Excel仿真的“啤酒游戲”在供應鏈管理教學中的應用

繆桂根 高羽佳 辜麗川 羅紅恩

(安徽農(nóng)業(yè)大學信息與計算機學院物流工程系 安徽合肥 230036)

Excel仿真的“啤酒游戲”在供應鏈管理教學中的應用

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繆桂根 高羽佳 辜麗川 羅紅恩

(安徽農(nóng)業(yè)大學信息與計算機學院物流工程系 安徽合肥 230036)

供應鏈管理教學過程中如何運用“啤酒游戲”才能獲得較好的教學效果。從節(jié)約經(jīng)費及實用性角度考慮，提出利用Excel進行啤酒游戲仿真，基于不同的因素組合設計Excel啤酒游戲仿真模型，通過漸進的模型啟發(fā)學生進行主動思考，讓學生在有趣、愉快的氛圍中學習簡單先進的供應鏈管理思想。

啤酒游戲，Excel仿真，供應鏈管理教學

自20世紀60年代麻省理工學院最先開發(fā)出啤酒游戲以來，這個模擬簡單生產(chǎn)、分銷系統(tǒng)的角色扮演游戲就被無數(shù)的本科生、研究生以及經(jīng)理人員培訓課程所采用。在高校，供應鏈管理是物流專業(yè)本科生的一門核心課程，啤酒游戲常被用于供應鏈管理的教學。那么，在供應鏈管理的教學過程中，如何運用啤酒游戲可以呈現(xiàn)出較好的教學效果呢？本文對這一問題進行了深入研究，在分析啤酒游戲輔助供應鏈管理教學的重要性的基礎上，從節(jié)約經(jīng)費及實用性角度，提出利用Excel構建啤酒游戲仿真模型?；诓煌囊蛩亟M合設計Excel啤酒游戲仿真模型，通過漸進的模型啟發(fā)學生進行主動思考，讓學生在有趣、愉快的氛圍中學習簡單先進的供應鏈管理思想。同時，給出了一個簡單二階段供應鏈的Excel仿真實例并對仿真結果進行了分析。

1 “啤酒游戲”與供應鏈管理教學

1.1 牛鞭效應是《供應鏈管理》的重要知識點

供應鏈協(xié)調(diào)是供應鏈管理實踐及理論研究領域的熱點話題，要探討如何做到供應鏈協(xié)調(diào)，就必須研究供應鏈失調(diào)。供應鏈失調(diào)的結果就會導致牛鞭效應，或者說牛鞭效應是供應鏈失調(diào)的癥狀。所謂“牛鞭效應”就是指逆著供應鏈往上游各節(jié)點需求波動放大的效應。牛鞭效應現(xiàn)象已經(jīng)經(jīng)歷了大量的實證研究，牛鞭效應確實存在于汽車制造、日用品制造和計算機制造等行業(yè)。對牛鞭效應現(xiàn)象的成因進行分析、研究，尋求弱化牛鞭效應的有效措施是理論界與實業(yè)界共同關心的重要問題。因此，在《供應鏈管理》這門課程的教學過程中，“牛鞭效應”是一個重要知識點，是供應鏈協(xié)調(diào)這塊內(nèi)容的基石，這個內(nèi)容是必講的。

2.2 “啤酒游戲”有助于對“牛鞭效應”的感性認識和理性思考

既然“牛鞭效應”這個知識點非常重要，那么如何來講授這塊內(nèi)容就是授課教師必須認真思考的一個問題。大多數(shù)教師在講授“牛鞭效應”知識點時，一般是通過介紹寶潔公司尿布供應鏈的牛鞭效應這個經(jīng)典案例，引出牛鞭效應現(xiàn)象的存在，進而給出學者們已有的研究成果，包括牛鞭效應的成因、牛鞭效應對企業(yè)經(jīng)營業(yè)績的影響和牛鞭效應的緩解措施。這樣安排教學內(nèi)容，比較系統(tǒng)，但是學生對“牛鞭效應”的認識會較為淺顯，貌似懂了實則不懂，課后即忘。因此，這種教學方式的教學效果并不理想。那么，在這個問題上如何能讓學生既有感性的認識又有理性的思考？筆者認為，借助“啤酒游戲”能有效達成上述目的。

(1)“啤酒游戲”是一個游戲，游戲具有一定的趣味性，能有效調(diào)動學生的積極性和好奇心理。

(2)通過參與游戲，可以讓學生切身體會先是大量缺貨后是庫存大量積壓這樣的尷尬的處境，可以初步引導學生思考產(chǎn)生這樣的現(xiàn)象的原因。

(3)通過對整條供應鏈的數(shù)據(jù)進行處理和分析，可以得到供應鏈不同節(jié)點的需求放大的現(xiàn)象，可以告訴學生這就是“牛鞭效應”。這樣通過游戲使學生從整體上對“牛鞭效應”現(xiàn)象有一個感性的認識。

(4)對游戲的結果——“需求放大現(xiàn)象”的成因展開“頭腦風暴”，通過頭腦風暴法既鼓勵了學生開動腦筋去思考，加深了印象，又起到了集思廣益的作用。

(5)通過對“牛鞭效應”原因的分析，進一步探討緩解牛鞭效應的對策?？梢宰寣W生自行設計游戲環(huán)節(jié)來驗證對策的有效性，進一步深刻理解“牛鞭效應”及供應鏈協(xié)調(diào)。

(6)通過“啤酒游戲”，學生能將《供應鏈管理》這門課程與“牛鞭效應”與“啤酒游戲”聯(lián)系在一起，這也算是對整個課程的一個感性認識。從筆者自身的體驗來講就是這樣，畢業(yè)后提到學生時代的《供應鏈管理》課程，記得的就只有“啤酒游戲”與“牛鞭效應”了。

3 “啤酒游戲”實驗設備開發(fā)

“啤酒游戲”有助于對“牛鞭效應”的感性認識與理性思考，那么應該借助什么形態(tài)的實驗設備來開展“啤酒游戲”實驗呢？

基于“啤酒游戲”在供應鏈管理教學中的重要作用以及其在一些商業(yè)培訓中的重要作用，市面上有公司專門開發(fā)了“啤酒游戲”的物理沙盤和電子沙盤。這些現(xiàn)成的物理沙盤和電子沙盤的優(yōu)點是簡單，可以直接拿來用，缺點是設備已成型，有固定的結構，游戲的設置死板。如物理沙盤的盤面已成型，學生只能照盤面運作，且物理沙盤用于教學不好組織，容易造成延時、課堂混亂。電子沙盤雖然解決了物理沙盤教學不好組織，課堂容易延時的缺陷，但學生對電子沙盤游戲規(guī)則一知半解，對系統(tǒng)內(nèi)在運行機制不清楚，稀里糊涂兩堂課就過了，實驗結果也不用自己分析直接由系統(tǒng)得出，容易流于形式，對“牛鞭效應”的理解仍舊是不深刻。而且，物理沙盤和電子沙盤都必須要小組團隊合作才能完成，在一些實驗參數(shù)設置上過于死板，不容易發(fā)揮學生個體的主觀能動性和創(chuàng)造性，與現(xiàn)行各院校倡導的培養(yǎng)創(chuàng)新型人才理念相悖。

將現(xiàn)成的“啤酒游戲”、物理沙盤和電子沙盤拿來用，雖然有上述一些弊端，但也省卻了教師不少麻煩，但其前提是學校購置了這樣的實驗設備。對于經(jīng)濟實力強大的院校來說，“啤酒游戲”、物理沙盤和電子沙盤只是眾多已購置的物流實驗教學設備中的一星兩點。但對于大多數(shù)經(jīng)費緊張及建制不長的專業(yè)來說，要購置的實驗設備實在太多了，這樣的實驗設備購置計劃只能暫時擱置。所以，對于沒有購置游戲沙盤的院校來講，教師要么就跳過“啤酒游戲”環(huán)節(jié)直接介紹“牛鞭效應”現(xiàn)象及成因。但這樣的教學效果并不理想，要么就只能自己動手，開發(fā)“啤酒游戲”的實驗道具。

綜合考慮開發(fā)的技術、時間、費用，以及系統(tǒng)應用的簡便性和實用性，學生自我設計的可拓展性等方面要求，筆者認為開發(fā)基于Excel仿真的“啤酒游戲”就非常適合《供應鏈管理》課程的教學。首先，成本低廉。通過對“啤酒游戲”的模擬，能進行反復多次試驗，能有效實現(xiàn)啤酒游戲效果。其次，可實現(xiàn)個人單機操作。學生可以從整體上把握供應鏈牛鞭效應，而不必分割為多個角色去體驗。第三，模型設計簡單，使用方便，系統(tǒng)運行的內(nèi)在規(guī)律清晰，便于學生理解并自己設計實驗方案進行拓展。另外，Excel具有強大的數(shù)據(jù)分析、計算及圖表表示功能，對于牛鞭效應的分析非常直觀、便利，學生容易上手。

3 Excel仿真的“啤酒游戲”在供應鏈管理教學中的應用

3.1形成牛鞭效應的主要原因[1-2]

3.1.1需求預測方法和庫存策略 供應鏈各環(huán)節(jié)所采用的庫存控制策略和需求預測方法導致了牛鞭效應。庫存控制的策略有很多，通常使用較多的是定期庫存檢查策略，每隔一個固定的檢查周期就檢查一次庫存，每次都將庫存補充到最大庫存水平。這個最大庫存水平通常是等于提前期和檢查期內(nèi)的平均需求加上提前期和檢查期內(nèi)的需求標準差的若干倍，后者稱為安全庫存。通常，企業(yè)利用歷史需求數(shù)據(jù)來預測未來的需求。預測永遠是不準確的，往往是觀測的歷史數(shù)據(jù)越多，預測值就越平滑。由于最大庫存水平就取決于觀測的歷史數(shù)據(jù)的平均值和標準差，因此，增大了需求的變動性。不同的預測方法，不同的歷史數(shù)據(jù)觀測期，不同的庫存控制策略都會不同程度上造成需求的放大。

3.1.2提前期 提前期越長，需要的最大庫存水平及安全庫存水平越高，這導致節(jié)點訂貨量增大，訂貨量的增大沿著供應鏈往上傳遞到上游節(jié)點，進一步導致上游節(jié)點的觀測到需求的放大及上游訂單量的放大。由于提前期的存在，這種放大是具有逐級時滯性，因此，庫存的調(diào)節(jié)和消化就需要更長時間。

3.1.3批量訂貨 企業(yè)采用批量訂貨主要原因是獲取訂貨、運輸?shù)确矫娴囊?guī)模經(jīng)濟，如下游企業(yè)采用(Q,R)庫存策略或(s,S)庫存策略進行批量訂貨，那么上游企業(yè)面對的是間歇性的批量訂單，上游看到的是一個高度變動和扭曲的需求。同樣，因為提前期和供應鏈的層級結構傳遞，這種高度變動的訂單進一步向上游傳遞，導致整個供應鏈需求的振蕩和扭曲。

3.1.4價格波動 當商品價格存在周期性波動或上游針對下游采用批量折扣定價法都會導致下游在特定時期的大批量采購，進而造成訂單的劇烈波動，傳遞到上游形成需求的劇烈振蕩。

3.1.5短缺博弈 當產(chǎn)品預計出現(xiàn)供不應求時，上游會對下游訂單按一定百分比限量供應，下游為了獲得預期供應量，會人為放大訂單訂購數(shù)量，這進一步加劇了上游的缺貨。若上游加大生產(chǎn)量或訂購量，而一旦需求恢復正常，下游訂單又恢復正常，接下來上游將面對大量的庫存積壓。因此，短缺博弈導致了需求的扭曲和劇烈變動。

3.2模型設計過程

從教學角度考慮，應能通過“啤酒游戲”仿真讓學生逐步逼近真相，即讓學生逐步認識到“牛鞭效應”產(chǎn)生的原因，啟發(fā)學生進行主動思考，實現(xiàn)從感性認識到理性思考再到理論升華的學習路徑。因此，在設計Excel啤酒游戲仿真模型時應采用層層遞進的方式，設計多個仿真模型，像剝洋蔥一樣一層一層剝開展現(xiàn)事物的本質。筆者認為可以按以下順序設計并使用Excel啤酒游戲模型：

(1)通過excel仿真模擬一個簡單的二階段供應鏈，證明“牛鞭效應”的存在，讓學生有一個感性的認識。

(2)模擬一個四階段供應鏈，證明供應鏈層級越多，牛鞭效應越明顯。

(3)改變二階段供應鏈和四階段供應鏈的提前期，與(1)(2)對比，比較提前期對牛鞭效應的影響。

(4)改變二階段供應鏈與四階段供應鏈的需求預測的歷史數(shù)據(jù)觀測期數(shù)，與(1)(2)對比，比較需求預測觀測數(shù)據(jù)量對牛鞭效應的影響。在此，可以給學生布置課后作業(yè)，設計模型比較不同的需求預測方法對牛鞭效應的影響。

(5)改變二階段供應鏈與四階段供應鏈的庫存控制策略，與(1)(2)對比，比較不同庫存控制策略對牛鞭效應的影響。

(6)考慮短缺博弈對牛鞭效應的影響。

(7)改變供應鏈結構，將鏈式結構改變?yōu)榫W(wǎng)狀結構，探討供應鏈網(wǎng)狀結構對牛鞭效應的影響。

(8)探討不同的需求生成規(guī)律對供應鏈牛鞭效應的影響。

(9)探討四階段供應鏈下信息共享對牛鞭效應的影響，同時可以證明牛鞭效應無法消除只能緩解。

通過基于不同影響因素的組合設計仿真模型，讓學生通過實際的、直觀的體驗來認識牛鞭效應，通過漸進的模型逐步思考、總結影響牛鞭效應的因素，進而提煉出弱化牛鞭效應的有效措施，能較好地調(diào)動學生學習的積極性、主動性，在輕松、愉快的氛圍里很好地達成教學目標?？紤]到課時，(5)～(8)可以作為設計性實驗作業(yè)布置給學生，可以培養(yǎng)學生的方案設計、分析問題、解決問題的能力。

3.3模型應用舉例

下面以一個簡單的二階段供應鏈為例，介紹基于Excel的“啤酒游戲”仿真的過程。

3.3.1模型假設 “啤酒游戲”的供應鏈中只涉及一種商品，那就是啤酒。供應鏈為直線型，共2個節(jié)點，每個節(jié)點僅包含1個企業(yè)，分別是1個零售商和1個制造商。各決策主體基于實現(xiàn)自身利益最大化的目標來確定每周的訂購量。零售商直接滿足顧客需求，沒有運輸延遲。零售商缺貨即喪失銷售機會，制造商生產(chǎn)能力無限大，且制造商對零售商的缺貨可以回補，各節(jié)點的庫存量無限制。不考慮供應鏈中的設備故障等任何意外事件。每周發(fā)一次訂單，收貨、發(fā)貨以及訂貨均在每周期初進行。本期收到的貨物可以用于本期銷售。訂單延遲及運輸延遲時間均為1周，制造商生產(chǎn)周期為2周。除了下游節(jié)點向上游節(jié)點傳遞訂單信息之外，供應鏈節(jié)點之間的信息隔絕。各節(jié)點當前庫存均為8，在途貨物及在途訂單均為4。各節(jié)點采用的是定期檢查庫存策略，每次補貨都將庫存補充到最大庫存水平。各節(jié)點采用簡單移動平均法進行需求預測，數(shù)據(jù)觀測周期為8期。模擬周期為35周。

3.3.2相關變量說明 市場需求：市場需求應是隨機產(chǎn)生的，可以通過Excel隨機函數(shù)生成[3]，本例中每周需求都為4，只有第8周需求偶然增加為8。

零售商發(fā)貨=min(期初庫存+本期到貨，本期需求)

期末庫存=期初庫存+期初到貨-本期發(fā)貨

上游企業(yè)本期需求=下游企業(yè)訂貨量(訂單延遲時間以前)

下游企業(yè)本期到貨=上游企業(yè)發(fā)貨量(運輸延遲時間以前)

上游發(fā)貨=min(期初庫存+本期到貨，本期需求+上期累計缺貨)

零售商缺貨=本周需求-本周發(fā)貨

上游累計缺貨=本周需求+上周累計缺貨-本周發(fā)貨

生產(chǎn)需求1=上期的生產(chǎn)需求2

制造商本周到貨=上期生產(chǎn)需求1

其中，AVG和STD為歷史觀測數(shù)據(jù)的周需求平均值和標準差，常數(shù)z是安全系數(shù)，可以按照一定的服務水平從統(tǒng)計表中選取，其作用是保證在提前期內(nèi)不發(fā)生缺貨的概率等于指定的服務水平。本例，取服務水平為95%，其對應z=1.65。

3.3.3仿真結果分析 仿真結果的主要過程如表1所示，根據(jù)仿真結果繪制出的需求(訂單)曲線及庫存-缺貨曲線，見圖1和圖2。

表1 啤酒游戲仿真

圖1 需求(訂單)曲線

圖2 庫存-缺貨曲線

從圖1可以看出，前1～7周顧客需求非常平穩(wěn)，每周需求均為4，零售商每期發(fā)出的訂單量均為4，制造商面對的需求也是平穩(wěn)的，制造商每周的計劃生產(chǎn)量也為4，一切都非常穩(wěn)定而有序。第8周顧客需求變?yōu)?，自此系統(tǒng)的平衡被打破，需求出現(xiàn)了逐級放大現(xiàn)象，此后零售商訂單及制造商生產(chǎn)計劃均出現(xiàn)了較大幅度的波動。從圖2可以看出，在需求沒有出現(xiàn)擾動以前，零售商和制造商的庫存一直保持在8，而自第8周開始，零售商和制造商的庫存也出現(xiàn)了較大幅度的波動，制造商一度出現(xiàn)缺貨，而從12周開始，制造商的庫存一直保持在高位。這就是典型的牛鞭效應。通過這樣一個簡單的啤酒游戲仿真，可以讓學生直觀的體會到牛鞭效應的產(chǎn)生過程，形成一個感性的認識。

光有感性的認識還不夠，接下來要讓學生有理性的思考，就要進一步運行前述(2)～(9)的仿真模型。在簡單二階段模型基礎上，調(diào)整一些參數(shù)，對模型結構做一些修改就可以實現(xiàn)其它的更為復雜的模擬仿真，在此不再贅述?？傊?，目的是通過一系列的Excel啤酒游戲仿真讓學生逐漸認識牛鞭效應，并不斷開動腦筋去思考和總結，最終將供應鏈管理的經(jīng)典的思想和理念深深植入腦海，為日后工作打下良好的理論基礎。

4 小結

牛鞭效應是供應鏈管理中的一個經(jīng)典的知識點，是研究供應鏈協(xié)調(diào)的基石。在供應鏈管理的教學過程中借助“啤酒游戲”實驗，能幫助學生有效掌握“牛鞭效應”這個知識點。基于Excel的啤酒游戲仿真，過程簡單、清晰明了，建模容易靈活便于拓展，且成本低廉，上手容易。將Excel的啤酒游戲仿真應用于供應鏈管理的教學，可以實現(xiàn)遞進式的、啟發(fā)式的教學，可讓學生在有趣、愉快的氛圍中學習簡單先進的供應鏈管理思想。

[1]霍佳震.物流與供應鏈管理[M].北京：高等教育出版社，2012.248.

[2]季建華，邵曉峰譯，大衛(wèi)·辛奇-利維等著.供應鏈設計與管理[M].中國人民大學出版社，2010.148.

[3]李虎.牛鞭效應的結構性成因及仿真分析[D].馬鞍山：安徽工業(yè)大學管理科學與工程學院，2010.

Anhui Agricultural University,Hefei, Anhui 230036,China)

(責任編輯李平)

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

安徽省高等學校省級教學研究項目(2012jyxm138 物流工程專業(yè)實驗教學體系改革研究；2012jyxm137農(nóng)產(chǎn)品物流工程創(chuàng)新人才教育培養(yǎng)模式研究與實踐；2012jyxm152基于項目教學法的物流工程專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式研究)成果之一。

2014-1-13

繆桂根，miaoguigen@126.com。

G 642.4

A

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