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，此时系统整体并不一定处在最优的运作状态。

供应链在这样的运作环境下，常会出现如下现象：当需求从终端向上游逐步传递时，需求的波动将逐级放大，如图1所示。设想有一条由四个节点组成的供应链，从下游到上游依次为零部件供应商，生产商，批发商，零售商。销售商面临的终端市场需求只有少许波动，批发商的需求是来自销售商的补货请求，需求的波动比终端市场需求的波动有了放大，生产商的需求是来自批发商的补货请求，需求的波动又有了放大，零部件供应商的需求是来自生产商的补货请求，需求的波动进一步放大。这种需求波动放大的现象如同一根甩起的长鞭，将处于下游的节点比作根部、上游的节点比作梢部，一旦根部抖动，传递到末梢端就会出现很大的波动，因此被形象地称为长鞭效应。

长鞭效应是供应链系统中比较普遍存在的一种现象，数十年来，许多学者与实践者开展了大量的工作，旨在揭示和克服长鞭效应。例如，早期的“啤酒游戏”，就是在实验室里模拟啤酒的生产与销售过程中需求波动的放大现象，也有很多文献对长鞭效应进行了深入的理论分析。

图1 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，我们可以从若干方面采取措施来降低长鞭效应的影响。关于如何降低长鞭效应，更好的管理多级库存系统，我们将在下一节实验中详细介绍。

二、实验目的

无信息共享的多级库存管理实验（牛鞭效应实验）是为辅助物流概论课程的教学而设计的一个验证型实验。我们通过网络平台为学生提供一个可以模拟供应链上各节点操作决策的环境，使学生通过亲身实践加深对牛鞭效应现象的理解，辅助学生分析产生该现象的原因，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) 理解库存管理的基本概念和知识，如提前期，库存水平，各种成本的概念。

b) 体验牛鞭效应现象的产生，并分析其产生原因。

c) 练习控制库存的方法，如报童模型的订货策略。

三、实验环境

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。在牛鞭效应实验中，各个节点间不能共享信息，他们需要的信息都从服务器端获得（每台客户机把该节点信息发送到服务器，再从服务器获得所需的信息），显示在客户机端的实验网页中。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。

四、实验步骤

1. 实验任务简介：

某种产品的供应链由原材料采购商、供应商、制造商、分销商、零售商等一系列环节组成，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参数，包括提前期、固定成本、持货成本、惩罚成本、进货价格和出货价格。供应链面对顾客的需求服从某种随机分布。在有些环境中，供应链上各个节点间的信息相互封闭，每个节点只知道自己的库存、缺货、到货和相邻下游节点的需求。每一期实验中，每个节点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、收益、利润等统计信息。实验者做出决策的目标是使自己所在节点的总利润最大。

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，每一期开始时系统会产生一个顾客需求（顾客需求服从某种形式的随机分布，在实验开始前预先设定），之后需要各个节点分两步做出决策。

第一步：订货决策。用户需要向其上游发出订货的订单，系统提供的参考信息有：以往的需求记录、现有的库存水平和到货数量，属性参数等，用户做出订货决策可采用特定的订货策略。在该条链的所有节点都提交了订货订单以后，进入本期实验的第二步。

第二步：发货决策。每个节点此时可以看到在本期第一步从下游发来的订单（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，各节点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。

同学们应根据每一期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，以使自己所在节点所有期的总成本最小，总利润最大。

每一期实验每个节点的各项基本数据（向上游发出的订单，从上游收到的货物，下游需求，向下游发出的货物，期末库存，期末缺货，本期收益，本期成本，本期利润）都会被记录入数据库。实验结束后，学生可根据实验数据观察牛鞭效应现象，并进行分析总结，加深对牛鞭效应现象的理解。

2. 实验操作步骤

(1) 从管理员处获得供应链编号、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，根据历史数据预测需求，并做出每期决策

(a) 提交向上游订货订单

(b) 等待所有节点都提交，进入本期下一阶段

(c) 提交向下游发货数

(d) 等待所有节点都提交，进入新一期

(4) 进入数据界面，查看自己每次的操作记录。

（步骤3，4反复进行，直到实验结束。）

(5) 当实验结束，进入统计图表界面，查看统计图表和各项统计信息。

(6) 分析实验数据，撰写实验报告。

3. 实验结果评估

最终对实验结果进行评估的标准是综合考察每个节点的绩效（成本和利润），以及整条供应链的总体绩效。同时我们可以考察整条链产生的牛鞭效应现象。

节点成本 ＝ 进货价格×本期收到的货物 ＋ 固定订货成本 ＋ 单位持货成本×库存量 （＋单位缺货成本×缺货数：只在节点1处计算缺货成本）

节点收益 ＝ 出货价格×出货量

节点利润 ＝ 节点收益 - 节点成本

节点总利润 ＝节点利润

实验结束后，整理各个节点各期的实验数据，对该多级库存管理系统的绩效，以及产生的牛鞭效应现象进行分析。

五、思考题

在本实验中，由于信息不共享，每个实验者只能看到自己所在节点的库存信息，其余节点的信息是未知的。实验者每期要做出适当决策，决定自己的订货数量，尽量使自己节点的总利润最大。

问题1：始终保持一个恒定不变的订货量，是否是降低库存成本，抑制牛鞭效应的最优策略呢？

问题2：你认为什么样的订货策略可以很有效的减少库存成本，抑制牛鞭效应？

问题3：通过这个实验，相信你会对多级库存系统中的牛鞭效应有进一步的理解，请你试着分析和找出造成牛鞭效应的因素。

六、实验报告

1. 实验预习

对牛鞭效应现象和啤酒游戏的了解。

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

对牛鞭效应现象的理解；对供应链中库存管理各种策略的理解；对各种参数对库存管理策略影响的理解，对自己所用库存控制策略的说明；对实验结果的成败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

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：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。如报童模型策略，大小s策略等。

附录2  实验平台使用说明

1)  登录界面

在浏览器地址栏中输入网址，就会打开下图所示的界面－登录页面。实验者需事先从管理员处获得链序号，用户序号和密码，输入后即可登录到用户实验界面。此外还可点击左侧菜单的 “关于我们”联系管理员。

图 1  实验网站的首页－登录页面

2)   用户操作界面

这里你可以决定  向上游发出订单  和  向下游发出货物  的数量。
  “期初库存”和“上游到货”的总和就是本期可以支配的所有货物。
  “期初缺货”和“下游需求”的总和则是目前需要满足的订单。

图 2 操作界面，你可以在此页面内提交发出订单

图 3 操作界面，你可以在此页面内提交发出货物

3)  用户等待界面：

  用户每完成一次操作，将进入等待页面，等待本期时间结束或者所有节点都已提交决策，便可进入下一期决策。

图 4 操作等待界面

4) 用户数据界面：

这里记录了提前期和各项成本等实验参数，还有库存操作的历史数据。

图 4 数据界面

5) 用户统计图表：

这里可以直观的看到需求和利润的变化趋势。

图 5 统计图表界面

6) 统计图表（全组数据，在管理员处可查看）：

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。