基于Vensim的存货控制系统动力学模拟

[摘 要] 本文针对存货控制管理中存在的问题，引入系统动力学仿真模型进行研究，并以一个简单的存货控制案例，首先采用Excel进行分析，进而应用SD专业软件Vensim进行仿真，最后对Excel与Vensim进行比较，为财务人员研究存货控制提供了一个新的路径。

[关键词] 存货控制；系统动力学；Vensim

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 06. 027

[中图分类号] F272.7 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2014）06- 0044- 03

0 前 言

存货控制是现代财务管理日常工作的重要环节，在经典的存货优化控制模型中，通常对企业的内部管理与外部环境作了非常理想化的界定，例如产供销各个环节上的无缝对接，推导出精致的最佳经济采购量公式，然而现实经济活动千头万绪，很难符合纯数学意义的运筹学库存模型假设前提，一种以数值仿真技术为标志的系统动力学为解决这类复杂问题提供了强有力的工具。系统动力学不同于运筹学，它不是依据抽象的各类假设去寻求所谓的“最优解”，而是以现实的客观存在为对象，根据系统的实际信息构建动态的仿真模型，并通过计算机反复模拟对系统未来趋势进行分析与研究。

1 系统动力学基本知识

系统动力学（System Dynamics，英文简称SD）是由美国学者Forrester教授在1956年提出的，其最初的目标是为了解决企业生产与库存方面的问题。现在系统动力学已经广泛应用于项目管理、供应链管理、学习型组织以及公司战略等。

系统动力学的思想来源于流体力学，采取生动直观的方式对组织运作进行描述，即用SD专业语言刻画企业各类资源在时空中的循环运动，包括订单流（order）、人员流（people）、资金流（money）、设备流（equipment）、物料流（material）以及信息流（information）。

构建系统动力学模型通常包含如下步骤：①明确建模系统的目标；②界定系统研究边界；③确定因果作用相互关系；④运用SD专业方法建立系统动力学模型；⑤计算机仿真实验；⑥对仿真结果分析；⑦对模型进一步修正。其中第③、④步骤是解决问题的重要环节，要求对研究问题有深入研究，同时要具备系统动力学知识，包括绘制因果关系图、流程控制图以及建立结构方程式等。

2 存货控制的系统动力学案例——以Excel为工具

对于财务工作者来说，通常对Excel软件比较熟悉，但是该软件进行系统动力学仿真方面的研究较少。一般来说系统动力学是用一组微分方程来反映系统运动的，通常需要采用相关专业软件处理。对于具备系统动力学的Excel高手，也可以将Excel与VBA工具相结合来开发系统动力学仿真模型，这对于普通财务工作者是很难做到的。但是对于有些简单问题可以运用Excel来构建系统动力学基本框架，其目的主要是掌握系统动力学的基本原理，为进一步学习奠定良好基础。

下面根据温素彬博士Excel系统动力学方面的论文进行修改得到如下存货控制案例：假设某存货系统初始库存量为2 000千克，初始在途订货量为6 800千克，期望库存量为7 500千克，库存调节时间为2周，订货延迟时间为4周，模拟时间间隔为1周，试采用系统动力学方法探讨库存系统变化情况。

在分析存货系统前作如下基本假设：①订货速率R1与期望库存量EQ与实际库存量Qt之差成正比，与库存调节时间T1成反比；②实际库存量变化率ΔQ等于收货速率R2；③收货速率R2与在途订货量ZQ成正比，与订货延迟时间T2成反比；④在途订货量变化ΔZQ率等于订货速率R1与收货速率R2之差。

在Excel表格中建立各参数之间的数量勾稽关系，用系统动力学专业术语表示为状态变量（level variable）方程与速率变量（rate variable）方程，具体方程式见表1。

为了动态反映存货系统的变化情况，利用Excel中的控件工具调整时间，得到库存量与在途订货量之间的动态变化（图1）。

从图1可知，存货量与在途订货量在最初的前31周波动较大，31周以后将趋于平稳。

在存货控制中要注意防止剧烈振荡或者出现类似混沌现象，例如在其他条件不变的情况下，将库存调节时间为1周，订货延迟时间为1周，则会出现图2中的不利情况。

3 存货控制的Vensim系统动力学模拟

对于简单存货问题可以采用Excel来模拟，但是如果系统比较复杂这时就要采用专业软件Vensim，该软件是由美国Ventana公司设计开发，是一个可视化的模拟、优化软件，为了清晰反映存货系统，仍以上述存货系统为例，运用系统动力学专业软件Vensim绘制存货控制流程图（该图很难用Excel绘制）如图3。

绘制控制流程图仅仅从定性上反映各变量之间的因果作用关系，要对上述存货系统进行模拟，就需要对上述参数定量化，其参数定义公式见表1，Vensim建立各参数之间关系操作界面如图4、图5。

从图6、图7可知，存货量与在途订货量在最初的前31周波动较大，31周以后将趋于平稳。

4 结 论

（1）Excel进行系统动力学仿真仅仅适应于简单问题，如果对于复杂系统，这时就需要与VBA相结合，因而对计算机编程水平要求很高。

（2）Vensim是专业的系统动力学软件，可以绘制生动形象的流程控制图，而Excel软件很难实现，同时Vensim在定义各类系统动力学方程时，采取图形界面引导，因此学习方便、操作简单，对于本文中的存货控制案例，两种软件仿真结果完全相同。

（3）Vensim系统动力学软件，可以将Excel软件中的函数、控件、模拟运算表以及方案管理器等方面的功能有机集成与融合在一起，为解决财务管理各种复杂问题提供了强有力工具。

主要参考文献

[1]温素彬.基于Excel的存货管理系统动力学仿真[J].淮海工学院学报：自然科学版，2003（2）.

[2]龚晓光，张娟.用Excel实现系统动力学模型模拟与寻优——以网民扩散为例[J].系统仿真技术，2008（1）.

[3]钟永光，贾晓菁.系统动力学[M].北京：科学出版社，2009.

[4]李旭.社会系统动力学[M].上海：复旦大学出版社，2013.

[5]张瑞君.计算机财务管理[M].北京：中国人民大学出版社，2009.