老胡杂谈：供应链中的牛鞭效应挥之不去

谨以此文纪念供应链管理的前辈，Jay Wright Forrester。

1. 历史

牛鞭效应，the Bullwhip Effect。Bullwhip是下面这样的、赶牛的鞭子，可不是“什么都能吃”的广东人吃的那个啊。

早在1958年，MIT的Jay W. Forrester，居然没在他们校刊，而是在《哈佛商业评论》上发表了论文《工业动态特点：决策者的一项主要突破》（Industrial Dynamics: a Major Breakthrough for Decision Makers）中，对“牛鞭”现象进行了描述。那时称“需求放大”，Demand Amplification。哦，期刊《斯隆管理评论》(Sloan Management Review)是一年后才创刊的。

我多年讲库存或预测类的课时，经常组织学员们做“啤酒游戏”，也是Forrester基于啤酒行业写的案例并于1963年并发表的。最近有机会第一次认真拜读原论文，看着发黄的照片文字，有点儿懵。Forrester在论文中采用了大量数据模拟来解释他的现象。他当时还居然动用了IBM704计算机（现场如下图）进行数据模拟而特出结论。

然而，今天大家耳熟能详的“牛鞭效应”一词，应该是经斯坦福大学李效良（Hau Lee）的论文提及后，才广为流行的。1997年，李教授在MIT的《斯隆管理评论》发表了论文《供应链中的牛鞭效应》（The Bullwhip Effect in Supply Chain），将该现象称为“牛鞭效应”。我一直怀疑李教授或祖上是广东人。李教授在论文中说，这种现象在当时的宝洁公司就已经被称为“牛鞭效应”了，有些行业还称为鞭打（whiplash）或拉锯（whipsaw）效应。可见，李教授在这个名称上的作用，起到的是推动而不是发明，当然，李教授的论文肯定值得一看。

2. 牛鞭效应的概念和原因

牛鞭效应描述的现象是，需求信号从零售终端（消费者）向供应链上游传递，会被逐渐放大并被扭曲。就像赶牛的鞭子那样，鞭子的末梢与挥鞭者手腕晃动的幅度大相径庭且方向也不一致了。

Forrester的论文不像传统的学术论文那样用公式去证明，而是通过计算机模拟（simulation，类似沙盘），基于某家电企业（我推断是当时的GE）的工厂和经销商的业务流程和模拟数据，以零售商的订单作为输入，推演了一年逐月和几年的工厂产出、工厂仓库库存和未满足订单等关键指标的表现。模拟显示，当某年1月份零售的销售订单突然上升10%后，经销商收到的订单延迟了一个月才上升10%，而且并未停止，而是继续上升，到3月份达到16%。继而一系列的连锁反应，引起工厂仓库的订单到4月份上升28%，工厂产出到6月份上升40%，即发生了上升4倍（相对于那个10%）的变化。整个模拟结果如下图所示。当然，31页的报告有一半页数是这样的数据模拟图表。

Forrester的模拟并未就此停步，而是继续添加了其它变量，例如，消费者的随机采购波动、工厂产能制约，继续模拟，最终把牛鞭效应归因如下：

• 组织架构：模拟显示，除了外界订单的变化，没有其它的外部输入变量，因而必然是系统内部（工厂、经销商和零售商）产生的问题，非常合理的推断！应该是组织架构中的职能孤岛现象，看，如今多数企业还是这样呢。这种孤岛存在于一个企业内部，也出现在企业之间，如模拟中的工厂和经销商

• 决策和行动的滞后：模拟中，交付给零售商的商品比他们下单时间；平均延误了一周；零售商的财务和采购造成补货订单比销售时间，延误了平均三周；经销商花费一周处理他们的订单，再花费另一周发运；而工厂端从改变生产计划的决策到能使得产出达到期望水平，平均要延误6周……

• 采购订单和库存的政策：销售分析和预测、库存计划、采购补货

将近40年后，李效良于1997年总结了牛鞭效应。不像前辈Forrester那样用大量数据模拟，他基本采用文字描述和举例的方式来论述。论文大致说了宝洁、HP和施贵宝等几家企业观察到的情况，现象如下图。他在文章的开篇说，被扭曲的信息从供应链一端向另一端传递，导致了巨大的低效：积压的库存投资、不良的客户服务、销售损失、被误导的产能计划、低效运输和完不成的生产班次计划。这些累积的订单摆动如何产生的呢？企业能做些什么工作才能缓解它们呢？

李教授最终把牛鞭效应归结为需求预测的更新、订单的批量处理、价格的波动和供需不平衡时的博弈这四大原因。我一直好奇，李教授的论文中为什么只字不提Forrester和他1958年的论文？

3. 当年为什么是Forrester？为什么当时用计算机模拟？

如果我们仔细阅读Forrester1958年的那篇著名论文，肯定会好奇他文章中频繁出现“军队组织”、“系统”、“模拟”和“组织或人的行为”等词汇。如果我们再查阅Forrester的生平，就会惊奇地发现，这位根本就没从事过供应链管理，从未干过物流、生产、计划和采购的工作呢。他本身是电子工程方面的专家！他终生热爱的是系统工程！虽然，运筹学领域也把他奉为鼻祖之一。他是美国计算机工程师和系统科学家的先驱，是磁芯存储器的发明者，系统动态学之父。他在工业工程、运筹学领域获奖无数，比在我们这个“脆弱”和幼嫩的供应链管理领域著名多啦！他的一生绝对是从旷野的牧场走向繁冗专业领域的励志的一生！

一百零四年前的7月14日，Forrester在美国内布拉斯加州的Anselmo出生。他小熟儿先是由母亲在家教课两年，之后是骑马到1英里半的、仅一间教室的乡村学校上学。哦，他父母也是那个学校的教师。从小到高中，他就爱动手解决问题。图片中，我画红圈的地方是他的家，旁边隐约能看清的一个风力发电机，是他高中时制作的，12V电压。那匹马，叫Ranny，就是他当时的坐骑。

1939年他在内布拉斯加大学获得了电子工程本科学位，然后转到东岸的麻省理工学院（MIT）深造。他曾回忆到，之所以去MIT，是因为那里给的RA助学金高于其它地方。在MIT，他有机会与伺服系统理论和反馈控制系统的先驱，Gordon Brown，学习和共事。期间，他曾先后担任：

• MIT电子工程系研究助教（1939~1944）

• MIT伺服系统实验室的助理主任（1940~1951）

• ASCA项目主任（1944~1946）：美国海军的一个项目，开始立项是为了开发一套飞机模拟装置，在飞机制造前的设计阶段，利用风洞数据模拟飞行和驾驶行为。后期，项目转为开发一套能实时模拟的高速数字计算机系统。1945年，他获得了MIT的电子工程硕士学位

• 旋风项目（Whirlwind）主任（1946~1951）：美国国防部赞助的一个项目，利用开发的计算机系统对军队信息系统进行试验。例如，后期衍生出的SAGE项目，就是帮助美国和加拿大对空域进行防务，利用长距离通讯系统（如电话线）传递过来的雷达信号数据和数字计算机网络，对可能入侵的飞机进行预判并指导空军飞机的应对

• MIT林肯实验室数字计算机分部主任（1951~1956）

• MIT管理学教授（1956~1972）

从上述履历看，Forrester的经验多聚焦在电子工程、系统控制并与军方的应用有关。他当时从事的诸多项目都大量使用计算机模拟，积累了丰富的建模经验。SAGE项目也被运筹学领域视作该学科（Operations Research）早期的成就。旋风项目和SAGE项目对数据存储的需要，激发了Forrester 于1949年发明了电流重合(法)磁芯存储器（coincident-current magnetic core memory），为存储器行业日后20年的发展奠定了基础。

1956年，也许是厌倦了之前那些不断创新的电子工程领域，也许是其它原因（跟老师吵架了？），Forrester转为MIT管理学院的教授，并参与了帮助通用电气公司的项目，帮助其在肯塔基的一间家电工厂解决后来称为“牛鞭效应”的问题。他从系统工程的角度看待企业供应链中的这个问题，并坚信，“企业领导者，就像其它领域的领导（如军队）一样，被‘未来的图像’所影响。他们有关未来的想法可能清晰，也可能模糊。管理不仅仅是一种艺术，而正演变成为观念上首屈一指（second to none）的新技能，成为令人振奋的、动态的、需要知识的专业”。

所以，我们的主人公Forrester当时基于GE项目所做的尝试，把他多年积累的系统工程、计算机模拟等技能，应用到企业管理行为中，把后者视为一个庞大的伺服系统。其实，他本无意仅是发现并解决一个牛鞭效应，属于无心插柳吧。

此后的年代，1961年Forrester发表了《工业动态学》（Industrial Dynamics）的书，1968年出版了《系统原理》（Principles of Systems）,1969年《城乡动态学》（Urban Dynamics）和1971年的《世界动态学》（World Dynamics）。

回望他高中时的风力发电机，回顾他学成之后的系列工作，解决飞机设计、防控系统，再到企业和供应链，最终发展到城市规划和世界规划，我们仿佛看见了一位系统工程师、一位理工男的成长之路，我们仿佛看见了一个年轻人到成年的视野从农场拓展到世界的发展历程。嗯，真应该让也是理工男的儿子看看这篇！

4. 牛鞭效应无处不在

多少年下来，牛鞭依然挥之不去，不管是在汽车行业，还是电子或其它行业，也不管是在上下游企业间，还是大型制造企业内…最近一年，我一直在为一家大型装备制造业做供应链管理的咨询项目，我仍然能捕捉到一家企业内部的“部门墙”而造成的牛鞭效应。

我们测量了该企业某两个月的数据。当月的（客户）销售订单有19张在当月和次月发生了变更（数量或时间），由此引发了这些订单的460个销售订单行的变化，并进而导致两个月中最终的物料采购订单有1,216张变更，涉及17,590个采购订单行变更和53,627个行次采购订单变化。

可以想到的，这样剧烈的“牛鞭效应“还仅是统计了企业内部，而如果再分析供应商由此产生的波动，当然可以像Forrester当年那样测量，则上下游的代价肯定是相当巨大的！工厂和供应商的物料库存、在制品和成品库存积压；工厂和供应商的生产用物料齐套率下降；工厂和供应商的人工和产线的等待；齐套率低衍生的、及时抵达的配套物料和在制品的库存等待；运营和管理成本的上升……

在众多造成牛鞭效应的原因中，我认为，信任是最核心的。

销售不信任供应链，而把不能履行的交付日期录入系统，并认为如果不这样做就不能给供应链施加压力；计划将不能履行的生产任务进行排程并录入系统，不管采购的物料是否能抵达，认为不这么做采购和供应商就更不努力；采购不告知计划和项目经理供应商的真实交付能力，或给出非常保守的供应商交付期，认为如果不这样进行“保护“，生产计划和MRP会给出更紧迫的交付时间要求，他们也不信任计划和销售。大家都不信任呢！可是，我们总得信点儿什么吧？

注：本文一些史料来源如下：

1. D.C. Lane, 2007b, The Power of the Bond between Cause and Effect (full version): Jay Wright Forrester and the field of system dynamics, downloaded from https://systemdynamics.org/publications.htm

2. Jay W. Forrester, 1958, Industrial Dynamics: a Major Breakthrough for Decision Makers, Harvard Business Review, July-August 1958, p.37~66

3. Hau L. Lee, V. Padmanabhan, Seungjin Whang, 1997, The Bullwhip Effect in Supply Chains, MIT Sloan Management Review, Vol.38(3), Spring 1997, p.93~102