基于系统动力学的供应链多级库存优化研究
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摘 要
随着经济全球化进程的加快和科学技术的迅猛发展，市场竞争日益激烈，企
业与企业之间的竞争已经演化成了供应链与供应链之间的竞争。降低供应链成本，
尤其是降低库存成本，是获取竞争优势的重要途径。因此，对供应链库存优化研
究对提升供应链竞争力有重要的理论意义和现实意义。本研究应用系统动力学方
法，通过供应链库存策略对各级节点库存及总成本影响的仿真分析，为企业如何
通过库存管理来提高供应链绩效提供决策参考。
首先，本文从多级库存系统的“牛鞭效应”、库存策略及系统仿真三个方面对
国内外相关研究文献进行了综述，指出以往研究的不足，确定了研究的主要内容
和方法。
其次，对本文所涉及的供应链多级库存系统及系统动力学的相关理论进行了
简单介绍，并对系统动力学在供应链库存管理中的应用进行了可行性分析。
然后，构建了所研究的供应链系统结构，提出了研究的假设，在对系统的各
项物流成本进行详细分析后，建立了二级供应链系统的物流总成本优化模型。
在此基础上，又分析了所研究系统的动态特性和内在结构关系，构建了二级
供应链系统的动力学模型，并对模型进行了相关测试。
最后，按照设计的实验方案，对所建立的供应链系统进行仿真，观察库存策
略的变化对各个节点的库存及供应链成本的影响，并通过仿真结果及灵敏度分析，
提出了供应链优化控制策略建议，为企业制定库存策略，降低物流成本，从而提
高供应链竞争力，提供参考。
关键词：供应链 库存管理 系统动力学
ABSTRACT
Along with the speeding up of the progress of economic globalization and the
fierce development of science and technology. Today’s market competition is gradually
vigorous. The modern competition is no longer the one among the firms, but the one
among the supply chains. Inventory management is a core issue in supply chain
management, especially the optimization of the multi-echelon inventory system. Under
this kind of circumstance, in this paper, the mechanism of supply chain dynamics
through supply chain modeling is analyzed in six aspects.
Firstly, the author summarizes the development of supply chain modeling in three
aspects: bullwhip effect, inventory strategy, systems simulation.
Secondly, relevance theory about supply chain and system dynamics is briefly
elaborated.
Thirdly, in this thesis, we have selected a two-stage pull supply chain as a target,
which consist of a number of suppliers, one distributor and numerous retailers. The
model of the cost objective optimization was established.
Since some factors are moving variables, we establish the model of system
dynamics.
Finally, based on every node’s dynamics (s,Q) strategy simulation, we can observe
the variations of the inventory 、shortage and cost when we change order point and
order quantity.
Key Word: supply chain, inventory management, system dynamics
i
目录
中文摘要
ABSTRCT
第一章 绪论 .......................................................... 1
§1.1 研究背景和意义 ............................................. 1
§1.2 相关文献综述 ............................................... 1
§1.2.1 多级库存系统“牛鞭效应”研究 .......................... 2
§1.2.2 供应链系统的库存策略研究 .............................. 3
§1.2.3 多级库存系统仿真研究 .................................. 4
§1.3 研究内容及方法 ............................................. 5
第二章 研究的理论基础 ................................................ 8
§2.1 供应链管理的相关理论 ....................................... 8
§2.1.1 供应链管理 ............................................ 8
§2.1.2 供应链库存管理 ....................................... 11
§2.2 系统动力学的相关理论 ...................................... 12
§2.2.1 系统动力学简介 ....................................... 12
§2.2.2 系统动力学的建模原则与建模步骤 ....................... 15
§2.2.3 系统动力学在库存控制问题研究的可行性分析 ............. 17
§2.2.4 Vensim 仿真软件介绍 .................................. 18
§2.3 本章小结 .................................................. 19
第三章 二级供应链系统的物流成本优化模型的建立 ....................... 20
§3.1 二级供应链库存系统的系统结构及模型假设 .................... 20
§3.2 二级供应链系统的物流成本结构 .............................. 21
§3.3 二级供应链系统的物流成本模型 .............................. 21
§3.3.1 符号说明 ............................................ 211
§3.3.2 供应链系统物流成本分析 ............................... 23
§3.3.3 供应链物流成本优化模型 ............................... 25
§3.4 本章小结 .................................................. 26
第四章 二级供应链系统的系统动力学模型的建立 ......................... 27
§4.1 系统描述及假设 ............................................ 27
§4.2 系统动力学模型中符号的含义 ................................ 27
ii
§4.3 系统动力学模型中的方程 .................................... 28
§4.4 系统动力学模型的建立及相关检测 ............................ 31
§4.4.1 系统动力学模型的建立 ................................. 31
§4.4.2 系统动力学模型的相关检测 ............................. 31
§4.5 本章小结 .................................................. 33
第五章 二级供应链系统库存策略仿真研究 ............................... 34
§5.1 参数及初始值的设定 ........................................ 34
§5.1.1 仿真参数设定 ......................................... 34
§5.1.2 仿真初始库存策略确定 ................................. 35
§5.2 仿真方案设计 .............................................. 37
§5.3 仿真结果及分析 ............................................ 38
§5.4 灵敏度分析 ................................................. 41
§5.5 供应链库存管理的策略建议 .................................. 41
§5.6 本章小结 .................................................. 42
第六章 结论和展望 ................................................... 43
§6.1 结论 ...................................................... 43
§6.2 展望 ...................................................... 43
参考文献 ........................................................... 455
在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 ..................... 488
致谢 ............................................................... 489
第一章 绪论
1
第一章 绪论
§1.1 研究背景和意义
进入新经济时代，科学技术得到长足发展，生产水平极大提高，顾客需求越
来越多样化，企业之间的竞争日益激烈。企业虽然可以通过完善内部管理提高管
理水平，增强竞争力，但更大的优势来自供应链企业间的相互协调。因此，企业
之间的竞争已经演化成了供应链与供应链之间的竞争，供应链的整合与优化，已
成为提升企业竞争力的关键。
最近一次调查显示，在国内企业中，由于库存控制和管理水平还比较低，有
的企业库存积压的资金要占到每年总物流成本的 30%以上。因此供应链优化一个
核心的问题就是优化库存控制。而在供应链库存优化中最重要的问题就是供应链
各节点库存策略的优化。目前所研究的供应链库存策略主要有五种：零库存策略，
供应商管理用户库存策略，联合库存管理策略，在供应商管理库存理念的基础上
产生的合作预测、计划与补给策略，以及供应链多级库存优化与控制策略。其中
供应链多级库存优化与控制指的是对供应链上所有资源的全局性优化，多级库存
控制方法是指实现整个供应链各个阶段的库存成本最小的库存控制方法。因此，
对供应链多级库存优化与控制理论与方法的研究有特定的现实意义。
系统动力学是一套融合控制论、系统论、信息论、决策论以及计算机仿真等
理论的动态分析工具。它利用系统观点对系统进行定量描述并作定性解释，更重
要的是能够通过计算机模拟，分析各种决策下系统输出的趋势。供应链库存管理
是一个动态过程，特别适合用系统动力学来研究。为此，对供应链多级库存系统
建立系统动力学模型，设计方案进行仿真，并通过仿真结果及灵敏度分析，提出
供应链优化控制策略，研究成果对物流与供应链管理学科具有一定的理论意义。
本论文就是利用系统动力学的特点，采用系统动力学模拟的方法，来研究供应链
环境下的多级库存控制策略，希望能够为整个供应链库存决策的研究做出一些贡
献。
§1.2 相关文献综述
多级库存控制问题在管理科学领域研究了多年，研究范围相当广泛，成果也
相当丰富。本文根据研究所涉及的内容，主要对多级库存系统“牛鞭效应”研究、
多级库存系统库存控制策略研究和多级库存系统仿真研究等三个方面的国内外研
基于系统动力学的供应链多级库存优化研究
2
究现状进行综述。
§1.2.1 多级库存系统“牛鞭效应”研究
“牛鞭效应”是指需求信息在沿着供应链向上传递的过程中被不断曲解并逐
级放大，导致需求信息的波动越来越大，造成供应链上游库存增加的情况[1]。牛
鞭效应对企业的运作效率产生了严重的影响。比如，造成库存投资过度，企业错
误的生产能力计划，等等。所有这些都增加了产品的成本，降低了企业的竞争优
势。牛鞭效应现象的发现，引起了许多企业家和学术界专家的兴趣。由于它带来
了许多危害，因此弄清楚这种现象产生的原因，尽可能的去克服它，就成了学术
界研究学者所关注的问题。很多学者在如何减少牛鞭效应方面进行了相关的研究。
最早对牛鞭效应现象进行描述的学者是美国的 J.W.Forrester[2]。1958 年，他
对一个零售商、一个分销商、一个制造商的供应链系统建立了仿真模型。通过计
算机模拟运行，Forrester 发现，这个典型的供应链系统中存在明显的牛鞭效应。
他认为，供应链中产生牛鞭效应的根本原因在于供应链中的个体所做的非理性决
定与供应链上游的个体对需求信息存在过度反应。比如，当供应链下游所面对的
市场需求增加后，零售商向批发商发出的订单需求包括两部分，一部分为实际的
市场增长的需求量，另一部分为零售商为防止未来市场需求的增加所增加的库存
量。因此，零售商对批发商的订单数量要大于实际的市场需求量，产生了牛鞭效
应。随后，他又应用系统动力学的方法对由于需求变化而造成的牛鞭效应进行了
研究。
英国的 J.L.Burbidge[3][4]通过对牛鞭效应的研究，提出了“五个避免破产的黄
金法则”，详细讨论了需求信息放大现象及其解决方法。
另一个产生深远影响的关于“牛鞭效应”的研究是 Goodwin and Franklin 的
啤酒游戏[5] 。“啤酒模型”包含 1个零售商、1个批发商、1个分销中心和一个
啤酒制造厂。研究结果显示，需求稍微改变就会造成供应链上下游订单与库存的
明显波动。
Metters [6]研究了在周期检查、需求随时间变化的情况下，考虑生产能力限制
的动态随机模型。文中假设，当顾客需求量大于零售商的库存时，则以缺货损失
当作销售机会损失的代价，以此作为决定最佳生产策略的因素。研究结果表明：
(1)减少季节性需求的变化与需求的变异，可以有效降低牛鞭效应的影响；
(2)企业
应努力减少缺货损失。
Lee et al[7]研究了一系列的供应链系统，指出顾客的订单会直接影响供应链成
员的生产计划、库存管理和物流规划，需求波动会造成整个供应链出现“牛鞭效
摘要：
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摘要随着经济全球化进程的加快和科学技术的迅猛发展，市场竞争日益激烈，企业与企业之间的竞争已经演化成了供应链与供应链之间的竞争。降低供应链成本，尤其是降低库存成本，是获取竞争优势的重要途径。因此，对供应链库存优化研究对提升供应链竞争力有重要的理论意义和现实意义。本研究应用系统动力学方法，通过供应链库存策略对各级节点库存及总成本影响的仿真分析，为企业如何通过库存管理来提高供应链绩效提供决策参考。首先，本文从多级库存系统的“牛鞭效应”、库存策略及系统仿真三个方面对国内外相关研究文献进行了综述，指出以往研究的不足，确定了研究的主要内容和方法。其次，对本文所涉及的供应链多级库存系统及系统动力学的相关理论...
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作者：牛悦
分类：高等教育资料
价格：15积分
属性：51 页
大小：837.87KB
格式：PDF
时间：2024-11-19
