考慮協(xié)同創(chuàng)新的供應(yīng)鏈多中斷系統(tǒng)動力學(xué)建模及仿真

付 鈺

重慶交通大學(xué),重慶 400074

0 引言

國際局勢不穩(wěn)定使得全球供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜,參與方選擇性及其行為的變化加劇了供應(yīng)鏈的不確定性,各類突發(fā)事件導(dǎo)致供應(yīng)鏈中斷頻發(fā)[1]。供應(yīng)鏈中斷在供應(yīng)鏈的任何部分都有可能發(fā)生,不僅對單個(gè)中斷節(jié)點(diǎn)造成影響,供應(yīng)鏈上下游也會受到波及[2-3]。學(xué)者們將這種由局部中斷造成的影響蔓延到供應(yīng)鏈全局的傳播定義為“漣漪效應(yīng)”,在供應(yīng)鏈中由任何中斷引起的連鎖反應(yīng)都稱為“漣漪效應(yīng)”。因此,減少中斷對供應(yīng)鏈各節(jié)點(diǎn)企業(yè)的影響,成為學(xué)者們在面對供應(yīng)鏈中斷時(shí)考慮的重點(diǎn)問題。

何遠(yuǎn) 等[4]基于啟發(fā)式算法,在各工廠生產(chǎn)中斷獨(dú)立發(fā)生的情況下構(gòu)建中斷持續(xù)時(shí)間不確定的3級供應(yīng)鏈整數(shù)規(guī)劃生產(chǎn)恢復(fù)模型。Chen et al.[5]針對3級供應(yīng)鏈供應(yīng)中斷問題提出了制造商變更產(chǎn)品類型策略,楊毅 等[6]則在該策略上同時(shí)考慮供應(yīng)商預(yù)設(shè)緊急庫存策略,證明這些策略能夠有效減少中斷帶來的負(fù)面影響。

上述學(xué)者的研究在促進(jìn)供應(yīng)鏈恢復(fù)的層面上都是有利的,但多種中斷情況同時(shí)發(fā)生才是對供應(yīng)鏈韌性的真正考驗(yàn)。此外,隨著供應(yīng)鏈系統(tǒng)不斷增加的復(fù)雜度和不確定性,供應(yīng)鏈恢復(fù)需要立足于全局視角對各環(huán)節(jié)進(jìn)行動態(tài)協(xié)同研究,系統(tǒng)動力學(xué)因此逐漸成為學(xué)者們研究中斷情況下供應(yīng)鏈恢復(fù)的重要方法之一,它能夠有效模擬漣漪效應(yīng)對供應(yīng)鏈各節(jié)點(diǎn)帶來的動態(tài)影響[7-8]。同時(shí),已有學(xué)者開始呼吁從動態(tài)能力的視角對供應(yīng)鏈中斷與協(xié)同創(chuàng)新能力二者之間應(yīng)對策略的關(guān)系進(jìn)行研究[9]。

基于上述原因,本文建立含有供應(yīng)商、制造商、零售商的3級供應(yīng)鏈系統(tǒng)動力學(xué)模型,運(yùn)用Vensim軟件仿真模擬供應(yīng)鏈?zhǔn)艿街袛囡L(fēng)險(xiǎn)后考慮協(xié)同創(chuàng)新的動態(tài)變化。

1 模型構(gòu)建

1.1 問題描述

本文將研究存在產(chǎn)能中斷的供應(yīng)商(S)、產(chǎn)能中斷和運(yùn)輸中斷并存的制造商(M)以及存在市場需求擾動的零售商(R)組成的3級供應(yīng)鏈系統(tǒng),供應(yīng)商為制造商提供原材料,制造商接受原材料并生產(chǎn)產(chǎn)品,零售商購買產(chǎn)品并銷售給消費(fèi)者。為減少中斷風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生的影響,供應(yīng)商和制造商分別進(jìn)行工藝創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新從而極大地降低產(chǎn)品的成本,零售商分擔(dān)部分創(chuàng)新活動新增的成本以減輕制造商和供應(yīng)商的負(fù)擔(dān)?，F(xiàn)有研究表明,協(xié)同創(chuàng)新將多個(gè)利益相關(guān)者連接在一起,通過異質(zhì)性資源互補(bǔ)提升供應(yīng)鏈的整體實(shí)利,分?jǐn)傃邪l(fā)成本,降低研發(fā)風(fēng)險(xiǎn),優(yōu)化企業(yè)和供應(yīng)鏈整體利益,能夠顯著改善企業(yè)和供應(yīng)鏈績效,是企業(yè)在復(fù)雜環(huán)境巨變下獲得核心競爭力的重要手段。在中斷風(fēng)險(xiǎn)下,通過供應(yīng)鏈成員的協(xié)同創(chuàng)新改變產(chǎn)品形態(tài)、改善產(chǎn)品質(zhì)量、降低原材料消耗并優(yōu)化供給從而差異化產(chǎn)品并降低產(chǎn)品可替代性,進(jìn)一步激發(fā)企業(yè)的擴(kuò)張潛能,刺激市場需求,推動市場增長,以此推動供應(yīng)鏈的恢復(fù)。

1.2 因果回路圖

使用因果回路圖(causal loop diagram,CLD)來表示供應(yīng)商、制造商和零售商的關(guān)鍵變量之間的因果關(guān)系,如圖1所示。該系統(tǒng)共有14條回路,其中有3條增強(qiáng)回路、11條平衡回路。平衡回路B1、B3、B4描述了系統(tǒng)中生產(chǎn)和庫存的關(guān)系,B2、B6、B7、B8、B9、B11表示了需求階段的運(yùn)輸和庫存反饋環(huán),而B5和B10則反映了供應(yīng)商、制造商和零售商3個(gè)系統(tǒng)之間相互作用的反饋環(huán)。增強(qiáng)回路R1、R2和R3刻畫了在需求一定的情況下產(chǎn)品交付的反饋環(huán)。

圖1 因果回路圖

根據(jù)因果回路圖繪制三級供應(yīng)鏈系統(tǒng)動力學(xué)存量流量圖,并利用Vensim軟件對模型進(jìn)行現(xiàn)實(shí)性和極端性檢驗(yàn)。

2 模型檢驗(yàn)

2.1 現(xiàn)實(shí)性檢驗(yàn)

使用脈沖函數(shù)表示制造商運(yùn)輸中斷,中斷時(shí)間點(diǎn)設(shè)置為第800天,持續(xù)時(shí)長為15 d,觀察供零售商在途庫存和庫存情況,并將仿真結(jié)果與初始模型進(jìn)行比較,現(xiàn)實(shí)性檢驗(yàn)如圖2所示。在未發(fā)生運(yùn)輸中斷前,零售商的在途庫存和庫存水平除開始一段時(shí)間外相對平穩(wěn),由于在第800天時(shí)出現(xiàn)運(yùn)輸中斷,零售商庫存不斷減少直至為零并在中斷持續(xù)時(shí)間內(nèi)保持,中斷結(jié)束之后運(yùn)力恢復(fù)庫存量明顯回升并保持穩(wěn)定。模型通過現(xiàn)實(shí)性檢驗(yàn)。

圖2 零售商庫存現(xiàn)實(shí)性檢驗(yàn)

2.2 極端性檢驗(yàn)

假設(shè)供應(yīng)鏈系統(tǒng)中產(chǎn)能為0,檢驗(yàn)極端條件下庫存的變化情況。由于供應(yīng)商和零售商都沒有產(chǎn)能只能使用初始庫存,因此二者庫存水平隨時(shí)間下降為0;制造商原材料庫存由供應(yīng)商提供,由于沒有產(chǎn)能無法進(jìn)行生產(chǎn),因此接收上游的原材料后庫存在一段時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)上升狀態(tài)隨后保持不變;零售商庫存為滿足消費(fèi)者需求持續(xù)下降,但由于上游制造商存在初始庫存,因此出現(xiàn)了小幅度的波動最終不再變化。模型通過極端性檢驗(yàn)。

3 系統(tǒng)動力學(xué)仿真模擬

將系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間設(shè)置為780～920 d,步長為1,其中產(chǎn)能中斷和運(yùn)輸中斷在第800天開始,前者持續(xù)時(shí)間60 d,后者持續(xù)時(shí)間30 d。通過設(shè)計(jì)不同中斷模式下的9種方案來模擬供應(yīng)鏈在不同中斷情景下選擇不同對象進(jìn)行協(xié)同創(chuàng)新對供應(yīng)鏈整體利潤產(chǎn)生的影響,如表1所示。方案1～9分別表示S產(chǎn)能部分中斷、M產(chǎn)能部分中斷和二者同時(shí)中斷模式下的不同創(chuàng)新選擇,用1代表發(fā)生創(chuàng)新活動,0則表示不發(fā)生創(chuàng)新活動。

表1 產(chǎn)能部分中斷下不同主體協(xié)同創(chuàng)新方案選擇

3.1 S產(chǎn)能中斷和R運(yùn)輸中斷

由圖3可以看出,當(dāng)供應(yīng)商發(fā)生產(chǎn)能中斷時(shí),方案1的供應(yīng)鏈整體利潤比方案2和方案3的供應(yīng)鏈整體利潤高出許多,且相較于初始模型其利潤水平在創(chuàng)新活動發(fā)生后的短時(shí)間內(nèi)可以有效地得到提高。上述情況說明在供應(yīng)商發(fā)生產(chǎn)能中斷、制造商發(fā)生運(yùn)輸中斷的情況下,由供應(yīng)商主導(dǎo)創(chuàng)新活動,零售商分擔(dān)創(chuàng)新成本能夠獲得更高的利潤水平,加快供應(yīng)鏈的恢復(fù)速度。

圖3 S產(chǎn)能中斷下協(xié)同創(chuàng)新對供應(yīng)鏈利潤的影響

3.2 M產(chǎn)能中斷和R運(yùn)輸中斷

由圖4可以看出,雖然在發(fā)生中斷時(shí)利潤都呈下降趨勢,但是方案5的下降幅度更為緩和,其供應(yīng)鏈整體利潤要高于方案4和方案6的供應(yīng)鏈整體利潤,同時(shí)在采取創(chuàng)新措施后各方案利潤都有明顯的回升,但方案5所獲得的利潤更高。通過以上分析不難看出,制造商發(fā)生產(chǎn)能中斷、零售商發(fā)生運(yùn)輸中斷時(shí),由供應(yīng)商主導(dǎo)創(chuàng)新活動,零售商分擔(dān)創(chuàng)新成本更有助于應(yīng)對中斷風(fēng)險(xiǎn),提高供應(yīng)鏈中斷后的恢復(fù)能力。

圖4 M產(chǎn)能中斷下協(xié)同創(chuàng)新對供應(yīng)鏈利潤的影響

3.3 S、M產(chǎn)能中斷和R運(yùn)輸中斷

由圖5可知該情景下的供應(yīng)鏈整體利潤變化趨勢與供應(yīng)商發(fā)生產(chǎn)能中斷、零售商發(fā)生運(yùn)輸中斷情境下供應(yīng)鏈整體利潤的變化趨勢大致相同,二者不同之處在于雖然多種中斷同時(shí)發(fā)生時(shí)會使供應(yīng)鏈遭受更多的損失,但采取創(chuàng)新措施后前者具有更好的盈利能力,能夠幫助供應(yīng)鏈獲得更高的利潤。供應(yīng)商發(fā)生產(chǎn)能中斷、制造商發(fā)生運(yùn)輸中斷和產(chǎn)能中斷時(shí),采取供應(yīng)商主導(dǎo)、零售商參與的協(xié)同措施能有效應(yīng)對供應(yīng)鏈中斷風(fēng)險(xiǎn)。

圖5 供應(yīng)商和制造商產(chǎn)能同時(shí)中斷下協(xié)同創(chuàng)新對供應(yīng)鏈整體利潤的影響

綜合以上3種情景分析,當(dāng)供應(yīng)鏈系統(tǒng)中同時(shí)出現(xiàn)運(yùn)輸中斷和產(chǎn)能中斷的情況時(shí),產(chǎn)能中斷僅發(fā)生在供應(yīng)商處會對供應(yīng)鏈整體造成更大的損失,但由供應(yīng)商主導(dǎo)創(chuàng)新活動、零售商分擔(dān)創(chuàng)新成本的協(xié)同合作能夠更有效地提高供應(yīng)鏈的整體利潤水平,達(dá)到更佳的恢復(fù)效果。

4 結(jié)束語

本文在供應(yīng)鏈發(fā)生多種中斷風(fēng)險(xiǎn)并引起市場需求擾動的情形下,從動態(tài)能力的視角討論了選擇供應(yīng)鏈不同主體進(jìn)行協(xié)同創(chuàng)新對供應(yīng)鏈中斷后恢復(fù)起到的作用,通過建立3級系統(tǒng)動力學(xué)模型仿真分析不同選擇下供應(yīng)鏈整體利潤的變化趨勢,研究發(fā)現(xiàn)協(xié)同創(chuàng)新能夠有效應(yīng)對供應(yīng)鏈中斷風(fēng)險(xiǎn)給供應(yīng)鏈管理帶來的挑戰(zhàn),具有較強(qiáng)的中斷后恢復(fù)能力,但選擇不同主體進(jìn)行協(xié)同合作會產(chǎn)生不同的恢復(fù)效果,恢復(fù)速度也有所差異。同時(shí),創(chuàng)新活動雖然能提高供應(yīng)鏈中斷后的整體運(yùn)作效率,但不是所有成員均參與的創(chuàng)新活動更有利于供應(yīng)鏈發(fā)展,并且作為主導(dǎo)創(chuàng)新活動的企業(yè)可能會因?yàn)閯?chuàng)新投入較多而無法獲得樂觀的收益。此外,對于3級供應(yīng)鏈而言,在供應(yīng)商產(chǎn)能中斷和制造商運(yùn)輸中斷、制造商產(chǎn)能中斷和運(yùn)輸中斷以及3種中斷同時(shí)發(fā)生的情況下,選擇供應(yīng)商主導(dǎo)創(chuàng)新活動、零售商分擔(dān)創(chuàng)新成本對整體利潤效果更佳。