基于Witness的供应链系统的仿真设计与改善(1)

基于Ｗｉｔｎｅｓｓ的供应链系统的仿真设计与改善(1)

摘要：文章介绍了供应链中的“牛

鞭效应”以及Witness的基本应用，讨论了在供应链系统中利用Witness软件进行仿真的方法，采用了由钢铁公司、钢材服务中心、部件生产商和汽车厂所组成的供应链结构进行仿真，整个供应链和供应链上各节点的订货提前期和运输时间是所介绍的模型中的主要供应链绩效指标。通过模型的运行结果分析出供应链系统中的“瓶颈”和导致“牛鞭效应”出现的原因，从而提出缓解牛鞭效应的对策，并通过设置模型中的参数对供应链系统进行改善，以缓解“牛鞭效应”。

关键词：供应链；牛鞭效应；Witness；仿真

中图分类号：F273.7文献标识码：A文章编号：1002-3100(2008)09-0087-05

Abstract：The paper introduces the“bullwhip effect”of a supply chain and the application of software Witness, and discusses the simulation of software Witness in the supply chain system. The

structure of supply chain in the paper is composed by steel company, steel service center, parts manufactures and car factories. The lead-time of order and the time of transportation in each stage and of

whole chain are the main performance index at present research stage. Based on the results of model simulation, it analyzes the factors of“bottleneck”in supply chain system and the cause of“bullwhip effect”. Finally, it not only proposes several countermeasures, but also improves the supply chain system by setting up the parameters of the model to ease up the “bullwhip effect”.

Key words：supply chain；bullwhip effect；Witness；simulation

1供应链中的“牛鞭效应”与仿真的目的

供应链是围绕核心企业，通过对信息流、物流和资金流的控制，从采购原材料开始，制成中间产品以及最终产品，最后由销售网络把产品送到消费者手中的将供应商、制造商、分销商、零售商和最终用户连成一个整体的功能网链结构模式[1-3]。

作为一种跨企业的协作，供应链包含了所有加盟的节点企业，不仅是一条联结供应商到用户的物流链、信息链和价值链，而是一条增值链[1-4]。提高整条供应链的增值能力，增强供应链的竞争力，成为各节点企业共同的目标。尽管如此，在供应链的实际运作中，却存在着许多困难：如预测的不准确，信息的不透明，供应的缺乏，生产与运输作业的不均衡，库存居高不下，成本过高等现象[4－5]。引起这些问题的原因很多，但主要原因之一就是“牛鞭效

应”。

“ 牛鞭效应”是供应链上的一种需求变异放大（方差放大）现象[6-8]，其原因是信息流从最终客户端向原始供应商端传递时，无法有效地实现信息的共享，使得信息扭曲而逐级放大，导致了需求信息出现越来越大的波动。这种信息扭曲的放大作用在图形上显示很像一根甩起的鞭子，因此被形象地称为“牛鞭效应 ”[2,9]。最下游的客户端相当于鞭子的根部，而最上游的供应商端相当于鞭子的梢部，在根部的一端只要有个轻微的抖动，传递到末梢端就会出现很大的波动。在供应链上，这种效应越往上游，变化就越大，距终端客户越远，影响就越大。这种信息扭曲如果和企业制造过程中的不确定因素叠加在一起，将会导致巨大的经济损失。由此可见，牛鞭效应的存在，已经成为削弱供应链的增值能力和竞争能力的主要负面因素[4]。

为了缓解这种效应，本文试图通过Witness软件进行仿真，此软件是一个关于生产、运输、规划等的仿真软件，它使用与实际系统相同的事物组成的相应的模型，通过运行一定的时间来模拟系统的绩效[2]。Witness软件的特点之一就是可以显示生产、运输系统仿真的整个过程，从而可以让使用者清楚地了解到生产运输过程中发生的问题，及时地对模型的参数进行调整，实现对物流系统的优化配置。

本文仿真的目的在对供应链的仿真系统进行设计基础上，通过模型的运行结果分析出供应链系统中的“瓶颈”因素和导致“牛鞭效应”出现的原因，从而提出缓解“牛鞭效应”的对策，并通过调整模型中的参数对供应链系统进行改善，以缓解“牛鞭效应”。文中假定在保持供应链连续工作的条件下，来仿真一段时间的工作，其中，动态地显示供应链上各节点企业即时的库存量，作为评价仿真系统性能指标。

2供应链系统模型的建立

下面举例说明Witness对供应链仿真系统的设计和优化。钢材从钢铁公司到汽车厂经过钢材服务中心和部件生产商。上游环节根据下一环节的库存供货。当钢材服务中心的库存小于15批时钢铁公司开始生产，每生产一批原钢卷材需要时间服从1～3小时的均匀分布。当部件生产商的库存小于6批时，钢材服务中心开始配货，每配一批货需要的时间服从0.5～1小时的均匀分布。当三个汽车厂商中库存量最小的小于3时，4个部件生产商开始组织生产，每生产一批部件需要的时间服从2～6小时的均匀分布。汽车生产商每耗用一批部件需要4小时。供应量每两个环节之间的路程需要5小时。

2.1构建结构模型

定义供应链系统元素，并布置可视化模型的结构图，如图1所示。根据生产的结构和生产现场的布置建立模型结构图可以清晰地看出模型中各实体的相互关系。其中P为钢材；B2为钢材服务中心库存；B3为部件生产商库存；C1为从钢铁公司到钢材服务中心的路径；C2为从钢材服务中心到部件生产商的路径；C31、 C32、C33分别为从部件生产商到第一汽车厂、第二汽车厂和第三汽车厂的缓存。

2.2结构模型的设置

结构模型的设置包括元素可视化设置和细节设置。可视化设计的元素主要

有：钢材（Part）、缓冲区（Buffer）、机器（Machine）、输送链（Conveyor）及库存统计二维表（Timeseries）等。 2.2.1B2、B3元素可视化的设置

选择B2、B3元素，分别设置它们的Name、 Part queue和 Retangle 属性项。在Display Name对话框中设置它们字体大小和颜色，在Display Part queue对话框中设置Part queue属性项的Queue Type选择为Count，Display Count 设置为2位，则这些缓冲区将采用计数的方式动态显示缓冲区内钢材的数量，在Display Retangle对话框中的Patten选择为空心矩形，则Name、Part queue、Retangle可以被包围在矩形之内。

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