信息与计算科学毕业论文建筑供应链协调策略设计与分析.doc

安徽建筑工业学院毕业论文题 目建筑供应链协调策略设计与分析专 业信息与计算科学姓 名杨洲班 级08信息学 号08207010130指导教师闵杰提交时间2012.6.20摘要从项目公司和承包商双层角度考虑，项目公司通过显性收益激励手段与承包商之间就工期目标优化问题进行协调策略设计与分析。假设决策过程是一个完全信息的动态博弈过程, 基于博弈论并应用二层规划方法建立了以项目公司为主方、承包商为从方的stackelberg主从递阶决策模型, 确定项目工程的最优工期, 使项目公司和承包商的博弈达到均衡状态。然后, 采用遗传算法求解该模型。最后, 给出了一个简单的算例。关键词:stackelberg决策 ; 协调策略; 收益激励; 二层规划；遗传算法。 abstractfrom the project company and the contractor double angle consideration, the project company through the dominant revenue incentive means and the contractor is period between target optimization design and analysis of coordinated strategy. that decision process is a compiete information dynamic game process, based on the game theory and application of bilevel programming method to establish to project .contractor and our company is party form party for the stackelberg master-slave hierarchical decision model, to determine the construction period for the optimal period, make the project company and the constractor to the game balance state . and then , by using the genetic algorithm to solve the model .finally, gives a simple example key words: stackelberg decision ;coordination strategy; revenue incentive ; bilevel programming ; genetic algorithm第一章 绪论1.1 课题研究背景 工期目标控制是项目管理的关键任务之一。相关理论研究和实践主要是从承包商单方成本/ 费用优化角度出发,没有考虑与项目公司之间交互决策的影响关系;且基本上是以项目施工建设阶段的成本费用最小化为目标基于网络技术方法等求得最优工期,属于确定型被动管理与被动反馈控制, 无法实现对项目承包商和控制目标的优化激励控制, 且往往造成工程延期完工。而实际上, 项目工期计划目标往往是项目公司与承包商协调决策的结果,采用一定的激励手段和措施可以对项目参与方的决策行为进行诱导, 对于防范代理人道德风险、改善项目组织关系和提高项目管理绩效是一种有效的思路( branconi, 2004)。bubshait( 2003)调查研究也指出,项目公司通过激励契约可以促使承包商对影响劳动生产率、项目工期和项目成本的因素进行控制。berends(2000)也指出成本加奖励费用契约为项目公司提供了项目成本风险分担机制, 也为承包商提供了绩效激励。并指出这种激励机制可应用于工期、质量以及安全、健康和环境等多绩效指标的协调控制。这些研究虽然是从激励角度, 但仍是以工程施工建设成本最小化为目标, 激励方式也只是对节约成本的再分配。这种管理思路往往容易导致项目公司以节约控制成本为着眼点,不利于项目工期、质量以及安全等目标的控制和项目绩效改善。tareghian(2006)也指出为获得项目公司提供的提前完工的收益奖励和降低间接成本, 项目有压缩作业工期的动机。本文考虑项目公司与承包商双方就工期目标进行协调决策, 从项目全寿命周期收益最大化角度考虑通过新增收益共享实现工期目标协调优化和双方收益目标的帕累托改善, 建立了固定总价+ 奖励模式下的收益激励契约模型, 基于逆向归纳法并采用启发式遗传算法求解该模型。1.2 课题研究的目的和意义目前,随着中国经济的迅速发展, 特别是作为国民经济发展支柱产业之一的建筑企业竞争激烈,企业管理水平和素质良莠不齐。在向现代化企业制度转轨的过程中,特别是iso9000 体系标准的贯彻，使部分建筑企业得以规模化、现代化。但由于现代化建筑施工是多工种、多专业的复杂的系统, 并且耗费巨量建筑材料; 要使施工全过程顺利进行，并达到预期的目标, 降低成本, 就必须采用科学的理论对建筑供应链的协调策略设计与分析。建筑供应链协调策略设计与分析已经被越来越多的建筑施工企业所关注, 它对统筹建筑施工全过程、降低建筑成本，防范参与人道德风险、改善项目组织关系和提高项目管理绩效起着重要的作用。同时它对实现各参与方之间的互利共赢起着核心的作用, 是建筑企业实施可持续发展战略的重要保证。第二章 建筑供应链综述及博弈论相关理论2.1 建筑供应链的含义建筑供应链是指以承包商为核心，由总承包商、设计商和业主围绕建设项目组成的一个主要包括设计和施工两个关键建设过程的建设网络。建筑供应链的参与方主要包括：业主整个项目的发起者；设计商又包括建筑设计、结构设计、电气设计等设计分包商；承包商包括总承包商、土木分包商、设备分包商；供应商包括材料设备供应商和劳务供应商；制造商将原材料加工成半成品或建筑配件；原始材料供应商；贷方和保险公司等金融机构；政府等行政机构。2.2 建筑供应链管理的含义建筑供应链管理就是以实现业主需求及供应链整体效益最大化为管理目标，运用供应链管理理念，基于现代信息技术，对建设过程中供应链上跨部门、跨企业、跨产业运作的物流、信息流、资金流进行整体规划及运作管理的管理行为。它强调各节点企业之间的协作共赢的商务战略，通过建立企业间共同的战略目标，完善的信任与合作机制，协同的工作模式和信息共享机制，提升供应链整体效益，减少浪费，增强企业核心竞争力。用博弈论分析他们之间的博弈，了解理性的博弈者如何以别人的对策为契机去选择自己的对策。用博弈论阐述了企业各自为政最后就会是一个纳什平衡，对企业或个人都没有好处。给协同合作提供一个科学的理由。供应链管理的实质是一种基于“竞争一合作一协调一发展”机制的新的企业运作模式。供应链管理的最大难度就在于企业之间的利益分配。因为供应链管理是因利益问题而起，利益分配是否平等、公平、科学合理将直接关系到供应链的存在与解体。2.3 博弈论理论博弈论(game theory)又称对策论，起源于本世纪初，1994年冯诺依曼和摩根斯坦恩合著的博弈论和经济行为奠定了博弈论的理论基础。20世纪50年代以来，纳什、泽尔腾、海萨尼等人使博弈论最终成熟并进入实用。近20年来，博弈论作为分析和解决冲突和合作的工具，在管理科学、国际政治、生态学等领域得到广泛的应用。简单地说，博弈论是研究决策主体在给定信息结构下如何决策以最大化自己的效用，以及不同决策主体之间决策的均衡。博弈论由3个基本要素组成：一是决策主体（player)，又可以译为参与人或局中人；二是给定的信息结构，可以理解为参与人可选择的策略和行动空间，又叫策略集；三是效用(utility)，是可以定义或量化的参与人的利益，也是所有参与人真正关心的东西，又称偏好或支付函数。参与人，策略集和效用构成了一个基本的博弈。博弈论可以分为合作博弈和非合作博弈。两者的区别在于参与人在博弈过程中是否能够达成一个具有约束力的协议。倘若不能，则称非合作博弈（non-cooperative game)，非合作博弈是现代博弈论的研究重点。比如两家企业a、b合作建设一条vcd的生产线，协议由a方提供生产vcd的技术，b方则提供厂房和设备。在对技术和设备进行资产评估时就形成非合作博弈，因为每一方都试图最大化己方的评估值，这时b方如果能够获得a方关于技术的真实估价或参考报价这类竞争情报，则可以使自己在评估中获得优势；同理，a方也是一样。至于自己的资产评估是否会影响合作企业的总体运行效率这样的“集体利益”，则不会非常重视。这就是非合作博弈，参与人在选择自己的行动时，优先考虑的是如何维护自己的利益。合作博弈强调的是集体主义，团体理性(collective rationality)，是效率、公平、公正；而非合作博弈则强调个人理性、个人最优决策，其结果是有时有效率，有时则不然。博弈论非常强调时间和信息的重要性，认为时间和信息是影响博弈均衡的主要因素。在博弈过程中，参与者之间的信息传递决定了其行动空间和最优战略的选择；同时，博弈过程中始终存在一个先后问题，参与人的行动次序对博弈最后的均衡有直接的影响。博弈的划分可以从参与人行动的次序和参与人对其它参与人的特征、战略空间和支付的知识信息是否了解两个角度进行。把两个角度结合就得到了4种博弈：完全信息静态博弈，完全信息动态博弈，不完全信息静态博弈，不完全信息动态博弈。其代表人物是纳什、泽尔腾和海萨尼。严格地讲，博弈论并不是经济学的一个分支，它只是一种方法，这也是为什么许多人将其看成数学的一个分支的缘故。博弈论已经在政治、经济、外交和社会学领域有了广泛的应用，它为解决不同实体的冲突和合作提供了一个宝贵的方法。利用博弈论可以证明现实生活中许多有趣的问题。如：多劳者不多得，公共资源的过度使用，非合作者在一段时间内选择合作坏人做好事。虽然这些结论都是建立在一个很强的假设，即参与人是理性的，有最大化自己效用的趋势。但是其结论有深刻的哲学内涵。目前经济学中的委托代理制、激励理论都可以用博弈论来分析。现代的企业间竞争有很多情况都是在合作的背景下进行的。比如垄断市场的寡头a、b，他们可以协议指定一个产量如海湾国家的石油产量，来维持自己的最大利润。但是在许多情况下总有为了维护自己的局部利润而提高产量的情况如沙特常擅自提高产量，结果导致价格下降，利润流失。竞争情报往往在这种情况下起重要作用，如果a掌握了b的实际生产能力这类竞争情报，就可以调整自己的产量甚至突破协议，从而形成新的均衡。2.4 stackelberg 主从决策博弈德国经济学家heinrich von stackelberg最初于1952年在研究市场经济问题时提出了其有主从递阶结构的决策问题，也称stackelberg问题。在此类决策问题中，存在两种型类的决策者：处于较高决策层次的主方和处于下级决策层次的从方。在stackelberg博弈中存在一个不同的决策者(称为主导者)，他可以预测到其他成员(称为跟随者)的反应并且利用这些反馈信息来做出自己的最优决策。从某种意义上来说，主导者要比跟随者有权力，因为主导者可以预料到跟随者的反馈形式，之后才作出相应的决策。具体来说，在此类决策过程中，处于较高决策层次的主方对下一级决策层的从方行使某种控制、引导权，而下一级决策者在这一前提下，也可在其管理范围内行使一定的决策权，但这种决策权比较起来处于从属地位，决策结构如下图所示从 方主 方 主方策略 从方策略stackelberg博弈的主要特征为: (1)有多个决策参与者,并且有各自的目标函数和决策变量;(2)博弈的行动空间是连续的;(3)决策者分布在不同的等级层次上,不同层次上的决策者有不同的权力和利益, 位于较高层次的决策者具有较大的权力和选择空间; (4)上层决策者拥有下层决策者的完全信息; (5)某个决策者的决策会影响到其他决策者的决策;(6)最优决策应该是各个决策者均可接受的满意决策。第三章 stackelberg 主从决策模型的构建3.1 问题描述在一个类似高速公路工程项目中,项目公司通过显性收益激励手段与承包商之间就工期目标优化问题进行协调策略设计与分析。对于项目公司,根本目标是实现项目工期最优和项目全寿命周期收益最大化;对于承包商,在项目公司提供收益激励的情况下,虽然其追求的最终目标仍然是实现自身期望收益或效用最大化,但是管理思路会由固定总价合同下单纯的降低成本转向通过提高努力水平和改善控制目标以获得更多的收益激励。只要所获得的收益补偿高于为之付出的努力成本和目标改善成本,承包商就会选择尽量提高努力水平和改善控制目标。这是一个以项目公司为上层决策者和以承包商为下层决策者的主从递阶决策问题。项目公司的问题就是选择一个在合作期内相对固定的收益激励强度,承包商的问题就是依据项目公司提供的激励强度作出压缩项目工期的决策, 协调决策的最终目标是实现项目工期t 的协调优化、项目全寿命周期现金流量净现值收益和承包商个体收益的帕累托改善。3.2 基本假设和符号定义(1) 项目全寿命周期长度一定, 项目越早投产,运营期越长,运营收益越多。(2) 承包合同类型为固定总价+ 奖励,合同在工程动工之前签订,工程款结算方式为分阶段定期月末结算,奖励收入在项目结束时结算。 (3) 项目公司和承包商都是理性的,项目公司知道承包商相关项目支出的费用情况(项目公司拥有承包商投标报价的工程量清单的详细说明)。(4) 不满足质量标准的工程一律返工,产生的一切损失由承包商承担。(5) 项目施工过程中,承包商的总成本(c)由直接成本(c1)、间接成本(c2)和工期压缩成本(c3)构成。直接成本即用于该项目的原材料、人工和设备等的成本。的直接成本指不压缩任何作业活动时的直接成本。对于一个项目而言,直接成本总额可被认为是一个常数; 间接成本包括与项目有关的管理费用、资金利息以及延迟完工的罚金等。一般, 项目工期越长, 间接成本越多。在此, 假设项目间接成本与项目工期之间呈正线性相关关系。(6) 部分关键作业是资源驱动的,一定限度内通过增加资源投入可以压缩作业工期。一般地, 项目成本是项目工期的分段线性凸函数。可以利用指数函数 (为项目工期成本系数, 为常数, 且 0, 0) 近似地描述这一关系( 如下图)。和的值可以根据同类工程项目历史统计数据通过回归分析方法得到。若t0、c0分别为承包商所承担工程的正常工期和正常成本, t、c分别为工期压缩后的工期和成本，则工期压缩成本可以表示为: 其它有关符号参数定义如下:l 项目全寿命周期；l 项目计划运营期( 项目经济寿命周期);p1承包合同中的固定总价收入;连续型决策变量: 激励强度, 即提前完工单位时间内的承包商获得的奖励收入, 0；t0工程承包的计划正常作业工期;tmin 工程承包的最短作业工期;t 连续型决策变量: 实际作业工期;c0 承包商的正常成本;c1 承包商的直接成本;c2 承包商的间接成本; c2 单位时间内承包商的间接成本;c3 承包商的工期压缩成本;up(,t) 项目公司的收益函数;uc(,t) 承包商的收益函数;r 项目完工时项目公司的总收益, 即项目生产期的净现金流量折算到建设期末时的净现值;r1 项目正式投产运营后项目公司的单位时间预期运营净收益, 包括通行收费收益和其它经营收益( 如公路以及桥梁沿线广告项目招商收益、附属服务设施特许经营权招商收益等)；r2 承包商承接新项目的单位时间收益( 机会收益)； 折现因子；项目公司与承包商之间的线性激励合同形式为:p= p1+e e=(t0-t)p1 承包合同中的固定总价收入；e 承包商最终获得的奖励； 3.1.1 项目公司的决策问题项目公司的收益函数为作为上层决策者, 项目公司的决策问题就是选择激励强度,以最大化项目整体的净现值收益(出于对项目全寿命周期的考虑),即求解最优化问题 s.t 03.2.2 承包方的决策问题承包商的工期压缩成本为:对承包商而言,压缩工期除了能得到奖励外,还能及早承接其他工程获得机会收益,但压缩工期会增加压缩费用。承包商的净收益函数为: 作为下层决策者,承包商的决策问题就是在给定的激励强度下,选择最优