馬 駿，孫國芳，趙 靜，郭孟軻

(北京電子科技職業(yè)學(xué)院，北京 100176)

1 引言

系統(tǒng)仿真是一種在計算機(jī)上模擬真實系統(tǒng)的過程，它可以幫助人們更好地理解和分析真實系統(tǒng)的工作原理，并對其進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。系統(tǒng)仿真可以應(yīng)用于各種領(lǐng)域，如交通運(yùn)輸、制造業(yè)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、生物學(xué)等。

對供應(yīng)鏈系統(tǒng)進(jìn)行研究勢必需要科學(xué)有效方法的支持，可以將研究方法簡單劃分為定性研究法與定量研究法。其中，定性研究法主要依據(jù)一些供應(yīng)鏈相關(guān)理論與概念，對現(xiàn)實世界中供應(yīng)鏈現(xiàn)象進(jìn)行定性解讀和說明；定量研究法，則會通過建立供應(yīng)鏈系統(tǒng)模型來研究供應(yīng)鏈系統(tǒng)的關(guān)鍵因素、相互作用及其之間的定量影響。

在供應(yīng)鏈領(lǐng)域，系統(tǒng)仿真可以用來模擬和量化分析各種類型的供應(yīng)鏈系統(tǒng)，包括生產(chǎn)、物流、分銷等。例如，通過系統(tǒng)仿真，可以預(yù)測不同的供應(yīng)鏈策略對運(yùn)營效率、成本和服務(wù)質(zhì)量的影響，并制訂優(yōu)化的供應(yīng)鏈計劃。此外，系統(tǒng)仿真還可以幫助企業(yè)應(yīng)對突發(fā)事件、風(fēng)險和不確定性，更好地管理供應(yīng)鏈風(fēng)險。

文章在對相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行系統(tǒng)的梳理和分析基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步比較和分析系統(tǒng)仿真進(jìn)行供應(yīng)鏈規(guī)劃的幾種范式與方法，以為進(jìn)一步探究系統(tǒng)仿真在供應(yīng)鏈規(guī)劃領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論依據(jù)和實踐借鑒。

2 既有研究概述

供應(yīng)鏈系統(tǒng)仿真是一個廣泛的研究領(lǐng)域，包括仿真技術(shù)和模型的發(fā)展以及在供應(yīng)鏈管理、生產(chǎn)、物流、貿(mào)易、運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域的應(yīng)用。

在過去的幾年里，學(xué)術(shù)界對供應(yīng)鏈系統(tǒng)仿真的研究有了很多進(jìn)展。例如，有研究使用深度學(xué)習(xí)技術(shù)來改善供應(yīng)鏈仿真模型的預(yù)測能力；有研究使用云計算技術(shù)來提高供應(yīng)鏈仿真的計算效率；有研究使用多智能體技術(shù)來改進(jìn)供應(yīng)鏈仿真模型的決策方法。

此外，供應(yīng)鏈系統(tǒng)仿真還被廣泛應(yīng)用于解決實際問題，如庫存管理、運(yùn)輸規(guī)劃、供應(yīng)商選擇、設(shè)施布局等。研究人員還在探索如何將供應(yīng)鏈系統(tǒng)仿真與其他工具和方法相結(jié)合，如大數(shù)據(jù)分析、計算機(jī)輔助設(shè)計、系統(tǒng)動態(tài)建模等，以提供更全面、更準(zhǔn)確的決策支持。

總的來說，供應(yīng)鏈系統(tǒng)仿真在學(xué)術(shù)界取得了很多進(jìn)展，并在解決實際問題方面發(fā)揮了重要作用。

上述文獻(xiàn)中，主要研究的是使用系統(tǒng)仿真的方法來解決供應(yīng)鏈規(guī)劃中的問題。具體來說，有以下四個主要觀點。

(1)系統(tǒng)仿真可以幫助研究人員更好地了解供應(yīng)鏈規(guī)劃問題的復(fù)雜性，并為解決問題提供有效的方法。

(2)使用系統(tǒng)仿真可以為供應(yīng)鏈規(guī)劃提供更多的可能性，并且可以幫助研究人員更好地比較不同方案之間的優(yōu)劣。

(3)通過使用系統(tǒng)仿真的方法，可以更好地考慮供應(yīng)鏈規(guī)劃中的不確定性和風(fēng)險，并為決策者提供可靠的決策支持。

(4)系統(tǒng)仿真可以幫助研究人員更好地模擬供應(yīng)鏈規(guī)劃問題中的各種情況，并提供有價值的見解和建議。

3 供應(yīng)鏈系統(tǒng)仿真的建模范式比較

系統(tǒng)建模的本質(zhì)是對現(xiàn)實世界的一種抽象?，F(xiàn)代仿真建模中有三種范式，每個方法服務(wù)于一定的抽象級別。系統(tǒng)動力學(xué)建模的抽象程度最高，離散事件建模的抽象程度較低，而基于主體的建模則可以覆蓋從非常具體的物理對象建模，到以公司為主體的高度抽象的社會對象建模。

3.1 系統(tǒng)動態(tài)建模

系統(tǒng)動力學(xué)是麻省理工學(xué)院杰伊·弗雷斯特教授在20世紀(jì)50年代中期創(chuàng)立的一種方法，他最初的背景是科學(xué)和工程。弗雷斯特的想法是利用物理定律，特別是電路定律，來描述和研究經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的動態(tài)，后來還包括社會系統(tǒng)。系統(tǒng)動力學(xué)的原理和建模語言形成于20世紀(jì)50年代和60年代早期，并一直保持至今。

系統(tǒng)動力學(xué)是研究動態(tài)系統(tǒng)的一種方法，它希望建模者從內(nèi)生的角度來看問題，將系統(tǒng)建模成一個因果封閉結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)本身將定義其行為。為此，建模者要力求發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的反饋回路，也就是因果回路關(guān)系?？梢哉f，反饋回路是系統(tǒng)動力學(xué)的核心。系統(tǒng)動態(tài)學(xué)將系統(tǒng)構(gòu)成要素之間的反饋回路視為結(jié)構(gòu)，而系統(tǒng)構(gòu)成要素則被其量化處理為兩種主要變量：存量和流量。存量的變化，則被稱為系統(tǒng)動態(tài)理論的行為。因此，在系統(tǒng)動態(tài)學(xué)里有一個核心看待問題的視角：通?？吹降氖鞘澜绲默F(xiàn)象，可以稱其為事件；而事件是由系統(tǒng)行為影響和決定的，而系統(tǒng)行為則是由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)影響和決定的。換而言之，結(jié)構(gòu)決定行為，行為導(dǎo)致事件。

3.2 離散事件建模

在離散事件建模方法中，建模者將系統(tǒng)視為一個跨越不同實體執(zhí)行的一系列操作構(gòu)成的完整過程。這些操作包括延遲、由各種資源提供服務(wù)、選擇流程分支、拆分、組合以及其他一些操作。由于實體競爭資源并可能被導(dǎo)致延遲，因此隊列存在于任何離散事件模型中。

離散事件建模對系統(tǒng)的抽象程度明顯要比系統(tǒng)動力學(xué)建模方法低很多。一方面，離散事件建模反映了發(fā)生在物理系統(tǒng)中的順序步驟；另一方面，在系統(tǒng)動力學(xué)中，聚合了單個對象并討論其整體數(shù)量的動態(tài)。而在離散事件建模中，系統(tǒng)中的每個對象由代理或資源表示，并保持其獨(dú)立的個體性。

3.3 基于主體建模

相對于上面兩種建模方式，基于主體建模是一種較新的建模方式。在21世紀(jì)初，隨著計算機(jī)運(yùn)算性能的提高以及計算機(jī)數(shù)據(jù)科學(xué)的進(jìn)步，促使基于主體建模這一方式由學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域進(jìn)入了實際應(yīng)用領(lǐng)域，并得以迅速發(fā)展。

基于主體建模提供了另外一個建模思路，在這個思路中，建模者可能不知道系統(tǒng)作為一個整體是如何行為的，關(guān)鍵變量及其之間的相互關(guān)系是什么，或者也看不出有一個完整的過程，但是可能對系統(tǒng)中對象的單獨(dú)行為有一些了解。那么，就可以通過標(biāo)識這些對象(稱為“主體”)并定義它們的行為，從下向上開始構(gòu)建模型。繼而，建模者可以將主體與主體連接起來，并讓它們進(jìn)行交互；然后，系統(tǒng)的全局行為從許多(數(shù)十、數(shù)百、數(shù)千，甚至數(shù)百萬)并發(fā)的個體行為中浮現(xiàn)出來。

供應(yīng)鏈這類復(fù)雜組織系統(tǒng)的復(fù)雜性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過上述三種方法單一就能覆蓋的程度。供應(yīng)鏈的戰(zhàn)略層、戰(zhàn)術(shù)層和操作層這三個層次分別對應(yīng)實際供應(yīng)鏈的三種不同層次的抽象模型。每個層次的模型適于采用不同的建模仿真方法。一般來說，離散事件建模較多適用于操作層和戰(zhàn)術(shù)層仿真，系統(tǒng)動態(tài)建模較多用于戰(zhàn)略層和戰(zhàn)術(shù)層仿真，而基于主體建模則適合三個層次仿真；系統(tǒng)動態(tài)建模大多處理連續(xù)過程，而離散事件建模和基于主題建模則大多處理離散過程。也就是說，全面、準(zhǔn)確揭示供應(yīng)鏈系統(tǒng)的行為和演化規(guī)律不是上述三種方法中任何一個單一的建模仿真方法所能夠完全勝任的。

4 供應(yīng)鏈系統(tǒng)仿真的建模過程與步驟

供應(yīng)鏈系統(tǒng)仿真的方法通常包括建模、仿真、驗證和評估四個步驟。

4.1 建模

建模是指建立一個數(shù)學(xué)模型來描述真實系統(tǒng)的工作機(jī)制，包括對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、過程、參數(shù)、決策等進(jìn)行建模。建?？梢允褂酶鞣N方法和工具，如狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程、隊列網(wǎng)絡(luò)模型、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型、線性規(guī)劃模型等。

假設(shè)有一家公司生產(chǎn)并銷售電子產(chǎn)品，它的供應(yīng)鏈包括生產(chǎn)、物流、分銷三個環(huán)節(jié)。公司想通過系統(tǒng)仿真來優(yōu)化供應(yīng)鏈管理，提高運(yùn)營效率和客戶滿意度。在建模這個步驟，公司需要建立數(shù)學(xué)模型來描述供應(yīng)鏈的結(jié)構(gòu)、過程、參數(shù)等。建模時，可以考慮使用隊列網(wǎng)絡(luò)模型或貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型來表示生產(chǎn)、物流、分銷三個環(huán)節(jié)之間的相互作用和決策流程。

4.2 仿真

仿真是指在計算機(jī)上運(yùn)行建模得到的數(shù)學(xué)模型，生成模擬結(jié)果。仿真可以幫助人們預(yù)測系統(tǒng)的行為，并分析不同的決策對系統(tǒng)的影響。

在仿真這個步驟，這家公司可以使用計算機(jī)運(yùn)行建模得到的數(shù)學(xué)模型，生成模擬結(jié)果。仿真時，可以設(shè)定不同的輸入條件，如銷售預(yù)測、生產(chǎn)能力、物流成本等，并根據(jù)模擬結(jié)果分析供應(yīng)鏈的運(yùn)營效率、成本、庫存水平等。

4.3 驗證

驗證是指對模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行評估，確保模型能夠反映真實系統(tǒng)的特征。在驗證步驟中，公司需要通過對比真實數(shù)據(jù)和模擬結(jié)果，評估模型的準(zhǔn)確性。

4.4 評估

評估是指根據(jù)仿真結(jié)果，對系統(tǒng)的性能、效率、可靠性、安全性等進(jìn)行評價，并為決策者提供決策支持。

在評估步驟，公司可以根據(jù)仿真結(jié)果，對供應(yīng)鏈的性能、效率、可靠性、安全性等進(jìn)行評價，并為決策者提供決策支持。例如，可以分析不同的供應(yīng)鏈策略對運(yùn)營效率、成本、服務(wù)質(zhì)量的影響，并確定最優(yōu)的供應(yīng)鏈方案。此外，還可以根據(jù)仿真結(jié)果，預(yù)測突發(fā)事件、風(fēng)險和不確定性的影響，并制定應(yīng)對方案。

5 供應(yīng)鏈系統(tǒng)仿真的實際功用

使用系統(tǒng)仿真進(jìn)行供應(yīng)鏈規(guī)劃可以幫助企業(yè)解決一些實際問題，大致包括模擬優(yōu)化、模擬分析、模擬預(yù)測、模擬比較及模擬設(shè)計。

模擬優(yōu)化：在模擬過程中，自動搜索最優(yōu)解，并不斷更新模擬模型。例如，假設(shè)現(xiàn)在要設(shè)計一個供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)，需要決策如何分配庫存和生產(chǎn)能力?？梢越⒁粋€模擬模型，并設(shè)定目標(biāo)函數(shù)(比如最小化成本)，然后使用優(yōu)化算法對模擬模型進(jìn)行自動搜索，找到最優(yōu)解。

模擬分析：對模擬結(jié)果進(jìn)行分析，提取有價值的信息。例如，假設(shè)有一個供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)，希望了解其運(yùn)行情況?？梢越⒁粋€模擬模型，模擬供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，然后對模擬結(jié)果進(jìn)行分析，了解供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀況。

模擬預(yù)測：使用模擬模型對未來的情況進(jìn)行預(yù)測。例如，假設(shè)現(xiàn)在有一個供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)，希望預(yù)測未來一段時間內(nèi)其運(yùn)行情況?？梢越⒁粋€模擬模型，并設(shè)置未來的變量(比如需求量、運(yùn)輸成本等)，然后進(jìn)行模擬，預(yù)測未來供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行情況。

模擬比較：使用模擬模型對不同的方案進(jìn)行比較，探討各方案的優(yōu)劣。例如，假設(shè)現(xiàn)在有兩種供應(yīng)鏈規(guī)劃方案，希望比較兩者的優(yōu)劣?？梢越蓚€模擬模型，分別模擬兩種方案的運(yùn)行情況，然后對模擬結(jié)果進(jìn)行比較，探討兩種方案的優(yōu)劣。

模擬設(shè)計：使用模擬模型幫助設(shè)計供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)、庫存政策等。假設(shè)現(xiàn)在希望設(shè)計一個供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)，可以建立一個模擬模型，并設(shè)置各種變量(比如需求量、運(yùn)輸成本等)，然后進(jìn)行模擬，幫助設(shè)計供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、庫存政策等。

6 結(jié)論

總的來說，供應(yīng)鏈系統(tǒng)仿真是一種科學(xué)的有效方法，能夠全面支持研究供應(yīng)鏈系統(tǒng)，幫助建模者建立供應(yīng)鏈系統(tǒng)模型，研究供應(yīng)鏈系統(tǒng)的關(guān)鍵因素、相互影響以及定量的效果。通過仿真，企業(yè)可以對不同方案進(jìn)行優(yōu)化、分析、預(yù)測和比較。然而，由于供應(yīng)鏈系統(tǒng)復(fù)雜，建模者需要合理使用系統(tǒng)動態(tài)建模、離散事件建模和基于主體建模等不同的建模方法。

只有將建模與仿真、驗證和評估等環(huán)節(jié)靈活有效地結(jié)合，才能建立匹配供應(yīng)鏈戰(zhàn)略層、戰(zhàn)術(shù)層和操作層的抽象模型。這樣，可以幫助企業(yè)預(yù)測不同供應(yīng)鏈策略對運(yùn)營效率、成本和服務(wù)質(zhì)量的影響，制訂優(yōu)化的供應(yīng)鏈計劃，幫助企業(yè)應(yīng)對突發(fā)事件、風(fēng)險和不確定性，更好地管理供應(yīng)鏈風(fēng)險。