基于系统动力学的闭环供应链中的牛鞭效应_万振

个 供 应 商 、一 个 生 产 商 、一 个 零 售 商 和 一 个 产 品 回 收 商构成。逆向物流管理对产品的处理方式有直接再 利用、修理或修复、再 处 理 和 零 件 再 处 理 四 种，本 文 将对回收产品的处理分为回收产品再制造和回收零 件再制造。回收产品再制造指制造商对回收的旧产 品 进 行 整 体 再 加 工 ，如 修 理 、拆 分 、更 换 零 件 、重 新 组 装；回收零件再制造 指 供 应 商 对 回 收 旧 产 品 进 行 拆 分 、利 用 可 用 的 部 分 零 件 ，以 及 对 旧 零 件 进 行 再 加 工 和再制造的过程。供应商根据制造商的生产零件采 购订单安排零件生 产，零 件 的 生 产 分 为 新 材 料 生 产 的零件和由回收旧 产 品 零 件 再 制 造 的 零 件，供 应 商 负责将零件运输给 制 造 商；制 造 商 根 据 零 售 商 产 品 采购订单安排生产，产 品 由 新 生 产 和 回 收 产 品 再 制 造的产品组成；零售 商 根 据 顾 客 需 求 向 制 造 商 订 购 新 产 品 ；产 品 回 收 商 从 顾 客 手 中 回 收 旧 产 品 。 ２．２ 模 型 假 设
Ｖｏｌ．１８ Ｎｏ．５ Ｍａｙ ２ ０ １ ２
基于系统动力学的闭环供应链中的牛鞭效应
万 振 ，李 昌 兵
（重庆邮电大学 经济管理学院，重庆 ４０００６５）
摘 要：为了基于闭环供应链研究逆向物流对牛鞭效应的影 响，运 用 系 统 动 力 学 原 理 和 ＶＥＮＳＩＭ 软 件 构 建 四 级闭环供应链模型。通过改变回收比率、回收产品再 制 造 比 例 和 回 收 延 迟 证 的 仿 真 ，证 明 逆 向 物 流 的 存 在 可 以 减 弱正向物流中的牛鞭效应，而且逆向物流的回收比 率 越 高，回 收 再 制 造 经 过 的 节 点 越 少，回 收 延 迟 越 小，则 逆 向 物 流对牛鞭效应的减弱效果越明显。
２ 闭 环 供 应 链 的 系 统 动 力 学 模 型
２．１ 研 究 对 象 本文研究的闭环 供 应 链 是 在 三 级 供 应 链 （供 应
商 — 生 产 商 — 零 售 商 ）的 基 础 上 增 添 的 逆 向 物 流 ，这 里运用系统动力学分析该添加逆向物流的各变量对 正向供应链牛鞭效应的影响。闭环供应链系统由一
关于闭环供应链中的牛鞭 效 应 研 究，Ｚｈｏｕ等［６］ 指出 再 制 造 消 弱 了 牛 鞭 效 应；黄 丽 珍 等［７］认 为 在 闭 环 供 应 链 中 ，市 场 反 馈 的 增 强 可 以 减 弱 牛 鞭 效 应 ；周 莉等 运 ［８］ 用控制理论说明回收率提高可以减小 牛 鞭
收稿日期：２０１１－０５－２０；修订日期：２０１１－０７－１８。Ｒｅｃｅｉｖｅｄ ２０ Ｍａｙ ２０１１；ａｃｃｅｐｔｅｄ １８Ｊｕｌｙ ２０１１．
DOI：10.13196/j.cims.2012.05.199.wanzh.002
第 １８ 卷 第 ５ 期 ２ ０ １ ２ 年５月
计算机集成制造系统
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅ来自百度文库 Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ
文 章 编 号 ：１００６－５９１１（２０１２）０５－１０９３－０６
ＶＥＮＳＩＭ 由美国 Ｖｅｎｔａｎａ Ｓｙｓｔｅｍｓ公 司 开 发， 为一可观念化、文 件 化、模 拟、分 析 与 最 佳 化 动 态 系 统模型的 图 形 接 口 软 件。ＶＥＮＳＩＭ 可 提 供 一 种 简 易而具 有 弹 性 的 使 用 方 式，以 建 立 包 括 因 果 循 环 （ｃａｓｕａｌ ｌｏｏｐ）、存 货 （ｓｔｏｃｋ）与 流 程 图 等 相 关 模 型。 使用 ＶＥＮＳＩＭ 建立动态模型，只要用图形化的各式 箭头记号连接各式 变 量 记 号，并 将 各 变 量 之 间 的 关 系以适当方式写入 模 型，便 可 完 成 各 变 量 之 间 的 因 果 关 系 ，而 各 变 量 、参 数 间 的 数 量 关 系 以 方 程 式 的 形 式写入模型。通过 建 立 模 型 的 过 程，可 以 了 解 变 量 间的因果关系与回 路，并 可 通 过 程 序 中 的 特 殊 功 能 了解各变量的输入与输出间的关系。
关 键 词 ：闭 环 供 应 链 ；逆 向 物 流 ；牛 鞭 效 应 ；系 统 动 力 学 中 图 分 类 号 ：Ｆ２７０ 文 献 标 志 码 ：Ａ
Ｂｕｌｌｗｈｉｐ ｅｆｆｅｃｔ ｉｎ ｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐ ｓｕｐｐｌｙ ｃｈａｉｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｄｙｎａｍｉｃｓ
ＷＡＮ Ｚｈｅｎ，ＬＩ Ｃｈａｎｇ－ｂｉｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ ｅｃｏｎｏｍｉｃｓ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ ｐｏｓｔ ａｎｄ ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００６５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｒｅｖｅｒｓｅ ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ ｆｏｒ ｂｕｌｌｗｈｉｐ ｅｆｆｅｃｔ ｉｎ ｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐ ｓｕｐｐｌｙ ｃｈａｉｎ，ｆｏｕｒ ｌｅｖｅｌ ｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐ ｓｕｐｐｌｙ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｂｕｉｌｔ ｂｙ ｕｓｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ Ｄｙｎａｍｉｃｓ（ＳＤ）ａｎｄ Ｖｅｎｓｉｍ ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｔｕｒｎ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ，ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｒｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｌａｙ ｒｅｃｏｖｅｒｙ，ｔｈｅ ｆａｃｔ ｔｈａｔ ｒｅ－ ｖｅｒｓｅ ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ ｃｏｕｌｄ ｗｅａｋ ｔｈｅ ｂｕｌｌｗｈｉｐ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｆｏｒｗａｒｄ ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ ｗａｓ ｐｒｏｖｅｄ．Ｉｆ ｔｈｅ ｒｅｔｕｒｎ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｗａｓ ｈｉｇｈｅｒ， ｔｈｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｎｏｄｅｓ ｏｆ ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ ａｎｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｗａｓ ｌｅｓｓ；ｉｆ ｔｈｅ ｄｅｌａｙ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｗａｓ ｓｈｏｒｔｅｒ，ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｒｅｖｅｒｓｅ Ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ ｆｏｒ ｂｕｌｌｗｈｉｐ ｅｆｆｅｃｔ ｗａｓ ｍｏｒｅ ｏｂｖｉｏｕｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｌｏｓｅｄ－ｌｏｏｐ ｓｕｐｐｌｙ ｃｈａｉｎｓ；ｒｅｖｅｒｓｅ ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ；ｂｕｌｌｗｈｉｐ ｅｆｆｅｃｔ；ｓｙｓｔｅｍ ｄｙｎａｍｉｃｓ
０ 引 言
对废弃物的回收再利用是绿色物流的重要部 分。废弃物物流指在经济活动中失去原有使用价值 的 物 品 ，根 据 实 际 需 要 进 行 收 集 、分 类 加 工 、包 装 、搬 运 、存 储 ，并 分 送 到 专 门 处 理 场 所 时 形 成 的 物 品 实 体 流动。我国对废旧物品的回收再利用水平远低于发 达国家，国家政 策 和 国 民 的 环 保 意 识 还 很 弱。 逆 向 的 废 弃 物 流 的 管 理 有 利 于 节 约 资 源 、充 分 利 用 环 境 。 在原有正向物流的基础上加上逆向的废弃物品的回 收 物 流 ，就 构 成 了 完 整 的 闭 环 物 流 。
１ 系统动力学和 ＶＥＮＳＩＭ 软件
系 统 动 力 学 出 现 于 １９５６ 年 ，创 始 人 为 美 国 麻 省 理工 学 院 福 瑞 斯 特 （Ｊ．Ｗ．Ｆｏｒｒｅｓｔｅｒ）教 授。 系 统 动 力 学 综 合 了 反 馈 控 制 论 、信 息 论 、系 统 论 、决 策 论 、计 算机仿真和系统分 析 的 实 验 方 法 等，利 用 系 统 思 考 的观点来 界 定 系 统 的 组 织 边 界 运 作 及 信 息 传 递 流 程，以因果反馈关系 描 述 系 统 的 动 态 复 杂 性 并 建 立 量化模型，利用计 算 机 仿 真 方 法 模 拟 不 同 策 略 下 现 实系统的行为模式，最 后 通 过 改 变 结 构 帮 助 人 们 了 解系统动态行为的 结 构 性 原 因，从 而 分 析 并 设 计 出 解决动态复杂问题和改善系统绩效的高杠杆解决方 案。系统动力学在供应链管理研究中的作用也得到 了认可，它 在 供 应 链 管 理 中 的 应 用 研 究 范 围 逐 渐 扩大。
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计算机集成制造系统
第 １８ 卷
效应；王发鸿等 指 ［９］ 出，该“逆牛鞭效应”的存在 是 内 在的，是由回收产品 中 可 再 制 造 部 分 数 量 和 质 量 的 不确定 性 决 定 的；尤 建 新 运 ［１０］ 用 控 制 理 论 分 析 表 明 ，最 佳 回 收 策 略 是 全 部 回 收 ，生 产 提 前 期 和 回 收 延 迟时间对牛鞭效应有影响。本文运用系统动力学模 型，将闭环供应链中 的 逆 向 物 流 部 分 分 为 回 收 产 品 再制造和回收零件 再 制 造，分 析 回 收 比 率 和 回 收 产 品再制造比例等因素的改变影响逆向物流对牛鞭效 应减弱的效果。
牛鞭效应指当供应链上的各级供应商只根据来 自其相邻 的 下 级 销 售 商 的 需 求 信 息 进 行 供 应 决 策 时 ，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。Ｌｅｅ［１］和 Ｃｈｅｎ［２］等 认 为 牛 鞭 效 应的产生有需求 预 测、供 应 缺 货、订 货 提 前 期、订 货 批量 和 价 格 波 动 五 个 主 要 原 因；佀 楠 楠 等 认 ［３］ 为 实 施信息共享可以减 弱 供 应 链 中 的 牛 鞭 效 益；张 力 菠 等 认 ［４］ 为基于时间的供应商管理库存整合补货 能 够 明显改善牛鞭效应，具 有 较 长 补 货 周 期 的 供 应 链 的 牛鞭 效 应 比 较 严 重；刘 秋 生 等 通 ［５］ 过 对 传 统 供 应 链 和供 应 商 管 理 库 存 （Ｖｅｎｄｏｒ Ｍａｎａｇｅｄ Ｉｎｖｅｎｔｏｒｙ， ＶＭＩ）供应 链 进 行 仿 真 模 拟，认 为 缩 短 供 应 链 长 度 和共享需求信息可以显著减少牛鞭效应。
为 了 研 究 方 便 ，本 文 做 如 下 假 设 ： （１）零 售 商 、制 造 商 和 供 应 商 采 用 典 型 的 库 存 补 充（ｏｒｄｅｒ－ｕｐ－ｔｏ ｌｅｖｅｌ）策略 进 行 订 货 或 生 产，即 根 据 需求量和实际库存量调整向生产商订货或下达生产 计 划 ，从 而 满 足 销 售 或 订 单 的 需 要 ，同 时 将 库 存 维 持 在目标水平。 （２）回 收 再 制 造 产 品 和 新 产 品 的 质 量 没 有 差 别 ， 即回收再制造产品不会影响顾客的需求。 （３）回收产品的 再 利 用 成 本 远 小 于 新 生 产 产 品 的成本，所以制造商 优 先 选 择 利 用 回 收 产 品 再 制 造 生产新产品，供应商 优 先 选 择 回 收 零 件 再 制 造 生 产 新零件。 ２．３ 闭 环 供 应 链 模 型 的 建 立 ２．３．１ 系 统 流 图 模 型 本系统模型 是 在 刘 秋 生 等 构 ［１０］ 建 的 原 始 啤 酒 游戏两级供应链 模 型 上，增 加 了 逆 向 物 流。 闭 环 供 应链模型系统如图１所示。 正 向 物 流 部 分 是 一 个 三 阶 段 供 应 链 ：零 售 商 的库存由 市 场 销 售 率 和 制 造 商 发 货 率 共 同 决 定， 制 造 商 库 存 由 其 产 出 率 （供 应 商 对 制 造 商 发 货 率 和 回 收 旧 产 品 再 制 造 率 ）和 发 货 率 决 定 ，供 应 商 的 库 存 由 零 件 生 产 率 （新 材 料 生 产 率 和 回 收 零 件 再 制 造 率 ）和 供 应 商 的 发 货 率 决 定 。 零 售 商 发 向 制 造 商 的 订 单 、制 造 商 的 生 产 需 求 和 供 应 商 的 零 件 生 产 需 求 ，取 决 于 各 自 的 销 售 预 测 、库 存 调 整 量 和 库存调整时间。