基于VENSIM的林产品供应链库存管理模式研究

颜浩龙，郑哲文

（1.湖南工业职业技术学院，湖南 长沙 410208；2.中南林业科技大学，湖南 长沙 410004）

基于VENSIM的林产品供应链库存管理模式研究

颜浩龙1，郑哲文2

（1.湖南工业职业技术学院，湖南 长沙 410208；2.中南林业科技大学，湖南 长沙 410004）

林产品供应链上各成员企业库存过高一直是我国林产品企业发展壮大的一个瓶颈，从现代供应链管理的角度出发，针对我国林产品供应链库存管理中典型的GMI、VMI和CPFR 3种库存管理模式展开研究，并构建了林产品GMI、VMI和CPFR的系统动力学模型，使用VENSIM PLE6.3版进行了仿真模拟，仿真结果表明：林产品供应链上成员企业间高度协同合作、信息共享能有效地降低供应链上的库存水平，提高整条供应链的核心竞争力，为我国林产品供应链上企业库存管理提供了新的思路和方法。

林产品库存；GMI；VMI；CPFR

林业是国民经济的重要组成部分，其产业发展涉及林产品供应链上的生产企业、运输企业、销售企业等多个环节部门。我国是世界林产品生产、加工、消费和进出口大国，林产品物流对我国林业产业发展起着巨大的影响。

国内外专家学者对林业有过大量的研究，但是对林产品物流的研究还不多，特别是对林产品供应链上成员企业库存控制策略的研究更是少见。近年来，我国学者冯惠英[1]分析了林产品运输问题，通过开发GM（1，1）程序，解决缺乏有效历史数据情况下的林产品运输量预测问题，对帮助林木种植区管理部门应对林产品运输能力不足或过剩问题提供了决策支持；王永富[2]分析了广西林产品物流发展中存在的人才缺乏、成本高等问题，并提出了提高广西林产品物流水平的措施；王忠伟等[3]分析了动态需求环境下林产品物流网络布局规划问题，构建了动态需求下林产品的物流网络规划模型，对优化我国林产品物流网络具有一定的支持作用。张家琴等[4]利用SMS、Mobile Web等技术开发了林产品运输系统，有效地解决了林产品物流中的检尺、配货、监控等问题，有利于提高林产品物流服务水平，降低林产品物流成本。胡丽辉等[5]分析了湖南省林产品物流现状和存在的问题，从供应链资源整合的角度提出了湖南省林产品物流发展的建议，对打造湖南省两型社会建设具有一定的指导意义。张淇凯等[6]研究了林产品物流成本的组成成分，并利用AHP法和TOPSIS法建立了林产品物流成本决策模型，为林产品物流决策提供了支持。郑庆华等[7]综合分析了我国林业物流的研究现状，分别从木材物流、非木物流和林业物流系统三个方面进行了归纳与总结，并论述了绿色物流、第四方物流等现代物流管理想想与成果，拓展了我国林业物流研究思路与发展方向。刘海东等[8]分析了湖北省林产品物流发展现状和存在的问题，从现代物流管理的视角提出了加快湖北省林产品物流发展水平的建议。许澍等[9]研究了林分生长过程中最佳的采伐时间和采伐标准。宋李玉[10]研究了我国南方林产品物流现状，在分析南方林产品物流存在问题的基础上，提出了有效提高南方林产品物流水平的相关建议。

本研究针对我国林产品供应链上成员企业库存控制问题展开研究，采用系统动力学软件VENSIM PLE构建林产品GMI、VMI和CPFR模型，通过对3种典型林产品库存管理模式仿真结果对比分析，探寻我国林产品供应链上库存控制的有效方法与途径。

1 数据来源和研究方法

1.1 数据来源

1.1.1 仿真模拟环境数据设定

本论文中对林产品供应链上成员企业以GMI、VMI、CPFR 3种模式下库存控制仿真数据均采用假设，详细数据如表1所示。

表1 林产品供应链库存管理模型数据Table 1 The data of forest product supply chain inventory management model

1.1.2 市场需求仿真数据设定

(1)正弦波动需求数据设定

正弦波动需求是模拟林产品终端市场需求随销售时间的不同而呈周期性变化，用来观察林产品库存模型中各项主要变量的变化趋势，其数学表达式如下：

式中：A为平均需求量；B表示振荡幅度；C表示振荡周期：T表示振荡开始时刻，它是系统模拟时间，为内设函数； 6.28表示2π，因为系统动力学软件中以3.14作为圆周率π。

本研究以12周作为林产品市场正弦函数的周期，用来仿真一个季度内林产品市场需求变化，将平均需求量A设定为900，正弦波动振幅B设定为600，以仿真林产品终端市场需求量需求随季节而产生66%的起伏变化，

(2)脉冲突增需求数据设定

脉冲函数可以模拟林产品终端需求受到的短期突增冲击，用来观察市场需求突然放大情况下林产品供应链上成员企业库存变化状况，其数学表达式如下：

式中：A表示平均需求量；B表示需求短期突增值；s表示脉冲突增开始的时刻；d表示脉冲持续的时间。

本文将市场终端林产品需求设定为900，在仿真运行到第20周时，市场需求突然增加600，并且持续30周，到51周是回复初始值。

(3) 随机变化需求数据设定

随机函数用来模拟林产品终端市场需求呈现无规则的变化，用来观察林产品终端市场无规则变化时林产品供应链上成员企业库存变化状况，其数学表达式如下：

式中：A表示市场平均需求；i随机数下限；a随机数上限；s随机种子。

本研究将市场终端林产品需求平均值设定为900，并将市场需求随机变化区间认定为（-300，300），仿真周期为100周的随机数列。

1.2 研究方法

本文中采用系统动力学模拟仿真的方法展开研究，对林产供应链上库存控制常见的3种模式：GMI（传统库存管理模式）模式、VMI（供应商管理库存）模式和CPFR（协同计划、预测、补货）模式。选用了美国VENTINA公司的VENSIM PLE软件进行仿真建模。

2 结果与分析

2.1 GMI模式对林产品供应链库存控制的影响

在GMI模式下，林产品供应链上的成员企业之间关系松散，各自为政，市场需求信息既不能第一时间共享给供应链上成员企业，也不能保持需求信息的准确性，形成了整条林产品供应链对市场需求变化反应迟缓和错误的困境，下面对正弦波动需求等3种不同市场需求情况下GMI库存管理模式仿真模拟。

2.1.1 正弦波动需求下库存变化分析

当林产品终端市场需求呈正弦波动变化时，在GMI库存管理模式下，随着市场需求的不断变化，林产供应链上成员企业库存会随着不断增加，积压了大量库存。如图1所示，在市场需求呈正弦周期性波动弯化时，原材料供应商库存、制造商原材料库存、制造商产成品库存和经销商库存呈波浪状不断增加，其中制造商产成品库存、经销商库存增加速度明显高于制造商原材料库存和供应商原材料库存。

图1 正弦波动下GMI模式库存变化Fig.1 The inventory tendency of GMI model under sine wave

2.1.2 脉冲突增需求下库存变化分析

当林产品终端市场需求呈脉冲突增变化时，在GMI模式下，随着仿真的延长，林产供应链上的经销商、制造商、林木供应商库存不断增加，造成了供应链上库存的大幅增长。如图2所示，当市场终端需求从900突增到1 500后，经销商库存、制造商产品库存、制造商原材料库存和供应商原材料库存均表现出增长放缓的趋势，但保持明显增加趋势。

2.1.3 随机需求下库存变化分析

当林产品终端市场需求呈随机变化时，在GMI模式下，随着市场需求不断变化，林产供应链上的成员企业库存不断增加，形成了供应链上库存大幅增长，造成大量资金积压。如图3所示，经销商库存、制造商产成品库存、制造商原材料库存、供应商原材料库存随仿真步长不断增加，且库存保有量与市场随机需求变化趋势偏离较大，不能正确地反映市场需求，造成了不必要的库存积压。

在GMI模式下，林产供应链终端市场呈随机变化、脉冲突增变化、正弦波动变化时，终端经销商、产成品制造商和林木供应商库存均会呈现出增长变化。主要是因为林产供应链上各环节企业间信息不对称，各企业在采购决策上都是独立决策，存在盲目扩大决策的问题，加上各节点企业之间存在一定的运输距离，进一步放大了库存扩大的效应，使供应链上企业大量宝贵资源消耗在不必要的库存上。

图2 脉冲突增下GMI模式库存变化Fig.2 The inventory tendency of GMI model under random variation

图3 随机变化下GMI模式库存变化Fig.3 The inventory tendency of GMI model under random variation

2.2 VMI模式对林产品供应链库存控制的影响

在VMI模式下，林产品供应链上的成员企业之间合作程度有所提高，开始摒弃各自为政的做法。具体表现在：林产品终端经销商与制造商共享市场需求数据，并将库存和补货工作交由制造商来全权管理；林产品制造商通过与林木供应商共享生产计划与销售数据信息，将原材料库存与补货工作交给供应商来全权处理。下面从林产品正弦波动需求等三种不同市场需求情况下VMI库存管理模式的情况仿真模拟。

2.2.1 正弦波动需求下库存变化分析

当林产品终端市场需求呈正弦波动变化时，在VMI库存管理模式下，随着市场需求的不断变化，林产供应链上的成员企业库存会随着不断增加，但库存保有量较同期GMI模式下要明显减少。如图4所示，林产品制造商库存和林木供应商库存随仿真步长呈波浪状小幅增加，库存保有量相对于同期GMI模式已有大幅下降，经销商库存由产成品制造商管理，实现了零库存。

2.2.2 脉冲突增需求下库存变化分析

当林产品终端市场需求呈脉冲突增变化时，在VMI模式下，随着仿真的延长，林产供应链上的经销商、制造商、林木供应商库存不断增加，造成了供应链上库存的大幅增长。如图5所示，当市场需求从900突增到1 500时，产成品制造商库存和原材料供应商库存增长速度明显下降，但仍然保持增长，没有表现出与市场需求变化一致的趋势。

图4 正弦波动下VMI模式库存变化Fig.4 The inventory tendency of VMI model under sine wave

图5 脉冲突增下VMI模式库存变化Fig.5 The inventory tendency of VMI model with impulse uprush

2.2.3 随机需求下库存变化分析

当林产品终端市场需求呈随机变化时，在VMI模式下，随着市场需求变化，林产供应链上的成员企业库存不断增加，造成了供应链上库存一定程度上的积压，但较同期GMI模式下有较大改善。如图6所示，林产品制造商库存与原材料代应商库存随仿真步长逐步小幅增长，尽管库存增长速度较GMI模式大幅下隆，但没有表现出与市场需求一致的变化趋势。

图6 随机需求下VMI模式库存变化Fig.6 The inventory tendency of VMI model under stochastic demand

在VMI模式下，当林产品终端市场呈随机变化、正弦波动和脉冲变化时，林产供应链上林产品制造商和林木供应商库存呈相应增长，但是增长幅度和速度较GMI模式有大幅下降，库存问题在一定程度上得到改善，主要是因为经销商和制造商、制造商和林木供应商之间实现了信息共享，减少了信息传递过程中放大失真现象，能在一定程度上控制林木产品库存量，并且终端经销商实现了零库存。

2.3 CPFR模式对林产品供应链库存控制的影响

在CPFR模式下，林产品供应链上的成员企业之间形成战略合作伙伴关系，林产品供应链从下游的经销商到上游的制造商和原材料供应商之间信息高度共享，并协同合作，共同预测、计划和补货，大大地提高了供应链对终端市场的反应速度和准确性，有效地增加了供应链的核心竞争能力。下面从林产品正弦波动需求等3种不同市场需求情况下CPFR库存管理模式的情况仿真模拟。

2.3.1 正弦波动需求下库存变化分析

当林产品终端市场需求呈正弦波动变化时，在CPFR库存管理模式下，随着市场需求的不断变化，林产供应链上成员企业库存没有不断增加，而是呈现出与市场需求变化一致的趋势。如图7所示，经销商库存、制造商产成品库存、制造商原材料库存和原材料供应商库存呈现正弦波动，其中经销商库存与原材料供应商库存有微小的增加趋势，整体表现出与市场需求一致的波动趋势。

图7 正弦波动下CPFR模式库存变化Fig.7 The inventory tendency of CPFR model under sine wave

2.3.2 脉冲突增需求下库存变化分析

当林产品终端市场需求呈脉冲突增变化时，在CPFR库存管理模式下，随着市场需求发生变化，林产供应链上成员企业库存也随之呈现出与市场需求变化一致的趋势。如图8所示，当市场需求从900突增到1 500后，经销商库存、制造商产成品库存、制造商原材料库存和供应商原材料库存均大幅下降，在市场需求恢复为900时，供应链上各成员企业库存又快速恢复到相应水平。

图8 脉冲突增下CPFR模式库存变化Fig.8 The inventory tendency of CPFR model with impulse uprush

2.3.3 随机需求下库存变化分析

当林产品终端市场需求呈随机需求变化时，在CPFR库存管理模式下，随着市场需求变化呈现随机现象时，林产供应链上的经销商、林产品制造商、林木供应商库存也呈现出与市场需求变化一致的趋势。如图9所示，经销商库存、制造商产成品库存、制造商原材料库存和供应商原材料库存呈随机状态变化，与市场需求变化趋于基本一致，保持维持企业运营的适量库存。

图9 随机需求下CPFR模式库存变化Fig.9 The inventory tendency of CPFR model under stochastic demand

在CPFR模式下，林产供应链终端市场呈随机变化、脉冲突增变化、正弦波动变化时，终端经销商、产成品制造商和林木供应商库存均会在科学合理的范围内呈现科学合理的调整。在CPFR模式下，林产供应链上游的林木供应商、中游林木产品制造商和下游林产品经销商之间协同计划、预测、补货，供应链上信息高度共享，无论林产品市场需求发生了什么样的变化，供应链上的成员企业能形成一个整体及时应对，表现出很强的市场反应速度与能力，能大大提高供应链上企业的竞争能力。

3 结 论

长期以来，我国林产品供应链上企业库存管理一直处于GMI模式下，供应链上成员企业之间缺乏合作，信息孤立。供应链终端经销商市场信息反馈到供应链上游的过程中，存在严重的需求放大等信息失真问题，并存在市场反应迟缓、无法满足消费者个性化需求的突出问题，在市场竞争日趋激烈的环境下，终将被市场淘汰。

林产供应链的VMI模式有效地改善了GMI模式存在的诸多问题，林产供应链上下游企业之间开始有一定程度和范围的合作，信息也有一定程度的共享，通过供应商来管理库存，有效地将经销商从复杂的采购和库存控制问题中解放出来，能集中企业资源提高核心竞争力，为客户提供更好的服务，赢得市场。林产品制造商通过VMI模式获得了经销商第一手的销售信息，根据终端市场销售信息来做林产品生产计划，能有效地减少市场信息在多级传递过程中形成的信息失真问题，有利于林产品制造企业从宏观上控制库存，减少资源浪费。林木供应商与林产品制造商合作实施VMI模式，林木供应商获得林产品制造商的产品生产计划，可以减少GMI模式下信息传递过程中形成的需求信息放大失真的问题，林木供应商可以根据制造商的生产计划制定林木采伐计划，科学控制林木库存量。

林产供应链的CPFR模式进一步优化了VMI模式的诸多优点，在CPFR模式下，林产供应链上的林木供应商、林产品制造商和林产品经销商等成员企业形成高度协同的战略合作关系，供应链上信息高度共享，协同完成计划、预测和补货作业，能从根本上解决由于信息传递失真和预测失误造成的库存问题，大大减少了供应链上成员企业大量资金积压在库存中的危险。让供应链上企业能集中资源提高企业核心竞争力，进而提高了整条林产供应链的竞争力。林产供应链上库存控制模式将从现有的模式逐步的完成向CPFR模式的转变。

由于各方面的限制，本研究仅对我国林产供应链上最典型的3种库存控制模式进行了研究，但是对VOI、JMI等库存控制模式没有涉及，在后续研究中应该加以分析。此外，本文中对林产供应链最上游林场和林户等林木种植企业研究不够，没有将如何统筹规划树木种植与消费，促进我国林产供应链的可持续发展的问题研究不够，需要在后续研究中做深入分析。

[1]冯惠英.基于GM(1,1)数学模型的林产品运输量预测方法[J].怀化学院学报,2014,33(5):30-33.

[2]王永富.广西林产品物流发展研究[J].物流工程与管理,2013, 35(5):35-39.

[3]王忠伟,宋雨屏.动态环境下林产品物流网络模型研究[J].物流技术, 2012,31(8):240-243.

[4]张家琴,郭建钢.基于移动通信的林产品运输信息平台开发[J].西南林业大学, 2012,32(2):91-96.

[5]胡丽辉,庞 燕,李义华,等.湖南省林产品物流发展现状与对策研究[J].物流工程与管理, 2010,32(4):32-36.

[6]张淇凯,文 冰,王 见.基于AHP与TOPSIS法的林产品生产过程中的物流成本方案选择[J].中国林业经济,2012(2):9-13.

[7]郑庆华,张智光.林业物流管理的研究现状与趋势[J].南京林业大学学报:人文社会科学版, 2011,11(2):52-58.

[8]刘海东,冯森洋,盛 夏,等.湖北林产品物流发展问题及对策研究[J].中国市场,2015(7):8-11.

[9]许 澎,肖化顺.臭松次生林径级择伐技术研究[J].中南林业科技大学学报, 2015, 35(8):69-73.

[10]宋李玉.南方林区林产品物流发展现状和对策研究——以福建闽北林区为例[J].湖北函授大学学报, 2013,26(12):68-71.

Research on inventory management mode of forest products supply chain based on VENSIM

YAN Hao-long1, ZHENG Zhe-wen2
(1.Hunan Industry Polytechnic, Changsha 410208, Hunan, China; 2.Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

The high inventory of every enterprise member in the supply chain has been a bottleneck of forest products enterprise development and expansion in our country. In this paper, at the modern supply chain management point of view, pointing at three inventory management modes of forest products supply chain inventory management in our country, we start research and construct system dynamics model of GMI、VMI and CPFR. Through making a simulation by using VESIM PLE6.3, simulation results show that the forest products supply chain among member enterprises of a highly collaborative, information sharing can effectively reduce the whole supply chain inventory levels, improve the core competitiveness of the whole supply chain. It provides a new way of thinking and methods for the enterprise inventory management in the supply chain of forest products in China.

forest products inventory; GMI; VMI; CPFR

S759.1

A

1673-923X(2016)09-0133-08

10.14067/j.cnki.1673-923x.2016.09.025

2015-04-10

湖南省院士专家咨询委员会项目“湖南省现代农业物流金融研究”（2012ZZ47）；湖南省教育厅项目“基于农业现代化建设的农产品供应链金融研究”（13C225）

颜浩龙，硕士研究生；E-mail：147060934@qq.com

郑哲文，教授，博士

颜浩龙，郑哲文. 基于VENSIM的林产品供应链库存管理模式研究[J].中南林业科技大学学报，2016, 36(9): 133-140.

[本文编校：谢荣秀]