一、实验内容

在由多级节点组成的库存系统中，如果各节点以分散独立决策的方式进行运作，即每个节点决策的目标是使各自局部的利益达到最优，这时系统整体并不一定处在最优的运作状态。

这种情况下，常会出现长鞭效应现象。长鞭效应产生的原因主要有以下几方面：需求预测的数据更新、批量补货、价格波动、限量供应和短缺博弈、补货提前期。

长鞭效应对供应链整体来讲是一种不利的现象，它会增加企业的经营成本，尤其是处在上游的企业。针对长鞭效应产生的原因，可以从以下几方面采取措施来降低长鞭效应的影响。

避免所有节点都进行需求预测的更新。如果供应链上的企业都独立地进行决策，那么他必须对下游企业的需求进行预测，如前所述，需求预测要进行数据的更新，这就可能会造成需求波动的逐级放大。一个有效的办法是让上游企业直接获得终端市场的需求预测结果，这样就可避免各级独立进行预测而带来的需求波动的逐级放大。从技术上是可以实现这一目的的，如可以通过电子数据交换（EDI）系统或英特网来使上游企业获得其下游企业的需求信息。还有的企业采取绕过下游企业来获得终端市场需求信息，例如戴尔计算机公司就绕过传统的分销渠道，实行全球网上订货，这样戴尔公司就可以直接了解其产品的终端市场需求情况。

缩小补货批量。补货批量越大，就越有可能造成需求波动的放大，应鼓励企业调整补货策略，实行小批量、多频次地采购或供应模式。当然，这又带来另一个问题，就是缩小补货批量后，如何继续获得运作的规模效益。有一些切实可行的方法来解决这一问题，许多实际的系统中，下游企业会从供应商处购进多种品目的物料，因此，货车一次就可从同一供应商处满载多品种的产品，而不是满载同一品种的产品。这样，对每一产品来说其补货的频率增大了，但总体上的送货频率并没有改变，仍可获得运输的规模效益。例如，宝洁公司对愿意进行这种混合订购的顾客给予折扣优惠。还有，可以考虑使用第三方物流公司，也可使小批订购实现规模效益。

稳定价格。前面已分析，促销等价格波动会导致长鞭效应现象，可以设法控制提前购买，尽量减少价格折扣的频率和幅度。还可以通过精确计算库存、特殊处理和运输等成本，使企业实行天天低价的价格策略。

消除短缺情况下的博弈行为。当供应商面临货源不足时，可以根据下游企业以前的销售记录来进行限额供应，而不是根据当前的订购数量来按比例配货。例如，通用汽车，还有惠普等公司，就采取这种方式来处理货源不足时的配货问题。还有，也可以与下游企业共享生产能力和库存状况的有关信息，来减轻下游企业的忧虑，从而减少他们参与博弈的主动性。此外，上游企业给下游企业的退货政策也会鼓励博弈行为，由于缺乏惩罚约束，下游企业会不断夸大他们的需求，在供给过剩的时候再退货或取消订单。因此，应合理制定退货约束机制。

缩短补货提前期。最理想的状况是消除所有的补货提前期，这样可以使长鞭效应现象得到抑制。但实际的供应链系统中，不可能做到所有的企业都无补货提前期，企业的目标是努力缩短补货提前期，将补货提前期内需求的不确定性限制在最小的范围。

表1 长鞭效应产生因素及抑制方法一览

二、实验目的

信息共享的多级库存管理实验是为辅助物流概论课程的教学而设计的验证型实验，也是在牛鞭效应实验之后进行的对比实验。我们旨在通过网络平台提供给学生一个可以模拟供应链上各节点操作决策的环境，使学生通过实践，体会并掌握多级库存管理的概念和方法，加深对对多级库存管理策略的意义和作用的理解。同时可与之前的无信息共享的牛鞭效应实验进行对比，进一步辅助学生分析牛鞭效应现象的原因及抑制方法，培养学生发现问题和分析问题解决问题的能力，为今后关于库存管理课程的学习奠定基础。

学生在实验过程中，应着重：

a) 理解掌握库存管理的基本概念和原理。

b) 练习运用所学知识进行多级库存系统的管理。

c) 对比实验一，体验多级库存管理方式对牛鞭效应的抑制作用，体验信息共享对供应链协调管理的重要作用。

三、实验环境

实验平台

实验在物流实验室的网络实验平台上进行，该实验平台采用B/S（客户机/服务器）的体系结构。实验系统由联网的一台服务器和多台客户机组成，用来模拟单一产品、多级库存的供应链的运营管理。

学生通过在每台客户机前端的操作来扮演一条供应链上的某个节点，进行各种决策。各个节点间信息共享，即每个节点都可以看到链上所有节点的各种信息。每个节点每期都可获得关于节点自身的库存水平和缺货水平，上游到货数，下游需求数的信息。除此之外，每个节点都设有一些固定的属性参数，如提前期、订货启动成本（即固定成本，本实验设为0）、库存率，进货价格和出货价格等（提示：持货成本、缺货惩罚成本等参数可由此得出），固定参数在实验开始前设定。学生通过登录网络平台来参与实验，每期提交向上游的订货和向下游的发货决策，与其他合作者一起模拟单一产品、多级库存系统的运作管理。

四、实验步骤

1. 实验任务：

某种产品的供应链由原材料商、供应商、制造商、分销商、零售商5个环节组成，如上图所示。每个环节看作供应链的一个节点，每个节点有其基本属性，包括提前期（从发出订货订单到收到实货的时间）、订货成本、库存持有率，进货价格，出货价格等，供应链的末端面对顾客的需求服从某种随机分布，每期会产生一个顾客需求数目。在整条供应链信息完全共享的情况下，每个节点每期需要决定向上游订货和向下游发货的数量。系统根据各节点的基本属性参数和每期库存、订货、发货数量计算相应的成本和收益。实验者决策的目标是使整条供应链所有期的总收益最大。

同学们分成若干个小组来模拟供应链的运营，每个小组控制一条供应链。每个小组的节点序号按自然数排列：1，2，3，4，5……依次代表供应链中最接近需求市场的下游，到接近原材料供应的上游。相邻的节点序号代表供应链上有直接供求关系的角色。同学们通过登录网络平台参与实验， 

实验分为若干期，每期开始时系统会产生一个顾客需求（顾客需求服从某种随机分布）， 然后各个节点分两步做出决策。

第一步：订货决策。用户根据以往的需求记录、现有的库存水平和到货数量，属性参数等信息发出向上游订货的订单。待供应链上所有节点都提交了订货订单以后，进入该期实验的第二步。

第二步：发货决策。每个节点此时可以看到在本期第一步来自下游节点的订单（最下游的节点看到的就是由系统产生的该期顾客需求），根据这些信息和以往的各项信息，由用户决定向下游发出货物的数量。当所有用户都提交了发货决策后，该期操作结束，系统进入下一期。

每一期根据系统提供的各项数据信息决定所在节点每期订货和发货的数量，以使整条供应链所有期的总收益最大。实验结束后，学生可根据数据进行分析和总结，进一步理解多级库存系统的管理。

2. 实验操作步骤

(1) 从管理员处获得小组序号、用户序号和密码，登录进入自己相应的节点。

(2) 浏览熟悉各个页面。

(3) 进入操作界面，提交订单或者发货。

(4) 进入数据界面\每期数据，查看自己每次的操作记录。

(5) 进入数据界面\统计数据，查看一些按节点或周期进行了汇总的统计数据。

（步骤3，4，5反复进行，直到实验结束。）

(6) 当实验结束，请从数据界面导出自己的历史数据，以便实验后进一步分析。

3. 实验结果评估

最终对实验结果进行评价的标准是整条供应链的绩效。绩效考查的内容包括分为三部分：

1、整条链的总净利润；
2、整条链的总运营成本；
3、各节点每期产生的订货需求。

其中第1项整条链的总净利润是评估实验结果优劣的第一标准，第二项运营成本是辅助评估结果的参考信息，第3项考查每期每个节点的订货需求是为了观察牛鞭效应现象。

总运营成本和总净利润的计算方法是：

链总运营成本 ＝ ∑期数((每个节点的固定成本 ＋ 单位持货成本×本期库存＋ 单位缺货成本×缺货数)（注：只在节点1处计算缺货成本）

链总净利润 ＝ ∑期数（最下游卖出货物数量×出货价格 － 最上游进货数量 × 进货价格 － 每期运营成本）

除了这两个计算整条链总成本和总净利润绩效指标外，系统提供的可供参考的数据还有：单个节点每期的运营成本的净利润：

节点运营成本 ＝ 节点单位持货成本×本期库存 ＋ 节点固定订货成本

节点净利润  ＝ 节点出货价格 × 节点发货数量 － 节点进货价格 × 节点进货数量－ 节点运营成本

每期都会按节点统计以上指标，最终会按每个节点统计所有期数的总成本。

实验结束后，对比实验一，对多级库存管理策略对牛鞭效应的抑制现象进行分析。

五、思考题

与初次体验牛鞭效应的实验不同，在本实验中，不仅是自己的信息，实验者共享所有节点的信息。请你思考：

l 信息共享和封闭的情况，对库存管理的策略有何影响？应用何种库存控制的策略？

l 多级库存管理是否对牛鞭效应产生了抑制作用？

l 产生牛鞭效应的因素有哪些？

通过这个实验，相信你会对多级库存系统的管理有进一步的认识与体会，欢迎写在实验报告里。

六、实验报告

1. 实验预习

对牛鞭效应现象及多级库存管理的了解。

对各种库存管理概念，如各种库存成本，提前期，库存策略的理解和掌握。

考虑自己将在实验中使用的库存管理决策。

2. 实验记录

实验数据可从网络平台中下载excel文件得到。

3. 实验报告

报告应该包括：对多级库存管理问题的理解；对自己所用库存控制策略的说明；对实验结果和过程的分析和总结。

七、附录

附录1  实验参数使用说明

一、 每个节点的属性参数

二、 每条链的属性参数

三、 说明

多级库存管理实现了信息共享，各个节点不仅能看到自己的信息，也可以看到全部节点的各项信息。

l 每期系统为每个节点给出向下游的默认发货数：min(期初库存＋本期到货，期初缺货＋本期需求)，总之，默认发货数就是以现有货物尽量地满足顾客需求，不能发出大于默认值的发货数量，但可以发出小于默认值的发货数，建议尽量使用默认发货数。

l 期初库存：用户操作界面看到的库存是期初库存，也就是上一期的期末库存；而在数据界面看到的表格里的库存是“期末库存”，也就是“＝期初库存＋到货数－发货数”之后得到的本期末的库存，两个是不一样的，请大家注意。

l 本期到货：本期开始时所具有的库存。

l 本期到货：本期开始时收到的货物，期初库存加上本期到货可用来满足本期下游的需求。

l 期末缺货：缺货不会消失，即本期未被满足的下游需求而造成的缺货，累计到下一期，订单不丢失。

l 如果发现某期的数据是库存与缺货数同时存在也不要奇怪，这种情况是可能发生的，如果手头上有货物，但是却发出小于默认发货数的数值，故意造成下游缺货，就会出现这种情况。

四、 决策方法

同学可以思考，采用什么样的方法优化你的决策方案。

附录2  实验平台使用说明

1) 获得登录账号

在开始进行实验之前需要事先向管理员询问你的供应链编号、用户序号和登录密码，点击本网页左侧的“登录页面”，进入登录界面，选择供应链编号和用户序号、输入密码，即可登录到用户实验界面。

图 1 实验网站的首页－登录页面

2) 操作界面

这里你可以决定向下游发出货物和向上游发出订单的数量。

每一期各个节点都需要做出两步决策：1、决定向上游发出订单的数量；2、决定向下游发出货物的数量。当在操作界面输入向上游发出订单的数量，然后进入等待页面。等所有的节点都提交了第一阶段的订货决策之后，又进入操作界面，这时会看到来自下游节点提交的订货需求（最下游的节点就会看到由计算机产生的顾客需求），这时你可以输入向下游发货的数量，再次进入等待页面，等所有的用户都提交了发货之后，本期操作结束并进入下一期，直到实验结束。

当实验结束，你能查看历史数据。

图 2 操作界面，你可以在此页面内提交向上游的订货和向下游的发货

 图 3 操作等待界面，当你提交了决策但其他用户还未提交时，进入这个页面等待。

3) 用户数据界面及图表

这里记录了供应链的固有属性，每个节点的固有属性，你所在节点的每期库存记录，以及整个节点的记录；其中在整个小组记录的旁边有一个“将数据导出为Excel”的超链接。点击它可以将整个小组的记录导出为excel文件，方便大家获得数据。

图 5 用户可自行查看的数据界面及图表界面

4) 数据界面（管理员可查看的统计数据）

与图5不同，这里记录的不是基本的操作记录，而是经过一些汇总计算的数据，比如按节点统计各期成本、收益，按每期统计整条链的成本、收益。

图 6 管理员可查看的统计数据的界面

5) 数据界面\统计图表

为了让大家更好地体验牛鞭效应需求由下游至上游波动逐级放大的现象，这里给出了曲线图。首先选择要查看的节点序号，然后点击查看按钮，就可以看到对应的统计图表。三个曲线图的横坐标是周期，纵坐标分别代表你所选择节点的各期订货数量，所选节点各期的净利润以及该期所有该条链的总净利润。每个用户可以查看该小组所有节点的统计图。

图 7 数据界面\统计图表的界面

最后，当实验结束你想退出时，选择“退出”菜单可以返回登录界面，也可以直接关掉浏览器。