基于系统动力学的不同需求模式下供应链突发事件扩散机理研究

徐磊 朱科 彭金栓

中图分类号：F252   文献标识码：A

内容摘要：供应链突发事件的破坏性极大，为考察突发事件在不同供应链需求模式下的扩散影响程度，建立了由供应商、制造商和销售商组成的三级供应链系统动力学模型，通过数值仿真对比不同需求模式下突发事件的扩散过程与扩散程度等特征，明确供应链突发事件扩散的演化趋势。研究表明：当突发事件持续时间较短时，固定需求供应链的扩散时间更长，而随机需求供应链的扩散强度更大;当突发事件持续时间越长时，固定需求供应链受扩散影响更强烈。决策者在采取预防措施时，应根据供应链应急条件的充分程度以及对扩散强度与扩散时间的优先控制偏好，而选取不同的需求模式以减少供应链损失。

关键词：供应链   突发事件   扩散机理   系统动力学

引言与文献概述

突发事件的影响往往会沿着供应链条扩散给其他成员进而影响整个网络，轻则扰乱供应链的协调，重则使整个供应链断裂，甚至威胁到供应链上各成员的生存与发展。如能明确突发事件的扩散机理，则可制定有效的预防措施，避免造成更大损失。

目前国内对于供应链突发事件的研究主要集中在应急协调策略方面。于辉（2005、2006、2007）研究供应链契约形式，分别研究了不同的契约模型下供应链对突发事件的协调应对策略。盛方正（2008）研究在二级供应链中，供应商遇到突发事件时， 如何运用风险规避使用罚金合同协调供应链的问题。Zhang（2012）研究了由一个生产商和两个竞争零售商组成的供应链，在需求发生扰动时如何运用收益共享契约实现供应链协调。Cao（2012）构建了由一个生产商和n个零售商组成的供应链，运用收益共享契约机制对生产成本和需求同时扰动时的供应链进行协调。国外学者对供应链突发事件的研究大多以库存管理、生产管理及供应商的选择为重点。

Ulko（1997）分析了复杂供应链在供应链突发事件时的库存和生产管理策略，研究如何在两个不确定的供应商间确定订货量以及其对零售商库存策略的影响。Abboud（2001）建立生产存储系统模型，以机器故障的突发事件作为主要研究对象，分析供应商的成本函数，为供应链应急协调提供有效策略。Li（2007）以是否信息共享为研究对象，分析突发事件对供应链上各节点企业冲击造成的时间损失和成本损失，证明了信息共享对于缓解供应链突发事件影响具有的重要意义。Sawik（2014）分析供应链存在单源供应和多源供应两种情况时，对比分析了中断出现时的供应链成本与服务水平变化情况，为供应链如何决策提供有效依据。

供应链管理中有关扩散的研究主要集中于供应链风险扩散方面，突发事件扩散的研究较少。杜守梅（2008）将突发事件的扩散研究引入供应链领域，指出网状供应链扩散遵循最短路径原则，扩散时间与对企业各节点的最短影响时间有关，而链状供应链中的突发事件扩散则会导致原材料供给持续减少和需求持续增加、供应价格突然持续上升的情况。Acuna-Agost（2011）运用SAPI统計分析方法研究供应链风险传导的复杂性。Wierczek（2014）认为生产中断将给供应链造成如“滚雪球”般的影响，但是中断风险传导的强度可以被集成维度所减弱。

问题描述与模型假设

问题描述。供应链各节点企业之间通过复杂的网链相连接，突发事件的影响将通过网链扩散给供应链中的其他节点企业，破坏供应链系统中的各个子系统的正常运作。本文选取供应链各节点企业中普遍存在的库存和订单积压两个环节，作为分析供应链突发事件扩散模型的子系统。库存和订单积压两个子系统由于其敏感性较高能有效反映供应链突发事件的变化情况，通过供应链库存子系统和订单积压子系统的变化情况揭示供应链突发事件扩散的规律及特征。市场需求根据不同商品的特点分为两种模式：一种为固定需求，市场需求变动甚微，需求量可视为常量，销售商每一期以固定批量出货，销售量根据稳定的市场需求长期处于均衡状态;另一种为随机需求，市场需求量呈现出随机变动的趋势，销售商每一期发货数量都有所不同，销售商的销售数量具有不确定性。本文通过对市场的不同需求模式下供应链突发事件扩散影响行为的模拟仿真，研究突发事件的扩散强度和扩散时间等关键因素，为供应链突发事件应急决策提供依据。

模型假设。为了更好地再现供应链系统内部结构之间的相互关系以及运作流程的相关行为模式，本文提出的模型基本假设条件如下：一是供应链为简单三级供应链，包括供应商、制造商和销售商，且供应链中上一级库存量的确定依赖于对下一级订单的预测;二是假设突发事件发生在供应链上游的供应商处，由于某种突发状态导致供应商生产中断，中断时间分别设定为持续10周、15周、20周;三是供应链每一级节点为保证服务质量，设有一定的安全库存。

仿真分析

本文模拟供应商生产遭受突发事件，导致无法向制造商供货时，在供应商恢复时间分别为短期、中期和长期三种情景下，突发事件的影响向供应链下游扩散的情况。为比较不同需求模式的供应链受突发事件的影响程度，进行两组仿真实验：第一组模拟销售市场以每次50件商品的固定需求量向销售商订货的固定需求模式;第二组模拟销售市场根据实际需求情况变动以每次不同的订货量向销售商订货的随机需求模式。模拟供应商受突发事件影响无法供货的时间分别持续10周、15周和20周时，两种需求模式下突发事件对供应链各级节点的库存和订单积压影响情况。模型中各主要变量的初始值如表3所示。

（一）固定需求模式下突发事件扩散情况

在其它参数不变的条件下，市场以固定需求下达订单，模拟断货时间分别为0周、10周、15周和20周时供应链受突发事件影响的扩散情况。如图2-图5所示。从图2和图3看，受突发事件影响，供应中断时间持续10周时，上游库存有小幅波动，下游库存波动幅度不大。中断15周时，上游库存波动幅度变大，波动时间增长，下游库存波动幅度明显增大，受影响时间长于供应中断时间。中断20周的情况与15周相比，上游库存虽有更大变动但不及下游库存变化显著，下游库存波动持续时间和变波动幅度与15周相比要剧烈得多。从图4和图5看，中断持续10周时，上游订单积压有明显的波动，下游订单积压变动幅度不大。中断15周时，上游订单积压变动幅度增大，持续时间增长，下游订单积压变动幅度变大，但持续时间较短。中断20周时，上游订单积压变动幅度更大，持续时间更长，下游订单积压变动幅度急速增大，持续时间也更长。库存和订单积压变动情况说明，供应中断时间较短时，上游受突发事件影响较大，下游受扩散影响较小;当中断时间越长时，扩散到下游的影响更大。

（二）随机需求模式下突发事件扩散情况

在其它参数不变的条件下，市场以随机需求下达订单，模拟断货时间分别为0周、10周、15周和20周时突发事件影响的扩散情况。如图6-图9所示。从图6和图7看，供应中断10周时，上游库存出现明显波动，持续时间较长，下游库存波动幅度不大。中断15周时，上游库存波动持续时间增长，而下游库存波动幅度增大。中断20周时，下游库存的波动幅度和波动持续时间急剧扩大。从图8和图9看，两种模式的订单积压变动情况都反映出突发事件影响持续时间越长，对下游订单影响越大，扩散对下游的影响时间远远大于供应中断的时间。说明不论哪种供应链模式，突发事件产生的破坏时间越长对供应链形成的扩散效应都越剧烈。虽然两种需求模式都会受突发事件扩散效应的影响，但不同的需求模式下库存与订单积压所受影响的扩散强度和扩散时间各有不同。对比分析两种需求模式受到扩散影响的差异性，为寻求高效、高信度的供应链恢复性的方案提供依据。

（三）两种需求模式对比分析

短期对比。对比随机需求与固定需求两种模式，在突发事件导致的供应中断时间较短时，从订单积压变动情况看，影响在由供应商向制造商传递的一级扩散过程中，固定需求的供应链扩散强度大于随机需求，二者的扩散时间相当;突发事件的影响在从制造商继续向下游销售商迁移的二级扩散过程中，随机需求的扩散强度逐渐增强，而固定需求的扩散强度减弱，随机需求的扩散时间相对于固定需求有一个减弱的过程。从库存变动情况看，在突发事件影响由供应链上游的一级扩散向下游的二级扩散过程中，随机需求的扩散强度始终大于固定需求，而扩散时间方面随机需求却有一个弱化的过程。总体来看，在一级扩散过程中，随机需求与固定需求的扩散强度不确定，但扩散时间呈现出随机需求大于固定需求的状态;在二级扩散过程中，随机需求的扩散强度大于固定需求，而固定需求的扩散时间大于随机需求。说明当突发事件影响时间较短时，随机需求的扩散时间会逐渐缩短，固定需求的扩散强度会逐渐弱化，因此供应链可针对不同的影响结果选择对应的预防措施。

中期对比。随着突发事件影响的持续时间延长，从订单积压变动情况看，一级扩散过程中，固定需求的供应链扩散强度大于随机需求，随机需求的扩散时间大于固定需求;到了二级扩散过程，固定需求扩散强度依旧保持强势，但在扩散时间方面，随机需求的扩散时间相对于固定需求有明显缩短。从库存变动情况看，从供应链上游到下游，无论扩散强度还是扩散时间库存变动情况均与订单积压相同。总体来看，在一级扩散过程中，扩散强度方面是固定需求大于随机需求，扩散时间方面是随机需求大于固定需求;在二级扩散过程中，固定需求的扩散强度始终大于随机需求，而随机需求的扩散时间则有一个收敛过程。说明突发事件影响由上游向下游扩散的过程中固定需求的扩散程度增强了，当突发事件影响时间增长时，固定需求模式的供应链受突发事件影响更强烈。

长期对比。当突发事件影响的持续时间更长时，从订单积压变动情况看，一级扩散过程中，固定需求模式的供应链扩散时间长于随机需求，两者的扩散强度相当;到了二级扩散过程，不论是扩散强度还是扩散时间，固定需求都大于随机需求。从库存变动情况看，一级扩散过程中，随机需求下的扩散时间长于固定需求，两者的扩散强度相当;到了二级扩散过程，固定需求的扩散时间长于随机需求，扩散强度不变。总体来看，在一级扩散过程中，两种需求模式的扩散强度差异不大，扩散时间方面，订单积压与库存在两种模式中各不相同;在二级扩散过程中，固定需求的扩散强度与扩散时间都明显强于随机需求。说明在由上游向下游的扩散过程中，固定需求模式的供应链受突发事件影响更大。

结论

固定需求与随机需求的供应链，遭受突发事件影响的时间从短期到长期的过程中，其影响由供应商向制造商的一级扩散再到下游销售商的二级扩散过程都存在明显差异。短期内固定需求模式下的供应链受影响的时间更长，而随机需求模式下的供应链受到的影响强度更大;随着上游供应中断时间的不断延长，固定需求的供应链遭受突发事件影响的扩散强度和扩散时间都大于随机需求，说明固定需求供应链更易受突发事件扩散效应的影响。所以，在采取预防措施时，供应链可根据自身应急条件选择受扩散效应影响更小的需求模式进行发货以减少损失。如果上游企业应急条件优越能及时控制导致供应中断的突发事件，则应考虑供应链是偏重控制扩散强度还是扩散时间，如果重点在于减缓扩散强度则应采用固定需求模式，如果重点在于缩短扩散时间就应采用随机需求模式。如果應急条件不够充分导致突发事件影响时间较长时，为抑制其在供应链上的扩散效应可以选择随机需求模式。

参考文献：

1.于辉，陈剑，于刚.协调供应链如何应对突发事件[J].系统工程理论与实践，2005，25（7）

2.于辉，陈剑，于刚.回购契约下供应链对突发事件的协调应对[J].系统工理论与实践，2005，25（8）

3.于辉，陈剑，于刚.批发价契约下的供应链应对突发事件[J].系统工程理论与实践，2006，26（8）

4.于辉，陈剑.需求依赖于价格的供应链应对突发事件[J].系统工程理论与实践，2007，27（3）

5.盛方正，季建华.基于风险规避的供应链突发事件管理[J].工业工程与管理，2008，13（3）

6.杜守梅.供应链突发事件扩散机理研究[D].上海交通大学，2008