤酒游戏模型：

(1)通过excel仿真模拟一个简单的二阶段供应链，证明“牛鞭效应”的存在，让学生有一个感性的认识。

(2)模拟一个四阶段供应链，证明供应链层级越多，牛鞭效应越明显。

(3)改变二阶段供应链和四阶段供应链的提前期，与(1)(2)对比，比较提前期对牛鞭效应的影响。

(4)改变二阶段供应链与四阶段供应链的需求预测的历史数据观测期数，与(1)(2)对比，比较需求预测观测数据量对牛鞭效应的影响。在此，可以给学生布置课后作业，设计模型比较不同的需求预测方法对牛鞭效应的影响。

(5)改变二阶段供应链与四阶段供应链的库存控制策略，与(1)(2)对比，比较不同库存控制策略对牛鞭效应的影响。

(6)考虑短缺博弈对牛鞭效应的影响。

(7)改变供应链结构，将链式结构改变为网状结构，探讨供应链网状结构对牛鞭效应的影响。

(8)探讨不同的需求生成规律对供应链牛鞭效应的影响。

(9)探讨四阶段供应链下信息共享对牛鞭效应的影响，同时可以证明牛鞭效应无法消除只能缓解。

通过基于不同影响因素的组合设计仿真模型，让学生通过实际的、直观的体验来认识牛鞭效应，通过渐进的模型逐步思考、总结影响牛鞭效应的因素，进而提炼出弱化牛鞭效应的有效措施，能较好地调动学生学习的积极性、主动性，在轻松、愉快的氛围里很好地达成教学目标。考虑到课时，(5)～(8)可以作为设计性实验作业布置给学生，可以培养学生的方案设计、分析问题、解决问题的能力。

3.3模型应用举例

下面以一个简单的二阶段供应链为例，介绍基于Excel的“啤酒游戏”仿真的过程。

3.3.1模型假设 “啤酒游戏”的供应链中只涉及一种商品，那就是啤酒。供应链为直线型，共2个节点，每个节点仅包含1个企业，分别是1个零售商和1个制造商。各决策主体基于实现自身利益最大化的目标来确定每周的订购量。零售商直接满足顾客需求，没有运输延迟。零售商缺货即丧失销售机会，制造商生产能力无限大，且制造商对零售商的缺货可以回补，各节点的库存量无限制。不考虑供应链中的设备故障等任何意外事件。每周发一次订单，收货、发货以及订货均在每周期初进行。本期收到的货物可以用于本期销售。订单延迟及运输延迟时间均为1周，制造商生产周期为2周。除了下游节点向上游节点传递订单信息之外，供应链节点之间的信息隔绝。各节点当前库存均为8，在途货物及在途订单均为4。各节点采用的是定期检查库存策略，每次补货都将库存补充到最大库存水平。各节点采用简单移动平均法进行需求预测，数据观测周期为8期。模拟周期为35周。

3.3.2相关变量说明 市场需求：市场需求应是随机产生的，可以通过Excel随机函数生成[3]，本例中每周需求都为4，只有第8周需求偶然增加为8。

零售商发货=min(期初库存+本期到货，本期需求)

期末库存=期初库存+期初到货-本期发货

上游企业本期需求=下游企业订货量(订单延迟时间以前)

下游企业本期到货=上游企业发货量(运输延迟时间以前)

上游发货=min(期初库存+本期到货，本期需求+上期累计缺货)

零售商缺货=本周需求-本周发货

上游累计缺货=本周需求+上周累计缺货-本周发货

生产需求1=上期的生产需求2

制造商本周到货=上期生产需求1

其中，AVG和STD为历史观测数据的周需求平均值和标准差，常数z是安全系数，可以按照一定的服务水平从统计表中选取，其作用是保证在提前期内不发生缺货的概率等于指定的服务水平。本例，取服务水平为95%，其对应z=1.65。

3.3.3仿真结果分析 仿真结果的主要过程如表1所示，根据仿真结果绘制出的需求(订单)曲线及库存-缺货曲线，见图1和图2。

表1 啤酒游戏仿真

图1 需求(订单)曲线

图2 库存-缺货曲线

从图1可以看出，前1～7周顾客需求非常平稳，每周需求均为4，零售商每期发出的订单量均为4，制造商面对的需求也是平稳的，制造商每周的计划生产量也为4，一切都非常稳定而有序。第8周顾客需求变为8，自此系统的平衡被打破，需求出现了逐级放大现象，此后零售商订单及制造商生产计划均出现了较大幅度的波动。从图2可以看出，在需求没有出现扰动以前，零售商和制造商的库存一直保持在8，而自第8周开始，零售商和制造商的库存也出现了较大幅度的波动，制造商一度出现缺货，而从12周开始，制造商的库存一直保持在高位。这就是典型的牛鞭效应。通过这样一个简单的啤酒游戏仿真，可以让学生直观的体会到牛鞭效应的产生过程，形成一个感性的认识。

光有感性的认识还不够，接下来要让学生有理性的思考，就要进一步运行前述(2)～(9)的仿真模型。在简单二阶段模型基础上，调整一些参数，对模型结构做一些修改就可以实现其它的更为复杂的模拟仿真，在此不再赘述。总之，目的是通过一系列的Excel啤酒游戏仿真让学生逐渐认识牛鞭效应，并不断开动脑筋去思考和总结，最终将供应链管理的经典的思想和理念深深植入脑海，为日后工作打下良好的理论基础。

4 小结

牛鞭效应是供应链管理中的一个经典的知识点，是研究供应链协调的基石。在供应链管理的教学过程中借助“啤酒游戏”实验，能帮助学生有效掌握“牛鞭效应”这个知识点。基于Excel的啤酒游戏仿真，过程简单、清晰明了，建模容易灵活便于拓展，且成本低廉，上手容易。将Excel的啤酒游戏仿真应用于供应链管理的教学，可以实现递进式的、启发式的教学，可让学生在有趣、愉快的氛围中学习简单先进的供应链管理思想。

[1]霍佳震.物流与供应链管理[M].北京：高等教育出版社，2012.248.

[2]季建华，邵晓峰译，大卫·辛奇-利维等著.供应链设计与管理[M].中国人民大学出版社，2010.148.

[3]李虎.牛鞭效应的结构性成因及仿真分析[D].马鞍山：安徽工业大学管理科学与工程学院，2010.

Anhui Agricultural University,Hefei, Anhui 230036,China)

(责任编辑李平)

Excel-Based Simulation of “Beer Game”in the Supply Chain Management Teaching

MIAO Guigen, GAO Yujia, GU Lichuan, LUO Hongen

(Department of Logistics Engineering,School of Information and Computer,

This paper researched how to use the “beer game” in the teaching process of supply chain management for better teaching results. From fund savings and practical point of view, it put forward using Excel to simulate the beer game, designed excel-based beer game simulation model based on a combination of different factors, and inspired students thinking actively by the progressive models, so that students learnt the simple and advanced supply chain management thinking in a fun and enjoyable learning atmosphere.

beer game, excel-based simulation, supply chain management teaching

安徽省高等学校省级教学研究项目(2012jyxm138 物流工程专业实验教学体系改革研究；2012jyxm137农产品物流工程创新人才教育培养模式研究与实践；2012jyxm152基于项目教学法的物流工程专业创新人才培养模式研究)成果之一。

2014-1-13

缪桂根，miaoguigen@126.com。

G 642.4

A

1674-9545(2014)02-0111-(05)