基于SD的制造业供应链突发事故的应急管理模型研究

刘晓伟，刘燚然

基于SD的制造业供应链突发事故的应急管理模型研究

刘晓伟，刘燚然

（辽宁工业大学 经济管理学院，辽宁 锦州 121001）

供应链系统出现突发事故，会严重影响供应链各个节点企业原定目标的实现。突发事故的出现给制造业企业的应急管理实施增添了难度。以不确定条件下的突发事件为背景，构建了制造业供应链突发事故的应急管理模型，使用Vensim PLE软件对该模型执行仿真模拟。研究发现，人员监管、流程规范、技术设备对应急管理建设十分重要，并就制造业供应链的应急管理建设提出相关建议。

制造业供应链；应急管理；系统动力学

现代社会中制造业这一领域在世界经济和国民经济中发挥着重要作用。据工信部报道，我国制造业大国地位进一步巩固，连续11年位居世界第一位，制造业对国家经济的影响越来越大，新型数字化发展的快车道上，制造业数字化转型速度正在提升。制造业企业依赖于对市场的快速响应，确保产品能够及时并准确无误地送到最终顾客的手上，不但要从产品本身的质量上使消费者满意，而且要从配送服务等方面上得到消费者最大程度的认可。然而，供应链作为一个整体系统存在，面临着内部和外部存在的双重多样动态化因素干扰，这些诱因具有隐藏性、破坏性、快速性等特点，突发事件时有发生。

我国是世界上工业体系最完善的国家，制造业的门类广泛，近40%以上的产品产量位居世界榜首，制造业企业的规模和数量依然在不断增加。在制造业供应链的运作过程中，风险发生的可能性难以把握，不确定性会随之增加，突发事故发生的随机性更难以预测。由于突发事故的一系列特征，一旦发生，不仅会阻碍供应链目标的实现，而且会对整个供应链系统的“企业共同体”产生不可估计的损失。

本文在前人研究的模型基础上，提出基于系统动力学的制造业供应链突发事故的应急管理模型，对系统内的因素进行相关影响分析，通过控制变量法，来观测人员监管、流程规范、技术设备这3个变量对整个应急管理系统的影响变化情况，并对制造业供应链的应急管理建设提出相关建议。

1 文献综述

对供应链的应急管理研究中，诸多学者的研究视角和方法较为广泛，随着经济社会的发展，供应链中对于突发事件该如何应对的研究也逐渐热门起来。

马雪松等[1]将顾客的行为这一因素考虑进去，构建了服务供应链的应急管理模型，在契约协调方面，完善了服务供应链的应急策略；王彦伟等[2]通过数值算例仿真分析模拟验证其模型策略应对供应链突发事件是有效的；郭杰群[3]借鉴美国的经验，对应急供应链管理机制的设置进行了深入研究，对我国公共卫生突发事件的应对提出建议。将供应链管理与应急管理的知识结合到了一起，提出针对突发事件的应急管理，除了需要有一个完善的应急框架，还需要在责任分配上进行精细化处理等多项工作；阮晓华等[4]从系统的角度，探究基层政府这一角色在应急物资管理中存在的问题，分析了应急物资供应管理中的一些特定问题；孙丹丹等[5]面对突发事件干扰需求和成本扰动的2种情况，构建了闭环供应链的应急管理模型，主要对3类回收系统的应急决策进行分析和提出策略；刘徉希[6]以突发事件和区块链技术发展为背景，对快消品应急物流的发展模式及策略展开研究，从不同的方面提出了区块链发展的策略和区块链技术应用于快消品应急物流的发展建议，有利于快消品行业能够有效地应对突发事件；姜婷等[7]以供应链中断风险的概念为起点，构建了由7种能力组成的面向供应链中断风险应急能力图谱，并完善了如何提升供应链中断应急能力的研究；程扬等[8]通过研究探索应急物流供应链的定义和特点，相应地建立应急物流供应链模型和提出政策性意见，以期及时有效地应对突发事件；李宁[9]构建公共卫生突发事件下应急供应链框架，将协同管理的方式设置为应急供应链管理的主要方法，协同管理的管理方式对于解决应急物资供应中可能发生的不匹配现象具有重要意义；张塽等[10]以佛山市重大突发事件为背景，研究了应急供应链管理体系建设问题，并对理论体系进行了梳理，在“十四五”规划制定的大背景下就应急供应链管理体系建设工作提出相应的对策。

目前学术界研究供应链的应急管理文献比较丰富，供应链研究一直是一个热点话题，对应急供应链的研究方法和视角也在不断创新中，对于不同条件下不同类型供应链所面对的风险问题展开的应急管理研究逐渐趋于多样化。然而将系统动力学（SD）方法应用于制造业供应链应急管理模型的研究较少，制造业供应链运作流程作为一个动态变化系统，通过SD仿真可以直观反映出系统内各变量变动情况，利用SD理论来研究供应链应急管理系统模型，有助于系统分析各变量水平不同时对制造业供应链的应急管理系统产生的影响。

2 相关概念及理论

2.1 制造业供应链

供应链是一个链状或网状结构，美国的供应链专家Robert和Nichols认为，供应链是从简单的原料采集活动开始，到复杂的生产流程，直至交付产成品到目标客户手上的整个阶段，其中最主要涉及的是产品的流通过程和转化为价值品的过程；并且这一过程中涉及信息的流动和传送，信息在整个供应链上的传送可以是至上，也可以是至下。制造业企业在供应链上按照不同的生产性能充当的角色主要是供应商或制造商，如加工制造业企业充当的供应商角色是装备制造业企业的供应商，涉及对初始原材料进行简单加工后即可作为产品的原材料供给制造商使用的过程。制造业企业充当的制造商角色，就是厂家，负责利用原材料，通过产品设计等多种阶段成功生产出符合消费者喜好的产品。本文采纳这两位学者的理念，认为供应链上的企业相互依存，彼此协作，从生产商到最终的零售商，为了共同的目标，而积极合作，制造业供应链是一个互助共存的网链状结构。

2.2 应急管理

制造业供应链的应急管理属于复杂系统。其中，应急管理包含的管理活动涉及突发事故发生的先前准备和事后处理等过程。依据罗伯特·希斯提出的4R模型，本文将制造业供应链的应急管理活动划分为以下4个阶段[11]。

(1)应急预警阶段，对供应链运转期间可能发生的突发事故进行提前准备，分析所有可能发生事故的种类，得到各可能事故的处理方案，做到未雨绸缪。与此同时，注重和加强日常监管工作，确保各个节点和环节正常运转，减少突发事故的发生。

(2)应急准备阶段，供应链上各节点企业的日常管理的应急内容，基本可以满足应急准备阶段的工作。企业自身的应急管理关注的是企业内部，但供应链应急管理关注的是整个系统内外部。因此，制造业供应链的核心企业要发挥引导作用，与各节点企业建立供应链整体应急管理预案，完成细化责任落实等工作。

(3)应急响应阶段。作为应急管理的关键一环，应急响应针对突发事件的类型、破坏程度、发生突发事件的节点等，迅速做出应急决策，实施应急方案。通过采取调整生产计划、销售计划等方式，使应急措施落地，恢复制造业企业的正常运转进度。

(4)应急恢复阶段。当突发事件得到控制，各节点的企业逐步回到正轨，开展自己的职能属性活动，整个制造业供应链运转良好。通过保险理赔，行业救助等活动对被损伤的节点进行修整。

这4个阶段，是制造业供应链的应急管理的全过程，可能存在于供应链系统运行的任意时间段内。本文主要针对第3、第4阶段，对系统内的因素进行相关影响分析，观测重要变量变化对整个应急管理系统的影响变化情况。

3 制造业供应链突发事故的应急管理系统动力学模型构建

3.1 概念模型

通过文献阅读和资料收集，本文在程扬等[8]建立的应急物流供应链结构模型的基础上，构建制造业供应链突发事故的应急管理概念模型，见图1。

图1 制造业供应链突发事故的应急管理概念模型

为了方便操作，本文只设置2个相似组织群（供应商、采购商、零售商），搭建了一个高效、短链的网状结构系统。制造业供应链突发事件的应急管理系统动力学模型主要由物资仓储子系统、信息交换子系统和应急调配子系统3个部分组成。其中，物资仓储子系统主要用于从原材料的供应到采购商的生产资料传递，加工生产为产品分销给零售商，最终传递给目标客户群体的系统，主要涉及的是物品的储存和流通活动；信息交换子系统主要用于应对突发事件发生时，综合技术设备、流程规范、人员监督等因素搭建应急调配子系统和物资仓储子系统的信息交换桥梁，确保调配信息及时准确送达，是突发事件发生时，系统自身做出快速反应的重要系统；应急调配子系统是由多个应急物资配送中心组合而成的，能够支撑整个制造业供应链正常运转，发生突发事件时及时调整，确保损失能够降到最小。但是当应急调配系统的资源供需失衡时就会损失供应链的健康，因此务必保证信息交换子系统保持最佳状态。

3.2 因果关系图

因果关系图通过借助箭头的表达方式，进一步区分了系统内各要素间的相互关系，反映了系统内各要素间的影响关系。为了进行定量化研究，下文将根据前文已建的制造业供应链突发事故的应急管理概念模型图建立相应的系统动力学因果关系图，见图2。

图2 制造业供应链突发事故的应急管理系统因果关系图

图2中主要包含的因果回路共有8条，以下列出2条，进行解释：

(1)供应商2→采购商2→零售商2→最终顾客群→客户满意度→区域应急物资储备中心2→应急物资配送中心1

(2)供应商2→采购商2→零售商2→最终顾客群→客户满意度→区域应急物资储备中心1→应急物资配送中心1

供应商将原材料通过合同等契约或非契约方式按时供给采购商原材料，采购商获得原材料后利用机器将设计理念融入加工制造，生产出批量产品，通过供应链运作流程及时运送到各零售商处，零售商通过各种销售方式将产品发送给最终的使用顾客群体，顾客按期收到产品后，满意度会得到提升。客户的正面评价和高水平的满意度会促进区域应急物资储备中心的及时反馈，及时根据市场需求，调整应急物资储备量，有助于应急物资配送中心对突发事件发生后，有充足的物资和管理能力，向发生困难的节点进行配送和物资援助，储存原材料的应急仓库对供应商进行原材料物资调配等活动的正常运作，整个闭合回路属于正向影响关系，因素间产生相互促进的积极影响。

3.3 系统动力学流图

系统动力学流图借助直观的符号，使得系统的反馈机制和规律在图中一目了然，是进行量化研究和仿真实现的前提，是系统动力学的重要步骤之一。根据前文已建好的因果关系图，建立相应的流图，见图3。

3.4 系统动力学模型主要的结构方程式

根据前文对系统要素间关系的分析，设计各变量相应的系统结构方程式，即在SD仿真软件中的计算模拟方程。本文所建的制造业供应链突发事件的应急管理系统模型由28个变量组成，包括1个状态变量，1个速率变量，1个影子变量，25个辅助变量（含常量）。通过引入随机函数来刻画因素之间的影响关系，主要的结构方程式如下：

(1)供应商1=300+应急物资配送中心1×突发事件节点1

(2)采购商1=IF THEN ELSE(突发事件节点2<=0.4, 0.3×供应商1+0.7×供应商2, IF THEN ELSE(突发事件节点2>0.4:AND:突发事件节点2<0.8, 0.5×(0.3×供应商1+0.7×供应商2)+应急物资配送中心2×突发事件节点2, IF THEN ELSE(突发事件节点2>0.8, 突发事件节点2×应急物资配送中心2,供应商1+供应商2+应急物资配送中心2)))

(3)送达率=(零售商1+零售商2)/目标市场容量

(4)人员监管1=1

(5)人员监管2=RANDOM UNIFORM(0,1, 0.2)

(6)人员监管3=RANDOM UNIFORM(0,1, 0.2)

(7)零售商2=0.5*采购商1+0.5*采购商2+突发事件节点3*应急物资配送中心3

(8)区域应急物资储备中心1=IF THEN ELSE(突发事件节点2=1, 500+客户满意度，IF THEN ELSE(突发事件节点1=1, 300+客户满意度，IF THEN ELSE(突发事件节点1=1:AND:突发事件节点2=1, 800+客户满意度, 800)))

(9)客户满意度= INTEG (客户满意度增量, 0.1)

(10)客户满意度增量=送达率+应急物资配送中心3/目标市场容量

(11)应急物资配送中心1=1/3*人员监管1*区域应急物资储备中心1+1/3*技术设备1*区域应急物资储备中心1+1/3*流程规范1*区域应急物资储备中心1

(12)技术设备1=RANDOM UNIFORM( 0 , 1, 0.2)

(13)技术设备2=RANDOM UNIFORM( 0 , 1, 0.4)

(14)技术设备3=1

(15)流程规范1=RANDOM UNIFORM( 0 , 1, 0.2)

(16)流程规范2=1

(17)流程规范3=RANDOM UNIFORM( 0 , 1, 0.2)

(18)突发事件节点1=IF THEN ELSE(Time<=5,0,IF THEN ELSE(Time>5:AND:Time<8, 1, IF THEN ELSE(Time>=8, 0,1)))

图3 制造业供应链突发事故的应急管理系统流图

4 系统仿真结果及分析

SD方法适合分析制造业供应链突发事故的应急管理模型，该系统属于一个大型复杂动态系统。SD仿真方法注重与实际问题相结合，本文在学者提出的概念模型基础上，利用新的方法对模型进行研究，通过客观事实检验模型可靠性，在反复进行仿真运行的基础上发现问题、解决问题，最后通过模型发现变量间的影响关系，进行动态策略分析。

4.1 初始仿真结果及分析

按照前文的方程式设定进行制造业供应链突发事故的应急管理模型的初始仿真，设置仿真周期为0～24（单位：月），时间步长为1个月，得到各变量的初始仿真结果，这里只对结果进行说明。对于突发事件节点1、突发事件节点2、突发事件节点3变量，借鉴王宇奇等对随机扰动变量的设置，通过引进IF THEN ELSE函数，与时间变量共同来模拟特定事件段下的突发事件发生与否[12]，1代表突发事件的发生，0代表突发事件不发生。这里对突发事件的发生与否进行了主观上的设置，可以通过改变时间点的不同来模拟突发事件的发生情况，3个节点的方程式设置如前所述。

区域应急物资储备中心1和2的变化是在突发事件不发生时，物资保持原有库存水平，当突发事件发生时，就按照一定的关系向各个需要物资的节点调配物资，这时区域应急物资储备中心水平就呈现一定程度的下降趋势。

应急物资配送中心1、2、3是处于不同水平的配送水平，整体呈现波动状态，但是差别不大，这是正常的，这是由技术设备、流程规范、人员监管这3个变量的共同作用而成。而这3个变量的设置均为随机波动状态。客户满意度增量是考虑整个供应链系统的运作顺畅而得到的，客户满意度增量在不同时间段有大有小，客户满意度随着整个系统的良性运转而逐渐提升，这是符合常理的，通过以上分析，说明模型总体处于可接受状态。

4.2 改变人员监管变量的仿真结果及分析

技术设备、流程规范、人员监管这3个变量，分不同的组别对不同的应急物资配送中心产生影响，本文将变量的方程式主要设置为随机函数RANDOM UNIFORM(12)，1代表最小数值，2代表最大数值，代表种子数，根据不同的种子数将各变量的数值按随机分布设置为0到1之间的随机数。0代表水平较低，1代表水平较高。本模型里0～1是一个水平高低的区间范围。不同的是在第一组变量里，初始设置变量人员监管1的水平为1，是定值常数，其余为随机数；在第二组变量里，初始设置变量流程规范2的水平为1，是定值常数，其余为随机数；在第三组变量里，初始设置技术设备3的水平为1，是定值常数，其余为随机数。通过控制变量法，分析在改变不同定量值下，对该制造业供应链应急管理系统的影响。首先改变变量人员监管1的水平，分别令人员监管1=1（人员监管1，即初始仿真）；人员监管1=0.5（人员监管05）；人员监管1=0（人员监管0）。进行3次数值变化仿真：主要看不同水平下应急物资配送中心的变化情况和客户满意度的变化情况，仿真结果见图4和图5。

图4 应急物资配送中心变化情况a

图5 客户满意度变化情况a

在图4和图5中：当人员监管的水平=0时，应急物资配送中心1的水平处于最低；当人员监管的水平=0.5时，应急物资配送中心1的水平处于中间；当人员监管的水平=1时，应急物资配送中心1的水平处于最高；这说明随着人员监管水平的提高，应急物资配送中心的效率得到提升，两者之间是正相关关系，人员监管水平对应急物资配送中心产生正向影响。

当人员监管的水平=0时，客户满意的水平处于最低；当人员监管的水平=0.5时，客户满意度的水平处于中间；当人员监管的水平=1时，客户满意度的水平处于最高；应急物资配送中心1处于供应链前段，参与的是对原材料的配送等活动，所以在图5中人员监管水平对最终的客户满意度影响差别不大，但通过仿真的实时数据能够验证了三者的高低情况。这说明随着人员监管水平的提高，客户满意度得到提升，两者之间是正相关关系，人员监管水平对客户满意度产生积极的影响，这是对突发事件响应迅速，应急管理成效显著的必然结果。

4.3 改变流程规范变量仿真结果及分析

其次改变变量流程规范2的水平，将人员监管1的值恢复为1；分别令流程规范2=1（流程规范1，即初始仿真）；流程规范2=0.5（流程规范05）；流程规范2=0（流程规范0）。进行3次数值变化的仿真：结果见图6和图7，主要看不同水平下应急物资配送中心的变化情况和客户满意度的变化情况。

图6 应急物资配送中心变化情况b

图7 客户满意度变化情况b

图6和图7显示：当流程规范的水平=0时，应急物资配送中心2的水平处于最低；当流程规范的水平=0.5时，应急物资配送中心2的水平处于中间；当流程规范的水平=1时，应急物资配送中心2的水平处于最高；这说明随着流程规范水平的提高，应急物资配送中心的效率得到提升，两者之间是正相关关系，流程规范水平对应急物资配送中心产生积极的影响。

当流程规范的水平=0时，客户满意的水平处于最低；当流程规范的水平=0.5时，客户满意度的水平处于中间；当流程规范的水平=1时，客户满意度的水平处于最高；这说明随着流程规范水平的提高，客户满意度得到提升，两者之间是正相关关系，流程规范水平对客户满意度的影响是积极正向的。

4.4 改变技术设备变量仿真结果及分析

最后改变变量技术设备3的水平，将流程规范2的值恢复为1；分别令技术设备3=1（技术设备1，即初始仿真）；技术设备3=0.5（技术设备05）；技术设备3=0（技术设备0）。进行3次数值变化的仿真：主要看不同水平下应急物资配送中心的变化情况和客户满意度的变化情况，仿真结果如图8和图9所示。

图8 应急物资配送中心变化情况c

图9 客户满意度变化情况c

由图8和图9可以看到：当技术设备的水平=0时，应急物资配送中心3的水平处于最低；当技术设备的水平=0.5时，应急物资配送中心3的水平处于中间；当技术设备的水平=1时，应急物资配送中心3的水平处于最高；这说明随着技术设备水平的提高，应急物资配送中心的效率得到提升，两者之间是正相关关系，技术设备水平对应急物资配送中心产生积极的影响。

当技术设备的水平=0时，客户满意的水平处于最低；当技术设备的水平=0.5时，客户满意度的水平处于中间；当技术设备的水平=1时，客户满意度的水平处于最高；这说明随着技术设备水平的提高，客户满意度得到提升，两者之间是正相关关系，技术设备水平对客户满意度产生正向影响。

5 建议

通过模型仿真与结果分析，可以看出人员监管、流程规范、技术设备在制造业供应链突发事故的应急管理中发挥重要作用。促进三者在制造业供应链突发事故的应急管理中的建设已然十分迫切。

(1)提升人员监管水平，塑造行业应急人才。对于任何行业来说，都离不开人才。加强对人才的实战培养、能力培养以及道德培养；建立制造业供应链端人才共享机制，利用互联网平台共享高级人才，有利于减少制造业的人才成本；建立专家指导团队，通过专家指导团队进行实战演练，提高团队综合应急服务能力和人员监管素质。

(2)提升流程规范水平，提高供应链的韧性。流程规范的水平依靠于应急管理体系的建立和平时的培训演习。制造业供应链内部企业和供应链系统，均需要拥有比较完善的应急体系，建立快速的响应机制，时刻关注内外部的环境信息变化，迅速调整自身，提高供应链抗击风险的能力，增强自身的韧性，供应链的韧性来自于企业内部制度环境、文化环境等软因素，企业要在各方面重视应急管理工作。

(3)提升技术设备水平，推进数字化建设。数字化建设俨然成为各行业顺利发展的制胜法宝。推动数字化背景下的制造业应急物流管理系统建设，借助高科技手段及时收集和反馈信息，新基建与传统产业的融合就是一个很好的契机，加强大、中、小制造业企业间的业务融合功能，推动建设供应链发展大平台，通过一体化发展形成产业融合模式。将人工智能、互联网、物联网等高新技术应用于制造业，将行业内的高端要素进行综合聚集，全面提升技术设备水平。

[1] 马雪松, 陈荣秋. 基于公平关切和服务合作价值的服务供应链应急协调策略[J]. 控制与决策, 2017, 32(6): 1047-1056.

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[3] 郭杰群. 美国应急供应链管理机制的设置及对我国公共卫生突发事件应对的启示[J]. 供应链管理, 2020, 1(2): 12-21.

[4] 阮晓华, 孙德梅. 基层政府应急物资供应管理优化路径分析[J]. 物流技术, 2020, 39(2): 5-9.

[5] 孙丹丹, 李珂, 谢礼斌, 等. 需求和成本扰动下闭环供应链的应急决策及协调研究[J]. 山东大学学报: 理学版, 2020, 55(7): 88-102, 110.

[6] 刘徉希. 突发事件下区块链技术应用于快消品应急物流的发展模式及策略研究[J]. 商场现代化, 2021(9): 44-46.

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Research on Emergency Management Model of Manufacturing Supply Chain Accidents Based on SD

LIU Xiao-wei, LIU Yi-ran

（School of Economics and Management, Liaoning University of Technology, Jinzhou 121001, China）

Sudden accidents in the supply chain system will seriously affect the realization of the original objectives of each node enterprise in the supply chain. The emergence of sudden accidents adds difficulty to the implementation of emergency management in manufacturing enterprises. Taking the emergencies in uncertain conditions as the background, this study constructs the emergency management model of manufacturing supply chain emergencies, and uses Vensim PLE software to simulate the model. It shows that personnel supervision, process specification and technical equipment are very important for the construction of emergency management. Relevant suggestions are put forward on the construction of emergency management of manufacturing supply chain.

manufacturing supply chain; emergency management; system dynamics

10.15916/j.issn1674-3261.2022.03.012

TP311

A

1674-3261(2022)03-0197-07

2021-10-24

辽宁省社会科学规划基金项目(L20BGL005)

刘晓伟(1964-)，男，辽宁锦州人，教授，硕士。

责任编辑：刘亚兵