基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的乳制品冷鏈庫存仿真分析

安 馗，徐建萍，汪 旭 （貴州大學(xué) 管理學(xué)院，貴州 貴陽 550000）

0 引言

全球各地每時(shí)每刻都在生產(chǎn)各式各樣的商品，其中不乏在生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存環(huán)節(jié)對(duì)溫度要求極高的商品[1-3]?！袄滏湣笔侵咐酶鞣N設(shè)備組合，使商品在生產(chǎn)、運(yùn)輸、存儲(chǔ)過程始終處于低溫條件下，保證商品質(zhì)量處于“健康”狀態(tài)[4-6]。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)和人民生活品質(zhì)的提高，我國的冷鏈技術(shù)有著突飛猛進(jìn)的發(fā)展，包括產(chǎn)后商品處理技術(shù)、一體化冷鏈技術(shù)、溫度檢測(cè)技術(shù)、食品追溯技術(shù)、HACCP技術(shù)[7-9]等。在創(chuàng)新冷鏈技術(shù)的同時(shí)對(duì)新型的供應(yīng)鏈模式也進(jìn)行了不同程度的改善，實(shí)現(xiàn)“智能整合型”模式、“共同體”模式、“即時(shí)即控”模式、供應(yīng)鏈“并聯(lián)型”模式等不同模式方法。伍景瓊等[10]綜合了國內(nèi)外冷鏈模式，創(chuàng)建了一種生鮮冷鏈派送新體系。Hsiao等[11]針對(duì)保質(zhì)期較短的食物創(chuàng)建了易腐存儲(chǔ)溫度表。為了使冷鏈技術(shù)有更好的發(fā)展，就必須對(duì)整條供應(yīng)鏈的運(yùn)作過程加以控制，加大冷鏈設(shè)備的投入。積極引進(jìn)第三方物流企業(yè)，實(shí)現(xiàn)冷鏈運(yùn)輸外包。最終形成供應(yīng)鏈中商家利益增加，人民生活方便的良性循環(huán)[12]。

因此，本文對(duì)供應(yīng)鏈的各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行仿真分析，通過觀測(cè)各節(jié)點(diǎn)中庫存水平變化來判斷供應(yīng)鏈中是否存在牛鞭效應(yīng)。針對(duì)乳制品易腐易變質(zhì)的特點(diǎn)，通過模擬仿真，找出最適宜的溫度控制，用于滿足企業(yè)效益和產(chǎn)品質(zhì)量的保障。

1 乳制品冷鏈庫存的模型構(gòu)建

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型是一種動(dòng)態(tài)的仿真模型，它可以表現(xiàn)出在不同的條件和時(shí)間狀態(tài)下整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化，在冷鏈物流中，零售商、供應(yīng)商和生產(chǎn)商的庫存水平之間存在著因果循環(huán)的關(guān)系，每一次庫存的波動(dòng)必然是其他因素的變化所引起的。與此同時(shí)，冷鏈物流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，是由多個(gè)子系統(tǒng)以及多種外部因素共同構(gòu)成的完整動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。在冷鏈物流系統(tǒng)中各種變量的改變均有系統(tǒng)內(nèi)部因果反饋?zhàn)饔玫慕Y(jié)果。在冷鏈物流中同時(shí)存在著各種信息和物質(zhì)的延遲，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型正好可以表現(xiàn)出這種延遲的狀態(tài)。

1.1 構(gòu)建系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的一般步驟

（1）確定研究的問題及主要變量；

（2）繪制整個(gè)系統(tǒng)的因果回路圖；

（3）繪制系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型；

（4）輸入所需的公式與數(shù)據(jù)；

（5）運(yùn)行仿真模型并分析仿真結(jié)果。

1.2 系統(tǒng)分析

在乳制品冷鏈物流中，生產(chǎn)商的庫存量是由供應(yīng)鏈下游的生產(chǎn)信息以及生產(chǎn)訂單決定的。供應(yīng)商的庫存量是由零售商銷售情況和生產(chǎn)商的生產(chǎn)水平共同決定，零售商的庫存水平亦如此。在冷鏈物流中由信息流、實(shí)物流及資金流三者作為整個(gè)系統(tǒng)之間的聯(lián)系。圖1為冷鏈物流的影響因素示意圖。

圖1 影響因素示意圖

1.3 模型假設(shè)

（1）本模型只考慮供應(yīng)鏈中生產(chǎn)商、供應(yīng)商、零售商三者的庫存變化，假定生產(chǎn)商在生產(chǎn)過程中無變質(zhì)產(chǎn)品；

（2）零售商和供應(yīng)商的庫存都是由上級(jí)提供，同時(shí)也要考慮產(chǎn)品變質(zhì)時(shí)對(duì)庫存的清理；

（3）將供應(yīng)商的訂單量作為生產(chǎn)商的生產(chǎn)量，用于滿足零售商對(duì)消費(fèi)者的消費(fèi)需求，同時(shí)又考慮到乳制品冷鏈的特點(diǎn)，將此過程中的產(chǎn)品變質(zhì)考慮在內(nèi)；

（4）本文只考慮在隨機(jī)需求及溫度變化下的庫存變化；

（5）假設(shè)生產(chǎn)過程中生產(chǎn)水平及產(chǎn)品價(jià)格為靜態(tài)變量，并且保持恒定。

1.4 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型

此模型是在Vensim軟件上完成的。建立了以生產(chǎn)商、供應(yīng)商和零售商為基礎(chǔ)的三級(jí)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，因果回路圖如圖2所示。

在整個(gè)供應(yīng)鏈中為了防止大量資金積壓在庫存當(dāng)中，各級(jí)商家都在用保持比較低的庫存水平來降低庫存成本。與此同時(shí)，又考慮到乳制品易腐易壞的特點(diǎn)，需要保持產(chǎn)品的新鮮程度，對(duì)倉庫的設(shè)備要求比較高，所需要的庫存成本也就隨之增加。所以冷鏈系統(tǒng)的首要目標(biāo)就是要降低庫存水平和庫存成本。對(duì)于生產(chǎn)商、供應(yīng)商、零售商來說在供應(yīng)鏈中都存在著延遲，生產(chǎn)商有生產(chǎn)延遲，供應(yīng)商和零售商存在運(yùn)輸延遲，即在途庫存。本文建立的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型如圖3所示。

圖2 因果回路圖

圖3 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型

1.5 參數(shù)及公式說明

1.5.1 參數(shù)說明

表1 參數(shù)說明

1.5.2 主要公式說明

2 系統(tǒng)仿真

此模型的系統(tǒng)仿真均在Vensim軟件中完成，基本參數(shù)設(shè)置如下：Initial Time=0，F(xiàn)inial Time=200，Time Step=1。此系統(tǒng)仿真模型可真實(shí)地模擬出冷鏈物流的動(dòng)態(tài)過程，以下對(duì)該仿真進(jìn)行分析，找出冷鏈物流中存在的問題，為供應(yīng)鏈的實(shí)際運(yùn)行提供參照。

2.1 生產(chǎn)商、供應(yīng)商、零售商三方庫存變化

在整個(gè)仿真過程中隨著時(shí)間的推移可以看到三方商家的庫存變化情況如圖4所示。

圖4中零售商的庫存水平一直處于穩(wěn)定狀態(tài)，并未隨著時(shí)間的推移而發(fā)生明顯的變化。供應(yīng)商庫存在前20周時(shí)庫存屬于基本穩(wěn)定狀態(tài)，隨著時(shí)間的推移，供應(yīng)商庫存有小幅度的變化但總體來說還是跟零售商庫存有一致趨勢(shì)。生產(chǎn)商庫存從一開始就出現(xiàn)了浮動(dòng)，并且隨著時(shí)間的變化，生產(chǎn)商庫存變化幅度越來越大，最大時(shí)超出零售商庫存兩倍之多。

2.2 生產(chǎn)商、供應(yīng)商、零售商三方訂單變化

在整個(gè)仿真過程中隨著時(shí)間的推移可以看到三方商家的訂單變化情況如圖5所示。

圖4 庫存對(duì)比

圖5 訂單對(duì)比

從圖5可以看出，在時(shí)間軸上供應(yīng)商和零售商的訂單變化不大，基本保持在1 000千左右，生產(chǎn)商的生產(chǎn)需求在初期保持穩(wěn)定，隨著時(shí)間的推移。生產(chǎn)商的生產(chǎn)需求產(chǎn)生了較大的波動(dòng)。

2.3 生產(chǎn)商、供應(yīng)商、零售商三方銷售預(yù)測(cè)

在整個(gè)仿真過程中隨著時(shí)間的推移可以看到三方商家的銷售預(yù)測(cè)情況如圖6所示。

從圖6可以看出，在整個(gè)供應(yīng)鏈中三者的銷售預(yù)測(cè)基本趨于穩(wěn)定。只有生產(chǎn)商的生產(chǎn)預(yù)測(cè)有小幅變動(dòng)。

圖4至圖6可以反映出供應(yīng)鏈中零售商外、供應(yīng)商、生產(chǎn)商的庫存和訂單與其銷售預(yù)測(cè)均存在不同程度的偏差，由以上跡象表明該供應(yīng)鏈中存在明顯的牛鞭效應(yīng)。

2.4 不同溫度下零售商庫存變質(zhì)量

在其他參數(shù)不變的強(qiáng)況下，改變冷庫溫度-4℃，0℃，4℃輸出結(jié)果如圖7所示。

圖6 銷售預(yù)測(cè)對(duì)比

圖7 零售商庫存變質(zhì)量

從圖7中可以看出來溫度越低零售商庫存的變質(zhì)量越低，這是因?yàn)闇囟鹊母淖儠?huì)影響乳制品的變質(zhì)率。但從圖中可以看出溫度在變低的過程中，庫存的變質(zhì)量的變化在逐漸減少，為了降溫成本以及考慮到乳制品的食用安全考慮（-4℃以下會(huì)影響乳酸菌活性），-4℃時(shí)變質(zhì)量為最低水平。

3 結(jié)論

本文運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)原理，建立由零售商、供應(yīng)商及生產(chǎn)商三者組成反饋關(guān)系，利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)軟件Vensim進(jìn)行仿真分析。模擬了乳制品冷鏈物流系統(tǒng)在隨機(jī)需求模式下的表現(xiàn)，以及在不同溫度與運(yùn)作效率下的庫存水平。

通過仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)，（1）可以反映出供應(yīng)鏈中的除零售商外，供應(yīng)商、生產(chǎn)商的庫存和訂單與其銷售預(yù)測(cè)均存在不同程度的偏差，由以上跡象表明該供應(yīng)鏈中存在明顯的牛鞭效應(yīng)。（2）溫度會(huì)影響庫存的變質(zhì)量，溫度越低變質(zhì)量就越低，當(dāng)冷庫的溫度在-4℃時(shí)為最佳溫度。綜合上述問題和發(fā)現(xiàn)，本文提出了幾點(diǎn)改善該供應(yīng)鏈的建議：

（1）縮短冷鏈的長(zhǎng)度，取消冷鏈中的二級(jí)供應(yīng)商；

（2）引進(jìn)第三方物流，將冷鏈中的運(yùn)輸業(yè)務(wù)外包，提高整個(gè)供應(yīng)鏈的專業(yè)化程度；

（3）在整條供應(yīng)鏈中任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)都必須保持信息的高度共享，杜絕信息孤島；

（4）在不同的顧客需求條件下，各個(gè)節(jié)點(diǎn)都必須針對(duì)變化做出調(diào)整，降低乳制品到貨的延遲期；

（5）在冷鏈中最重要的是對(duì)溫度的調(diào)控，溫度越低，庫存的變質(zhì)量也就隨之變低，但在降低溫度的同時(shí)也要考慮乳制品食用安全和產(chǎn)生的費(fèi)用。在供應(yīng)鏈終端的零售商應(yīng)根據(jù)自身情況靈活變換溫度。