基于系统动力学的乳制品冷链库存仿真分析

安 馗，徐建萍，汪 旭 （贵州大学 管理学院，贵州 贵阳 550000）

0 引言

全球各地每时每刻都在生产各式各样的商品，其中不乏在生产、运输、储存环节对温度要求极高的商品[1-3]。“冷链”是指利用各种设备组合，使商品在生产、运输、存储过程始终处于低温条件下，保证商品质量处于“健康”状态[4-6]。近年来，随着科学技术和人民生活品质的提高，我国的冷链技术有着突飞猛进的发展，包括产后商品处理技术、一体化冷链技术、温度检测技术、食品追溯技术、HACCP技术[7-9]等。在创新冷链技术的同时对新型的供应链模式也进行了不同程度的改善，实现“智能整合型”模式、“共同体”模式、“即时即控”模式、供应链“并联型”模式等不同模式方法。伍景琼等[10]综合了国内外冷链模式，创建了一种生鲜冷链派送新体系。Hsiao等[11]针对保质期较短的食物创建了易腐存储温度表。为了使冷链技术有更好的发展，就必须对整条供应链的运作过程加以控制，加大冷链设备的投入。积极引进第三方物流企业，实现冷链运输外包。最终形成供应链中商家利益增加，人民生活方便的良性循环[12]。

因此，本文对供应链的各个节点进行仿真分析，通过观测各节点中库存水平变化来判断供应链中是否存在牛鞭效应。针对乳制品易腐易变质的特点，通过模拟仿真，找出最适宜的温度控制，用于满足企业效益和产品质量的保障。

1 乳制品冷链库存的模型构建

系统动力学模型是一种动态的仿真模型，它可以表现出在不同的条件和时间状态下整个系统的动态变化，在冷链物流中，零售商、供应商和生产商的库存水平之间存在着因果循环的关系，每一次库存的波动必然是其他因素的变化所引起的。与此同时，冷链物流系统结构复杂，是由多个子系统以及多种外部因素共同构成的完整动态系统。在冷链物流系统中各种变量的改变均有系统内部因果反馈作用的结果。在冷链物流中同时存在着各种信息和物质的延迟，系统动力学模型正好可以表现出这种延迟的状态。

1.1 构建系统动力学模型的一般步骤

（1）确定研究的问题及主要变量；

（2）绘制整个系统的因果回路图；

（3）绘制系统动力学模型；

（4）输入所需的公式与数据；

（5）运行仿真模型并分析仿真结果。

1.2 系统分析

在乳制品冷链物流中，生产商的库存量是由供应链下游的生产信息以及生产订单决定的。供应商的库存量是由零售商销售情况和生产商的生产水平共同决定，零售商的库存水平亦如此。在冷链物流中由信息流、实物流及资金流三者作为整个系统之间的联系。图1为冷链物流的影响因素示意图。

图1 影响因素示意图

1.3 模型假设

（1）本模型只考虑供应链中生产商、供应商、零售商三者的库存变化，假定生产商在生产过程中无变质产品；

（2）零售商和供应商的库存都是由上级提供，同时也要考虑产品变质时对库存的清理；

（3）将供应商的订单量作为生产商的生产量，用于满足零售商对消费者的消费需求，同时又考虑到乳制品冷链的特点，将此过程中的产品变质考虑在内；

（4）本文只考虑在随机需求及温度变化下的库存变化；

（5）假设生产过程中生产水平及产品价格为静态变量，并且保持恒定。

1.4 系统动力学模型

此模型是在Vensim软件上完成的。建立了以生产商、供应商和零售商为基础的三级系统动力学模型，因果回路图如图2所示。

在整个供应链中为了防止大量资金积压在库存当中，各级商家都在用保持比较低的库存水平来降低库存成本。与此同时，又考虑到乳制品易腐易坏的特点，需要保持产品的新鲜程度，对仓库的设备要求比较高，所需要的库存成本也就随之增加。所以冷链系统的首要目标就是要降低库存水平和库存成本。对于生产商、供应商、零售商来说在供应链中都存在着延迟，生产商有生产延迟，供应商和零售商存在运输延迟，即在途库存。本文建立的系统动力学模型如图3所示。

图2 因果回路图

图3 系统动力学模型

1.5 参数及公式说明

1.5.1 参数说明

表1 参数说明

1.5.2 主要公式说明

2 系统仿真

此模型的系统仿真均在Vensim软件中完成，基本参数设置如下：Initial Time=0，Finial Time=200，Time Step=1。此系统仿真模型可真实地模拟出冷链物流的动态过程，以下对该仿真进行分析，找出冷链物流中存在的问题，为供应链的实际运行提供参照。

2.1 生产商、供应商、零售商三方库存变化

在整个仿真过程中随着时间的推移可以看到三方商家的库存变化情况如图4所示。

图4中零售商的库存水平一直处于稳定状态，并未随着时间的推移而发生明显的变化。供应商库存在前20周时库存属于基本稳定状态，随着时间的推移，供应商库存有小幅度的变化但总体来说还是跟零售商库存有一致趋势。生产商库存从一开始就出现了浮动，并且随着时间的变化，生产商库存变化幅度越来越大，最大时超出零售商库存两倍之多。

2.2 生产商、供应商、零售商三方订单变化

在整个仿真过程中随着时间的推移可以看到三方商家的订单变化情况如图5所示。

图4 库存对比

图5 订单对比

从图5可以看出，在时间轴上供应商和零售商的订单变化不大，基本保持在1 000千左右，生产商的生产需求在初期保持稳定，随着时间的推移。生产商的生产需求产生了较大的波动。

2.3 生产商、供应商、零售商三方销售预测

在整个仿真过程中随着时间的推移可以看到三方商家的销售预测情况如图6所示。

从图6可以看出，在整个供应链中三者的销售预测基本趋于稳定。只有生产商的生产预测有小幅变动。

图4至图6可以反映出供应链中零售商外、供应商、生产商的库存和订单与其销售预测均存在不同程度的偏差，由以上迹象表明该供应链中存在明显的牛鞭效应。

2.4 不同温度下零售商库存变质量

在其他参数不变的强况下，改变冷库温度-4℃，0℃，4℃输出结果如图7所示。

图6 销售预测对比

图7 零售商库存变质量

从图7中可以看出来温度越低零售商库存的变质量越低，这是因为温度的改变会影响乳制品的变质率。但从图中可以看出温度在变低的过程中，库存的变质量的变化在逐渐减少，为了降温成本以及考虑到乳制品的食用安全考虑（-4℃以下会影响乳酸菌活性），-4℃时变质量为最低水平。

3 结论

本文运用系统动力学原理，建立由零售商、供应商及生产商三者组成反馈关系，利用系统动力学软件Vensim进行仿真分析。模拟了乳制品冷链物流系统在随机需求模式下的表现，以及在不同温度与运作效率下的库存水平。

通过仿真结果发现，（1）可以反映出供应链中的除零售商外，供应商、生产商的库存和订单与其销售预测均存在不同程度的偏差，由以上迹象表明该供应链中存在明显的牛鞭效应。（2）温度会影响库存的变质量，温度越低变质量就越低，当冷库的温度在-4℃时为最佳温度。综合上述问题和发现，本文提出了几点改善该供应链的建议：

（1）缩短冷链的长度，取消冷链中的二级供应商；

（2）引进第三方物流，将冷链中的运输业务外包，提高整个供应链的专业化程度；

（3）在整条供应链中任何一个节点都必须保持信息的高度共享，杜绝信息孤岛；

（4）在不同的顾客需求条件下，各个节点都必须针对变化做出调整，降低乳制品到货的延迟期；

（5）在冷链中最重要的是对温度的调控，温度越低，库存的变质量也就随之变低，但在降低温度的同时也要考虑乳制品食用安全和产生的费用。在供应链终端的零售商应根据自身情况灵活变换温度。