引言
应急场景 (如疫情、自然灾害) 对供应链构成严峻挑战，尤其是在关键物资的管理与分发上，需要及时交付并保持产品完整性。传统应急供应链常因信息碎片化、缺乏实时可见性、资源分配低效、协调不足等问题而失效。本研究提出一种集成区块链与数字孪生的创新方法，以应对这些挑战。通过疫苗分发的案例研究，展示该集成方法如何提高数据完整性、安全性，实现实时监控与决策，从而显著提升应急供应链的韧性。
文献综述
本研究回顾了应急供应链管理的研究现状。传统供应链框架在危机中暴露出信息延迟、协调不畅、库存分配低效等脆弱性。疫苗供应链 (VSC) 是典型例证，其短缺会严重影响公共卫生。供应链韧性是企业在风险影响下恢复运营的能力，其关键决定因素包括灵活性、速度、可见性和协作。第四代工业革命技术，如区块链、物联网、人工智能、大数据，为应急供应链提供了新的工具。分析文献后得出VSC管理中的关键痛点：疫苗伪造、过期、运输条件监控、利益相关者沟通不畅、需求预测不准导致的延误等。同时，本研究还简要介绍了用于后续情景测试的库存管理理论，为评估不同策略提供基础。
研究方法
本研究提出一个融合区块链技术与数字孪生的决策支持框架，其方法论见图1，由以下部分构成：(i) 区块链架构；(ii) 物流数字模型；(iii) 基于物联网的实时监控；(iv) 基于数字模型的情景决策；(v) 集成智能合约实现自动化。
图1. 拟议的设计与管理决策支持框架
该框架包含三大技术支柱：
• 区块链平台：建立不可篡改的交易账本，记录从生产到最终交付的每个环节。部署智能合约自动化处理库存管理、订单下达、合规性验证等流程，确保信任、透明和可追溯性。
• 数字孪生：作为物理供应链的实时虚拟副本，集成来自物联网传感器和区块链的实时数据，使利益相关者能够监控、预测供应链性能，识别瓶颈并支持主动决策。
• 物联网设备：在整个供应链中部署传感器，收集关键的环境和性能数据 (如温度、湿度)，这些数据自动记录到区块链上，确保透明性和可追溯性。
该框架的核心逻辑是：利用物联网采集现场数据，通过区块链确保数据的真实可信，再将这些可信数据输入数字孪生模型进行情景模拟 (如，比较不同库存策略)，以评估不同管理方案对韧性和响应能力的影响。智能合约则根据预设规则自动执行操作 (如，触发采购订单)。该方法旨在通过提高可见性、增强数据可信度、支持前瞻性分析，来增强供应链的适应性、响应性，并减少“牛鞭效应”。
所提框架在新冠疫苗供应链中的应用
本研究将模型应用于意大利新冠疫苗分发案例。研究建立了包含1个国家中心和21个区域中心的三级供应链仿真模型。首先分析了实际分发策略 (AS-IS模型)，然后模拟引入区块链和物联网技术后，基于实时使用数据 (来自各地接种点) 来实施不同库存管理策略的情景 (TO-BE模型)。仿真周期为30周 (2020年12月至2021年7月)。研究测试了六个情景 (S1-S6)：
S1 (AS-IS模型)：实际系统，基于人口统计分配。
S2 (定期订货)：每3天按未来3天需求订货。
S3 (逐批订货L4L)：每天按当天实际需求订货。
S4 (Silver-Meal)：动态计算使每期总成本最小的订货批量和间隔。
S5 (最小单位成本LUC)：使单位总成本最小的订货方式。
S6 (部分周期平衡PPB)：平衡订货成本与持有成本。
评估所使用的主要绩效指标 (KPIs) 包括：缺货次数 (N_SO)、最大缺货量 (SO_MAX)、单次最大交付量 (Q_MAX)、平均交付量 (Q_MED)、交付次数 (N_D)、平均接种率 (A_AVG)、订货成本 (OC)、持有成本 (HC)、运输成本 (TC) 和总成本 (C_tot)。
结果与讨论
仿真结果对比了六个情景：
缺货情况：S2、S3与S1接近，S4、S5、S6略高，但其最大缺货量影响不大。
交付量：所有备选策略 (S2-S6) 的Q_MAX和Q_MED均低于S1，表明基于实时数据能更精准地匹配需求，减少浪费和运输压力。其中S3 (逐批订货) 表现最佳，实现了纯拉动式响应。
交付次数与订货成本：S3因每日下单而最高，S1和S2因固定3天间隔而稳定，S4-S6因动态间隔而表现相似。在应急供应链中，交付的可靠性优先于成本，因此此KPI非决定性因素。
平均接种率：所有备选策略均优于S1，其中S3达到最高。这表明基于实时数据的精准供应能有效提高物资实际使用率。
持有成本与运输成本：S3持有成本为零 (无库存)，但运输成本最高；S4、S5、S6在持有成本和运输成本间取得较好平衡；S6在降低持有成本方面最有效。
总成本：经济优化策略 (S4、S5、S6) 总成本最低，S3总成本虽高于S4-S6但优于S1。
主要结论：若决策者优先考虑技术绩效(如接种率、精准响应)，S3 (逐批订货) 是最具韧性的策略，但必须依赖区块链和物联网提供的实时、可信数据，否则风险过高。若同时考虑经济性，则需权衡。该框架不仅适用于疫苗，还可推广至救灾、食品安全、关键基础设施等应急供应链。研究也指出了实施挑战 (数字基础设施、成本、互操作性) 和未来方向 (结合AI预测)。
结论
本研究通过新冠疫苗分发的案例研究，论证了区块链与数字孪生技术集成在应急供应链中的巨大潜力。该集成方法能提高透明度、可追溯性和运营效率，通过实时数据共享提升接种率、减少缺货、降低库存与运输相关成本，智能合约还能实现自动化控制，减少人为错误并加快响应。与以往概念性研究不同，本文通过仿真提供了基于实际数据的实用见解。研究也承认其局限性，如无法完全消除基础设施问题、区块链的高能耗和投资成本。未来研究应探索更多库存策略、结合AI预测分析，并应对基础设施和互操作性挑战。总体而言，本研究为构建更具韧性和适应性的未来应急物流系统奠定了基础。
阅读英文原文：https://www.mdpi.com/3233040
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