基于系统动力学的白酒智能化酿造综合效益分析——以汾酒智能化酿造为例

杨 波

（山西杏花村汾酒集团有限责任公司，山西 汾阳 032205）

当前，白酒行业中部分白酒生产企业在加压蒸粮、固态培菌、控温糖化、低温槽车发酵及机械上甑蒸馏等原酒生产环节中研发新技术，实现了酿造过程的智能化和信息化的有效融合，原料全程不沾地、不与操作人员接触，减轻了员工的劳动强度，提高了生产效率，消除了人为因素对生产过程的影响，标志着白酒酿造告别传统作坊式生产，迈进工业化，并逐步实现了向智能化、自动化酿造生产模式的转变。然而以“白酒智能化酿造”、“白酒智能化酿造综合效益评价”等为检索词，对中国知网（Chinese national knowledgey ifrastructure，CNKI）全文数据库收录的北大中文核心期刊文章进行综合文献分析发现：一是大多数学者研究的重点都在白酒智能化生产设备研发上，认为设备研发成功就等于酿造效益大幅提升；二是一部分学者将白酒智能化酿造综合效益等同于经济效益，没有关注社会和环境因素，只是简单进行了经济效益评估[1]。本文通过分析影响白酒智能化酿造综合效益的经济、社会和环境三个子系统，并分析各子系统的影响因素，进而建立系统动力学模型。

1 系统动力学简介

系统动力学（system dynamics，SD）是一种以系统论、控制论、信息论为基础，通过运用计算机模拟技术来解决动态、高阶次、多回路、非线性复杂大系统问题的定量分析工具，其构建的系统动力学模型，强调描述系统结构，擅长处理非线性和有时变现象的系统问题，并可进行长期动态的模拟和仿真[2]。

运用系统动力学解决问题具有以下作用：

（1）处理数据不足的问题。当研究中出现数据不足或对数据无法具体量化的情况下，系统动力学可以依据因果关系、有限数据及建立合理的系统结构来进行推算分析，进而弥补数据不足，实现较为精准的预测。

（2）处理精度要求不高的复杂问题。不少系统由于描述方程为高阶非线性动态方程而无法求解，但系统动力学可借助计算机仿真技术进行模型计算。

（3）进行有条件的预测。系统动力学注重于不同条件下的结果，因此可依据条件的限制进行结果比较，进行有效预测[3]。

白酒智能化酿造综合效益评价涉及多种因素，往往会出现统计数据不足的情况，在进行综合效益评价时，通常会选择“有无对比”思路，相当于不同政策下的情景比较[4]。由此，运用系统动力学方法非常适合于进行白酒智能化酿造综合效益分析，它既能满足综合效益评价的范围和时间要求，又能克服评价中存在的现实困难。本文尝试基于系统动力学理论构建一种白酒智能化酿造综合效益评价模型。首先，分析白酒智能化酿造在经济、社会、环境三个方面效益的影响因素，然后分析归纳各因素间的关系和反馈机制，结合层次分析法确定权重，进而建立白酒智能化酿造综合效益评价模型。最后通过以该模型对汾酒智能化酿造进行分析验证，确定模型的有效性[5，6]。

2 白酒智能化酿造综合效益影响因素及其因果关系

2.1 白酒智能化酿造综合效益的影响因素

白酒智能化酿造具有投资金额大、建设周期长、酿造环境复杂等特点，要对白酒智能化酿造综合效益进行评估，就需要明确其影响因素，通过分析白酒智能化酿造环节和过程发现，白酒智能化酿造综合效益影响因素可以分为3类，包括经济子系统、社会子系统和环境子系统，各系统具有高阶次、非线性以及多重的反馈机制，共同结合形成复杂而开放的系统[7]。

2.2 白酒智能化酿造综合效益影响因素及因果关系

构建白酒智能化综合效益的系统动力学模型的基础是要分析出各个子系统及其影响因素间的关系，利用系统动力学反馈原理来绘制出因果循环图，如图1所示。

图1 白酒智能化酿造经济子系统Fig.1 Intelligent brewing economy subsystem of Baijiu

2.2.1 经济效益子系统

白酒智能化酿造经济效益主要影响因素有建设投资、运营成本、销售收入等因素。其中建设投资包括土建工程、设备采购、安装工程等；运营成本包括管理费用、生产费用、原辅材料投入、燃料动力费用、工资及福利费用、维修费用、资产折旧费、摊销费等；销售收入包括吨酒收入、酒糟及其他收入等[8]。

2.2.2 社会效益子系统

白酒智能化酿酒项目的实施，不仅能够辐射带动周边地区的原粮种植，实现农民增产增收，有利于推动脱贫致富，而且将有效带动全国白酒行业经济结构的调整，促进相关产业的健康发展，进而形成区域主导产业，优势产业，促进区域经济发展，如图2所示。

图2 白酒智能化酿造社会效益子系统Fig.2 Social benefit subsystem of intelligent Baijiu brewing

2.2.3 环境效益子系统

白酒智能化酿造能够有效减少废水排放量30%，水污染包括清洗地面产生的废水，生产设备的洗涤水，冲洗水含有的泥沙；能够减少燃气消耗30%，进而减少CO2的排放等，由于影响因素相对单一，这里不进行因果关系图划分。

3 白酒智能化酿造综合效益分析的系统动力学模型构建

3.1 白酒智能化酿造综合效益评价流程

在研究白酒智能化酿造综合效益影响因素因果关系的基础上，构建其综合效益评价的系统动力学模型。本文分别对经济、社会和环境三个子系统中各因素进行量化处理，具体量化采用回归分析法进行[9]。

综合效益受经济、社会和环境三个效益指数影响，通过采用相关专家对各因素重要关系的打分结果，采取层次分析法计算得到各效益指数中不同指数的权重，加权计算得到各类效益指数[10]。

综合效益=权重1×经济效益指数＋权重2×社会效益指数＋权重3×环境效益指数

3.2 仿真方程及说明

根据系统动力学原理，利用VENSIM软件进行仿真。以相关学者的研究和相关案例为基础，确定模型中各个系统中主要变量、方程和参数，运用随机正太分布函数、条件函数、随机函数、线性非线性函数、表函数进行仿真[11]。

在白酒智能化酿造综合效益分析系统动力学流图中，综合效益为最终输出值，经济效益指数、社会效益指数和环境效益指数中的变量为各年累积值，利用现有的公式方程设定和某些变量的量化，具体见表1。

表1 仿真方程及说明[12-13]Table 1 Simulation equation and explanation

4 系统动力学模型有效性检验及灵敏度分析

4.1 案例简介

某白酒企业智能化酿造开始于2015年，建设期为3年。建设期项目工程总投资129 640.5万元，其中自筹资金占比为40%，贷款年利息为5.6%，3年投资比例分别为50%、30%、20%。项目达产后，年均新增白酒产能60 000 t，新增销售收入336 000万元，新增酒糟及附属产品收入25 0770 t，新增收入9 000万元，年运营成本298 000万元（其中年新增经营成本285 082万元，年固定成本1 2918万元），新增利税67 926万元，新增税后利润28 413万元，投资回收期5.54年，投资利润率15%，财务内部收益率24.1%[14]。

智能化酿造需新增高粱141 500 t，豌豆15 000 t，大麦22000 t，辅料35000 t，年均原粮新增种植面积可达2 567 hm2，可直接新增解决本地农户104 000人，带动酒糟饲料加工、肉牛养殖、生态观光、农产品加工、包装印刷、物流运输等相关产业60亿元。

智能化酿造全年新增耗水量66万t，减少废水排量30%，新增耗电3 900万kW·h，新增蒸汽耗量42万t，全年综合能耗降低3%，节约生产用地面积70%[15]。

4.2 系统动力学模型的有效性检验与仿真分析

图3 白酒智能化酿造综合效益Fig.3 Comprehensive benefit of intelligent brewing of Baijiu

在项目建设期，项目投入资金大、项目风险成本高且项目无法运营，使得项目建设期综合效益接近为0，具体见图3。随着智能化酿造项目的正常运行，产生的白酒销售及酒糟及附属产品收益逐步增多，尤其是产生的社会效益也在成级数增长，项目的综合效益越来越高，但后期随着运营成本的增大，项目产生的综合效益增速会有所下降，斜率会逐渐平缓。因此，模型与事实基本吻合，证明模型是有效的。

4.3 系统动力学模型的灵敏度分析

灵敏分析主要是指某些参数变化对模型输出结果的影响程度。通过对白酒智能化酿造综合效益各影响因素进行灵敏度调试，可以得出白酒市场风险、运营成本增长率、原粮价格等对白酒智能化酿造综合效益的影响较大。

图4 市场风险、运营成本增长率、原粮价格变化对综合效益的营销Fig.4 Marketing of comprehensive benefit by market risk,growth rate of operating cost and change of raw grain price

（1）市场风险。本文假设原始市场风险系数为0.8，当市场风险系数降低20%时，白酒智能化酿造综合效益从第7年开始明显上升。为了进一步降低企业市场风险，一方面可以通过研发新产品来抵御风险，另一方面可以拓宽营销渠道，创新营销手段，进而抵御风险[16-17]。

（2）运营成本增长率。运营成本增长率受外部环境影响大，比如战争、大规模疾病爆发等不确定性，都能够营销运营成本。本文假设运营成本的增长率为5%，由于白酒智能化酿造建设周期较长，项目面临的不确定因素较多，当运营成本增长1%时，项目从第14年综合效益开始下降。所以应该在项目全周期内，及时进行数据预测，进而降低运营成本，提升综合效益[18-19]。

（3）原粮价格。原粮价格直接影响着白酒智能化酿造社会溢出效益。本文假设原粮价格变化率为10%，当原粮价格下降幅度降低15%时，白酒智能化酿造的社会效益将大幅下降。为了进一步推动原粮的大面积种植，一方面白酒企业应该制定原粮保护价格，进而保护农户利益；二是当地政府可以出台种植补贴政策，从政策上推动原粮种植及相关产业的规模化发展[20]。

5 结论及建议

本文主要通过运用系统动力学来从影响白酒智能化发展的三方面因素进行分析，进而构建出白酒智能化酿造综合效益分析的系统动力学模型，运用VENSIM软件对案例进行分析并得出相关结论。

就政府来说，原粮种植及相关产业的政策是影响白酒智能化酿造所产生社会效益的主要因素。政府应该积极出台相关鼓励政策，并形成“政府＋企业＋农户”产业发展模式，进而形成区域发展优势，带动农户脱贫致富。

就企业来说，市场外部风险和运营成本增长率是影响白酒智能化酿造的关键因素，企业要在市场拓展方面不断的推出新产品、新思路，形成市场进入壁垒，抵御外部风险；在管理上充分调动人员工作积极性，提升工作效率，在运营维护方面，要了解智能化设备问题，及时予以解决，避免不必要的损失，提升白酒生产效率。