系統(tǒng)動力學與案例分析系統(tǒng)仿真

系統(tǒng)動力學SystemDynamics精選課件系統(tǒng)動力學開展歷程1系統(tǒng)動力學的原理2系統(tǒng)動力學分析問題的步驟3系統(tǒng)動力學根本概念45

系統(tǒng)動力學實際案例精選課件1.系統(tǒng)動力學開展歷程產(chǎn)生背景：

第二次世界大戰(zhàn)以后，隨著工業(yè)化的進程，某些國家的社會問題日趨嚴重，例如城市人口劇增、失業(yè)、環(huán)境污染、資源枯竭。這些問題范圍廣泛，關系復雜，因素眾多，具有如下三個特點：各問題之間有密切的關聯(lián)，而且往往存在矛盾的關系，例如經(jīng)濟增長與環(huán)境保護等。許多問題如投資效果、環(huán)境污染、信息傳遞等有較長的延遲，因此處理問題必須從動態(tài)而不是靜態(tài)的角度出發(fā)。許多問題中既存在如經(jīng)濟量那樣的定量的東西，又存在如價值觀念等偏于定性的東西。這就給問題的處理帶來很大的困難。精選課件1.系統(tǒng)動力學開展歷程Systemdynamicswascreatedduringthemid-1950sbyProfessorJayW.ForresteroftheMassachusettsInstituteofTechnology.精選課件1.系統(tǒng)動力學開展歷程J.W.Forrester等教授在系統(tǒng)動力學的主要成果：1958年發(fā)表著名論文?工業(yè)動力學——決策的一個重要突破口?，首次介紹工業(yè)動力學的概念與方法。1961年出版?工業(yè)動力學?(IndustrialDynamics)一書，該書代表了系統(tǒng)動力學的早期成果。1968年出版?系統(tǒng)原理?(PrinciplesofSystems)一書，論述了系統(tǒng)動力學的根本原理和方法。1969年出版?城市動力學?(UrbanDynamics)，研究波士頓市的各種問題。1971年進一步把研究對象擴大到世界范圍，出版?世界動力學?(WorldDynamics)一書，提出了“世界模型II〞。精選課件1.系統(tǒng)動力學開展歷程1972年他的學生梅多斯教授等出版了?增長的極限?(TheLimitstoGrowth)一書，提出了更為細致的“世界模型III〞。這個由羅馬俱樂部主持的世界模型的研究報告已被翻譯成34種語言，在世界上發(fā)行了600多萬冊。兩個世界模型在國際上引起強烈的反響。1972年Forrester領導MIT小組，在政府與企業(yè)的資助下花費10年的時間完成國家模型的研究，該模型揭示了美國與西方國家的經(jīng)濟長波的內在機制，成功解釋了美國70年代以來的通貨膨脹、失業(yè)率和實際利率同時增長的經(jīng)濟問題。(經(jīng)濟長波通常是指經(jīng)濟開展過程中存在的持續(xù)時間為50年左右的周期波動)精選課件1.系統(tǒng)動力學開展歷程系統(tǒng)動力學的開展過程大致可分為三個階段：1、系統(tǒng)動力學的誕生—20世紀50-60年代 由于SD這種方法早期研究對象是以企業(yè)為中心的工業(yè)系統(tǒng)，初名也就叫工業(yè)動力學。這階段主要是以福雷斯特教授在哈佛商業(yè)評論發(fā)表的?工業(yè)動力學?作為奠基之作，之后他又講述了系統(tǒng)動力學的方法論和原理，系統(tǒng)產(chǎn)生動態(tài)行為的根本原理。后來，以福雷斯特教授對城市的興衰問題進行深入的研究，提出了城市模型。精選課件1.系統(tǒng)動力學開展歷程2、系統(tǒng)動力學開展成熟—20世紀70-80年代這階段主要的標準性成果是系統(tǒng)動力學世界模型與美國國家模型的研究成功。這兩個模型的研究成功地解決了困擾經(jīng)濟學界長波問題，因此吸引了世界范圍內學者的關注，促進它在世界范圍內的傳播與開展,確立了在社會經(jīng)濟問題研究中的學科地位。精選課件1.系統(tǒng)動力學開展歷程3、系統(tǒng)動力學廣泛運用與傳播—20世紀90年代-至今在這一階段,SD在世界范圍內得到廣泛的傳播,其應用范圍更廣泛,并且獲得新的開展.系統(tǒng)動力學正加強與控制理論、系統(tǒng)科學、突變理論、耗散結構與分叉、結構穩(wěn)定性分析、靈敏度分析、統(tǒng)計分析、參數(shù)估計、最優(yōu)化技術應用、類屬結構研究、專家系統(tǒng)等方面的聯(lián)系。許多學者紛紛采用系統(tǒng)動力學方法來研究各自的社會經(jīng)濟問題，涉及到經(jīng)濟、能源、交通、環(huán)境、生態(tài)、生物、醫(yī)學、工業(yè)、城市等廣泛的領域。精選課件1.系統(tǒng)動力學開展歷程國內系統(tǒng)動力學開展狀況20世紀70年代末系統(tǒng)動力學引入我國，其中楊通誼，王其藩，許慶瑞，陶在樸，胡玉奎等專家學者是先驅和積極倡導者。二十多年來，系統(tǒng)動力學研究和應用在我國取得飛躍開展。我國成立國內系統(tǒng)動力學學會，國際系統(tǒng)動力學學會中國分會，主持了屢次國際系統(tǒng)動力學大會和有關會議。目前我國SD學者和研究人員在區(qū)域和城市規(guī)劃、企業(yè)管理、產(chǎn)業(yè)研究、科技管理、生態(tài)環(huán)保、海洋經(jīng)濟等應用研究領域都取得了巨大的成績。精選課件系統(tǒng)動力學開展歷程1系統(tǒng)動力學的原理2系統(tǒng)動力學分析問題的步驟3系統(tǒng)動力學根本概念45

系統(tǒng)動力學實際案例精選課件2.系統(tǒng)動力學的原理系統(tǒng)動力學是一門分析研究信息反響系統(tǒng)的學科。它是系統(tǒng)科學中的一個分支，是跨越自然科學和社會科學的橫向學科。系統(tǒng)動力學基于系統(tǒng)論，吸收控制論、信息論的精髓，是一門認識系統(tǒng)問題和解決系統(tǒng)問題交叉、綜合性的新學科。從系統(tǒng)方法論來說，系統(tǒng)動力學的方法是結構方法、功能方法和歷史方法的統(tǒng)一。精選課件2.系統(tǒng)動力學的原理

系統(tǒng)動力學是在系統(tǒng)論的根底上開展起來的，因此它包含著系統(tǒng)論的思想。系統(tǒng)動力學是以系統(tǒng)的結構決定著系統(tǒng)行為前提條件而展開研究的。它認為存在系統(tǒng)內的眾多變量在它們相互作用的反響環(huán)里有因果聯(lián)系。反響之間有系統(tǒng)的相互聯(lián)系，構成了該系統(tǒng)的結構，而正是這個結構成為系統(tǒng)行為的根本性決定因素。精選課件2.系統(tǒng)動力學的原理人們在求解問題時都是想獲得較優(yōu)的解決方案，能夠得到較優(yōu)的結果。所以系統(tǒng)動力學解決問題的過程實質上也是尋優(yōu)過程，來獲得較優(yōu)的系統(tǒng)功能。系統(tǒng)動力學強調系統(tǒng)的結構并從系統(tǒng)結構角度來分析系統(tǒng)的功能和行為，系統(tǒng)的結構決定了系統(tǒng)的行為。因此系統(tǒng)動力學是通過尋找系統(tǒng)的較優(yōu)結構，來獲得較優(yōu)的系統(tǒng)行為。精選課件2.系統(tǒng)動力學的原理系統(tǒng)動力學怎樣尋找較優(yōu)的結構？系統(tǒng)動力學把系統(tǒng)看成一個具有多重信息因果反響機制。因此系統(tǒng)動力學在經(jīng)過剖析系統(tǒng)，獲得深刻、豐富的信息之后建立起系統(tǒng)的因果關系反響圖，之后再轉變?yōu)橄到y(tǒng)流圖，建立系統(tǒng)動力學模型。最后通過仿真語言和仿真軟件對系統(tǒng)動力學模型進行計算機模擬，來完成對真實系統(tǒng)的結構進行仿真。通過上述過程完成了對系統(tǒng)結構的仿真，接下來就要尋找較優(yōu)的系統(tǒng)結構。精選課件2.系統(tǒng)動力學的原理尋找較優(yōu)的系統(tǒng)結構被稱作為政策分析或優(yōu)化，包括參數(shù)優(yōu)化、結構優(yōu)化、邊界優(yōu)化。參數(shù)優(yōu)化就是通過改變其中幾個比較敏感參數(shù)來改變系統(tǒng)結構來尋找較優(yōu)的系統(tǒng)行為。結構優(yōu)化是指主要增加或減少模型中的水平變量、速率變量來改變系統(tǒng)結構來獲得較優(yōu)的系統(tǒng)行為。邊界優(yōu)化是指系統(tǒng)邊界及邊界條件發(fā)生變化時引起系統(tǒng)結構變化來獲得較優(yōu)的系統(tǒng)行為。系統(tǒng)動力學就是通過計算機仿真技術來對系統(tǒng)結構進行仿真，尋找系統(tǒng)的較優(yōu)結構，以求得較優(yōu)的系統(tǒng)行為。精選課件2.系統(tǒng)動力學的原理系統(tǒng)動力學原理總結：系統(tǒng)動力學把系統(tǒng)的行為模式看成是由系統(tǒng)內部的信息反響機制決定的。通過建立系統(tǒng)動力學模型，利用DYNAMO仿真語言和Vensim軟件在計算機上實現(xiàn)對真實系統(tǒng)的仿真，可以研究系統(tǒng)的結構、功能和行為之間的動態(tài)關系，以便尋求較優(yōu)的系統(tǒng)結構和功能。精選課件系統(tǒng)動力學開展歷程1系統(tǒng)動力學的原理2系統(tǒng)動力學分析問題的步驟3系統(tǒng)動力學根本概念45

系統(tǒng)動力學實際案例精選課件3.系統(tǒng)動力學根本概念系統(tǒng)與反響：系統(tǒng):一個由相互區(qū)別、相互作用的各局部(即單元或要素)有機地聯(lián)結在一起，為同一目的完成某種功能的集合體。

反響:系統(tǒng)內同一單元或同一子塊其輸出與輸入間的關系。對整個系統(tǒng)而言，“反響〞那么指系統(tǒng)輸出與來自外部環(huán)境的輸入的關系。精選課件3.系統(tǒng)動力學根本概念反響系統(tǒng)：反響系統(tǒng)就是包含有反響環(huán)節(jié)與其作用的系統(tǒng)。它要受系統(tǒng)本身的歷史行為的影響，把歷史行為的后果回授給系統(tǒng)本身，以影響未來的行為。如庫存訂貨控制系統(tǒng)。反響回路：反響回路就是由一系列的因果與相互作用鏈組成的閉合回路或者說是由信息與動作構成的閉合路徑。精選課件3.系統(tǒng)動力學根本概念因果回路圖(CLD):表示系統(tǒng)反響結構的重要工具，因果圖包含多個變量，變量之間由標出因果關系的箭頭所連接。變量是由因果鏈所聯(lián)系，因果鏈由箭頭所表示。因果鏈極性：每條因果鏈都具有極性，或者為正(+)或者為負〔-〕。極性是指當箭尾端變量變化時，箭頭端變量會如何變化。極性為正是指兩個變量的變化趨勢相同，極性為負指兩個變量的變化趨勢相反。期望水位水位差決定添水斟水速率杯中水位++-++精選課件3.系統(tǒng)動力學根本概念反響回路的極性：反響回路的極性取決于回路中各因果鏈符號?；芈窐O性也分為正反響和負反響，正反響回路的作用是使回路中變量的偏離增強，而負反響回路那么力圖控制回路的變量趨于穩(wěn)定。確定回路極性的方法假設反響回路包含偶數(shù)個負的因果鏈，那么其極性為正；假設反響回路包含奇數(shù)個負的因果鏈，那么其極性為負。精選課件3.系統(tǒng)動力學根本概念系統(tǒng)流圖：表示反響回路中的各水平變量和各速率變量相互聯(lián)系形式及反響系統(tǒng)中各回路之間互連關系的圖示模型。水平變量：也被稱作狀態(tài)變量或流量，代表事物(包括物質和非物質的)的積累。其數(shù)值大小是表示某一系統(tǒng)變量在某一特定時刻的狀況?？梢哉f是系統(tǒng)過去累積的結果，它是流入率與流出率的凈差額。它必須由速率變量的作用才能由某一個數(shù)值狀態(tài)改變另一數(shù)值狀態(tài)。速率變量：又稱變化率，隨著時間的推移，使水平變量的值增加或減少。速率變量表示某個水平變量變化的快慢。精選課件3.系統(tǒng)動力學根本概念水平變量和速率變量的符號標識：

水平變量用矩形表示，具體符號中應包括有描述輸入與輸出流速率的流線、變量名稱等。速率變量用閥門符號表示，應包括變量名稱、速率變量控制的流的流線和其所依賴的信息輸入量。

精選課件3.系統(tǒng)動力學根本概念延遲：延遲現(xiàn)象在系統(tǒng)內無處不在。如貨物需要運輸，決策需要時間。延遲會對系統(tǒng)的行為有很大的影響，因此必須要刻畫延遲機制。延遲包括物質延遲與信息延遲。系統(tǒng)動力學通過延遲函數(shù)來刻畫延遲現(xiàn)象。如物質延遲中DELAY1，DELAY3函數(shù)；信息延遲的DLINF3函數(shù)。平滑：平滑是指從信息中排除隨機因素，找出事物的真實的趨勢，如一般決策者不會直接根據(jù)銷售信息制定決策，而是對銷售信息求出一段時間內的平均值。系統(tǒng)動力學提供SMOOTH函數(shù)來表示平滑。

精選課件3.系統(tǒng)動力學根本概念系統(tǒng)動力學一個突出的優(yōu)點在于它能處理高階次、非線性、多重反響復雜時變系統(tǒng)的問題。高階次：系統(tǒng)階數(shù)在四階或五階以上者稱為高階次系統(tǒng)。典型的社會一經(jīng)濟系統(tǒng)的系統(tǒng)動力學模型階數(shù)那么約在十至數(shù)百之間。如美國國家模型的階數(shù)在兩百以上。多重回路：復雜系統(tǒng)內部相互作用的回路數(shù)目一般在三個或四個以上。諸回路中通常存在一個或一個以上起主導作用的回路，稱為主回路。主回路的性質主要地決定了系統(tǒng)內部反響結構的性質及其相應的系統(tǒng)動態(tài)行為的特性，精選課件3.系統(tǒng)動力學根本概念而且，主回路并非固定不變，它們往在在諸回路之間隨時間而轉移，結果導致變化多端的系統(tǒng)動態(tài)行為。非線性：線性指量與量之間按比例、成直線的關系，在空間和時間上代表規(guī)那么和光滑的運動；而非線性那么指不按比例、不成直線的關系，代表不規(guī)那么的運動和突變。線性關系是互不相干的獨立關系，而非線性那么是相互作用，而正是這種相互作用，使得整體不再是簡單地等于局部之和，而可能出現(xiàn)不同于“線性疊加〞的增益或虧損。實際生活中的過程與系統(tǒng)幾乎毫無例外地帶有非線性的特征。正是這些非線性關系的耦合導致主回路轉移，系統(tǒng)表現(xiàn)出多變的動態(tài)行為。精選課件系統(tǒng)動力學開展歷程1系統(tǒng)動力學的原理2系統(tǒng)動力學分析問題的步驟3系統(tǒng)動力學根本概念45

系統(tǒng)動力學實際案例精選課件4.系統(tǒng)動力學分析問題的步驟問題的識別。確定系統(tǒng)邊界，即系統(tǒng)分析涉及的對象和范圍。建立因果關系圖和流圖。寫出系統(tǒng)動力學方程。進行仿真試驗和計算等〔Vensim軟件〕。比較與評價、政策分析。尋找最優(yōu)的系統(tǒng)行為。詳細步驟和過程可以參考王其藩?系統(tǒng)動力學建模綜述?精選課件4.系統(tǒng)動力學分析問題的步驟系統(tǒng)動力學過程圖問題的識別因果關系圖確定系統(tǒng)邊界系統(tǒng)流圖仿真實現(xiàn)政策分析精選課件系統(tǒng)動力學開展歷程1系統(tǒng)動力學的原理2系統(tǒng)動力學分析問題的步驟3系統(tǒng)動力學根本概念45

系統(tǒng)動力學實際案例精選課件5.系統(tǒng)動力學實際案例兩個案例1.企業(yè)成長與投資缺乏基模。2.主要研究供給鏈中牛鞭效應精選課件5.1企業(yè)成長與投資缺乏案例案例背景:S公司是一家高科技公司，因為有一項能產(chǎn)業(yè)化的科技創(chuàng)新成果而創(chuàng)業(yè)，且一開始便以流星般的速度成長。因為銷售業(yè)績太好，以致積欠交貨的訂單在第2年就開始越積越多，于是管理層決定擴大產(chǎn)量，但是這需要時間；與此同時使原先對顧客允諾的交貨期一再拖延，但領導層認為，企業(yè)的產(chǎn)品功能是無法替代，顧客能夠接受交貨期的延長。同時為了繼續(xù)能使公司開展增長，他們將收入的大局部直接投入營銷，到第3年公司銷售人員增加了一倍。但是，到了第3年年末開始出現(xiàn)困境，而第4年銷售業(yè)績出現(xiàn)危機。雖然企業(yè)雇用了更多的銷售人員和新裝置，但是銷售速度反而下滑。于是企業(yè)的注意力又是集中營銷：提高銷售獎額、增加特別折扣和新的促銷廣告，跟著情況一時好轉，但是很快困境再度出現(xiàn)；于是再進一步加強營銷，如此循環(huán)如圖的變化形態(tài)，雖然有小幅度而間歇性的成長，但是企業(yè)從來沒發(fā)揮它真正的潛力。精選課件5.1企業(yè)成長與投資缺乏案例問題分析：公司開始成長十分迅速，但后面成長逐漸慢下來到達困境。之后采取強化措施，有幾次周期性的改善，但是公司整體仍趨于惡化。不過市場對公司產(chǎn)品需求仍然很強勁，而且沒什么重大的競爭對手，那么為什么出現(xiàn)這種振蕩試開展？怎樣才能改善公司的成長，使得以指數(shù)方式增長。第3年第6年第10年營業(yè)收入S公司營業(yè)收入變化形態(tài)精選課件5.1企業(yè)成長與投資缺乏案例系統(tǒng)邊界確實定：劃定系統(tǒng)邊界應根據(jù)建模目的，把那些與所研究的問題關系密切的重要變量劃入系統(tǒng)邊界內。在此案例中，我們主要關注企業(yè)成長問題，研究影響企業(yè)營業(yè)收入的因素。根據(jù)案例介紹因此我們將僅僅研究企業(yè)的生產(chǎn)、市場、銷售部門。不涉及其他部門，競爭對手等等。因果關系圖：在確定系統(tǒng)邊界，并設定了系統(tǒng)變量以后，就應該在詳細分析系統(tǒng)內部結構的根底上，找出反映系統(tǒng)動態(tài)行為的主要變量之間的因果關系，繪制因果關系圖。這一步也是系統(tǒng)動力學建模的關鍵所在。精選課件5.1企業(yè)成長與投資缺乏案例1.首先我們主要研究企業(yè)的營業(yè)收入，那么考慮什么在影響它。營業(yè)收入嚴重依賴企業(yè)銷售人員所取得的訂單數(shù)量，那么訂單數(shù)目和營業(yè)收入是正反響的，而銷售人員的規(guī)模和訂單數(shù)目是正反響，營業(yè)收入和銷售人員的規(guī)模是正反響，因此它們組成一個正反響回路。精選課件5.1企業(yè)成長與投資缺乏案例2.如果公司僅存在第一步的正反響回路，那么營業(yè)收入應該按指數(shù)方式增長，這樣實際情況不符，所以還應該存在阻礙營業(yè)收入增長的負反響回路。公司銷售業(yè)績太好，但是產(chǎn)能跟不上，所以存在很多積壓的訂單，導致交貨期太長。因此這樣影響到公司的聲譽，使得銷售變得困難，所獲得的訂單量會減少，從而導致營業(yè)收入的下滑。這就存在一條負反響回路，同時交貨期對銷售的影響不會立刻顯現(xiàn)，會存在延遲的現(xiàn)象。精選課件5.1企業(yè)成長與投資缺乏案例精選課件5.1企業(yè)成長與投資缺乏案例3.那么從上圖可以看出正反響回路使得營業(yè)收入增長，但負反響回路使得營業(yè)收入減少。正是這兩個正負回路的耦合關系才導致了企業(yè)振蕩式成長。因此要營業(yè)收入指數(shù)增長必須消除負反響回路的作用，那就是縮短交貨期。所以關鍵在于交貨期，但是該公司對這個沒有給予重視，只是一直注意正反響回路的作用。我們可以通過擴大企業(yè)的產(chǎn)能來縮短交貨期，也就是交貨期作為企業(yè)擴大產(chǎn)能的信號，當交貨期超過一定的交貨標準，就需要等待產(chǎn)能擴大到足夠的程度，但是產(chǎn)能擴大需要時間，存在這個延遲就會影響企業(yè)的開展。精選課件5.1企業(yè)成長與投資缺乏案例精選課件5.1企業(yè)成長與投資缺乏案例通過因果關系分析可以知道，S公司的開展可以是一帆風順的，在結構中存在一個杠桿點即公司承諾的交貨期，那么根本解是根據(jù)需要及時擴大產(chǎn)能。我們知道企業(yè)擴大產(chǎn)能是必須花費時日的，關鍵在于怎樣克服這個延遲。這里我們可以采取外包的方式或組成動態(tài)聯(lián)盟方式來迅速擴大產(chǎn)能。這里由于案例數(shù)據(jù)不充分，就不進行計算機仿真實現(xiàn)。有一個與此案例相似的比較著名的案例，關于美國人民航空公司案例。精選課件5.1企業(yè)成長與投資缺乏案例通過以上兩個案例，知道它們之間存在一些共性。彼得.圣吉教授在?第五項修煉?一書中就這些系統(tǒng)之間共性進行了研究，提出了七個系統(tǒng)基模。我們這里討論的兩個案例都屬于其中“成長與投資缺乏基模〞。因此認真研讀這些基模有利于我們培養(yǎng)新的洞察力，幫助我們繪制出系統(tǒng)的因果關系圖。S公司人民航空公司制造業(yè)服務業(yè)關鍵在于產(chǎn)能擴大關鍵在于服務品質加強營銷人員帶到業(yè)績通過飛機和班次推動成長沒落原因是交貨期的延長失敗原因是服務品質的下降精選課件5.2供給鏈中牛鞭效應背景知識：牛鞭效應：最早由寶潔公司在20世紀90年代提出的。寶潔公司對其中某項產(chǎn)品的訂貨進行考察時發(fā)現(xiàn)，其產(chǎn)品的零售商的庫存是穩(wěn)定的，波動幅度不大，然后再考察分銷商的訂貨情況時，發(fā)現(xiàn)分銷商的訂貨需求波動比較大，而寶潔公司向它的供給商訂貨幅度變化更大。從產(chǎn)品的零售商到供給商，他們的訂貨需求的波動幅度逐漸增大，形似一條鞭子，因此被稱為牛鞭效應〔如圖〕。精選課件5.2供給鏈中牛鞭效應

牛鞭效應示意圖市場需求量零售商訂貨量分銷商訂貨量供應商訂貨量訂貨量時間精選課件5.2供給鏈中牛鞭效應啤酒游戲：該游戲是由麻省理工學院斯隆管理學院在20世紀60年代創(chuàng)立的庫存管理策略游戲，該游戲形象地反映出牛鞭效應的存在及影響。幾十年來，游戲的參加者成千上萬，但游戲總是產(chǎn)生類似的結果。因此游戲產(chǎn)生惡劣結果的原因必定超出個人因素,這些原因必定是藏在游戲本身的結構里。在游戲中，零售商通過向某一批發(fā)商訂貨，來響應顧客要求購置的啤酒訂單，批發(fā)商通過向生產(chǎn)啤酒的工廠訂貨來響應這個訂單。該實驗分成三組，分別扮演零售經(jīng)理、批發(fā)經(jīng)理和工廠經(jīng)理。每一組都以最優(yōu)的方式管理庫存，準確訂貨以使利潤最大化。精選課件5.2供給鏈中牛鞭效應案例介紹：此案例主要是通過模擬啤酒游戲來仿真供給鏈中的牛鞭效應，從為改善牛鞭效應來提供幫助。首先假設啤酒游戲中包含零售商、批發(fā)商、供給商三個成員。同時對游戲中的參數(shù)進行如下假設：市場對啤酒的前4周的需求率為1000周/箱，在5周時開始隨機波動，波動幅度為±200，均值為0，波動次數(shù)為100次，隨機因子為4個。假設各節(jié)點初始庫存和期望庫存為3000箱，期望庫存持續(xù)時間為3周，庫存調整時間為4周，移動平均時間為5周，生產(chǎn)延遲時間和運輸延遲時間均為3周，不存在訂單延遲。仿真時間為0～200周，仿真步長為1周。期望庫存等于期望庫存持續(xù)時間和各節(jié)點的銷售預測之積。精選課件5.2供給鏈中牛鞭效應問題識別：本案例主要研究供給鏈中牛鞭效應，各個供給鏈節(jié)點庫存積壓，庫存波動幅度比較大，不夠穩(wěn)定，導致供給鏈的本錢居高不下，失去了競爭優(yōu)勢。因此急需采取措施來削弱牛鞭效應，從而能夠降低整條供給鏈的本錢，建立穩(wěn)定的競爭優(yōu)勢。因此本案例通過啤酒游戲來對供給鏈進行仿真，從而為尋找較優(yōu)的供給鏈結構來削弱牛鞭效應，降低本錢。系統(tǒng)邊界確定：本案例中只考慮供給鏈中零售商、批發(fā)商、供給商，而且僅考慮他們之間的庫存訂貨系統(tǒng)，沒有涉及供給商的生產(chǎn)系統(tǒng)，供給鏈中的物流供給系統(tǒng)等等。精選課件5.2供給鏈中牛鞭效應因果關系圖：當市場需求增加時，零售商的庫存將會減少，從而導致零售商期望庫存和零售商的庫存之差即零售商庫存差增加，當零售商庫存差增加，零售商增加向批發(fā)商訂貨來彌補庫存差。零售商的訂貨增加會加快批發(fā)商對零售商的送貨率，但是這個過程存在兩個延遲過程。一個信息延遲過程，就是零售商將市場需求變化情況反響批發(fā)商過程。另一個是物質延遲過程，就是批發(fā)商得到零售商的訂貨要求需要一個時間過程來滿足這個要求。同樣，批發(fā)商的庫存也會減少，這樣就引起批發(fā)商期望庫存和批發(fā)商庫存之差，批發(fā)商就會增加向供給商訂貨來彌補庫存差。同理，批發(fā)商增加訂貨量會引起供給商向生產(chǎn)商或上級供給商增加訂貨量，在這兩個彌補庫存差的過程中同樣存在延遲過程，然后來響應市場需求。精選課件5.2供給鏈中牛鞭效應精選課件5.2供給鏈中牛鞭效應系統(tǒng)流程圖：根據(jù)因果關系圖繪制系統(tǒng)流程圖。首先要識別系統(tǒng)中的水平變量、速率變量。本系統(tǒng)中包括零售商庫存、批發(fā)商庫存、供給商庫存三個水平變量；市場需求率、批發(fā)商發(fā)貨率、供給商發(fā)貨率、供給商生產(chǎn)率、三個速率變量。各個節(jié)點的發(fā)貨率是根據(jù)下級節(jié)點的訂單來決定的。各級節(jié)點的訂單又是由產(chǎn)品銷售預測和庫存差來決定的。各個節(jié)點的發(fā)貨率還需要輔助變量來表達。輔助變量包括各節(jié)點的訂單量，期望庫存、銷售預測量、供給商生產(chǎn)需求。精選課件5.2供給鏈中牛鞭效應精選課件5.2供給鏈中牛鞭效應建立仿真方程式：(1)市場銷售率=1000+IFTHENELSE(TIME>4，RANDOMNORMAL(-200，200，0，100，4),0)單位：箱/周(2)零售商銷售預測=SMOOTH(市場銷售率，移動平均時間)單位：箱/周(3)零售商期望庫存=期望庫存持續(xù)時間×零售商銷售預測單位：箱(4)零售商庫存=INTEG(分銷商發(fā)貨率-市場銷售率，3000)單位：箱(5)零售商訂單=MAX(0，零售商銷售預測+(零售商期望庫存-零售商庫存)/庫存調整時間)單位：箱/周(6)批發(fā)商發(fā)貨率=DELAY3(零售商訂單，運輸延遲時間)單位：箱/周精選課件5.2供給鏈中牛鞭效應(7)批發(fā)商銷售預測=SMOOTH(批發(fā)商發(fā)貨率，移動平均時間)單位：箱/周(8)批發(fā)商庫存=INTEG(供給商發(fā)貨率-批發(fā)商發(fā)貨率，3000)單位：箱(9)批發(fā)商期望庫存=期望庫存持續(xù)時間×批發(fā)商銷售預測單位：箱(10)批發(fā)商訂單=MAX(0，批發(fā)商銷售預測+(批發(fā)商期望庫存-分銷商庫存)/庫存調整時間)單位：箱/周(11)供給商發(fā)貨率=DELAY3(分銷商訂單，運輸延遲時間)單位：箱/周精選課件5.2供給鏈中牛鞭效應(12)供給商銷售預測=SMOOTH(供給商發(fā)貨率，移動平均時間)單位：箱/周(13)供給商庫存=INTEG(供給商生產(chǎn)率-供給商發(fā)貨率，3000)單位：箱(14)供給商期望庫存=期望庫存持續(xù)時間×供給商銷售預測單位：箱(15)供給商生產(chǎn)需求=MAX(0，供給商銷售預測+(供給商期望庫存-供給商庫存)/庫存調整時間)單位：箱/周(16)供給商生產(chǎn)率=DELAY3(供給商生產(chǎn)需求率，生產(chǎn)延遲)單位：箱/周精選課件5.2供給鏈中牛鞭效應計算機仿真：使用Vensim軟件建立系統(tǒng)流圖和填入方程式，就可以對系統(tǒng)進行仿真。建立仿真模型可以與現(xiàn)實對照，可以尋求削弱牛鞭效應的策略，可以預測系統(tǒng)未來的行為趨勢。精選課件5.2供給鏈中牛鞭效應仿真結果精選課件5.2供給鏈中牛鞭效應精選課件5.2供給鏈中牛鞭效應通過仿真結果可以發(fā)現(xiàn)啤酒游戲能夠很好地模擬供給鏈中的牛鞭效應現(xiàn)象。系統(tǒng)中各個成員的庫存和訂單量都波動幅度很大，市場的需求信息在供給鏈中一級一級地放大。我們已經(jīng)很好地對真實的牛鞭效應進行了仿真，因此現(xiàn)在需要采用措施來削弱牛鞭效應。我們知道系統(tǒng)的結構決定系統(tǒng)的行為，同樣牛鞭效應由啤酒游戲中的結構決定。所以要想削弱牛鞭效應關鍵在于進行政策優(yōu)化。精選課件5.2供給鏈中牛鞭效應政策優(yōu)化：在前面已經(jīng)提到，政策優(yōu)化包括參數(shù)優(yōu)化、結構優(yōu)化、邊界優(yōu)化。SD的優(yōu)化是最優(yōu)控制問題。但是這種優(yōu)化在本質上大大不同于人們已熟悉的線性模型，常規(guī)的最優(yōu)化技術對它已無能為力。關于SD優(yōu)化的手段與方法，常用的是〞試湊法〞，即事先設計政策方案，然后通過模擬在所設計的方案中選優(yōu)?！霸嚋惙è曇话闶菍ο到y(tǒng)的參數(shù)而言，主要依靠建模與分析人員的經(jīng)驗和技巧，很難到達數(shù)學意義上的優(yōu)化或滿意。這也是有人質疑系統(tǒng)動力學的地方，沒有數(shù)學上的嚴謹性。因此有些系統(tǒng)動力學研究者想彌補“試湊法〞的缺點，開始將遺傳算法、蟻群算法、小波分析等全局優(yōu)化方法用于SD模型的優(yōu)化問題。精選課件5.2供給鏈中牛鞭效應對于牛鞭效應現(xiàn)象，已經(jīng)很多國內外學者進行了深入的研究，關于牛鞭效應的原因提出了許多原因。因此在此借鑒他們的研究成果，提出的措施來削弱牛鞭效應，通過對它們進行仿真模擬，來驗證這些措施的效果。其中斯坦福大學HauL.Lee教授對牛鞭效應的原因比較有說服力。本案例主要研究供給鏈組織結構和信息結構對牛鞭效應的影響，從而為優(yōu)化系統(tǒng)結構提供幫助。精選課件5.2供給鏈中牛鞭效應1.供給鏈組織結構：通過增長供給鏈的長度和縮短供給鏈的長度來研究牛鞭效應的變化情況。所以我們分別研究二級供給鏈和四級供給鏈的庫存和訂單情況，從而與三級供給鏈進行比照，看驗證牛鞭效應是否與供給鏈的長度有關。二級供給鏈裁掉批發(fā)商，供給商直接和零售商進行交易。四級供給鏈增加一個分銷商。二級供給鏈、四級供給鏈和三級供給鏈的因果關系圖、系統(tǒng)流圖、方程式都類似，因此在這里不再重復。精選課件5.2供給鏈中牛鞭效應精選課件5.2供給鏈中牛鞭效應精選課件5.2供給鏈中牛鞭效應精選課件5.2供給鏈中牛鞭效應精選課件5.2供給鏈中牛鞭效應精選課件5.2供給鏈中牛鞭效應精選課件5.2供給鏈中牛鞭效應精選課件5.2供給鏈中牛鞭效應精選課件5.2供給鏈中牛鞭效應通過對各級供給鏈的各成員庫存量和訂單的比較，隨著供給鏈上節(jié)點企業(yè)的增加,供給商生產(chǎn)需求大幅上升，在四級供給鏈中更是到達6000箱/周。由此說明,供給鏈中水平層次的參與者越多,信息被加工迭代次數(shù)就越多,放大現(xiàn)象越嚴重,市場需求扭曲的程度也越大?？梢灾离S著供給鏈長度增長，供給鏈的牛鞭效應越來越嚴重。因此可以知道供給鏈的組織結構對牛鞭效應是有一定的影響的，所以通過調整供給鏈的組織結構可以來削弱牛鞭效應?，F(xiàn)在供給鏈越來越向網(wǎng)絡化，虛擬化；那么這樣的供給鏈組織調整是不是有利于供給鏈庫存水平的穩(wěn)定呢？(拓展局部)精選課件5.2供給鏈中牛鞭效應2.供給鏈信息結構：許多研究牛鞭效應的學者都認為供給鏈的信息結構對牛鞭效應有很大的影響，由于供給鏈成員之間利用信息不對稱進行商業(yè)博弈，從而導致市場需求信息在各級成員之間被扭曲，逐漸放大市場需求。因此很多學者提出通過供給鏈各成員之間的協(xié)調,建立有效的信息共享機制與鼓勵機制,可以減輕牛鞭效應的影響。所以當前出現(xiàn)了許多新的供給鏈庫存管理模式如供給商庫存管理(VendorManagedInventory,VMI)、聯(lián)合庫存管理(JointlyManagedInventory，JMI)、協(xié)同規(guī)劃、預測與補給〔CollaborativePlanningForecastingandReplenishment,CPFR)等等。精選課件5.2供給鏈中牛鞭效應本案例中我們選取VMI模式來驗證通過改善供給鏈信息結構是否能夠削弱牛鞭效應。VMI(供給商管理庫存)是一種較為典型的信息共享下的庫存管理方式.在傳統(tǒng)的供給鏈管理模式中,信息流由下至上到達制造商,物流由上至下到達終端客戶,在這個過程中,供給鏈成員彼此都是獨立的,沒有信息共享,每個個體都是為了自己的利益最大化考慮,只會采取自己的預測方法,遵守各自的補貨原那么等。精選課件5.2供給鏈中牛鞭效應與傳統(tǒng)供給鏈不同的是,由于信息共享,使得VMI下的供給鏈中只包含有用的和真實的需求信息,供給鏈成員不再依賴預期來進行訂貨。在VMI的協(xié)議下,零售商及時將其商品銷售信息和庫存消耗量跨越分銷環(huán)節(jié)的多個成員,與批發(fā)商、制造商共享,供給商監(jiān)視零售商的庫存狀況,確定庫存補充數(shù)量。本案例我們以三級VMI模式下的供給鏈為研究對象，將其與傳統(tǒng)三級供給鏈進行比照，來驗證信息結構的調整對牛鞭效應的影響。精選課件5.2供給鏈中牛鞭效應VMI模式下的三級供給鏈與傳統(tǒng)的三級供給鏈只是在信息結構不同，VMI中成員不再是根據(jù)自己的銷售預測來進行訂貨，而是在VMI協(xié)議下由