作者：邹安全,刘军,杨望成,陈宏武
出版社：中国财富出版社
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集成化视角下钢铁物流的再造与应用试读：
前言
随着全球化竞争的加剧和信息技术的发展，围绕物流领域成本与效率的竞争将成为企业竞争的新焦点，成功的物流管理已成为企业的“第三利润源”，而物流流程再造是现代物流管理的基础和重要内容。因此，对物流流程再造问题进行专题研究具有重要的理论和实践意义。中国作为一个尚未完成工业化、城镇化的发展中国家，钢材需求由量变向质变转换。然而，我国钢铁企业物流的发展滞后于社会物流的发展，而且整体水平不高。因此，对钢铁企业物流流程再造、解决其分割式的物流管理问题，是钢铁企业在国内外市场赢得竞争优势的必要途径。本书以钢铁企业为例，深入分析了钢铁企业物流流程再造需求的驱动力，构建了企业集成化物流流程再造模型，运用系统动力学理论构建了订货系统动力学模型和分销系统动力学模型，并紧密结合企业业务流程的要求，为企业物流流程再造提供了具有理论意义和实践价值的可供借鉴的成果。本书可供高等院校工业工程、物流工程和物流管理专业的本科生、研究生使用，也可供从事技术管理、质量管理、生产管理的工作人员参考。作 者2017年9月第1部分 理论篇1 流程再造理论1.1 企业流程再造理论概述1993年，迈克尔·哈默（Michael Hammer）和詹姆斯·钱皮（James Champy）出版了《企业再造》一书，认为20年来，没有一个管理思潮能将美国的竞争力倒转过来，而将流程再造称为“恢复美国竞争力的唯一途径”，并将“取代工业革命，使之进入再造革命的时代”。1995年，詹姆斯·钱皮又出版了《再造管理》，提出应在新的企业运行空间条件下，改造原来的工作流程，以使企业更适应未来的生存发展空间。有学者［梅绍祖（James T C Teng），2000］ 对业务流程再造方法进行了系统的研究，提出了企业流程再造的综合方法和业务流程再造的生命周期法，并研究了业务流程再造对于组织结构的要求，为丰富和发展业务流程再造理论做出了重要贡献。此外，学者们以不同的视角对企业流程再造进行了系列的研究。有学者［若弗里翁（Geoffrion），格雷夫斯（Graves），1994］利用混合整数规划建立了一个多产品的配销模型。该模型主要由工厂、仓储中心与顾客组成。工厂可以生产多样化的产品，并将这些产品运送到仓储中心，每位顾客的产品需求由一个仓储中心来满足。该模型中，利用分解技术来确定最优解，以决定哪些仓储中心有继续存在的必要。有学者［托马斯（Thomas），格里芬（Grinffin），1996］提出了采购者与供应者整合、生产与配销整合、存货与配销整合三类整合模式。有学者［戈享（Cohen），李（Lee），1985］提出了由原料采购的供应商开始，经过工厂、仓储中心，最后到达顾客整个“链”的框架模型。有学者［阿克塞尔·鲁德（Axel Ruder），伯恩·蒂肯（Bernd Tibken），2006］使用随机过程方法，又提出了另外一个整合模型，包括原料控制、生产、存货和配销四个子模型，每一个子模型在给定的需求条件下，可以对成本作最优化的运算。此外，每个子模型会对其下游的子模型造成影响。这个模型主要是得到一个长期的运作战略，而非短期的策略。由于对物流管理价值的进一步认识，物流管理涵盖从原材料采购到产品送到顾客手中的全程管理，进入综合物流管理阶段［海尤·韦爵（H A Reijers），莎尔曼·丽曼曼莎（S Limanmansar），2005］。先进的物流管理的实现不仅取决于方法的应用，还取决于管理观念和企业组织运作方式的变革，物流管理开始在物流技术不断进步的趋势下变得重要起来［莎尔曼·丽曼曼莎（S Limanmansar），海尤·韦爵（H A Reijers），2005］。企业组织运作方式必须适应新的技术，其效能才能得到充分应用［桑米库玛·库玛·罗泰尔斯爵尔豪（Sameerkumar Kumar Russellstrehlow），2004］。随着信息技术的革命性进步，全球经济一体化的全面加深，各企业更全面的竞争使得物流管理由一体化的综合物流管理阶段发展到供应链管理的新阶段（江锦凯，2003）；当代企业如果想要在竞争中屹立不倒并取得更大发展，除了技术和产品质量外，从物流管理中获得更大利润已是势在必行［玛丽亚·夫韦迪（Maria Caridi），塞尔吉奥·卡瓦列里（Sergio Cavalieri），乔治·戴尔兹（Giorgio Diazzi），2004］。刘志学（1999）提出了集成化物流管理的概念，认为集成化物流管理（Integrated Logistics Management，ILM）是将各种物流活动作为一个集成系统来进行管理，要实现完全意义上的集成化物流管理必须经过三个过程，即功能集成、内部集成和外部集成。舒辉（2004）研究认为集成化物流是将物流服务供应链上所有节点企业看作一个整体，基于共同的目标，通过一定的制度安排而组成的集成化供应链管理体系，并提出了基于集成化物流的三维结构模型。供应链管理的实质是从局部商品流通的有序与效率的最优化上升到从流通全系统的角度强调效率和服务的优化［赖（V S Lai），玛哈帕尔（R K Mahapatra），2004］，要求整体供应链链节合格，供应链系统效益获得最大化，同时信息的反馈、调整与预测由于信息技术的发展变得更为精确。在这种情况下，供应链上所有企业的组织运作方式必须适应这种要求来共同面对商业上的激烈竞争。按照迈克尔·哈默和詹姆斯·钱皮的定义，企业流程再造是从根本上重新考虑并彻底重新设计业务流程，以实现在关键的业绩上（成本、质量、服务和响应速度）取得突破性的进展。根据业务流程再造（BPR）的精神来分析和优化业务流程，同时也要根据自己的实际情况，有步骤、有阶段地进行改革。作为企业物流流程再造，主要是功能内的BPR，它的基本目标是使每项职能从头至尾只由一个职能机构管理，做到机构不重叠、业务不重复，再造的结果应该是消除无效作业，缩短流程周期，降低管理成本。刘玉瀛（2004）认为通过对企业管理过程的描述、抽象和提炼，完成对企业管理过程的规划、仿真和分析，并依托先进的建模工具来实施业务流程再造。国内学者对业务流程再造的研究主要集中在BPR的工具、特征、绩效和经验等方面。田茂利和王颖（2003）论述了业务流程再造影响企业的有效规模，将BPR的发展过程分为引入期、成长期、成熟期和衰退期四个时期，描述了各阶段的主要特征。以交易成本为媒介，论述了企业规模在BPR不同发展阶段的动态变化以及改变企业规模的一般手段。何紫薇（2003）分析了优秀的BPR工具应具备的两大特征，并从功能角度将目前市面上的BPR工具分成了六大类，重点介绍了BPR工具的使用及其特征。王丽娜（2003）采用系统设计方法对采购计划流程进行分析，针对采购计划的问题、临时计划的问题和计划标识号的问题再造了流程。流程输入为经营规划、营销计划、生产计划、物料需求计划等，流程输出为采购计划。流程传递信息包括库存物品、计划价格、欠件、超储以及研发和旧产品改型更新情况等。潘虹艳、黄小原和刘兵（2005）对BPR基于根本性、彻底性、显著性和流程这4个特点进行了回顾，在此基础上对宝钢益昌公司销售系统流程进行开发和实施。潘国友和陈荣秋（2003）提出了循环梯度和成功因子的概念，并采用成功因子评估流程再造的实施结果，比直接用流程再造后绩效提升的幅度评估要准确和恰当。还有的学者研究了标准化与BPR组件对BPR项目实施成败的影响，强调领导者正确介入的必要性。值得注意的是，相比20世纪90年代对BRP实施的绝对乐观性，目前的许多研究人员已敏锐地注意到BPR实施的具体方法相对于简单地把BPR作为一个工具更有决定性意义。在国内，周振（2005）指出许多企业开始实施企业资源计划系统（ERP），并投入了大量资源，但研究表明ERP项目实施的失败率非常高，我国国有企业失败率高达70%。究其原因，管理思想的转变、高层领导的支持和参与、建立项目监管制度、业务流程重组、数据的准确性和教育与训练是影响我国企业成功实施ERP的关健因素，并通过案例探讨了企业实施ERP应注意的问题。显然从实践中依据行业特点不同去解决问题是今后研究流程再造的重要领域。1.2 企业物流流程再造方法与内容1.2.1 流程再造的方法框架流程再造的方法包含25种流程变革的方法，可以归纳为各种模式、融合共同的导致流程变革成功的工作而总结出的一套综合的流程再造的系统方法框架。（1）战略决策阶段。这个阶段着重争取管理阶层的投入并发掘再造机会。（2）再造计划阶段。这个阶段工作是要确保精心筹备再造工程，包括建立再造工作组，建立再造目标，计划并通告利害相关人员及职工。（3）流程问题诊断阶段。这个阶段工作涉及记录并批判地分析现有流程的病症所在。（4）流程再造设计阶段。人力资源、组织结构再造设计；信息技术再造设计。（5）流程再造阶段。根据人员、技术改造设计结果，运用革新管理技术进行流程再造。（6）不断改进阶段。此阶段总结评估再造结果，并使之融入全面质量管理的工作中。1.2.2 流程再造的步骤流程再造方法系统框架，粗线条地描述了流程再造的全过程。在此基础上，我们将对流程再造各个阶段的工作内容、工作方法、工作要点等进行详细的说明。第一阶段：战略决策这一阶段的主要工作有：（1）建立企业愿景。（2）确保管理层的支持。（3）挖掘流程再造的良机。（4）确认使用信息技术的机会。（5）结合企业战略，选出流程再造的项目。第二阶段：再造计划再造计划阶段标志着流程再造工程的正式开始，该阶段任务包括成立再造工作小组并设立再造工程目标、工程策划，通知相关人员以及进行员工动员等。（1）成立再造团队。人员组成、对工作人员的要求、沟通。（2）制定工作计划。流程再造工作小组的第一项任务是，根据对核心流程的进一步分析，制定再造项目的日程表，确定再造的计划，大致描述项目的资源需求、预算、历程以及要达到的目标。（3）制定再造目标和评估标准。在确定流程再造要达到的目标时，一要设置高水平的“延伸目标”，通常延伸目标是以世界一流标准为基础的，或以行业领导者所设立的“标杆”来确定的。二要提供判断项目成功与否的流程属性标准。第三阶段：诊断分析现有流程这一阶段的主要工作为：记录现有流程；进行流程诊断，分析找出存在的问题。（1）记录现有流程。进行分析活动、确定分析方法。分析现有流程时所要做的工作主要有：描述整个流程；确认组成流程部分的要素；记录现有流程的工作状况；记录流程时间、内部运货时间以及轮空时间，并用此衡量再造的收益大小；把大流程划分为一系列子流程，将小组成员分配到适合各自特长的子流程中去。（2）分析现有流程的弊端。确认分离的职能信息系统并整合成为一个单一的全流程系统；对文件、提案以及报告的必要性逐个进行审查，并确认所有不需要的文件或活动；确认正式和非正式的导致不增值活动的政策和规则等。第四阶段：社会—技术的再造流程的重新设计包括对各种改造方案的选择，要寻找既能实现企业战略，又与人力资源、组织变革相结合的方案，并尽量将岗位和工作流、信息管理和技术方面搭配合适，最终完成新的社会—技术系统的设计。（1）大胆提出方案。用于设计有效流程的通用方案是不存在的，开发设计工作的关键是，充分释放再造小组的创造能力去思考、去发现。（2）流程设计的原则。新流程的设计原则；信息技术的应用原则；并行工程技术的应用原则。（3）人力资源结构的设计。一个好的人力资源架构设计，应该能满足系统内信息的自由交换，并且能够提高个人与工作小组的决策和工作效率。（4）选择信息技术平台。通常支持流程变革的信息技术，必须能够支持分布式管理和用广域网链接的供应商、销售商之间的信息交流。（5）宏观模拟新流程。为了能全面了解并掌握新流程的特征、流程过程、工作分配、信息技术结构和系统需求等方面的情况，需要模拟整个新流程的过程。第五阶段：流程再造在完成了流程的设计后，接下来就应该对现有的流程进行重构了。根据专门设定的人力资源结构及所选择的信息技术平台执行新的流程，这一阶段的主要工作如下：（1）改善管理。这一步的重点放在向新组织设计方案的平滑过渡、综合改进上，主要任务有：业务单元的重新组织、组织与岗位重构、岗位转换、通过训练和教育程序向留下的员工授权以及改进工作质量等。（2）信息技术的运用。信息专家在流程再造中的主要任务是建立并运行新的信息体制技术，以支持流程再造工程。（3）重新组建。这项工作着重于向新的组织结构过渡，工作包括组织重建、人员裁减、组建团队、工作交替以及职工培训等。第六阶段：不断更新改进新的业务流程开始执行后，进行监控和评价流程的表现，包括对在战略构想阶段设置目标的评价以及新流程的动态监控。（1）评估的内容。在广义上，评估指标的选择，是从流程的表现、信息技术的表现、生产率指数等方面对流程进行评价。再造后的评估是要确定再造目标的实现程度，同时还要将客户的新要求与再造目标相比较，以找出进一步改进的方向。（2）与质量改进等工作的结合。尽管流程再造的目标与逐渐改进质量管理工作的目标有所不同，但是，在再造工程的最后阶段，把流程再造环节与改进的全面质量管理结合起来，肯定会收到更好的效果。（3） S-A框架模型是一个闭环系统。对设计流程的继续评价，在新设计的流程运用的早期阶段是特别重要的。必须建立评价阶段和诊断阶段之间的有效反馈环节，构成这样的一个反馈环。1.3 钢铁企业物流流程再造研究现状对于钢铁企业物流流程再造模式的研究涉及钢铁企业物料采购、销售物流模型、生产物流模型、物流信息系统设计和逆向物流管理等，主要研究成果总结如下。福山钢铁厂开发了钢材物流系统，其侧重点在于产品的出库与发货。通过考虑与钢材发货相关的工序实绩、库存情况、车辆使用情况、客户需求，编制出钢材发货运输计划，以降低运输成本，提高运输能力，缩短钢材等待发货时间（国分村生，安田素郎，入月克己，1997）。日本NKK公司旗下的京滨钢铁公司开发了综合物流管理系统，把优化整个企业内部物流作为出发点，通过建立一个新的容器仓库系统和升级原料4个系统，建立起一个新的综合物流管理系统（古口志信，1994）。石合信吾和田中保彦（1991）研究了钢铁企业物流的整体最优化模型，即为全流程（炼铁—炼钢—连珠—轧制）综合优化模型。施平和陈仁华（2003）对宝钢前向供应链管理的实践进行了总结研究，其从采购和销售两个重要环节来分，将供应链分为供应链前端和供应链后端。宝钢对供应商实行分层动态管理，根据供应商所供物资的重要程度、历史供货能力、业绩及相互依存关系，将供应商分为长期战略合作伙伴、一般合作伙伴、简单贸易关系3个层次。重点发展战略合作伙伴关系。按照“双赢”原则，突破原有的单纯买卖的采购模式，以功能计价、系统承包等方式，加强与供应商的协同管理。杨立波、庄新田和黄小原（2003）针对宝钢技术经济发展公司供应链管理进行了模式设计。根据公司的业务经营现状、经营环境和未来发展目标，探讨公司建立供应链管理的定位及目标，指出公司的BPR、客户关系管理、供应商管理、电子商务应用是建立供应链管理的关键问题。根据钢铁贸易行业的订单式生产方式，提出供应链管理的应用模式，并建立钢材深加工贸易供应链模型。从供应链管理实施的角度，指出应注意信息共享与系统整合问题。技术经济发展公司应用供应链管理的目标，是以顾客为中心，用信息化的管理来改变传统的管理形式，达到提高劳动生产率，降低生产成本，提高收益的透明度，实现与国际接轨的运营方式，在增加顾客价值的同时，增加整个供应链上技术经济发展公司产品价值、钢铁产品生产商价值和虚拟合作商价值。韩乐（2004）针对钢铁企业发展第三方物流进行了研究。钢铁企业自身的特点决定了降低物流成本对企业的重要性，认为钢铁企业应改变自己完成物流环节的做法，在市场环境中学会把自身非核心竞争力的部分业务分离出去，委托给第三方物流。我国钢铁企业应该积极采取措施加强与第三方物流的合作。瞿熙鼎和史美伦（2002）通过对现代钢铁企业物流技术的理论探讨，分析了我国钢铁企业物流技术的发展历程，详细分析了现代钢铁企业从原料、燃料及辅助物料采购进厂，而后倒入炉冶炼、半成品向下一道工序流转，直至加工各种产品销售出厂整个生产过程中的物流特性及规律，得出了吨钢厂外和厂内的理论运输指标。陈荣（2004）针对钢铁企业矿石物流一体化管理模式进行了研究，详细论述了建立钢铁企业矿石物流一体化管理模式的理论基础、内容和条件，得出整合现有的矿石物流体系是必然趋势的结论。强伟和黄小原（2006）对首钢ERP 实施成功因素进行了实证分析，指出企业资源计划作为因特网环境下管理集成、资源集成的信息系统，其实施是一项高风险和高成本的工作。企业资源计划在国内企业信息化建设工作中举足轻重，对钢铁企业ERP 实施的成功因素进行实证分析，具有非常重要的现实意义和应用价值。给出了ERP 实施的理论分析框架，研究了首钢ERP 实施的成功经验及其上线压力测试情况，并给出了钢铁企业ERP实施的成功因素模型。蒋国璋（2006） 在分析产品生产计划的现状和发展趋势的基础上，以钢铁企业这一类混合生产流程为研究对象，综合运用运筹学、现代生产管理、系统工程、工业工程、控制理论、人工智能、计算机科学等理论和技术，通过对重点和典型钢铁企业的生产计划的制订、执行和反馈以及存在问题的分析，建立面向工厂生产的钢铁企业生产计划与调度模型，提出了钢铁企业的产品线和产品的组合计划，采用网络流的优化方法和遗传算法以及MATLAB 7.0标准工具箱的函数，建立了基于产品生产需求预测、销售价格、生产成本和生产能力的产品线组合生产计划的最大利润流模型。尹向东（2006） 围绕如何提高我国钢铁企业并购中知识转移效果，进而提升竞争优势进行了研究，建立了一个企业知识构成模型，以过程的视角从知识特征、企业并购和钢铁企业行业特征3个维度出发，研究了钢铁企业并购中知识转移过程构成要素，即钢铁企业并购中的知识转移主体、知识转移动机、知识转移内容、知识转移方式、知识情景整合、知识转移成本和知识转移效果；在此基础上提出了钢铁企业并购中知识转移影响因素，包括钢铁收购企业有关知识的基础条件、被收购钢铁企业有关知识的基础条件、并购企业知识转移动机、知识识别、知识转移投入、知识转移实施和知识情景整合；分析了钢铁企业中知识转移影响因素之间的相互关系及其他对于知识转移效果的影响并提出了理论假设，建立了一个钢铁企业并购中知识转移影响因素的概念模型。刘彩雁（2006） 针对钢铁企业质量管理中的问题，提出了面向过程集成的钢铁企业质量管理系统，并对涉及的关键技术进行了研究，基于供应链的角度，提出了面向过程集成的质量管理系统的体系结构，以采购过程、质量设计过程、面向顾客的服务过程为研究对象，对其中的关键问题进行了研究。基于企业资源计划（ERP）/制造执行系统（MES）/过程控制系统（PCS）三层企业集成框架，分析了钢铁企业产品实现过程质量管理的功能模型，在此基础上提出了集成质量管理系统研究的关键技术。根据钢铁企业的生产管理和质量管理特点，构建了过程质量管理XBOM体系，分析物料清单（BOM）体系在钢铁企业中的构成、存在形式和特征，研究了基于XBOM的过程信息集成技术，部件组成的集合物料清单（EBOM/PPBOM）向物料清单管理（MBOM）、质量管理（QBOM）和MBOM之间的转换模型。分析了面向订单生产的钢铁企业质量管理流程，提出了基于分层实例的三层质量设计实例推理方法。杜涛（2005） 从分析钢铁生产流程的物资流、能耗和环境负荷减量化问题出发，在明确产品结构的前提下，合理选择工艺和设备参数，综合考虑流程优化、节能降耗和减少环境负荷，提高整个生产流程的效率，对钢铁企业提高综合竞争力，提出了生态化发展模式。应用基准物流图，建立了钢铁生产流程的物流对气体污染排放量影响的分析方法，构造了能源—环境负荷投入产出表；应用物资平衡理论，建立了钢铁企业产品生产过程和能量转换过程数学模型；给出了工序能耗、产品能值和吨钢能耗表达式，以及工序、产品和吨钢环境负荷计算公式；分析了影响上述指标的各种因素，以及能流、物流和污染物流三者之间的相互关系；应用建立的钢铁企业能耗和环境负荷模型。以莱钢为背景，探讨了企业进行生态化建设的方案和措施，在对莱钢现状进行深入分析的基础上，提出了莱钢进行生态化建设的思路和方案。2 系统动力学理论2.1 系统动力学理论概述20世纪50年代早期，美国麻省理工学院斯隆管理学院的科瓦斯特（Forrester）教授将计算机科学和反馈控制理论应用于社会、经济等系统的研究，到20世纪70年代初，系统动力学逐渐发展成为一种了解和认识人类动态复杂系统的研究方法。正如有学者［科瓦斯特（Forrester），1958］指出：一些刚接触的学者认为系统动力学只是一种可以用来处理情景模拟的软件包，另外有些人则把它当成一门建模的学问，但笔者认为它更是一种看待世界的方式，系统动力学不仅有完整的建模工具，更有完整的方法论和思考模式。系统动力学在20世纪80年代初引入国内，30多年来包括王其藩、苏愈康和胡玉奎（1986）等在内的多位学者参与了系统动力学在中国的应用研究工作，但在供应链管理领域应用研究的文献并不多见。系统动力学强调以闭环的观点方法来认识和解决问题，从图2-1可看出它与开环方法的区别。这也决定了它采用反馈环路式的建模方法，即通过分析行为模式背后的反馈环路结构，改变结构中相关变量的状态值，了解不同策略下的不同行为模式，来完成策略的优化。图2-1 认识世界的开环与闭环方法系统动力学建模采用的反馈环路（Feedback Loop）是按业务流程顺序连接了系统策略、系统状态和系统信息，最后又回到决策并对决策产生反作用的封闭环路。反馈环由各种不同的因果关系（Causal Relation）组成。因果关系有正负之分，前者表示X的变化使Y朝同一方向变化，如生产率对库存、出生率对人口数量；后者表示X的变化使Y朝相反方向变化，如产品价格对销售量、死亡率对人口数量。故反馈环也有正负之分，如图2-2所示。系统动力学强调反馈环路的结构关系、时间延迟、信息放大对系统行为的影响，其中结构关系表示系统各组成结构之间的相互关系；时间延迟表示决策行动落后于信息的获得；信息放大表示随着流程与时间的推移，某些信息会被放大，它对决策行为的影响会随之被放大。图2-2 正负因果关系及反馈环系统动力学善于处理高阶（High level of order）、非线性（Non-linear）、多环（Loop multiplicity）的动态问题。它采用微分方程的概念设计仿真模式，借助计算机可以对含有上千个变量及上千阶微分方程的高阶非线性复杂动态系统进行仿真。有关系统动力学仿真工具较多，本文主要采用Vensim仿真工具（在第6章论述）。2.2 系统动力学建模与仿真方法2.2.1 系统动力学建模基本原理1.建模基本原理（1）构思模型最基本的依据就是系统动力学对系统、系统特性的一系列观点。扼要地说即有关系统的整体性、等级性与历时性，系统的结构、功能与行为的辩证对立统一关系，系统的行为模式，以及主导部分作用原理等。其中，系统的行为模式主要根植于内部反馈结构与机制。（2）一个“明确”三个“面向”：明确目的、面向问题、面向过程与面向应用。首先应明确建模目的与任务，面向所要解决的矛盾与问题，要重视模型的应用与问题；面向矛盾诸方面相互制约、相互影响所形成的反馈动态发展过程；面向模型的应用、政策（对于社会经济系统而言）的实施，否则建模将无异于盲目地进行工作与冒险。（3）根据系统结构特性（整体性、等级性与层次性等），在建模的构思、调试、政策试验的全过程中，正确地使用分解与综合的原理。根据系统的整体性和层次性，可以应用综合与分解原则来研究系统。一方面，我们强调从整体的观点研究系统；另一方面，系统的层次性意味着一个系统是由不同等级层次的子系统组成的，这样，在进行系统与结构分析时可以应用分解原理。即：①系统动力学研究系统，强调面向问题和研究问题。先确定目标，以有助于确定系统的边界。边界似一个想象的轮廓，把与所研究问题有关的部分输入系统。②分析系统结构时，应由上到下，由粗到细，逐步分解系统。以上过程可以用方框图、因果相互关系图和流图来具体表示。与以上分解过程相反的是综合过程。尽管分解过程对系统研究十分重要，但我们决不能停留在这一阶段，无论对于建立系统模型还是对于分析系统的动态行为，分解的最终目的是为了综合。只有系统的各部分有机地联结为一个整体，各部分的功能与行为符合总体的功能与行为，模型才能真实地表现系统的整体结构与功能。因此，在建立与测试系统模型时，我们应该逐步由部分测试过渡到总体调适，从整体观点出发不断改进模型的结构，全面地、系统地考察系统的内部结构和反馈机制。（4）模型只是对真实系统突出本质、简化地描述，只能反映真实世界的本质和某些断面或侧面。建模不等于对实际系统的复制，应防止所谓原原本本、一一对应按真实世界去建立模型的错误倾向。（5）检验模型的一致性、有效性的最终标准是客观的实践。人对客观事物的认识不可能一次完成，而是螺旋上升的过程。因此，没有终极的模型，没有十全十美的模型，只能有阶段性的、达到预定目标和满足预定要求的相对有效的模型。2.定性与定量结合，系统分析、综合推理的方法系统动力学研究解决问题的方法是一种定性与定量结合，系统分析、综合与推理的方法。它是定性分析与定量分析的统一，以定性分析为先导，定量分析为支持，两者相辅相成。按照系统动力学的理论、原理与方法分析实际系统，建立起定量模型与概念模型一体化的系统动力学模型，决策者就可借助计算机模拟技术在专家群体的帮助下，定性与定量地研究社会、经济系统问题，进行决策。这是建立模型与运用模型的统一过程。在其全过程中，建模人员必须紧密联系、结合实际、深入调查研究，最大限度地收集与运用有关该系统及其问题的资料和统计数据；必须做到与决策人员和熟悉该系统的专家密切结合，唯此才能使系统动力学的理论与方法成为进行科学决策的有力手段。3.分析研究与解决问题的主要过程和步骤运用系统动力学认识问题是一个多次反复循环、逐渐深化、逐步达到预定目标和满足要求的过程，这个过程大体可分为五步：第一步，要用系统动力学的理论、原理和方法对研究对象存在的矛盾与问题进行系统分析；第二步，则是进行系统的结构分析，划分系统层次与子块，确定总体的与局部的反馈机制；第三步，建立数学的、规范的模型；第四步，以系统动力学理论为指导借助模型进行模拟与政策分析，可进一步剖析系统得到更多的信息，发现新的问题然后反过来再修改模型；第五步，检验评估模型。（1）矛盾与问题分析。其主要任务在于分析矛盾问题、剖析要因。①调查收集有关系统的情况与统计数据。②了解用户提出的要求、目的与明确所要解决的问题。③分析系统的基本问题与主要问题，基本矛盾与主要矛盾，变量与主要变量。④初步划定系统的界限，并确定内生变量、外生变量、输入量。⑤确定系统行为的参考模式。（2）系统的结构分析。主要任务在于处理系统信息，分析系统的反馈机制。①分析系统总体的与局部的反馈机制。②划分系统的层次与子块。③分析系统的变量、变量间关系，定义变量（包括常数），确定变量的种类及主要变量。④确定回路及回路间的反馈推合关系；初步确定系统的主回路及它们的性质；分析主回路随时间转移的可能性。（3）建立数学的规范方程和描述定性与半定性的变量关系。①建立L、R、A、C诸方程。②确定与估计参数。③给所有N方程、C方程与表函数赋值。（4）模型模拟与政策分析。①以系统动力学的理论为指导进行模型模拟与政策分析，更深入地剖析系统。②寻找解决问题的决策，并尽可能地实施，取得实践结果，获取更丰富的信息，发现新的矛盾与问题。③修改模型，包括结构与参数的修改。（5）模型的检验与评估。这一步骤的内容并不都是放在最后一起来做的，其中相当一部分内容是在上述其他步骤中分散进行的。2.2.2 构思模型与建立模型方程的原则1.构思模型结构的原则（1）系统能完整地用状态变量加以描述。（2）模型中每一反馈回路至少包含一个状态变量。（3）物质守恒原则。（4）信息非守恒流。（5）状态变量仅仅受其速率控制。（6）唯有信息链能连接不同类型的物流守恒系统或子块。2.建立模型的原则（1）关于量纲。每一方程的左右两边的量纲必须一致；不能仅仅从量纲的含义来判别系统中的状态变量与速率；在同一物质系统（或子系统）中的状态变量组应具有相同的量纲。（2）关于参数。与变量相同，模型中每一参数应该是有意义的或是在真实系统中能找出对应物。不应为了凑出量纲而生造出毫无实际意义的比例系数与换算系数。（3）关于变化率（速率）。速率方程即使在极端（甚至在实际系统中不可能出现）的条件下，也仍有意义；区别期望情况与实际情况；区别实际情况和被人们已察觉到的情况；描述决策与行动的速率应基于可能得到的信息。2.2.3 系统动力学建模的主要方法系统动力学中常用图形表示法有四种，它们分别是系统结构框图、因果与相互关系回路图、流图（结构图法）、速率—状态变量关系图。1.系统框图系统框图就是用方块或圆圈简明地代表系统的主要子块并描述它们之间物质与信息流的交链关系。系统框图是所要介绍的方法中最简便的一种，然而它只在系统分析与系统结构分析的先前阶段很有用。一旦初步明确建模目的之后，下一步就要定义所要解决的问题与有关变量，并初步确定所研究系统的界限。系统的界限往往不是一目了然的，它是一个想象的轮廓，把与建模所要解决的动态问题有密切关系的最小数量的变量与部分划入，使系统与其环境隔开。“明确目的，确定问题”与“划定边界”是一个逐步深入了解系统和分析问题、认识问题相辅相成的反复过程。在此过程中，在方法上要区别对待粗细与主次，往往是先粗后细，先主后次，框图的简洁性将有助于人们确定系统界限、分析各主要子块间的反馈耦合关系内可能存在的主要回路。2.因果与相互关系回路图因果与相互关系回路图往往用于以下两个方面：（1）构思模型的初始阶段。（2）非技术性地、直观地描述模型结构，便于与那些不熟悉系统动力学的人员进行交流讨论。因果与相互关系回路图普遍地用于构思模型的初始阶段，但应当予以指出，对于成熟的模型研制者来说，它并不是必经之路。3.流图（结构图法）因果与相互关系回路图只能描述反馈结构的基本方面，不能表示不同性质的变量的区别，这是它的根本弱点。例如，状态变量的积累概念，是系统动力学中最重要的量，然而因果与相互关系回路图全然忽略了这一点。在实际生活中有许多积累作用的变量。譬如，斟水的时候，杯中水位的升高是积累的结果；库存量是进货与提货速度代数和的积分。在介绍因果与相互关系回路图时，已经作了简要介绍，在描述这一类积分变量的变化时，在因果链关系中，只能说增加或减少，而不能说按比例变化。在概念上，积累效应与影响它的速率是十分不同的。假想用照相机摄下系统静态照片，积累变量依然可见，且可以加以测定，然而影响积分量的速率却见不到也无法在照片上加以测定。（1）状态变量、速率—状态变量关系图。在反馈系统中，积累环节被称为库存、贮存、状态变量或位。“位”的含义源自流体在容器中积存的液面高度，如水位。系统动力学认为反馈系统中包含连续的、类似流体流动与积累过程。速率或称变化率，随着时间的推移，使状态变量的值增或减。（2）在物流与信息链中，物质从仓库（状态变量）输出时，使库存量减少；然而反映仓库情况的信息，源自仓库发至系统的其他部分，却丝毫不影响仓库（即状态变量）本身。因此，信息反馈链与具体的物质流是极其不同的。在此顺便指出，因果关系回路图的另一个重要缺点：在因果关系回路图中，为了简便，忽略了信息反馈链与物质流的差别，用相同的实线箭头表示两种完全不同的概念。流图能清楚地描述速率与状态，并区分物质流与信息链。物质流与信息链分别用实线箭头与虚线箭头表示。对于复杂系统的流图，在信息回路中无疑还有其他变量，称为辅助变量。在反馈结构中，除了速率与状态变量外，还有许多信息变量需加以研究与定义。一个完整的流图，其结构几乎已接近完全量化的模型了。4.混合图混合图已日渐成为描述系统结构的一种方法。所谓混合图就是在因果关系图中，把状态和速率变量按照流图中的符号表示出来。混合图全部采用实线来表示。这种混合表示法的优点在于：既把重要的状态与速率变量清晰地表示出来，又保持了因果相互关系回路图的简洁性。把速率与状态变量清晰地标出来后，使读者能更加可靠地用混合图分析与推论反馈结构所综合的动态特性。混合图还能使读者就简单的因果与相互关系回路图更容易理解模型假设的实际动态因果相互关系。由于能识别速率与状态变量，使混合图向建立可进行计算机模拟的方程式靠近一大步。5.图解分析法—速率与状态关系作图法系统动力学强调动态地定义与思考问题，系统中的变量最好能以随时间变化的图形表示。以这种图形描述所研究系统的变量的特性，就是问题求解的一种形式。图解分析法是一种简便、形象的分析工具，它能分析以一阶反馈结构为基础，简单线性或非线性系统变量随时间变化的特性。图解分析法的第一步是要找到待研究的有关变量、状态与速率的关系曲线，即以状态变量与速率为坐标的关系曲线。速率RATE与状态LEV的一般关系式为：RATE=f（LEV），f可为线性或非线性函数。速率与状态关系图并无时间变量，还不能直接获得变量与时间的关系曲线，但根据它可以用图解法把它隐含的变量与时间的关系求出来，即把LEV与RATE变量随时间的变化曲线绘制出来。在此基础上可对所研究的变量间的关系作进一步的探讨。比如，RATE与LEV的关系曲线可取各种可能的形状，并求出相应的可能解LEV（t）与RATE（t）曲线。对社会经济系统而言，上述内容即所谓“政策分析”过程，它揭示了政策与系统未来发展的内在联系。若是把上述过程倒过来，先给出变量期望特性，再经作图求出变量的关系曲线当然也是可以的。图解分析法具有人所共知的简单、形象、清晰的优点，然而它最可贵的特点还在于能够分析解决用一般线性分析解析方法无法解决的简单非线性系统的问题。图解分析法也有它的弱点，即它无法胜任对于复杂系统的分析研究任务。对此唯有依靠系统动力学的理论、构模原理和借助计算机模拟技术。6.系统动力学模型为主体与其他理论、方法的结合（1）数理经济学、计量经济学与系统动力学相结合运用。数理经济学用于揭示与描述经济变量之间的定量关系。计量经济学主要用于某些参数的估计。它们与系统动力学的结合应用始于20世纪70年代初。（2）产业关联分析、投入产出分析与系统动力学结合运用，始于1977年。（3）优化理论与系统动力学结合，始于1977年。（4）非平衡自组织理论与系统动力学相结合。前者用于对一组系统动力学模型进行同态简化，获得集中模型（或总体模型）。结合方法是，先建立系统动力学模型，推出系统演化方程t运用协同学找出序参量，以解释系统的自组织现象。此种结合已用于洞庭湖整治开发总体模型研究。（5）运用灰色系统理论与方法为系统动力学模型中某些辅助方程的参数作估计。（6）应用图论分析方法给出系统动力学流图，以闭环的观点来认识和解决问题，运用反馈回路的确定方法有助于对系统动力学模型的调适与结果分析。（7）系统动力学和其他多种方法组成综合模型体系。（8）智能化综合系统是以系统动力学与复杂系统理论（耗散结构、协同学、突变论等）相结合，以系统动力学模型为核心建立的模型库，再加上知识库与数据库等组成。2.3 系统动力学在物流管理中的应用研究现状国外学者运用系统动力学在供应链管理方面的研究主要集中在库存管理、政策发展、时间压缩、需求扩大、供应链设计和整合以及国际供应链管理等方面［大卫·葛素尔（David Kosiur），1997］，见下表。国外研究分类注：a—反馈回路分析图；b—连续仿真；c—运筹技术；d—独立仿真。阿克曼斯（Akkermans）提出的参与式企业建模法（Participative Business Modeling，PBM）就是一种综合了系统动力学、运筹学、社会科学及过程咨询的动态决策方法，与传统的方法相比，PBM方法避免了决策管理与控制的缺失，综合考虑了供应链物流策略设计中的技术复杂性及组织复杂性，以改善策略制定的规范性，提升策略实施的功效。赫非兹（Hefeez，1996）等提出了一种系统动力学与系统工程相结合的供应链动态建模方法。与PBM方法类似，该方法尝试将技术、组织、人员态度及人机关系等问题的复杂性一并考虑，构建一个集成的供应链系统动力学框架模型。阿克曼斯（Akkermans H A，1996）将系统动力学用于供应链的研究，提出了一种综合的供应链扩展设计方法，以图实现动态决策支持。阿隆索（Alonso）与弗雷泽（Frasier，1991）利用系统动力学方法探讨了在面临不同的销售波动时，准时制生产（JIT）模式库存策略对公司利润的影响，研究表明，计划和管理上的延迟将会影响公司的利润；需求的不确定性将导致更长的时间延迟，从而导致更多的库存积压及利润下降。安德森（Anderson，1997）等以机床行业为例，利用系统动力学探讨了机床设备供应链的需求放大在提前期、库存、生产率和人力等方面的含义，测试了供应链性能改善的多种策略，并利用统计拟合数据进行仿真。结果显示，市场的多变性及“投资加速”导致生产能力的提高，从而产生需求的严重放大，灵活的订单策略和雇佣策略有助于克服需求放大并改善整个供应链的运作。古普塔（Gupta Y P，1989）通过系统动力学模型分析了准时制生产模式的动态行为模式及其库存、产能等问题。巴尔拉斯（Barlas）、亚克苏干（Aksogan，1996）设计的一个成衣供应链系统动力学模型是系统动力学在库存策略应用研究中的经典案例，其目的是设计库存策略以降低成本、提高收益，并探寻多种不同库存策略的管理学含义。该模型综合了订单和生产策略，并借助C语言实现了算例，结果显示，用于连续系统的订单策略对于部分离散部分连续的库存系统并不适用，于是提出了针对部分连续部分离散库存系统的新的订货策略，该策略对于不稳定需求特别有效。赖内斯（Lyneis，1980）利用系统动力学的方法，设计了一个制造企业的供应链流程结构，主要用来研究库存、财务、人力资源、供应商、客户及与竞争对手之间的动态交互模式。但该流程结构欠缺全局、整体的整合，还不能算是真正意义上的过程再造。卡瓦卡帆斯提亚（Cakravastia）、迪尔瓦提（Diawati，1999）利用系统动力学的方法，对印度尼西亚造船业供应链流程进行了再造。模型不但考虑了物料流、信息流，还整合了财务资金流，包含了订单、库存、发货、延迟、总销售额及净利润等关键因素及其相互关联，并设定了产品质量、成本和交货期三项关键的物流绩效指标。实证表明，该模型可用于供应链物流策略的设计、物流绩效的评价及预测。相关学者在供应链物流的系统动力学研究主要包括对供应链物流过程中不同生产模式下的牛鞭效应（需求放大）、库存管理等供应链物流、资金流、信息流过程动态性的研究。福瑞斯特（Forrester，1958）构建的包含工厂、库房、分销商和零售商的供应链仿真模型（见图2-3）后来被人们称为“Forrester供应链”或“Forrester模型”。它清晰地反映了物料在整个供应链中的流动，从工厂、库房到分销商、零售商，最后到达客户的过程，并考虑了信息在供应链中的流动以及时间延迟，初步揭示了供应链中时间延迟、牛鞭效应（需求放大）等动态性的存在。图2-3 Forrester 供应链随后，许多学者对供应链的牛鞭效应（需求放大）进行了相关研究，其中利用系统动力学方法的主要有斯特曼（Sterman）、陶威尔（Towill）和安德森（Anderson）等。斯特曼利用系统动力学构建了一个通用的库存管理模型，如图2-4所示。该模型主要包含系统物理结构（状态变量和流结构）与决策规则两部分，它们组成了一个基本的库存管理决策的试验环境，可以提供多种不同的模拟情景。斯特曼指出，供应链库存管理系统中各种反馈的复杂性和时间压力往往会使决策者产生对反馈信息的错误理解及非理性的决策行为，决策过程往往采用局部合理的启发式方法，来形成目标导向和调整策略。斯特曼后来利用“啤酒游戏”设计的生产与分销管理模拟试验考虑了多阶段、多成员、非线性反馈、时间延迟等，结果也说明了同样问题。斯特曼建议，对决策者的系统思考（System thinking）模式的培训有助于形成科学的库存管理策略并有效克服牛鞭效应。陶威尔通过系统动力学研究了需求信息随供应链层层向上的变化幅度，发现每经过一个环节需求信息会被放大一倍，到制造商从分销商获得订单时，需求放大几乎达到初始需求的八倍。安德森等以机床行业为例，利用系统动力学探讨了机床设备供应链的需求放大在提前期、库存、生产率和人力等方面的含义，测试了供应链性能改善的多种策略，并利用统计拟合数据进行仿真，结果显示，市场的多变性及“投资加速”导致生产能力的提高，从而产生需求的严重放大，灵活的订单策略和雇佣策略有助于克服需求放大并改善整个供应链的运作。图2-4 Sterman的通用库存管理模型供应链管理的卡迪夫（Cardiff）框架（见图2-5）则是系统动力学应用于供应链流程再造的典范。百利（Berry，1989）等对欧洲计算机等电子产品供应链的成功再造，证明了卡迪夫（Cardiff）框架的有效性。陶威尔（Towill，1994）认为时间压缩是现代供应链建立高效反应能力、应对市场快速变化、改善整体绩效的最好方法，并利用Forrester模型作为供应链系统绩效改善的基本框架构建了一个供应链再造策略。结果显示，提前期的缩短对质量、客户服务水平和总成本有着积极的影响，对供应链需求的预测、故障诊断、客户及市场的响应速度都有非常显著的改善。图2-5 供应链管理的Cardiff框架国内学者对于系统动力学的研究主要集中在供应链动态建模方法以及库存、生产、物流建模与应用等方面。张力菠（2004）在回顾系统动力学方法的理论研究与应用发展概况，并比较供应链管理研究几种方法的基础上，分析论证了系统动力学方法应用于现代供应链管理问题研究的可行性，并根据供应链管理相关问题的分类，回顾、评述了系统动力学在各类问题中的应用研究概况，最后提出了进一步的研究方向。孙东川（2005）为了有效预测现代物流业的货运量大小，分别运用回归分析与系统动力学两套方法来建立广东省现代物流货运量的预测模型，并通过模拟结果的比较验证了系统动力学在物流领域的良好应用前景。王迎军和高峻峻（2002）研究多个制造商和多个分销商组成的分销系统，综合考虑库存成本、订货成本、运输成本和缺货成本，建立了较为全面的分销网络成本模型，以分销商满足市场需求时的服务水平作为优化问题的约束条件，求解成本优化问题；然后，给出了求解上述最优订货量的方法，并采用仿真方法分析了价格参数及订货比例系数对总成本的影响。结论表明，随着运价参数的降低，总成本下降幅度较大；分销商在地理位置方面的特征，会影响分销商在不同供应商之间的最优订货比例，该比例不是越大越好，也不是越小越好，最优比例是居中的某个数值。刘永庆（1993）研究仓储系统动力学时，把仓储控制系统当作反馈系统。货物发送使库存量减少，当库存降到低于某一库存值时，库存部门就向生产者订货，使库存回升。这样，现有库存多少的信息就得到了传送，先传送到订货部门，再到生产者，最后以入库产品的形式返回。向卓元和包辛（1995）认为物资配送系统由于具有社会性、动态开放性、非线性平衡、复杂性和惯性等特征，使得采用投入产出模型、计量经济模型或经济控制论模型去分析和研究这类系统的行为以及发展战略问题力不从心。而系统动力学则擅长处理周期性、长期性以及高阶、非线性、时变问题，特别是能在数据缺少或不完备的条件下仍可以进行研究，仍能对未来政策进行分析。因此，运用系统动力学方法对物资配送系统的规模、中远期行为等发展战略问题进行了构模、仿真研究。陆俊强和戴勇（2001）建立了配送中心与超市库存系统动力学模型，通过模拟来确定配送中心仓库的订货量和库存量。由于所需的数据不多，对数据的准确度要求也不高，这为新成立的历史数据不多的企业提供了一种比较实用的方法。尤安军和庄玉良（2002）研究物流配送系统时认为仓库的设置直接关系到配送中心的服务水平：一方面随着仓库数量的增加，可以缩短客户响应时间，提高客户服务水平，从而增加销售量；另一方面仓库数量的变化又会直接影响配送成本，随着仓库数的增加，也必然带来物流配送系统成本的上升。于是运用系统动力学的方法分析了仓库数、销售量、成本、收益之间的相互作用，深入了解了物流配送系统的运行机制、行为特征。李红启和刘凯（2002）认为我国在城市物流中心的规划设计方面的理论依据还不是十分成熟，而且城市物流中心直接面向城镇消费者，其业务波动可能比较大，投资风险较高。投资之前对其可能的能力、容量进行合理估计显得很重要。于是运用系统动力学理论与方法对城市物流中心的商品合理库存量进行了预测。陈亚绒和施国洪（2003）运用系统动力学方法，对江苏物流系统进行了定性分析，研究了物流发展与国民经济发展、政府政策、科技投入和环境之间的关系，从理论上为江苏物流产业的整体发展提供了决策依据。桂寿平和朱强等（2003）应用系统动力学的原理和方法分析了库存控制系统，建立了库存控制系统模型，利用软件提供的模拟环境，对物价率变化、库存调整时间变化、需求突然增大等情况下的库存进行了模拟分析。试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]