基于系统动力学劳保用品供应链的仿真与模拟研究

(湖北省武汉市中国地质大学(武汉)工程学院 湖北 武汉 430074)

基于系统动力学劳保用品供应链的仿真与模拟研究

杨兴梅

(湖北省武汉市中国地质大学(武汉)工程学院湖北武汉430074)

结合市场上劳保用品的生产、销售现状，分析、总结了这一过程中影响劳保用品不能如期供货的因素，由于物质、信息的延迟，在劳保用品整个供应链中会出现牛鞭效应，导致劳保用品在各个节点上的供应不协调，使企业无法及时得到需要的劳保用品，因此会使职工的生产过程存在安全隐患。基于此，根据影响劳保用品供应问题的主要因素，建立了关于劳保用品供应链的系统动力学模型，利用动态建模工具Vensim通过调节劳保用品供应关系进行仿真、模拟，建立有效的劳保用品供应链的信息共享机制与激励机制，使市场信息可以直接传递给供应商和批发商，并及时的作出相应措施，削弱牛鞭效应，提高职工在生产过程中安全性。

劳保用品供应；牛鞭效应；系统动力学；Vensim

一、引言

劳保用品[1]是安全生产工作的一个重要组成部分，是生产过程中安全与健康一种防御性装备，因此劳保用品的供应链至关重要。但是受到物质、信息的延迟，致使职工在生产过程中存在安全隐患。劳保用品供应中会出现牛鞭效应。牛鞭效应[2]指的是供应链上的一种需求变异放大现象，导致了需求信息出现越来越大的波动。因此，减少劳保用品供应链中的牛鞭效应可以使职工及时得到劳保用品，降低生产过程中的风险。因此本文拟是通过劳保用品供应链各部分之间的协调，建立有效的信息共享机制与激励机制，减轻牛鞭效应对劳保用品供应链的影响，从而保障职工在生产过程中的安全。

二、系统动力学建模

(一)系统动力学的基本原理

系统动力学[3](System Dynamic，简称SD)是系统科学理论与计算机仿真紧密结合、研究系统反馈结构与行为的一门科学，是系统科学与管理科学的一个重要分支。系统动力学研究处理复杂系统问题的方法是定性与定量结合、系统综合推理的方法，按照系统动力学的理论与方法建立模型，借助计算机进行模拟，则可以定性与定量地研究系统问题。利用系统动力学[4]分析研究系统是在确定系统的状态变量的基础上进行的。首先，对系统的结构进行因果关系分析，确定因果关系反馈环，建立系统流量存量图，然后用状态方程、速率、辅助方程以及其他一些变量方程、函数和参数来描述各类系统的变化，并借助系统动力学的仿真语言vensim进行模拟。

(二)因果关系分析图

因为每种劳保用品的使用量不同，销售不也一样，本文选择较为常用的安全帽为研究对象。在本模型中当市场需求增加时，零售商的库存将会减少，从而导致零售商库存差增加，当零售商库存差增加，零售商增加向批发商订货来弥补库存差。零售商的订货增加会加快批发商对零售商的送货率，但是这个过程存在两个延迟过程。一个信息延迟，一个物质延迟过程。具体的因果关系图如图1。

图1 劳保用品供应链因果关系图

(三)流量存量图的构建

图2 劳保用品供应链系统流图

利用SD对因果关系图进行量化分析，并对其构建流量存量图。首先需要识别系统中的水平变量、速率变量、辅助变量和常量。本系统中包括零售商库存、批发商库存和供应商库存三个水平变量。该系统的生产延迟时间和运输延迟时间均为3周，不存在订单延迟。仿真时间为0～200周，仿真步长为1周。得出流量存量图如图2所示。

三、仿真模拟及结果分析

将上述模型根据其仿真方程进行模拟，分别建立供应商库存、批发商库存、零售商库存和售商订单、批发商订单、供应商生产需求的数据集，通过对两个数据集的分析可以看到，在库存和订单中，都出现了明显的牛鞭效应。

随着时间的变化，零售商、批发商、供应商库存的波动逐级增大，出现明显的牛鞭效应，在100周时，生产商、批发商库存小，生产的产品不能满足市场需求，而又没有储备足够的安全库存，会使顾客不能及时得到安全帽，由于信息和物质的延迟，使得生产商收到的订单数量过大，导致安全帽的数量过大，使其库存积压，不能及时售出，劣质的安全帽对职工的安全没有保障，因此要对牛鞭效应进行优化。

四、供应链结构的优化

在上述的供应链结构中，由于零售商先将订单传递给批发商，批发商再将订单传递给供应商，由于信息无法共享，所以产生牛鞭效应，基于此，有必要对供应链库存模式进行改革，缓解信息、物质延迟的影响。本文通过供应链各成员之间的协调，建立有效的信息共享机制与激励机制，以减轻牛鞭的影响。改进后的流图如图3。

图3 改进后的劳保用品供应链系统流图

通过对该流量存量图进行数据集分析，得出新的数据集，通过比较，改进后的供应链中，各节点库存量比较稳定，波动幅度明显减小。供应链各节点订单水平及生产需求波动幅度也明显降低，说明各节点订货水平越来越接近市场需求信息，需求信息的放大程度大大减少。由此可知，供应链各部分之间信息的共享缓和了市场需求的不确定性，削弱了牛鞭效应。所以通过对供应链的信息结构进行调整有利于削弱牛鞭效应。

五、总结与结论

通过在Vensim下对系统的模拟可以得到如下结论：(1)劳保用品的供应链是一个非线性系统，利用SD构建系统的因果关系以及流量存量图，刻画劳保用品共赢中各要素之间的物质能量信息流动信息关系，展现了劳保用品供应的动态性。(2)在传统供应链中，存在严重的牛鞭效应，市场需求信息的不真实性会沿着供应链逆流而上，产生逐级放大的现象。(3)优化后的供应结构链可以明显减弱牛鞭效应，使批发商、零售商、供应商之间达到信息共享，满足企业对劳保用品的需求量，从而使职工的安全有很大的保障。

[1]周国银.劳保用品市场现状与对策[J].化学工业出版社，1994

[2]刘红.供应链牛鞭效应建模与仿真[M].上海交通大学出版社，2008

[3]王其藩.系统动力学[M].清华大学出版社，1995

[4]王振江.系统动力学引论[M].上海科学技术出版社，1988