基于系统动力学的电力应急物资储备模型研究

杨凤丽+刘春辉+刘鹏+张艳馥

摘 要：应急物资储备的目标是使应急物资储备量控制在合理范围内，在保证应急物资供应的前提下，又不会造成供不应求的缺货现象。文章采用系统动力学的方法，对电力应急物资储备库进行因果关系分析后，运用VENSIM软件对储备的应急物资储备进行建模，并结合算例进行仿真模拟，给出了应急物资储备库的应急物资合理储备量。

關键词：电力应急物资；系统动力学；储备量

中图分类号：F253 文献标识码：A

Abstract： The objective of the emergency material reserve is to control the emergency material reserves within a reasonable range， in ensuring the supply of emergency supplies under the premise， it will not cause the shortage of shortages. In this paper， the method of system dynamics is used to analyze the causal relationship between the power emergency material reserve， and the emergency reserve of the reserve is modeled by VENSIM software， and combined with examples of simulation， the reasonable reserve of emergency materials for emergency materials reserves is given.

Key words： electric power emergency supplies； system dynamics； reserves

0 引 言

近年来，冰雪、地震、暴雨等各种类型的突发事件导致供电中断情况频发，严重影响着人类的生产生活，造成了很严重的经济损失和社会影响。如何做好突发事件的应对工作成为电力部门十分关心的问题。电力应急物资的管理在突发事件的处理中占有极其重要的位置，能否确定合适的库存量以及订货量是应急物资管理的重中之重。省电力公司应急物资储备库在电力物资的仓储系统中占有至关重要的地位，一方面它需要和供应商直接对接，另一方面需要和需求地直接对接，因此，将电力应急物资储备库的储备问题作为研究重点具有十分重要的现实意义。

对于电力应急物资的储备问题，国内外一些学者做了一些研究，如尚敬福、张瑜等系统地分析了电力应急物资的特点、储备现状及存在的问题，针对电力应急物资管理的复杂性、储备资金占用较大及利用率不高等问题，提出了建立电力应急物资联合储备管理系统的设想[1]。张永领在综合考虑影响应急物资储备的主要因素的基础上，将应急物资分为五类，并采用层次分析法对应急物资的储备方式进行了研究[2]。高彦龙和唐嘉婷等介绍了电力应急物资管理的重要意义以及电力应急物资类型和应急物资储备方式，重点介绍了电力应急物资分类储备的方法，对电力应急物资进行分类管理，提高电力应急物资库存管理水平[3]。

大部分的应急物资储备分析方法有运算量大、数据精度要求高等缺点，不能充分体现系统中的变量之间相互影响的数量与逻辑关系。而本文采用的系统动力学方法恰恰能够克服这些不足，系统动力学对数据的要求比较低，可以更加动态系统的反映实际问题，不仅可以用系统动力学来评价整个应急物资仓储系统的优劣，还可以通过预测相关的变量发生变化之后对整个仓储系统产生的影响，有利于帮助决策者进行系统的改进。

1 电力应急物资储备模型建立

1.1 系统边界分析。要建立系统动力学模型，首先要对系统边界进行确定。系统边界规定了哪一部分应该划入模型，哪一部分不应该归入模型。凡是在边界内部涉及与所研究的动态问题有重要关系的概念与变量均应考虑进入模型之中；那些在界限外部的概念和变量都应该排除在模型之外[4]。

本文在研究省级电力应急物资储备时，主要考虑供应商与电力应急物资储备库进行联合储备的库存问题以及在整个仓储系统的各个环节中探究各个环节库存的影响因素。电力应急物资储备主要是划分区域集中储备，灾情发生后由应急物资储备库直接运往需求地，如果库存不足，可以进行紧急采购。本系统的界限大体包括：应急物资储备库发货、应急物资储备库积存订单、应急物资储备库期望库存、应急物资储备库库存偏差、应急物资储备库订货、应急物资储备库库存、供应商发货。考虑到电力应急物资的实际情况，上述界限中忽略了一部分难以量化的因素，比如电力的政策法规、仓储系统的库存量等。模型的基本假设条件如下：（1）假设供应商送来的应急物资的坏损率为零。（2）假设供应商发往储备库的应急物资会出现延迟，而应灾情发生时储备库发往地方的应急物资不会出现延迟，是即时到达的。（3）假设供应商可以向应急物资储备库提供任意数量的商品。

1.2 因果关系分析。在电力应急物资仓储系统中，当灾害发生、需求地产生需求时，距离需求地最近的仓库会按照需求量提供应急物资，当应急物资储备库的应急物资不能满足需求地需求时，需要进行仓库间的动态周转，因此，通过对该仓储系统各个节点的分析得出了整个应急物资储备的因果关系图如图1所示。

图1中带箭头的线段为因果链，表明了两个变量之间的因果关系，因果链上可标明其影响作用的性质是正的还是负的，正号表明箭头指向的变量将随箭头源发的变量的增加而增加、减少而减少，负号则表示变量间取与此相反的关系。因果链形成环状的闭合回路之后就产生了反馈回路。反馈回路也有正负之分，反馈回路中负因果链个数如果为奇数则该反馈回路为负，反之则为正反馈回路。本系统中有一个反馈回路：应急物资储备库库存→应急物资储备库库存偏差→应急物资储备库订货→供应商发货。endprint

在反馈回路中，应急物资储备库库存增加导致应急物资储备库库存偏差减小，库存偏差减小导致应急物资储备库订货减少，应急物资储备库订货减少导致供应商发货减少，而供应商发货的减少又进一步导致应急物资储备库库存的减少，在这个反馈回路中供应商发货到应急物资储备库库存之间还有一个时间延滞的符号，表明此处在物资运输途中有延迟。

1.3 系统流图分析。绘制完因果关系图后，需要在此基础上进一步绘制该仓储系统的系统流图，并对其进行进一步说明。电力应急物资储备模型的系统流图如图2所示：

图2引入了水平变量、速率变量、辅助变量、常量等因素，供应商库存等带有方框的变量为水平变量，供应商到货量等样式的变量为速率变量，供应商库存偏差等样式的变量为辅助变量，综合考虑实际情况，供应商库存补充周期为常量。

1.4 模型相关方程建立。系统流图构建完成之后，需要在VENSIM软件中为各个变量添加方程，从而更加明确地表示变量之间的关系。本文的模型主要包含了以下四种函数[5]：（1）INTEG函数：用于水平变量的表达式中，是计算变量在一定时间内累积值的函数。（2）逻辑函数：表达式为IF THEN ELSE（cond， onture， onfalse），表示了cond， onture， onfalse三个表达式或常数之间的逻辑关系。（3）随机函数：表达式为RANDOM UNIFORMmin， max， seed，表示变量在一定范围内进行随机变化，由于灾害发生都是突然的，所以应急物资的需求量是随机变化的，故需要引入此变量。（4）延迟函数：表达式为DELAYFIXEDin， dtime， init。它表示供应商发货到省中心库途中的物流延迟。

2 模型仿真与分析

在进行模型仿真之前需要对其进行量纲一致性检验和极端情况检验，本文开始建立模型时就对量纲进行了仔细的检查，保证了其量纲的一致性，并通过VENSIM软件完成了对模型的极端情况检验。

以A省电力公司的应急物资储备库为例，选取抢修塔作为研究对象，为了使量纲一致性统一，将所有的单位都设置为元，根据应急物资的历史数据，设2015年抢修塔在省中心库的库存为42万元，供应商处的库存为42万元，2015年出库金额为125万元，省中心库的订货周期为2个月一次，到货延迟为1个月，如遇紧急情况库存不足需要进行紧急采购，运行结果如图3所示，在第2个月时供应商库存出现了明显的负数，发生了缺货的危险。这时候，需要增加库存量，因为应急物资最重要的就是速度，而直接从仓库调运物资要比从供应商处调运快得多，所以调整应急物资储备库的物资储备金额为100万元，供应商处的库存金额为120万元，运行结果如图4所示，应急物资储备库和供应商处的库存量都没有出现负值，证明储备量可以应对应急情况的需要，并且略有盈余。除此之外，还可以改变到货延迟时间，通过研究到货延迟时间的合理范围3 小 结

随著社会的快速发展，人们对电力的依赖程度越来越高，对电力可靠性的要求也随之增加，这对快速复电的实现以及稳定电力服务的提供又增加了新的挑战。电力应急物资储备在灾情发生时对抢修工作的进行起到至关重要的作用，所以需要提高对应急物资储备量预测的准确性，减小应急物资的到货延迟时间，省中心库要加强与上游供应商及下游市级周转库和县级仓储点的沟通，做到信息共享，保证应急物资的储备与供应。

参考文献：

[1] 尚敬福，张瑜，张建华. 电力应急物资联合储备管理系统设计[J]. 能源技术经济，2010（6）：57-60，65.

[2] 张永领. 基于层次分析法的应急物资储备方式研究[J]. 灾害学，2011（3）：120-125.

[3] 高彦龙，唐嘉婷，闫阳，等. 电力应急物资分类储备管理研究[J]. 科技创新导报，2014（34）：165-166.

[4] 陈文佳，穆东. 基于系统动力学的配送中心仓储系统研究[J]. 北京交通大学学报（社会科学版），2008（1）：27-32.

[5] 王其藩. 系统动力学[M]. 上海：上海财经大学出版社，2009.endprint