供应链节点变化对牛鞭效应影响的系统动力学仿真研究

刘媛媛，等：供应链节点变化对牛鞭效应影响的系统动力学仿真研究

供应链节点变化对牛鞭效应影响的系统动力学仿真研究

ＳｙｓｔｅｍＤｙｎａｍｉｃｓＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ

ｔｈａｔＣｈａｎｇｉｎｇＳＣＮｏｄｅｓＩｍｐａｃｔｓｔｈｅＢｕｌｌｗｈｉｐＥｆｆｅｃｔ

刘媛媛，

王海燕

ＬＩＵＹｕａｎ－ｙｕａｎ，ＷＡＮＧＨａｌ－ｙａｎ

（东南大学经济管理学院，江苏南京２１００９６）

（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｃｏｎｏｍｉｃｓ＆Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ．ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅ瑚ｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９历Ｃｈｉｎａ）

【摘要】利用系统动力学专用软件ＶＥＮＳＩＭ，对“啤酒游戏”进行仿真分析。研究当供应链上节点增加时“牛鞭效应”的变化情况，比较了二级、三级、四级供应链各节点企监订货率的波动情况。结果表明供应链结构本身是造成“啤酒游戏”中“牛鞭效应”的内在原因。

【关键词】系统动力学；供应链；牛鞭效应；啤酒擦戏

增加“啤酒游戏”供应链中的节点企业数量，来研究供应链结构水平层次变化对牛鞭效应的影响。

２基本假设

本文使用的是系统动力学专用软件Ｖｅｎｓｉｍ

ＰＬＥ

【文章ｍＮ

【中豳分类弩］Ｆ２７４；Ｐ２２４【文献标识码ＩＡ

５．４版，通

ｈ００５－１５２Ｘ｛２００６）０６－０５０－０４

ＶＥＮＳＩＭ．Ｔｈｒｏｕｇｈ

过改变“啤酒游戏”供应链水平层次上节点企业的数目，建立二级供应链、三级供应链、四级供应链３个模型，研究供应链结构

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｂｅｅｒ群Ｅｌｌｌ；ｅｉｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｗｉｔｈｔｈｒｅｅｉｌｌｏｄｅ］ｓ，ｔｈｅｃｈａｎｇｅｓｏｆｂｕｌｌｗｈｉｐｅｆｆｅｃｔ

ａｓ

ｔｈｅＳＣｎｏｄｅｓｉｎｃｒｅａｓｅｉｓ

水平层次变化对牛鞭效应的影响。参数基本上根据原始模型设

定，有的根据仿真目的适当进行了改变。对原来游戏中的数据进行适当修改，如制造商没有产能限制、零售商不考虑缺货情况和顾客预定情况。现实生活中１个制造商下可能有几十个分销商和批发商，成百上千个零售商，因为本文只研究供应链水

ｓｔｕｄｉｅｄ，ｔｈｅｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ抽ｔｈｅｏｒｄｅｒ

ｒａｔｅｓ

ｏｆｔｈｅｍｅｍｂｅｒｓｏｆ２－ｌｅｖｅｌ－，

３－ｌｅｖｅｌａｎｄ４－ｌｅｖｅｌｓｕｐｐｌｙｅｈａｉｎｉｓｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｌｙａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓ

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ｄｙｎａｍｉｃｓ；ＳＣ；ｂｕｌｌ畦ｉｐ

ｅｆｆｅｃｔ；ｂｅｅｒｇａｍｅ一

平层次结构的变化，所以本模型进行了简化，即将他们分别看成一个个整体，模型中只存在１个制造商、１个分销商、１个批发商、１个零售商，安全库存量和库存量初值都是１２箱。

１

引言

“啤酒游戏”是上世纪６０年代南麻省理工学院Ｓｌｏａｎ管理

假设由于运输延时各节点企业收到上游企业２周前发来的货物（由于生产延时，制造商将２周前计划产量的货物变为库存）；由于订单延时各节点企业收到下游企业２周前下的订单（零售商不存在订单延时，直接获得的是本周市场需求率）。各节点企业根据接收的订单、上周的缺货量（若有）、本周刚收到的货物量和期初的库存量，发出货物，不足部分成为本周的缺货量。各节点企业采用的是安全库存订货模式，根据本企业库存调节情况、下游企业需求情况向上游企业发出本周的订单。

学院创建并发展起来的一种有关库存管理的策略游戏：无论是下游零售商、中游批发商还是上游制造商，起初是缺货，然后是货物积压，不断反复。从下游的零售商追溯到上游的制造商，库存量与缺货量幅度逐渐上涨，而消费者需求只是偶尔产生过一

个微小的变化，形象地反映ｆ＿｝＿：牛鞭效应的存在“。几十年来，虽

然游戏的参加者成千上万，但是游戏总是产生类似的结果，因此游戏产生恶劣结果的原因必定超ｍ个人因素，这些原因必定是藏在游戏本身的结构型“。

供应链中牛鞭效应产生的主要原因之一是客观上供应链本身结构的特性导致供应链末端的随机需求波动的传递增加…。马士华等把供应链的结构按链状和网状划分，本文只研究链状结构的供应链，以简化模型。从供应链长度的变化即不断一５０一

３二级供应链模型

先来研究最简单的二级供应链模型，即先不考虑啤酒游戏中的批发商和分销商，只有１个零售商和１个制造商。利用Ｖｅｎｓｉｍ软件画出系统流程图如图１所示。

供应链节点变化对牛鞭效应影响的系统动力学仿真研究

ＬｏｇｉｓｔｉｃｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

Ｎ０６，２００６物流技术２００６年第６期

位：箱／周。

ｆｌ铂铡遣商本震软货量＝ＩＮＴＥＧ

制造商期视库存量

（ｄｅ蛔ｌ（零售商订货率，２）一翩造商发货

率，０），单位：箱／周。它怒ｄｅｌａｙｌ（零售

商订货率，２）和制造商发货率的积分，初僵隽０。霾隽存在订攀延时，制造商

本周的发货率是根据剐收到的零售商２周前发出的订单确定，所以用ｄｅｌａｙｌ（零售商订货率，２）表示。

ｆ１５）铡造商发货率＝麓ｌＮ（翻造蔫

图１

二级供应链模型流图

期初库存鬣＋产出率，ｄｅｌ８ｙｌ（零售商

订货率，２）＋ｄｅｌａｙｌ（制造商本周缺货量，１）），单位：箱／周。表示当“制造商期初库存量＋产出率”大于等于“ｄｅｌａｙｌ（零蒜商订货率，

３。｛

参数定义及方程式说明

（１）市场需求率＝４＋ｓｔｅｐ（４，２０），单位：箱／周。啤酒市场的需

２）＋ｄｅｌａｙｌ制造商本髑疑货量，１）”辩，裁造商发货率为“ｄｅｌａｙｌ（零

售商订货率，２）＋ｄｅｌａｙｌ（制造商本周缺货量，１）”，即可满足本周收到的订单和上周的缺货。若小于，则制造商发货率为“制造商期

初库存最＋产出率”。

求变化用一个阶跃方程表示，２０周以前的市场需求率都是４箱／周，从第２０周开始突然上升列８箱／周，以后维持不变。

（２）零售裔麟寒痒存量＝ＩＮＴＥＧ（ｄｅｌａｙｌ涮造商发货率，２）一市

场销售率，１２），单位：箱。零售商期末库存量是一个水平变量，表

ｆ１６）生产需求率＝ｄｅｌａｙｌ（零售麓订货率，２》制造商库存调

节率，单位：箱／周。

示它是ｄｅｌａｙｌ（制造商发货率，２）和市场销售率的积分，初德是１２簇。因为有逡输延时存在，零售商本餍收翻豹货是制造商２

（１７）市场销售率＝ＭＩＮ（零售商期初库存量＋ｄｅｌａｙｌ（制造商

发货率，２），市场霉求攀），单位：箱，溺。

　耀｛；茸发壅酶货，所以尾一酚延遴方程ｄｅｌａｙｌ（静］遗商发货率，２）表

示。

３１２仿真结果分析

本仿真的时间范围是０—３００周，步长为０．１２５。上机仿真运行该模型主要输出结果如图２所示。

（３）产出率＝ｄｅｌａｙｌ（生产需求率，２），单位：箱／周。因为存在

生产延时，耩以囊裁造商决定生产到产出

胁。ｊ，；。÷，州ｊ。；一一一一

零售商期初库存量和零售商期末库存量相差ｌ周时间。

（６）制造商期初库存量＝ｄｅｌａｙｌ（制造商期末库存量，１），单

位：箱。

从图２可以看出，市场需求率只在第２０周发生了一次阶

跃变纯，及４籍／嚣变溺８箨／溪；褥零售商订货率秘生产需

求率都发生了波动，生产需求率振幅较大，零售商订货率波动相对缓和，大约在６０周后趋于稳定。

（７）零售商安全库存量＝１２，单位：箱。（８）零售商库存调节时间＝４，单位：周。

（９）零售商库存调节率＝（零售商安全库存蹙一零售商期末骞存量ｙ零售商艨存谖节时闻，单位：箱，溺。

（１０）制造商安全库存量＝１２，单位：箱。（１１）制造商库存调节时间＝４，单位：周。

（１２涮造商碡ｉ绺调节率＝（制造商安全库存量一索ｌ造商期来

４三级供应链模型

现在增加１个批发商，看看会有什么变化。利用Ｖｅｎｓｉｍ软件蘑窭系统滚程图蠲３赝示。

库存量ｙ麓造商滗存调节时阀，单位：箱，溺。

（１３）零售商订货率＝零售商库存调节率十市场需求率，单

供应链节点变化对牛鞭效应影响的系统动力学仿真研究

ＮＩＭ＝５

（爝蔫

刘媛媛，等：供应链节点变化对牛鞭效应影响的系统动力学仿真研究

（１０）批发商期末库存量＝ＩＮＴＥＧ

州造商节库存弋

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批发商拱妒３

／

张芦初弋

．．．．．．．．．．．．．．Ｊ【．．．．．．．．．．．．．．．一零售商期ｌ

（ｄｅｌａｙｌ（制造商发货率，２）一批发商发货率，１２），单位：箱。

（ｉ１）生产需求率＝ｄｅｌａｙｌ（：批发商订货

近赵８ｉ一赢

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发商舻甲蓖芒ｌ

批发商安／

全库存量／

＼ｒ礴墨！！焦穸＼㈩ＩＪ引１

束库存量蠹

率

率，２）＋制造商库存调节率，单位：箱，周。

（１２）制造商本周缺货量＝ＩＮＴＥＧ（ｄｅｌａｙｌｏｔ忧发商订货率，２）一制造商发货率，０），单位：箱／周。

（１３）制造商发货率＝ＭＩＮ（制造商

货之＼～～零“＼了

图３三级供应链模型流图

期初库存量＋产出率，ｄｅｌａｙｌ（批发商订货率，２）＋ｄｅｌａｙｌ（制造商本周缺货量，１）），单位：箱／周。

４．２仿真结果分析

４．１

参数定义及方程式说明

下面只列出新增加的变量和方程式，与二级供应链模型中

本仿真的时间范围是０～３００周，步长为０．１２５。上机仿真运行该模型主要输出结果如图４所示。

相同的参数和方程式不再说明。８箱，周

（１）零售商期末库存量＝ＩＮＴＥＧ（ｄｅｌａｙｌ（批发商发２０货率，２）一市场销售率，１２），单位：箱。由于增加了批发一商，此时零售商期末库存量是ｄｅｌａｙｌ（批发商发货率，２）２箱，周和市场销售率的积分，初值是１２箱。因为有运输延时

ｌｔｉｔＪｌｌｌ…‘

：馨徭

存在，零售商本周收到的货是批发商２周前发出的。箱，周货，所以用一阶延迟方程ｄｅｌａｙｌ（于比发商发货率，２）表示。

ｒ’、市场销售塞（２）市场销售率

霪售商苴日初库存暑零售商期初库存量

＋ｄｅｌａｙ１

善誓：署委嚣：０

銎釜需ｉ鏊罂舻需求率一

（批发商发货率，２），市场需求率），单位：箱／周。

（３）批发商安全库存量＝１２，单位：箱。（４）批发商库存调节时间＝４，单位：周。

（５）批发商库存调节率＝（批发商安全库存量一批发商期末库存量）／批发商库存调节时间，单位：箱，周。

（６）批发商本周缺货量＝ＩＮＴＥＧ（ｄｅｌａｙｌ（零售商订货率，２）一批发商发货率，０），单位：箱，周。批发商本周缺货量是ｄｅｌａｙｌ（零售商订货率，２）和批发商发货率的积分，初值为０。因为存在订单延时，批发商本周的发货率是根据刚收到的零售商２周前发出

从图４可以看出，市场需求率只在第２０周发生了一次阶跃变化，从４箱／周变到８箱／周；而零售商订货率、批发商订货率和生产需求率都发生了波动，生产需求率振幅最大，批发商订货率振幅次之，零售商订货率振幅最小。和二级供应链模型相比，增加批发商后波动时间延长，零售商订货率在６０周左右趋于稳定，而生产需求率和批发商订货率要到９０周后才趋于平衡。

＋二３＋—３—３，…３…＋一３十—一叶………十一一耩阍

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Ｉ；别ｔｌｆｉ”ｌｌ

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图４三级供应链模型中订货率趋势对比图

的订单确定，所以用ｄｅｌａｙｌ（零售商订货率，２）表示。

（７）批发商订货率＝ｄｅｌａｙｌ（零售商订货率，２）＋批发商库存调节率，单位：箱／周。

（８）批发商发货率＝ＭＩＮ（批发商期初库存量＋ｄｅｌａｙｌ（制造商发货率，２），ｄｅｌａｙｌ（零售商订货率，２）＋ｄｅｌａｙｌ（批发商本周缺货量，

５

四级供应链模型

再增加１个分销商，看看还会产生什么变化。利用Ｖ。ｎ。ｉｍ

软件画出系统流程图如图５所示。

＋ｄｅｌａｙｌ（制造商发货率，２）”大于等于“ｄｅｌａｙｌ（零售商订货率，２）＋ｄｅｌａｙｌ（批发商本周缺货量，１）”时，批发商发货率为“ｄｅｌａｙｌ（零售商订货率，２）＋ｄｅｌａｙｌ（批发商本周缺货量，１）”，即可满足本周收到的零售商订单和上周的欠货。若小于，则批发商发货率为“批发商期初库存量＋ｄｅｌａｙｌ（制造商发货率，２）”，即等于期初库存１量和本周刚接受到的制造商发货。

（９）批发商期初库存量＝ｄｅｌａｙｌ（批发商期末库存量，１），单位：箱。

图５四级供应链模型流图

一５２一

供应链节点变化对牛鞭效应影响的系统动力学仿真研究

ＬｏｇｉｓｔｉｃｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ№６．２００６

物流技术２００６年第６期

５。｛

参数定义及方程式说朗

下面只列出新增加的变量和方程式，与

二缀、三缀供应链模型审穗弱酶参数秘方程式不再说明。

ｆ１）分销商库存潺蒂时阗：４，单位：溺。（２）分销商安全库存挝＝１２，单位：箱。

２

箱箱箱簿箱

周周周穗餍

辕稽箱箱箱麓局周周周

（３）分销商库存调节率＝ｆ分销商安全库

存餐一分销商期末库存量），分销商库存调

市场需求率：ｎ㈣Ｉ

节时闯，单位：箱。

（４）分销商订货率＝ｄｅｌａｙｌ（批发商订货率，２）＋分销商库存调节率，单位：箱，周。

（５）分销商发货率＝ＭＩＮ（分销商期初库

搴誊商拜蹙率：㈣继

分销商订货辜：Ｏｍ，ｅｍ生产需求率：西“籼ｔ

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批发商汀货率 ｏｌＨ嘶

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豳６瓣级篌藏链模逛率订赞率趋势对眈圈

箱仆《柑，周

存量＋ｄｅｌａｙｌ（制造商发货率，２），ｄｅｌａｙｌ（孝圪发商订货率，２）

＋ｄｅｌａｙｌ（分销商本周缺货量，ｌ”，单位：箱，周。

是衡量｛菸应链效率裹低酶重簧指掭，议识并虽分掇牛鞭效应，

对于改进供应链的运行和构筑供应链的结构都有很大的帮助

（６）分销商本周缺货邋＝ＩＮＴＥＧ（ｄｅｌａｙｌ（批发商订贷率，２）一分

销商发货率，Ｏ），单位：箱／周。

“。通避建立系统动力学横墅模拟“啤滔游戏”避程，并铡蔫

Ｖｅｎｓｉｍ软件运行模型，仿真结果可以很直观地对比不同模型

（７）分销商期宋库存量＝ＩＮＴＥＧ（ｄｅｌａｙｔ（制造商发货率，２）一分

销商发货率，１２），单位：箱。

巾牛鞭效应变纯，说翳随着谈应链一ｔｚ节点念整的增搬，供应链中水平层次的参与者越多，信息被加工的次数就多，信息扭曲盼程度虢趣大，铁结构上增耱了牛鞭效应。本文没有考虑供应链结构的垂直规模上的变化，以后还将进一步全面研究供应链

结构对牛鞭效应的影响，考虑如何优纯供应链的结梅，势不同

（８）分销商期初库存量＝ｄｅｌａｙｌ（分销商期末库存量，１），单

位：箱。

（９）批发商发货率＝ＭＩＮ（批发商期初库存量＋ｄｅｌａｙｌ（分销商发货率，２），ｄｅｌａｙｌ（零侮商订货率，２）＋ｄｅｌａｙｌ（搅发鬻本周缺货

量，１）），单位：箱／闵。

ｆｌ谚批发商期末疼存量＝ＩＮＴＥＧ（ｄｅｌａｙｌ（分销齑发货率，２）一批发商发货率，１２），单位：箱。

企业选择结成供应链提供参考。

【参考文献】

［１］刘硗峰，宗蓓牮．物流运作中“啤酒游戏”的Ｍａｔｔａｂ仿囊［ｊ】，交遴运输工程学报，２００３，（３）：７３—７４．

ｆｌｌ溱ｌ造商本矮获货量＝ＩＮＴＥＧ（ｄｅｌａｙｌ（分销商订货率，２）～制造商发货率，０），单位：箱／周。

ｆｌ秘翘造袁发货率＝ＭＩＮ（簇造齑攒褪摩存量＋产塞率，

ｄｅｌａｙｌ（分销商订货率，２）＋ｄｅｌａｙｌ（制造商本周缺货量，１）），单位：箱，鼷。

［２］王其藩．系统动力学游订蔽）［麓】．ｊ￡寨：清肇大学出版社，１９９４．

［３］卢震，黄小原．具有不确定性镒求的供波链牛鞭效应的随机控制

［Ｊ］冻笼大擎学报ｆ鑫然科学黢），２００３，往４）：３９６．

Ｃ４］李一峰，宣慧玉，武红江．供应链中牛鞭效应的模拟研究［Ｊ］．物流科

技，２００２，ｆ２５１：１５．

（１３）生产需求率＝ｄｅｌａｙｌ（分销商订货率，２）＋制造商库存调节率，擎僚：箱，黉。

【作者簿余ｌ刘溪媛，女，东鸯大掌经济簧镤学院醭±疆究垡，舔究方

向：供应链与物流管理研究。

王海蒸（１９６６一），勇，东南大学系统王程雾｝究耩教授，主要从事供应链管理，系统工程等研究。

５．２仿真结果分析

本仿囊的时闷范围楚０～３００周，步长为０．１２５。上视仿真运行该模型主要输出结果如图６所示。

从图６可以蓿出，丽于又增加了１个分销商节点，从零售商订货率到生产需求率都发生了更大的波动，波动时间也比前

两个模型中更长。生产需求率振幅最大，分销商订货率振幅次

之，再次是批发商订货率振幅，零售商订货率振幅最小，大约在６０后趋予稳定。零售商订货率在８０周左右箱予稳定，批发商订货率在１２０周左右趋予稳定，丽生产需求率和分销商订货率

要到１３５周后才趋于平衡。

６结论

牛鞭效应是供应链筲理中一个非常普遍的现象，牛鞭效应

一５３一

供应链节点变化对牛鞭效应影响的系统动力学仿真研究

供应链节点变化对牛鞭效应影响的系统动力学仿真研究

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

刘媛媛， 王海燕， LIU Yuan-yuan， WANG Hai-yan东南大学,经济管理学院,江苏,南京,210096物流技术

LOGISTICS TECHNOLOGY2006(6)4次

参考文献(4条)

1.李一峰;宣慧玉;武红江 供应链中牛鞭效应的模拟研究[期刊论文]-物流科技 2002(25)

2.卢震;黄小原 具有不确定性需求的供应链牛鞭效应的随机控制[期刊论文]-东北大学学报(自然科学版) 2003(24)3.王其藩 系统动力学 1994

4.刘晓峰;宗蓓华 物流运作中"啤酒游戏"的Matlab仿真[期刊论文]-交通运输工程学报 2003(03)

引证文献(4条)

1.刘秋生.蒋国耀 基于系统动力学的供应链中牛鞭效应的研究[期刊论文]-中国管理信息化 2009(6)2.赵军.刘飞 案例研究——牛鞭效应的系统动力学分析[期刊论文]-物流科技 2009(4)3.吴隽.李杰.张莹 基于系统动力学的牛鞭效应仿真分析[期刊论文]-物流科技 2008(2)4.于晓霖.刘敬保 基于APIOBPCS模式VMI下牛鞭效应仿真研究[期刊论文]-管理科学 2007(6)

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