基于系統(tǒng)動力學(xué)的電力應(yīng)急物資儲備模型研究

楊鳳麗+劉春輝+劉鵬+張艷馥

摘 要：應(yīng)急物資儲備的目標(biāo)是使應(yīng)急物資儲備量控制在合理范圍內(nèi)，在保證應(yīng)急物資供應(yīng)的前提下，又不會造成供不應(yīng)求的缺貨現(xiàn)象。文章采用系統(tǒng)動力學(xué)的方法，對電力應(yīng)急物資儲備庫進(jìn)行因果關(guān)系分析后，運(yùn)用VENSIM軟件對儲備的應(yīng)急物資儲備進(jìn)行建模，并結(jié)合算例進(jìn)行仿真模擬，給出了應(yīng)急物資儲備庫的應(yīng)急物資合理儲備量。

關(guān)鍵詞：電力應(yīng)急物資；系統(tǒng)動力學(xué)；儲備量

中圖分類號：F253 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract： The objective of the emergency material reserve is to control the emergency material reserves within a reasonable range， in ensuring the supply of emergency supplies under the premise， it will not cause the shortage of shortages. In this paper， the method of system dynamics is used to analyze the causal relationship between the power emergency material reserve， and the emergency reserve of the reserve is modeled by VENSIM software， and combined with examples of simulation， the reasonable reserve of emergency materials for emergency materials reserves is given.

Key words： electric power emergency supplies； system dynamics； reserves

0 引 言

近年來，冰雪、地震、暴雨等各種類型的突發(fā)事件導(dǎo)致供電中斷情況頻發(fā)，嚴(yán)重影響著人類的生產(chǎn)生活，造成了很嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和社會影響。如何做好突發(fā)事件的應(yīng)對工作成為電力部門十分關(guān)心的問題。電力應(yīng)急物資的管理在突發(fā)事件的處理中占有極其重要的位置，能否確定合適的庫存量以及訂貨量是應(yīng)急物資管理的重中之重。省電力公司應(yīng)急物資儲備庫在電力物資的倉儲系統(tǒng)中占有至關(guān)重要的地位，一方面它需要和供應(yīng)商直接對接，另一方面需要和需求地直接對接，因此，將電力應(yīng)急物資儲備庫的儲備問題作為研究重點(diǎn)具有十分重要的現(xiàn)實意義。

對于電力應(yīng)急物資的儲備問題，國內(nèi)外一些學(xué)者做了一些研究，如尚敬福、張瑜等系統(tǒng)地分析了電力應(yīng)急物資的特點(diǎn)、儲備現(xiàn)狀及存在的問題，針對電力應(yīng)急物資管理的復(fù)雜性、儲備資金占用較大及利用率不高等問題，提出了建立電力應(yīng)急物資聯(lián)合儲備管理系統(tǒng)的設(shè)想[1]。張永領(lǐng)在綜合考慮影響應(yīng)急物資儲備的主要因素的基礎(chǔ)上，將應(yīng)急物資分為五類，并采用層次分析法對應(yīng)急物資的儲備方式進(jìn)行了研究[2]。高彥龍和唐嘉婷等介紹了電力應(yīng)急物資管理的重要意義以及電力應(yīng)急物資類型和應(yīng)急物資儲備方式，重點(diǎn)介紹了電力應(yīng)急物資分類儲備的方法，對電力應(yīng)急物資進(jìn)行分類管理，提高電力應(yīng)急物資庫存管理水平[3]。

大部分的應(yīng)急物資儲備分析方法有運(yùn)算量大、數(shù)據(jù)精度要求高等缺點(diǎn)，不能充分體現(xiàn)系統(tǒng)中的變量之間相互影響的數(shù)量與邏輯關(guān)系。而本文采用的系統(tǒng)動力學(xué)方法恰恰能夠克服這些不足，系統(tǒng)動力學(xué)對數(shù)據(jù)的要求比較低，可以更加動態(tài)系統(tǒng)的反映實際問題，不僅可以用系統(tǒng)動力學(xué)來評價整個應(yīng)急物資倉儲系統(tǒng)的優(yōu)劣，還可以通過預(yù)測相關(guān)的變量發(fā)生變化之后對整個倉儲系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，有利于幫助決策者進(jìn)行系統(tǒng)的改進(jìn)。

1 電力應(yīng)急物資儲備模型建立

1.1 系統(tǒng)邊界分析。要建立系統(tǒng)動力學(xué)模型，首先要對系統(tǒng)邊界進(jìn)行確定。系統(tǒng)邊界規(guī)定了哪一部分應(yīng)該劃入模型，哪一部分不應(yīng)該歸入模型。凡是在邊界內(nèi)部涉及與所研究的動態(tài)問題有重要關(guān)系的概念與變量均應(yīng)考慮進(jìn)入模型之中；那些在界限外部的概念和變量都應(yīng)該排除在模型之外[4]。

本文在研究省級電力應(yīng)急物資儲備時，主要考慮供應(yīng)商與電力應(yīng)急物資儲備庫進(jìn)行聯(lián)合儲備的庫存問題以及在整個倉儲系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)中探究各個環(huán)節(jié)庫存的影響因素。電力應(yīng)急物資儲備主要是劃分區(qū)域集中儲備，災(zāi)情發(fā)生后由應(yīng)急物資儲備庫直接運(yùn)往需求地，如果庫存不足，可以進(jìn)行緊急采購。本系統(tǒng)的界限大體包括：應(yīng)急物資儲備庫發(fā)貨、應(yīng)急物資儲備庫積存訂單、應(yīng)急物資儲備庫期望庫存、應(yīng)急物資儲備庫庫存偏差、應(yīng)急物資儲備庫訂貨、應(yīng)急物資儲備庫庫存、供應(yīng)商發(fā)貨?？紤]到電力應(yīng)急物資的實際情況，上述界限中忽略了一部分難以量化的因素，比如電力的政策法規(guī)、倉儲系統(tǒng)的庫存量等。模型的基本假設(shè)條件如下：（1）假設(shè)供應(yīng)商送來的應(yīng)急物資的壞損率為零。（2）假設(shè)供應(yīng)商發(fā)往儲備庫的應(yīng)急物資會出現(xiàn)延遲，而應(yīng)災(zāi)情發(fā)生時儲備庫發(fā)往地方的應(yīng)急物資不會出現(xiàn)延遲，是即時到達(dá)的。（3）假設(shè)供應(yīng)商可以向應(yīng)急物資儲備庫提供任意數(shù)量的商品。

1.2 因果關(guān)系分析。在電力應(yīng)急物資倉儲系統(tǒng)中，當(dāng)災(zāi)害發(fā)生、需求地產(chǎn)生需求時，距離需求地最近的倉庫會按照需求量提供應(yīng)急物資，當(dāng)應(yīng)急物資儲備庫的應(yīng)急物資不能滿足需求地需求時，需要進(jìn)行倉庫間的動態(tài)周轉(zhuǎn)，因此，通過對該倉儲系統(tǒng)各個節(jié)點(diǎn)的分析得出了整個應(yīng)急物資儲備的因果關(guān)系圖如圖1所示。

圖1中帶箭頭的線段為因果鏈，表明了兩個變量之間的因果關(guān)系，因果鏈上可標(biāo)明其影響作用的性質(zhì)是正的還是負(fù)的，正號表明箭頭指向的變量將隨箭頭源發(fā)的變量的增加而增加、減少而減少，負(fù)號則表示變量間取與此相反的關(guān)系。因果鏈形成環(huán)狀的閉合回路之后就產(chǎn)生了反饋回路。反饋回路也有正負(fù)之分，反饋回路中負(fù)因果鏈個數(shù)如果為奇數(shù)則該反饋回路為負(fù)，反之則為正反饋回路。本系統(tǒng)中有一個反饋回路：應(yīng)急物資儲備庫庫存→應(yīng)急物資儲備庫庫存偏差→應(yīng)急物資儲備庫訂貨→供應(yīng)商發(fā)貨。endprint

在反饋回路中，應(yīng)急物資儲備庫庫存增加導(dǎo)致應(yīng)急物資儲備庫庫存偏差減小，庫存偏差減小導(dǎo)致應(yīng)急物資儲備庫訂貨減少，應(yīng)急物資儲備庫訂貨減少導(dǎo)致供應(yīng)商發(fā)貨減少，而供應(yīng)商發(fā)貨的減少又進(jìn)一步導(dǎo)致應(yīng)急物資儲備庫庫存的減少，在這個反饋回路中供應(yīng)商發(fā)貨到應(yīng)急物資儲備庫庫存之間還有一個時間延滯的符號，表明此處在物資運(yùn)輸途中有延遲。

1.3 系統(tǒng)流圖分析。繪制完因果關(guān)系圖后，需要在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步繪制該倉儲系統(tǒng)的系統(tǒng)流圖，并對其進(jìn)行進(jìn)一步說明。電力應(yīng)急物資儲備模型的系統(tǒng)流圖如圖2所示：

圖2引入了水平變量、速率變量、輔助變量、常量等因素，供應(yīng)商庫存等帶有方框的變量為水平變量，供應(yīng)商到貨量等樣式的變量為速率變量，供應(yīng)商庫存偏差等樣式的變量為輔助變量，綜合考慮實際情況，供應(yīng)商庫存補(bǔ)充周期為常量。

1.4 模型相關(guān)方程建立。系統(tǒng)流圖構(gòu)建完成之后，需要在VENSIM軟件中為各個變量添加方程，從而更加明確地表示變量之間的關(guān)系。本文的模型主要包含了以下四種函數(shù)[5]：（1）INTEG函數(shù)：用于水平變量的表達(dá)式中，是計算變量在一定時間內(nèi)累積值的函數(shù)。（2）邏輯函數(shù)：表達(dá)式為IF THEN ELSE（cond， onture， onfalse），表示了cond， onture， onfalse三個表達(dá)式或常數(shù)之間的邏輯關(guān)系。（3）隨機(jī)函數(shù)：表達(dá)式為RANDOM UNIFORMmin， max， seed，表示變量在一定范圍內(nèi)進(jìn)行隨機(jī)變化，由于災(zāi)害發(fā)生都是突然的，所以應(yīng)急物資的需求量是隨機(jī)變化的，故需要引入此變量。（4）延遲函數(shù)：表達(dá)式為DELAYFIXEDin， dtime， init。它表示供應(yīng)商發(fā)貨到省中心庫途中的物流延遲。

2 模型仿真與分析

在進(jìn)行模型仿真之前需要對其進(jìn)行量綱一致性檢驗和極端情況檢驗，本文開始建立模型時就對量綱進(jìn)行了仔細(xì)的檢查，保證了其量綱的一致性，并通過VENSIM軟件完成了對模型的極端情況檢驗。

以A省電力公司的應(yīng)急物資儲備庫為例，選取搶修塔作為研究對象，為了使量綱一致性統(tǒng)一，將所有的單位都設(shè)置為元，根據(jù)應(yīng)急物資的歷史數(shù)據(jù)，設(shè)2015年搶修塔在省中心庫的庫存為42萬元，供應(yīng)商處的庫存為42萬元，2015年出庫金額為125萬元，省中心庫的訂貨周期為2個月一次，到貨延遲為1個月，如遇緊急情況庫存不足需要進(jìn)行緊急采購，運(yùn)行結(jié)果如圖3所示，在第2個月時供應(yīng)商庫存出現(xiàn)了明顯的負(fù)數(shù)，發(fā)生了缺貨的危險。這時候，需要增加庫存量，因為應(yīng)急物資最重要的就是速度，而直接從倉庫調(diào)運(yùn)物資要比從供應(yīng)商處調(diào)運(yùn)快得多，所以調(diào)整應(yīng)急物資儲備庫的物資儲備金額為100萬元，供應(yīng)商處的庫存金額為120萬元，運(yùn)行結(jié)果如圖4所示，應(yīng)急物資儲備庫和供應(yīng)商處的庫存量都沒有出現(xiàn)負(fù)值，證明儲備量可以應(yīng)對應(yīng)急情況的需要，并且略有盈余。除此之外，還可以改變到貨延遲時間，通過研究到貨延遲時間的合理范圍3 小 結(jié)

隨著社會的快速發(fā)展，人們對電力的依賴程度越來越高，對電力可靠性的要求也隨之增加，這對快速復(fù)電的實現(xiàn)以及穩(wěn)定電力服務(wù)的提供又增加了新的挑戰(zhàn)。電力應(yīng)急物資儲備在災(zāi)情發(fā)生時對搶修工作的進(jìn)行起到至關(guān)重要的作用，所以需要提高對應(yīng)急物資儲備量預(yù)測的準(zhǔn)確性，減小應(yīng)急物資的到貨延遲時間，省中心庫要加強(qiáng)與上游供應(yīng)商及下游市級周轉(zhuǎn)庫和縣級倉儲點(diǎn)的溝通，做到信息共享，保證應(yīng)急物資的儲備與供應(yīng)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 尚敬福，張瑜，張建華. 電力應(yīng)急物資聯(lián)合儲備管理系統(tǒng)設(shè)計[J]. 能源技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2010（6）：57-60，65.

[2] 張永領(lǐng). 基于層次分析法的應(yīng)急物資儲備方式研究[J]. 災(zāi)害學(xué)，2011（3）：120-125.

[3] 高彥龍，唐嘉婷，閆陽，等. 電力應(yīng)急物資分類儲備管理研究[J]. 科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2014（34）：165-166.

[4] 陳文佳，穆東. 基于系統(tǒng)動力學(xué)的配送中心倉儲系統(tǒng)研究[J]. 北京交通大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2008（1）：27-32.

[5] 王其藩. 系統(tǒng)動力學(xué)[M]. 上海：上海財經(jīng)大學(xué)出版社，2009.endprint