亨伯地区工业经济的动力学模型

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英文标题：
《A Dynamical Model of the Industrial Economy of the Humber Region》
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作者：
Christopher J.K. Knight, Alexandra S. Penn and Rebecca B. Hoyle
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最新提交年份：
2014
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英文摘要：
  The Humber region in the UK is a large and diverse industrial area centred around oil refining, chemical industries and energy production. However there is currently a desire to see the region transition towards a more bio-based economy. New bio-related industries are being situated in the region as a consequence of policy and economic incentives. Many of these industries are connected through their supply chains, either directly, or by sharing common suppliers or customers and the growth or decline of one industry can hence have impacts on many others. Therefore an important question to consider is what effect this movement towards bio-based industry will actually have on the regional economy as a whole. In this paper we develop a general abstract dynamical model for the metabolic interactions of firms or industries. This dynamical model has been applied to the Humber region in order to gain a deeper understanding of how the region may develop. The model suggests that the transition to a bio-based economy will occur with oil refining losing its dominance to bioethanol production and biological chemical production, whilst anaerobic digestion grows as a major source of electricity, in turn driving up the value of regional waste aggregators and arable farming in the overall economy.
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中文摘要：
英国亨伯地区是一个以炼油、化工和能源生产为中心的大型多样化工业区。然而，目前人们希望看到该地区向更以生物为基础的经济转型。由于政策和经济激励，该地区正在建立新的生物相关产业。其中许多行业通过其供应链直接相连，或通过共享共同的供应商或客户而相连，因此一个行业的增长或衰退可能会对其他许多行业产生影响。因此，需要考虑的一个重要问题是，这场向生物产业发展的运动将对整个区域经济产生什么样的影响。在本文中，我们为企业或行业的代谢相互作用建立了一个通用的抽象动力学模型。该动力学模型已应用于亨伯地区，以便更深入地了解该地区可能如何发展。该模型表明，向生物经济的过渡将随着炼油失去其对生物乙醇生产和生物化工生产的主导地位，而厌氧消化将成为主要的电力来源，进而推动区域废物收集站和耕地在整体经济中的价值。
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分类信息：

一级分类：Quantitative Finance        数量金融学
二级分类：Economics        经济学
分类描述：q-fin.EC is an alias for econ.GN. Economics, including micro and macro economics, international economics, theory of the firm, labor economics, and other economic topics outside finance
q-fin.ec是econ.gn的别名。经济学，包括微观和宏观经济学、国际经济学、企业理论、劳动经济学和其他金融以外的经济专题
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PDF下载：
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2022-5-6 03:10:42 上传

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关键词：工业经济 动力学 Quantitative Supply Chain interactions

亨伯地区工业经济的动力学模型。克里斯托弗·J·K·奈特1,2、亚历山德拉·S·潘1,3和丽贝卡·B·霍伊莱里，萨里大学社会学系，吉尔福德，GU2 7XH，英国萨里大学数学系，吉尔福德，GU2 7XH，英国萨里大学环境战略中心，吉尔福德，GU2 7XH，UK 4月14日，2014年摘要英国亨伯地区是一个以炼油、化工和能源生产为中心的大型多样化工业区。然而，目前人们希望看到该地区向更以生物为基础的经济转型。由于政策和经济激励，该地区正在建立新的生物相关产业。这些行业中有许多是通过其供应链直接连接起来的，或者是通过共享共同的供应商或客户而连接起来的，因此一个行业的增长或衰退可能会对其他许多行业产生影响。因此，需要考虑的一个重要问题是，这场向生物产业发展的运动实际上会对整个地区的经济产生什么影响。在本文中，我们为企业或行业的代谢相互作用建立了一个通用的抽象动力学模型。该动力学模型已应用于亨伯地区，以便更深入地了解该地区可能如何发展。该模型表明，向生物经济的转型将随着石油开采失去其对生物乙醇生产和生物化学生产的主导地位，而厌氧消化将成为主要的电力来源，进而推动区域废物聚集器和耕地在整体经济中的价值。1简介亨伯地区是英国一个多元化的大型工业区。它的中心是英国最大河流系统潮汐河口的格里姆斯比港、伊明翰港和赫尔港。

这个港口综合体是欧洲最大、最繁忙的港口之一。事实上，该研究所周围地区拥有英国27%的石油开采能力和基础设施，占全国天然气降落量的20%。更广泛的地区有许多不同的产业，从农业到能源生产，再到重工业。这些行业中的许多行业相互影响，往往涉及商品或服务的物质供应。这包括几乎所有行业的非常规用电（大多数情况下通过电网从能源供应商处采购），以及行业特定需求，如热电厂的生物质。这些相互作用形成了一个复杂的网络，代表着亨伯地区的工业经济。除了这些身体上的、代谢上的相互作用，还有我们可以称之为社会互动的东西，包括积极的和消极的。例如，联合投标融资、竞争稀缺的高技能工人等。本文中我们将不详细讨论企业之间的这种社会互动，但我们扩展了我们的方法，以考虑[8]中的影响。相反，我们在这里试图了解代谢相互作用以及它们如何影响整个区域。显然，这种复杂的关系网络并非亨伯地区独有。事实上，任何具有区域成分的经济体都可以用组成产业之间复杂的相互联系来表示。然而，并非所有的工业经济都像其他工业经济一样复杂。例如，考虑以一家大型企业（中心辐射区[10]）为基础的地方经济。这些经济体可能在现有产业之间有一套相对简单的关系；要么供应主要企业，要么购买和使用其产品。复杂的关系网络也不局限于“人造”经济。

例如，考虑自然生态系统，以及消费者与资源相互作用形成的各种食物网的复杂性[1,5,7]。与工业区不同的是，人们对食物网以及如何以定量的、全系统的方式对其进行建模进行了大量研究。相比之下，行业建模往往侧重于单个企业的供应链[3,4,6]，而不是经济或地理区域内所有企业的建模。这意味着，例如，对资源的竞争效应并没有完全包括在内。也就是说，如果两个企业在供应链中供应一个企业，则可能包括竞争，但如果一个竞争企业没有（以某种方式）供应供应链关注的企业，则不包括竞争。这可能会产生巨大的影响，例如，如果一家竞争企业（不在供应链中）倒闭，这可能意味着供应链中的一家企业没有足够的业务，因此也会失败，对整个供应链产生连锁影响。许多供应链模型是静态的，尽管有些是动态的，通常使用多代理方法来模拟供应决策[2,14]。由于缺乏工业区企业相互依赖的全系统（高水平）动态模型，我们从生态建模领域获得了灵感。全系统生态模型的原型是捕食者-猎物相互作用的Lotka-Volterra模型，最初由Lotka在20世纪20年代开发[9]。这是一个基于动态种群的模型，每个物种的种群变化由一个微分方程表示。每个方程式都包含与人口增长有关的术语，例如出生率，这可能与食物的可获得性有关，因此也与任何猎物物种的数量有关。每个等式还包含一个表示死亡导致的人口减少的项。

这个术语可能取决于捕食者种群的大小。FooEB和Other种群数量的增长和衰变都依赖于一个简单的DWEB模型。这一基本Lotka-Volterra模型的变体已被应用于对许多不同的食品网络进行建模[11,15]，然而，据我们所知，还没有任何工作试图以同样的方式对工业企业网络进行建模。在本文中，我们试图通过创建产业互动的aLotka-Volterra模型来解决这一问题。我们不是用每个方程来模拟特定物种的种群规模，而是用每个企业或行业的“规模”来创建一个方程。其中“规模”可以被认为是一个抽象的概念，在某种程度上代表了企业的健康和财富。这些方程的耦合通过供应商和客户公司的“规模”，而不是猎物和捕食者群体。这种经济或地理区域内产业互动的动态模型将具有相当高的层次和通用性，而不涉及在建模单个供应链时考虑的许多具体问题。该模型背后的想法不是给出关于系统的复杂细节，而是用“大画笔”来表示它，以便对整个系统的规模以及它可能如何响应变化做出陈述。在第3节中，我们将该模型应用于亨伯地区的工业经济，以进一步了解产业类型之间代谢联系的互联结构的含义。我们特别调查了该地区如何从以化石燃料为中心转变为以生物为基础的经济。2代谢相互作用的动力学模型工业经济由几个不同的企业或行业类型组成，在一个空间限定的区域内以不变的方式相互作用。

作为对这种工业类型区域的动力学建模的初步尝试，我们将只考虑由商品和服务贸易组成的代谢相互作用。此外，我们将使模型尽可能简单，以便进行修改，包括社会互动[8]，并使模型易于分析。这意味着，除其他事项外，模型应仅涉及一种货物（本地），或等效地假设所有货物（在该地区内销售）都是可互换的。虽然这种假设在大多数情况下是有问题的，但它极大地简化了建模过程，更重要的是，这意味着可以找到初始化模型所需的数据。有可能使模型更复杂，但这将以牺牲模型的可用性为代价。必须指出的是，模型的目的是表达系统作为一个整体的一般行为，因此，假设的水平是适当的。由于没有一个空间限定的工业经济体（工业区）是完全封闭的，因此材料和服务总是流入和流出该地区。类似地，除非我们在个人规模上建模，否则模型中的实体与未建模的实体（例如个人消费者）之间将存在交易。为了说明该地区的这一优势，我们将行业类型分为三类，表明它们与该地区以外的行业之间的关系。它们被称为“主要供应商”、“中间商”和“最终消费者”。这种区别与每家企业的结构角色有关，“主要供应商”和“最终消费者”都与当地地区建模的实体之外的实体有某种形式的贸易联系。其余的公司被称为“中间人”。

“主要供应商”指的是那些从网络之外的地方获得产品的公司。例如，如果考虑一个本地网络，那么任何从其他领域购买材料的公司都被称为“主要供应商”。另一种选择是，一家为资源服务的公司（只要资源本身没有建模）是“主要供应商”终端消费者是指那些在网络之外销售产品的企业，在考虑本地网络时，这可以被视为全球贸易，也可以被视为向个人客户（模型中不包括个人或小型企业）销售产品。认识到“主要供应商”也可能从网络中的其他公司购买，这一点很重要。类似地，“终端消费者”可以为网络中的其他节点供电。企业（或行业）也可能既是“主要供应商”又是“最终消费者”，在这种情况下，企业被称为网络的枢纽。图1显示了一个局部代谢网络的示例，其中标签表示每个节点的类型。请注意，每个节点必须（向后）连接到至少一个供应商，并（向前）连接到至少一个消费者（没有到网络中其他节点的传出连接的节点自动成为“最终消费者”，没有来自网络中其他节点的传入连接的节点自动成为“主要供应商”）。有了这个区别，我们就可以开始为一个地区的产业互动建立模型。我们首先考虑被称为“中介”的行业，其他两类行业的等式可以很容易地从中推导出来。每个中介机构（Bydefinition）将在构成该模型的其他公司（行业）中拥有供应商和客户。对于表示为“一号企业”的特定企业，向其提供产品或服务的一组企业表示为Si，从iis企业购买产品或服务的一组企业表示为Ci。

在最基本的Lotka-Volterra模型中，企业或行业每年的增长取决于其产品和服务的销售金额，减去其购买所需原材料或服务的支出，再减去间接成本。然而，实际将ICSSSCCCCI主要供应商写入TerminiarieSend Consumers图1：节点标记为S:“主要供应商”，I:“中间商”，C:“最终消费者”的示例网络。事实证明，这个基本模型相当复杂。我们通过用户界面表示企业i的财富/健康/一般效用，以及G（用户界面，uj）向企业j出售的产品或服务的价值。产品（或服务）的价值可能不同于销售和购买产品（或服务）的人。销售产品的公司不太可能以成本价销售产品，这意味着他们的价值观必须考虑到他们在生产产品或提供服务时的利益。由于我们的模型只（本地）处理一种产品，任何反馈循环都可能会导致问题，导致商品成本在这种循环中呈指数增长。为了避免这种情况，我们假设货物的价值（买方认为）是他们的实际材料和生产成本，而货物对卖方的价值是产品的材料和生产成本加上他们在产品上的利润。这具有在每个时间步重新规范一切的效果，类似于调整每个企业的成本。因此，i公司从j公司购买的成本为G（uj，ui），i公司向j公司出售的收益为（1）+i） G（ui，uj）。哪里iis是我公司的利润百分比。最后，如果我们用DIT表示公司i的间接成本百分比，那么我们模型的基础可以写成：˙ui=（1+i） Xj∈CiG（用户界面，uj）-Xj∈SiG（uj，用户界面）- 迪伊。

（1） 这个等式构成了我们模型的基础，对于中间企业来说几乎是完整的。如果一家公司无法购买其所需的所有材料或服务，还需要增加的一个主要因素是对公用事业的影响。这可能会影响公司自身产品的销售量，但这很快就会变得非常复杂，需要使用延迟方程。相反，我们假设生产的产品（或服务）数量相同，但成本较高或质量较低。例如，以市场价格从外部供应商处购买成品，以确保公司有足够的产品在短期内销售。这不会改变产品对客户的价值，但肯定会影响供应商的价值。我们通过对产品销售带来的效用收益施加乘法惩罚来建立模型。这种惩罚是指实际供应的材料和服务超过总需求供应。因此，我们的企业健康/财富模型变成了˙ui=（1+i） Xj∈CiG（ui，uj）Pi-Xj∈SiG（uj，用户界面）- 迪伊。（2） 制作（2）一个完整模型所需的细节是企业（G（ui，uj））和乘法惩罚项（Pi）之间产品销售价值的表达式。有不同的方法可以做到这一点，包括在企业间产品焊接量的情况下进行完整的市场建模。然而，我们将再次选择一个更简单的选项。我们假设一家公司在供应中需要一定比例的公用设施，即βi。也就是说，当公司发展到一定规模时，我必须“支付”购买其所需的所有材料和服务的总金额。同样，我们假设每个企业创造的产品价值与其规模成比例。这是一家具有实用价值的公司，生产的产品价值为ρiui。表1给出了我们模型中使用的所有符号的完整列表。

有了这个符号，我们可以表示惩罚条款（仍然适用于中介公司）asPi=Pj∈SiG（uj，ui）βiui，指企业实际采购的所需供应量的一部分。我们用于G（uj，ui）的表达更为复杂，因为i公司可能有多个供应商，每个供应商都可能有多个客户。如果每个为Firm i提供产品的公司都能满足所有客户（他们足够大）对产品的所有需求，那么Firm i就能够购买其所需的全部产品。我们假设amountit从每个供应商处购买的数量与其规模（效用）成正比。这表达了在不完全疏远任何其他供应商的情况下，尽可能让最大的供应商满意的愿望。也就是说（如果一家公司的所有供应商都能够满足其对产品的全部需求）G（uj，ui）=βiujpk∈萧。另一方面，如果i公司的一家供应商（比如j公司）无法满足对其提出的总需求，那么它将提供其所能提供的最大数量：ρjuj。它将根据每个客户对它的需求进行分发。Weagain假设它的销售额与每个客户的需求量成比例（见上文），以便在不疏远任何小客户的情况下留住最大的客户（注意，在我们的模型中，我们实际上不允许公司的客户或供应商发生变化，尽管他们可能会倒闭）。isG（uj，ui）=ρjujβiujpk∈SiukPl∈CjβlulujPm∈贫民窟.将这两个场景结合在一起可以得到：G（uj，ui）=βIUJPK∈Siuk，ifPl∈CjβlulujPm∈贫民窟≤ ρiui，ρjujβiujpk∈SiukPl∈CjβlulujPm∈贫民窟, 否则（3） 这就完成了中介公司模型的细节。现在，我们将解释应对“主要供应商”和“最终消费者”所需的改进。