系统动力学
系统动力学
具体来说，辅助方程是速率方程的子方程，用于计算 辅助变量的取值，可以使决策者更加清楚地了解决策 的过程。
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⑷常量方程
简单数来，常量方程就是给常量赋值：
Ci=Ni Ci：常数名称 Ni：常数值
支。
等。
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7
2.系统动力学的原理
系统动力学是在系统论的基础上发展起来的，认为系统的结 构决定了系统的行为。系统内的众多变量在它们相互作用 的反馈环里有因果联系。
人们在求解问题时都是想获得较优的解决方案，能够得到较 优的结果。所以系统动力学解决问题的过程实质上也是寻 优过程，来获得较优的系统功能。因此系统动力学是通过 寻找系统的较优结构，来获得较优的系统行为。
1990-广泛应用与传播
第五项修炼——学习型组织
中国的系统动力学发展
杨通谊教授 王其藩教授 许庆瑞教授
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5
Contents
1 2 3 4 5
系统动力学发展历程 系统动力学的原理 系统动力学基本概念 系统动力学分析问题的步骤 系统动力学实际案例
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6
2、系统动力学的基本原理
注意：(1)常量方程中不能出现时间下标 (2)常量可以依赖于其他常量。
⑸初值方程
初值方程是给状态变量方程或者是某些需要计 算的常数赋予最初的值。
Li=Mi
Li：初始值名称
Mi：初始的数值
注意：(1)赋值方程中不能出现时间下标 (2)模型中每一个状态变量方程都必须赋予初始值， 因此每个L方程后都必须跟随一个N方程
政策分析与模型使用
修改模型
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系统动力学
源与汇
参数
6.2 系统动力学原理
（2）流图符号
实物流
①
流
信息流 R1 R1
②
速率变量 L1
③ ④
水准变量 辅助变量 (
。 )
A1
。
6.2 系统动力学原理
（3）流图绘制程序和方法
① 明确问题及其构成要素； ② 绘制要素间相互作用关系的因果关系 图。注意一定要形成回路； ③ 确定变量类型（ L 变量、 R 变量和 A 变 量）。将要素转化为变量，是建模的关键一步。 在此，应考虑以下几个具体原则：
常量方程 （C方程）
C
C1=数值
6.3 基本反馈回路的DYNAMO仿真分析
2、一阶正反馈回路
PR 人 口 数 P （+）
年人口 增 加
PR
P
。
+
C1（人口年自然增长率0.02） p PR 2 2.04 2.0808 ┆
。
L P•K=P•J+DT*PR•JK N P=100 R PR•KL=C1*R•K C C1=0.02 0 1 2 ┆
（3）SD将社会系统当作非线性(多重)信息反 馈系统来研究
6.2 系统动力学原理
3、工作程序
认识 问题 界定 系统
要素及其因 果关系分析
建立结 构模型
建立数 学模型
仿真 分析
比较与 评价
政策 分析
（流图）（DYNAMOY方程）
6.2 系统动力学原理
4、系统动力学模型
（1）常用要素
流 速率 水平变量
P 100 102 104.04 ┆
100 0
一阶正反馈（简单 人口问题）系统输 出特性曲线
3、一级负反馈回路
系统动力学的基本理论课件
详细描述
随着大数据技术的不断发展，越来越多的数据被收集并 用于对系统进行建模和分析。数据驱动的系统动力学研 究通过利用大数据技术，建立更加精确、全面的系统模 型，并利用这些模型对系统的动态行为和演化规律进行 深入分析和预测。
人工智能与系统动力学的融合研究
总结词
人工智能与系统动力学的融合研究是未来发展的重要方向之一，主要将人工智能技术应用于系统动力学建模和分 析中。
系统动力学的基本理 论
目录
• 系统动力学概述 • 系统动力学的基本概念 • 系统动力学建模 • 系统动力学应用领域 • 系统动力学研究展望
01
系统动力学概述
定义与特点
定义
系统动力学是一门研究系统动态行为的学科，它 通过建立数学模型来模拟系统的行为和动态变化 。
特点
系统动力学强调系统的整体性、动态性和反馈机 制，通过分析系统的结构和行为之间的相互作用 ，来理解和预测系统的行为。
定义参数和常数
为微分方程中的参数和常数赋予实际意义和数 值。
方程简化与推导
对微分方程进行化简和推导，得出更易于分析的模型方程。
模型验证与仿真
模型验证
对比模型预测结果与实际数据，检验模型的准确性和 可靠性。
模型仿真
通过模拟不同输入条件下的系统行为，预测未来发展 趋势和可能出现的状态。
敏感性分析
分析模型中各参数对系统行为的影响程度，找出关键 因素和最优解。
详细描述
在实际问题中，许多系统都存在着多尺度特征，即在 不同时间、空间尺度上表现出不同的行为和演化规律 。系统动力学通过建立多尺度模型，研究不同尺度之 间的相互作用和转化，揭示系统在不同尺度上的动态 行为和演化规律。
数据驱动的系统动力学研究
系统动力学模型
如：
用
表示。
系统动力学的建模步骤
例1：建立“一阶库存管理系统”的系统动力学模型，并分析系统 的
动态趋势。
例2,: 建立“二阶库存管理系统”的系统动力学模型，并分析系统 的
动态趋势。
思考题
• 物流系统的系统动力学模型构建
• 决策变量（又称流率）（r）：
描述系统物质流动或信息流动积累效应变化快慢的变 量，其具有瞬时性的特征。
——反映单位时间内物质流动或信息流量的增加或 减少的量
——相对量、速度、微积分中的变化率等
决策变量符号表示：
注 意：
(3) 常数：描述系统中不随时间而变化的量，
用
表示。
如：
(4) 辅助变量：从信息源到决策变量之间，起到辅助表达信息反 馈决策作用的变量。
——流图能反映出物质ห้องสมุดไป่ตู้积累值和积累效应变化快慢的区别
2. 流图 :
流图确定反馈回路中变量状态发生变化的机制，明确表 示系统各元素间的数量关系，反映物质链与信息链的区 别，能够反映物质的积累值及积累效应变化快慢的区别。
(1). 物质链与信息链
物质链：系统中流动的实体，连接状态变量 是不使状态值变化的守恒流。
物质链符号表示：要素A→要素B
• 信息链：连接状态和变化率的信息通道，是与因果关系相连 的信息传输线路。
信息链符号表示：A O···→B
（2）状态变量与决策变量
• 状态变量（又称流位）（x）：
描述系统物质流动或信息流动积累效应的变量，表 征系统的某种属性，有积累或积分过程的量
—— 绝对量、位移、微积分中的积分量等
1. 因果关系图: 2. 因果链：
3. 反馈回路：
综合“因果关系图”：
系统动力学模型
系统动力学模型系统动力学模型是指它是一种分析和模拟物理系统及其动力学过程的数学技术。
它可以用来研究运动学，控制系统，流体动力学，形式力学，电学，冲击学和弹性动力学等领域的数学模型，并可用于实际的工程问题的解决。
系统动力学模型基于物理系统的动力学处理和控制问题，用来研究物体的运动行为。
例如，系统动力学模型可以用来探讨汽车的运动性，即汽车在不同条件下的行驶特性，以确定汽车行驶性能的最佳状态。
此外，系统动力学模型还可以模拟任意静力学，力学，流体力学或热力学系统的运动模式。
系统动力学模型的建立要求具备完备的物理基础知识，形成一个系统模型的首要任务是了解物理系统的特性和行为，因此必须确定物理系统的运动方程和力学特征，物理量的表达式在构建模型时必须明确。
模式构建完成后，需要求解模型，并将模型运用到实际问题中，用以求解物理过程及其动力学运行状态。
为此，我们可以使用计算机模拟技术来求解模型，用以检验结果的正确性和准确性。
系统动力学模型在很多领域中都发挥着重要的作用，例如机械系统的设计，控制系统的调整，电子电气系统的设计，机器人的控制，航空航天技术，建筑工程设计等。
例如，在机器人技术中，系统动力学模型可以模拟机器人的运动特性，帮助机器人决定如何完成任务。
此外，系统动力学模型在工程设计中也有广泛应用，可用于分析和解决工程设计问题，以便改善工程性能。
例如，系统动力学模型可以帮助分析和解决结构物振动问题，提高结构物的稳定性和耐久性，以及改善系统的可靠性。
此外，系统动力学模型也可以帮助优化控制系统的性能，以提高系统的功率和可靠性。
综上所述，系统动力学模型是一个强大的工具，可以帮助我们研究和分析物理系统及其动力学过程，从而有效地改善工程性能。
它在机械，控制，电子，航空航天等各个领域都有广泛的应用，并被广泛用来分析和解决工程设计问题。
系统动力学9种模型
系统动力学9种模型系统动力学是一种系统分析和建模方法，通过对系统的结构和行为进行建模，研究系统内部的相互作用和反馈机制，从而预测其未来的发展趋势。
在系统动力学中，有9种常见的模型，分别是增长模型、衰退模型、饱和模型、振荡模型、周期性波动模型、滞后效应模型、优化模型、风险分析模型和政策评估模型。
1. 增长模型增长模型是最基本的系统动力学模型之一。
它描述了一个系统在没有外界干扰的情况下，如何随着时间推移而不断增长。
这种增长可以是线性的也可以是非线性的。
例如，在经济领域中，GDP随着时间推移而不断增加。
2. 衰退模型衰退模型与增长模型相反，它描述了一个系统在没有外界干扰的情况下如何随着时间推移而逐渐减少。
例如，在生态学领域中，物种数量会随着时间推移而逐渐减少。
3. 饱和模型饱和模型描述了一个系统在达到某个极限之后停止增长或减少。
例如，在市场经济学中，销售量可能会在达到一定数量之后停止增长。
4. 振荡模型振荡模型描述了一个系统在内部反馈机制的作用下如何产生周期性变化。
例如，在经济领域中，经济周期的波动就是一种典型的振荡模型。
5. 周期性波动模型周期性波动模型是振荡模型的一种特殊形式，它描述了一个系统在内部反馈机制的作用下如何产生固定频率的周期性变化。
例如，在天文学中，月相变化就是一种周期性波动模型。
6. 滞后效应模型滞后效应模型描述了一个系统在外界干扰下，其响应速度比干扰发生速度慢的现象。
例如，在宏观经济学中，货币政策对经济增长的影响可能需要几个季度或几年才能显现出来。
7. 优化模型优化模型描述了一个系统如何通过最大化或最小化某个目标函数来达到最佳状态。
例如，在工业领域中，企业可能会通过优化生产流程和降低成本来提高利润率。
8. 风险分析模型风险分析模型描述了一个系统在面临不确定性和风险的情况下如何进行决策。
例如，在金融领域中，投资者可能会使用风险分析模型来评估不同投资方案的风险和回报。
9. 政策评估模型政策评估模型描述了一个系统在政策干预下如何变化。
系统动力学相关书籍
系统动力学相关书籍
（最新版）
目录
1.系统动力学的定义和背景
2.系统动力学的基本概念和工具
3.系统动力学在实际应用中的重要性
4.系统动力学相关书籍推荐
正文
系统动力学是一门研究复杂系统行为的学科，旨在理解系统结构、行为和性能之间的关系。
它起源于 20 世纪 50 年代，并迅速在多个领域中得到了广泛应用，如工程、生物学、经济学等。
系统动力学借助一系列数学模型和计算机模拟技术，帮助我们更好地理解和优化复杂系统的性能。
在系统动力学中，有几个基本概念和工具是非常重要的。
首先，系统是由一系列相互作用的元素组成的整体。
其次，反馈是指系统中元素之间的相互影响，它可以使系统达到稳定状态或引发系统振荡。
另外，系统动力学还使用微分方程来描述系统的演化过程。
系统动力学在实际应用中具有重要意义。
它可以帮助我们设计和优化复杂的工程系统，如通信网络、电力系统等。
在生物学领域，系统动力学可以帮助我们理解生物体内的基因调控机制。
在经济学中，系统动力学可以用于分析经济系统的稳定性和增长潜力。
对于对系统动力学感兴趣的读者，以下是一些相关书籍的推荐：《系统动力学》（作者：Jay W.Forrester）、《系统思考：领导力、创新与复杂性》（作者：Donella Meadows）、《系统动力学：模型、方法和应用》（作者：Robert H.Byers）。
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系统动力学课件
要点二
系统模型建立
根据流图，建立相应的数学模型，包括变量、参数、方程 等，描述系统的动态行为。
参数估计与模型检验
参数估计
根据历史数据和实际情况，估计模型中的参数值，使模 型更加接近实际系统。
模型检验
通过对比模拟结果和实际数据，验证模型的准确性和有 效性，对模型进行必要的调整和修正。
模型仿真与结果分析
VS
详细描述
iThink是一款具有创新性和灵活性的系统 动力学软件。它提供了丰富的建模工具和 功能，支持构建各种类型的系统模型，并 能够进行仿真和分析。iThink还具有开放 性和可扩展性，支持与其他软件进行集成 和定制开发，满足用户的特定需求。
06
系统动力学案例分析
企业战略管理案例
总结词
通过系统动力学方法分析企业战略管理问题 ，探究企业战略制定和实施过程中的动态变 化和反馈机制。
系统动力学课件
contents
目录
• 系统动力学概述 • 系统动力学的基本概念 • 系统动力学的应用领域 • 系统动力学建模方法与步骤 • 系统动力学软件介绍 • 系统动力学案例分析
01
系统动力学概述
系统动力学的定义
系统动力学：是一门研究系统动态行为的学科，它通过建 立数学模型来描述系统内部各要素之间的相互作用和反馈 机制，从而预测系统的未来状态和行为。
05
系统动力学软件介绍
STELLA
总结词
功能强大、广泛应用的系统动力学软件
详细描述
STELLA是一款功能强大的系统动力学软件，广泛应用于各个领域，如商业、教育、科研等。它提供了丰富的建 模工具和功能，支持构建复杂的系统模型，并能够进行仿真和分析。STELLA具有友好的用户界面和易于学习的 特点，使得用户能够快速上手并高效地构建和运行模型。
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目录第一章绪论1.1问题的提出1.2研究的目的及意义1.3国内外研究现状第二章系统动力学及库存控制基本理论分析2.1系统动力学的基本概念2.1.1系统的概念2.1.2系统动力学中系统的概念2.2系统动力学模型结构2.2.1反馈系统、因果关系图和反馈回路2．2．2系统动力学流图2.2.3系统变量2.2.4系统动力学模型特点2.3系统动力学建模2.3.1系统动力学建模原则2.4库存管理基础理论2.4.1库存2.4.2库存的作用2.5库存控制理论及其模型2.5.1库存控制第三章系统动力学模型建立与分析第四章模型仿真运行及结果分析4.1系统动力学仿真设计4.2仿真结果输出致谢参考文献第一章绪论1.1问题的提出当今管理问题日益复杂化，促使人们认识、分析、研究、解决问题的思想方法开始从点与线的思考慢慢面向思考和系统化的思考转变。
在此背景下，出现了以供应链管理(Supply Chain Management，SCM)为代表的新的管理理论与方法。
供应链管理是当前管理学界研究的热点与难点问题，国际上一些著名的企业如IBM、戴尔、海尔等在供应链管理的实践中取得了巨大成就，因而受到管理学家和公司管理人员的极大的推崇。
供应链系统包括原材料供应商、制造商、分销商、零售商、最终客户等。
每个组织内部又包含若干职能部门，如产品研发、生产制造、市场营销、人力资源、财务会计、物流运输等。
这些职能部门可以看作是相互联系的子系统，他们之间是相互联系，相互制约的关系，而不是独立存在的。
推而广之，供应链中的各个组织都具有这种交互关系。
子系统与子系统之间的交互关系、系统与外部环境之间的交互关系，决定了供应链系统的复杂性、开放性、动态性和突变性。
供应链库存管理的目的就是使整个供应链系统中各个节点企业的库存波动控制在合理的范围并且使库存水平最小。
库存的优化管理可以为企业带来比如减弱牛鞭效应、降低成本、加快资金周转等诸多好处，因此可以说是实现价值链增值的重要环节。
但是由于供应链系统的非线性、复杂性以及动态性等特征，库存管理的科学决策很难由以往的直观经验和数学模型获得。
系统动力学(System Dynamics，SD)是由美国麻省理工大学的J．W．福瑞斯特(J．W．Forrester)教授于20世纪50年代中期利用系统信息反馈理论为解决社会经济问题而开创的新学科。
系统动力学可以根据系统内部各子系统的因果关系构造出具有多重反馈、非线性和时滞性的模型，并可利用计算机仿真来模拟系统的动态变化过程，分析关键因素对系统整体及其内部变量的影响。
因此系统动力学方法是研究供应链库存问题行之有效的科学方法。
1.2研究的目的及意义供应链库存管理不仅仅是一种新型的供应链库存管理模式，更是一种观念的创新和信息技术的集成。
先进的供应链库存管理模式，可以有效的降低需求放大效应，把各个节点企业的库存量控制在一个合理的范畴，且可利用库存作为信息协调中心的枢纽作用统筹销售、生产、采购、物流等各个环节以达到信息在供应链系统及时、准确、高效的传递和共享，减少由于企业间信息不对称所造成的决策失误和资源浪费。
本文通过建立供应链库存管理系统动力学模型，利用Vensim软件进行仿真模拟，通过输出的结果反映供应链联合库存管理中各相关变量之间的关系，以及关键因素的变动对整个系统的影响，从而得出一些重要结论，为企业有效地实施供应链库存管理提供一些借鉴作用。
1.3国内外研究现状1.3.1供应链管理发展概述供应链管理(Supply Chain Management，SCM)理论的起源众说纷纭，但归纳起来主要是两个方面。
其一是从福瑞斯特教授早期发表的《工业动力学》这本书发展起来的。
其二是从Miner和Lewis等人的相关理论发展起来的。
但是供应链管理的实践始于供应链中最下游的零售行业，零售商利用POS机记录其销售记录，分析市场需求状况，并根据分析的结果确定库存量以此来安排供应商进行商品配送。
当时典型的供应链模型主要有两种，即有效客户响应供应链(Efficient Consumer Response，ECR)和快速反应供应链(Quick Response，QR)。
随着信息技术的发展和应用，部分企业把计算机技术引入生产管理中，例如MRP—II、ERP、JIT 等模式和系统的引入，使供应链管理的概念在不断变化中竞争中取得优势的最大王牌，此时的企业开始把目光从企业内部的生产流程转向整个供应链系统，在此阶段的管理技术有物流信息系统(Logistics InformationSystem，LIS)客户关系管理系统(Customer Relationship Management，CRM)、数据挖掘(Data Mining，DM)等。
21世纪初期噢，于互联网技术的供应链管理系统在许多企业已成功应用，它彻底的改变了供应链上原有的信息流、物流和现金流的交互方式，从而能够充分利用现有资源、提高工作效率和降低企业经营成本，实现企业的长久可持续发展。
1.3.2供应链库存管理的国内外研究现状目前，国内外许多学者对供应链库存管理进行了大量的研究，新的理论和方法不断出现，比较具有代表性的有：供应商管理库存、联合库存管理、第三方物流、协同规划预测和补给等。
这些方法的最终目的是使供应链库存管理的成本最小化，实现价值链的增值。
(1)库存管理模型。
对于多周期单一库存模型，主要有经典的经济订货批量模型(Economic Order Quantity，EOQ)经济生产批量模型(Economic ProductionQuantity，EPQ)，价格折扣模型(Price Discount，PD)，对于单周期库存模型，主要有连续需求的单周期库存模型和离散需求的单周期库存模型。
一般认为Clark和Scarf是最早研究多级库存的学者，对于一个不考虑批量的多级流水系统，在考虑储存成本和贴现罚金的条件下，最优库存控制的策略就是进行最大订货水平政策。
Banerjee 建立了一个联合经济批量模型，这个模型是以供应商和零售商的库存之和为目标建立的，他仔细研究了商品零售价格和订购量对库存成本费用的影响。
其后Goyal建立了一个供应商和销售商批对批的供货模型，结论是若想使供应商和零售商的联合库存在一个生产周期内取得较低的平均费用，那么供应商提供的商品是销售商所订购商品的整数倍。
但是以上两个模型的前提条件都是供应商的每次供货都出自于自己的独立思考，且零售商必须在供应商将一个生产周期内它所需要的商品全部生产完成后才可获得商品随后Lu、Goyal和Nebebe、Yang和Wee Zhou和Wang 等放松了Goyal模型中的假设，他们建立了不同的两级联合系统的库存控制模型。
(2)供应商管理库存(Vendor Managed Inventory，VMI)。
VMI在系统的，集成的思想下，战略贸易伙伴之间形成了牢固的联盟关系，在目标一致的情况下，由上游企业根据下游企业的生产或销售数据，经分析后对下游企业的库存策略进行计划和管理，并及时进行补货以保证安全库存量。
精心设计运营的VMI系统，在降低供应链库存水平的同时，还能使下游用户获得更优质的服务和对现金流的合理的控制，并通过与上游企业一起共享市场需求信息来达到双方更紧密的合作关系。
在VMI中，供应商对经销商的销售信息和库存水平进行科学的分析后组织生产发货，因此改变了供应商根据订单交货的传统模式，从而使供应商传统的硬性生产决策向以市场和客户的需求为依据的弹性生产决策转变。
例如沃尔玛超市和宝洁公司就是这种合作的典范。
沃尔玛超市把每日宝洁产品的销售情况、库存情况，通过电子数据交换的方式通知宝洁公司的地区物流中心，使之更好的组织生产和物流配送。
通过VMI不但提高了沃尔玛的库存周转率，而且也大大提高了宝洁的产品周转率，实现了双方的互利共赢。
不少学者对供应商管理库存模式进行了研究，例如S．M．Disny和D．R．Towill通过建立模型进行系统仿真，分析对比后得出基于供应商管理库存的供应链优于传统供应链的结论。
Y．Dong和K．xu建立了基于确定性需求的VMI数学模型，得出了短期内可以降低供应链库存成本结论。
(3)联合库存管理(Joint Managed Inventory，JMI)。
JMI是一种基于协调中心的库存管理方法，同时也是一种通过提高供应链的同步化程度进而解决供应链中需求放大效应的库存管理方法。
JMI与VMI不同，它强调双方同时参与，共同制定库存计划。
库存管理作为供需双方连接的纽带和协调中心，改变了以前的各自为政的独立运行过程。
与VMI相比，JMI减少了供应链中的需求扭曲现象、作为供需双方信息交流的纽带为改进供应链管理效率提供了依据、为实现准时生产方式(Just In Time，JIT) 和零库存管理创造了条件。
国内外对JMI还没有进行深入的研究，只有少部分的文献对JIT在供应链中的应用进行了一有益的探索。
Ravi．Anupindi和Yehuda．bassok研究了供应商利润受JMI影响的情况；李伟，林辉研究了JMI的优势，并用Shapley值算法把多个供应商实施联合库存管理后所获得的收益进行了分配。
刘鹏建立了只有供应商和零售商组成的两级供应链的模型，通过比较JMI和传统供应链的库存成本，得出了后者可以提高供应链整体效益的结论，并用两种补货策略对多级供应链库存管理进行研究。
黄进红主要通过建立数学模型，对两级供应链的联合库存管理进行绩效评价。
程婷利用量化的方式对比分析采用JMI 前后供应商、零售商和整个系统的利润情况，并找出供应链上的单个企业实现帕累托改进的约束条件和整个系统的实现帕累托改进的约束条件。
郭鹏和徐瑞华利用系统动力学为研究工具，建立了基于JMI的动态仿真模型，研究了“牛鞭效应”和瓶颈环节对整个供应链的影响。
(4)第三方物流(Third Party Logistics，TPL)。
TPL是供应链集成的一种新式手段，它为客户提供诸如仓库规划、产品堆放、产品运输、库存管理、订单选择等多种服务，它可以为企业带来减少经营成本、使企业集中于自己擅长的核心业务、改进服务质量、获得更多的市场需求信息、获得具有建设性的物流咨询、迅速进入全球市场等诸多好处。
TPL 的演变形式主要有两种，一是由一些制造企业的分销和运输部门发展演变过来的；另外一种是由大的仓储运输公司利用提供更多的附加服务演变过来的。
(5)协同规划、预测和补给(Collaborative Planning，Forecasting ＆Replenishment，CPFR)。
CPFR是一种协同式的供应链库存管理技术，它通过及时准确的预测由于一些不确定性变化所带来的销售波动改变，降低经销商和零售商的库存水平，合理协调制造商的供货量和原材料供应商的采购量，从而使供应链上的所有企业做好准备。