基于系統(tǒng)動力學(xué)的白酒智能化釀造綜合效益分析
——以汾酒智能化釀造為例

楊 波

（山西杏花村汾酒集團有限責(zé)任公司，山西 汾陽 032205）

當(dāng)前，白酒行業(yè)中部分白酒生產(chǎn)企業(yè)在加壓蒸糧、固態(tài)培菌、控溫糖化、低溫槽車發(fā)酵及機械上甑蒸餾等原酒生產(chǎn)環(huán)節(jié)中研發(fā)新技術(shù)，實現(xiàn)了釀造過程的智能化和信息化的有效融合，原料全程不沾地、不與操作人員接觸，減輕了員工的勞動強度，提高了生產(chǎn)效率，消除了人為因素對生產(chǎn)過程的影響，標(biāo)志著白酒釀造告別傳統(tǒng)作坊式生產(chǎn)，邁進(jìn)工業(yè)化，并逐步實現(xiàn)了向智能化、自動化釀造生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變。然而以“白酒智能化釀造”、“白酒智能化釀造綜合效益評價”等為檢索詞，對中國知網(wǎng)（Chinese national knowledgey ifrastructure，CNKI）全文數(shù)據(jù)庫收錄的北大中文核心期刊文章進(jìn)行綜合文獻(xiàn)分析發(fā)現(xiàn)：一是大多數(shù)學(xué)者研究的重點都在白酒智能化生產(chǎn)設(shè)備研發(fā)上，認(rèn)為設(shè)備研發(fā)成功就等于釀造效益大幅提升；二是一部分學(xué)者將白酒智能化釀造綜合效益等同于經(jīng)濟效益，沒有關(guān)注社會和環(huán)境因素，只是簡單進(jìn)行了經(jīng)濟效益評估[1]。本文通過分析影響白酒智能化釀造綜合效益的經(jīng)濟、社會和環(huán)境三個子系統(tǒng)，并分析各子系統(tǒng)的影響因素，進(jìn)而建立系統(tǒng)動力學(xué)模型。

1 系統(tǒng)動力學(xué)簡介

系統(tǒng)動力學(xué)（system dynamics，SD）是一種以系統(tǒng)論、控制論、信息論為基礎(chǔ)，通過運用計算機模擬技術(shù)來解決動態(tài)、高階次、多回路、非線性復(fù)雜大系統(tǒng)問題的定量分析工具，其構(gòu)建的系統(tǒng)動力學(xué)模型，強調(diào)描述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，擅長處理非線性和有時變現(xiàn)象的系統(tǒng)問題，并可進(jìn)行長期動態(tài)的模擬和仿真[2]。

運用系統(tǒng)動力學(xué)解決問題具有以下作用：

（1）處理數(shù)據(jù)不足的問題。當(dāng)研究中出現(xiàn)數(shù)據(jù)不足或?qū)?shù)據(jù)無法具體量化的情況下，系統(tǒng)動力學(xué)可以依據(jù)因果關(guān)系、有限數(shù)據(jù)及建立合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來進(jìn)行推算分析，進(jìn)而彌補數(shù)據(jù)不足，實現(xiàn)較為精準(zhǔn)的預(yù)測。

（2）處理精度要求不高的復(fù)雜問題。不少系統(tǒng)由于描述方程為高階非線性動態(tài)方程而無法求解，但系統(tǒng)動力學(xué)可借助計算機仿真技術(shù)進(jìn)行模型計算。

（3）進(jìn)行有條件的預(yù)測。系統(tǒng)動力學(xué)注重于不同條件下的結(jié)果，因此可依據(jù)條件的限制進(jìn)行結(jié)果比較，進(jìn)行有效預(yù)測[3]。

白酒智能化釀造綜合效益評價涉及多種因素，往往會出現(xiàn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)不足的情況，在進(jìn)行綜合效益評價時，通常會選擇“有無對比”思路，相當(dāng)于不同政策下的情景比較[4]。由此，運用系統(tǒng)動力學(xué)方法非常適合于進(jìn)行白酒智能化釀造綜合效益分析，它既能滿足綜合效益評價的范圍和時間要求，又能克服評價中存在的現(xiàn)實困難。本文嘗試基于系統(tǒng)動力學(xué)理論構(gòu)建一種白酒智能化釀造綜合效益評價模型。首先，分析白酒智能化釀造在經(jīng)濟、社會、環(huán)境三個方面效益的影響因素，然后分析歸納各因素間的關(guān)系和反饋機制，結(jié)合層次分析法確定權(quán)重，進(jìn)而建立白酒智能化釀造綜合效益評價模型。最后通過以該模型對汾酒智能化釀造進(jìn)行分析驗證，確定模型的有效性[5，6]。

2 白酒智能化釀造綜合效益影響因素及其因果關(guān)系

2.1 白酒智能化釀造綜合效益的影響因素

白酒智能化釀造具有投資金額大、建設(shè)周期長、釀造環(huán)境復(fù)雜等特點，要對白酒智能化釀造綜合效益進(jìn)行評估，就需要明確其影響因素，通過分析白酒智能化釀造環(huán)節(jié)和過程發(fā)現(xiàn)，白酒智能化釀造綜合效益影響因素可以分為3類，包括經(jīng)濟子系統(tǒng)、社會子系統(tǒng)和環(huán)境子系統(tǒng)，各系統(tǒng)具有高階次、非線性以及多重的反饋機制，共同結(jié)合形成復(fù)雜而開放的系統(tǒng)[7]。

2.2 白酒智能化釀造綜合效益影響因素及因果關(guān)系

構(gòu)建白酒智能化綜合效益的系統(tǒng)動力學(xué)模型的基礎(chǔ)是要分析出各個子系統(tǒng)及其影響因素間的關(guān)系，利用系統(tǒng)動力學(xué)反饋原理來繪制出因果循環(huán)圖，如圖1所示。

圖1 白酒智能化釀造經(jīng)濟子系統(tǒng)Fig.1 Intelligent brewing economy subsystem of Baijiu

2.2.1 經(jīng)濟效益子系統(tǒng)

白酒智能化釀造經(jīng)濟效益主要影響因素有建設(shè)投資、運營成本、銷售收入等因素。其中建設(shè)投資包括土建工程、設(shè)備采購、安裝工程等；運營成本包括管理費用、生產(chǎn)費用、原輔材料投入、燃料動力費用、工資及福利費用、維修費用、資產(chǎn)折舊費、攤銷費等；銷售收入包括噸酒收入、酒糟及其他收入等[8]。

2.2.2 社會效益子系統(tǒng)

白酒智能化釀酒項目的實施，不僅能夠輻射帶動周邊地區(qū)的原糧種植，實現(xiàn)農(nóng)民增產(chǎn)增收，有利于推動脫貧致富，而且將有效帶動全國白酒行業(yè)經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的調(diào)整，促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，進(jìn)而形成區(qū)域主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展，如圖2所示。

圖2 白酒智能化釀造社會效益子系統(tǒng)Fig.2 Social benefit subsystem of intelligent Baijiu brewing

2.2.3 環(huán)境效益子系統(tǒng)

白酒智能化釀造能夠有效減少廢水排放量30%，水污染包括清洗地面產(chǎn)生的廢水，生產(chǎn)設(shè)備的洗滌水，沖洗水含有的泥沙；能夠減少燃?xì)庀?0%，進(jìn)而減少CO2的排放等，由于影響因素相對單一，這里不進(jìn)行因果關(guān)系圖劃分。

3 白酒智能化釀造綜合效益分析的系統(tǒng)動力學(xué)模型構(gòu)建

3.1 白酒智能化釀造綜合效益評價流程

在研究白酒智能化釀造綜合效益影響因素因果關(guān)系的基礎(chǔ)上，構(gòu)建其綜合效益評價的系統(tǒng)動力學(xué)模型。本文分別對經(jīng)濟、社會和環(huán)境三個子系統(tǒng)中各因素進(jìn)行量化處理，具體量化采用回歸分析法進(jìn)行[9]。

綜合效益受經(jīng)濟、社會和環(huán)境三個效益指數(shù)影響，通過采用相關(guān)專家對各因素重要關(guān)系的打分結(jié)果，采取層次分析法計算得到各效益指數(shù)中不同指數(shù)的權(quán)重，加權(quán)計算得到各類效益指數(shù)[10]。

綜合效益=權(quán)重1×經(jīng)濟效益指數(shù)＋權(quán)重2×社會效益指數(shù)＋權(quán)重3×環(huán)境效益指數(shù)

3.2 仿真方程及說明

根據(jù)系統(tǒng)動力學(xué)原理，利用VENSIM軟件進(jìn)行仿真。以相關(guān)學(xué)者的研究和相關(guān)案例為基礎(chǔ)，確定模型中各個系統(tǒng)中主要變量、方程和參數(shù)，運用隨機正太分布函數(shù)、條件函數(shù)、隨機函數(shù)、線性非線性函數(shù)、表函數(shù)進(jìn)行仿真[11]。

在白酒智能化釀造綜合效益分析系統(tǒng)動力學(xué)流圖中，綜合效益為最終輸出值，經(jīng)濟效益指數(shù)、社會效益指數(shù)和環(huán)境效益指數(shù)中的變量為各年累積值，利用現(xiàn)有的公式方程設(shè)定和某些變量的量化，具體見表1。

表1 仿真方程及說明[12-13]Table 1 Simulation equation and explanation

4 系統(tǒng)動力學(xué)模型有效性檢驗及靈敏度分析

4.1 案例簡介

某白酒企業(yè)智能化釀造開始于2015年，建設(shè)期為3年。建設(shè)期項目工程總投資129 640.5萬元，其中自籌資金占比為40%，貸款年利息為5.6%，3年投資比例分別為50%、30%、20%。項目達(dá)產(chǎn)后，年均新增白酒產(chǎn)能60 000 t，新增銷售收入336 000萬元，新增酒糟及附屬產(chǎn)品收入25 0770 t，新增收入9 000萬元，年運營成本298 000萬元（其中年新增經(jīng)營成本285 082萬元，年固定成本1 2918萬元），新增利稅67 926萬元，新增稅后利潤28 413萬元，投資回收期5.54年，投資利潤率15%，財務(wù)內(nèi)部收益率24.1%[14]。

智能化釀造需新增高粱141 500 t，豌豆15 000 t，大麥22000 t，輔料35000 t，年均原糧新增種植面積可達(dá)2 567 hm2，可直接新增解決本地農(nóng)戶104 000人，帶動酒糟飼料加工、肉牛養(yǎng)殖、生態(tài)觀光、農(nóng)產(chǎn)品加工、包裝印刷、物流運輸?shù)认嚓P(guān)產(chǎn)業(yè)60億元。

智能化釀造全年新增耗水量66萬t，減少廢水排量30%，新增耗電3 900萬kW·h，新增蒸汽耗量42萬t，全年綜合能耗降低3%，節(jié)約生產(chǎn)用地面積70%[15]。

4.2 系統(tǒng)動力學(xué)模型的有效性檢驗與仿真分析

圖3 白酒智能化釀造綜合效益Fig.3 Comprehensive benefit of intelligent brewing of Baijiu

在項目建設(shè)期，項目投入資金大、項目風(fēng)險成本高且項目無法運營，使得項目建設(shè)期綜合效益接近為0，具體見圖3。隨著智能化釀造項目的正常運行，產(chǎn)生的白酒銷售及酒糟及附屬產(chǎn)品收益逐步增多，尤其是產(chǎn)生的社會效益也在成級數(shù)增長，項目的綜合效益越來越高，但后期隨著運營成本的增大，項目產(chǎn)生的綜合效益增速會有所下降，斜率會逐漸平緩。因此，模型與事實基本吻合，證明模型是有效的。

4.3 系統(tǒng)動力學(xué)模型的靈敏度分析

靈敏分析主要是指某些參數(shù)變化對模型輸出結(jié)果的影響程度。通過對白酒智能化釀造綜合效益各影響因素進(jìn)行靈敏度調(diào)試，可以得出白酒市場風(fēng)險、運營成本增長率、原糧價格等對白酒智能化釀造綜合效益的影響較大。

圖4 市場風(fēng)險、運營成本增長率、原糧價格變化對綜合效益的營銷Fig.4 Marketing of comprehensive benefit by market risk,growth rate of operating cost and change of raw grain price

（1）市場風(fēng)險。本文假設(shè)原始市場風(fēng)險系數(shù)為0.8，當(dāng)市場風(fēng)險系數(shù)降低20%時，白酒智能化釀造綜合效益從第7年開始明顯上升。為了進(jìn)一步降低企業(yè)市場風(fēng)險，一方面可以通過研發(fā)新產(chǎn)品來抵御風(fēng)險，另一方面可以拓寬營銷渠道，創(chuàng)新營銷手段，進(jìn)而抵御風(fēng)險[16-17]。

（2）運營成本增長率。運營成本增長率受外部環(huán)境影響大，比如戰(zhàn)爭、大規(guī)模疾病爆發(fā)等不確定性，都能夠營銷運營成本。本文假設(shè)運營成本的增長率為5%，由于白酒智能化釀造建設(shè)周期較長，項目面臨的不確定因素較多，當(dāng)運營成本增長1%時，項目從第14年綜合效益開始下降。所以應(yīng)該在項目全周期內(nèi)，及時進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)測，進(jìn)而降低運營成本，提升綜合效益[18-19]。

（3）原糧價格。原糧價格直接影響著白酒智能化釀造社會溢出效益。本文假設(shè)原糧價格變化率為10%，當(dāng)原糧價格下降幅度降低15%時，白酒智能化釀造的社會效益將大幅下降。為了進(jìn)一步推動原糧的大面積種植，一方面白酒企業(yè)應(yīng)該制定原糧保護價格，進(jìn)而保護農(nóng)戶利益；二是當(dāng)?shù)卣梢猿雠_種植補貼政策，從政策上推動原糧種植及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；l(fā)展[20]。

5 結(jié)論及建議

本文主要通過運用系統(tǒng)動力學(xué)來從影響白酒智能化發(fā)展的三方面因素進(jìn)行分析，進(jìn)而構(gòu)建出白酒智能化釀造綜合效益分析的系統(tǒng)動力學(xué)模型，運用VENSIM軟件對案例進(jìn)行分析并得出相關(guān)結(jié)論。

就政府來說，原糧種植及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的政策是影響白酒智能化釀造所產(chǎn)生社會效益的主要因素。政府應(yīng)該積極出臺相關(guān)鼓勵政策，并形成“政府＋企業(yè)＋農(nóng)戶”產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式，進(jìn)而形成區(qū)域發(fā)展優(yōu)勢，帶動農(nóng)戶脫貧致富。

就企業(yè)來說，市場外部風(fēng)險和運營成本增長率是影響白酒智能化釀造的關(guān)鍵因素，企業(yè)要在市場拓展方面不斷的推出新產(chǎn)品、新思路，形成市場進(jìn)入壁壘，抵御外部風(fēng)險；在管理上充分調(diào)動人員工作積極性，提升工作效率，在運營維護方面，要了解智能化設(shè)備問題，及時予以解決，避免不必要的損失，提升白酒生產(chǎn)效率。