（管理科学与工程专业论文）供应链中不确定性因素与信息共享的仿真研究.pdf

中文摘要 随着全球竞争的加剧、经济不确定性的增大、信息技术的高速发展以及消 费者需求的个性化增加等环境的变化，对生产管理不断提出新的挑战，同时， 计算机等新技术的不断出现也推动了生产管理理论秘方法的不断发展，供应链 管理作为一种新的生产管理理论，逐渐成为企业提高核心竞争力，加快发展的 竞争战略。 本文首先研究了供应链建模理论和三种供应链建模技术，通过比较分析， 在供应链中不确定性因素与信息共享的研究中采用了基于仿真的研究方法。同 时，研究了供应链建模仿真工具g o l d s i m 软件的应用，找到了由建立的概念模 型转化成计算机模型的实现途径。 然后，以供应链建模理论为基础，建立了一个两层的供应链仿真模型。在 此供应链模型中，系统分析了供应链管理中的不确定性因素，并针对供应链中 的三种不确定性因素，不同信息共享条件下的供需策略和供应链的绩效指标进 行了建模，同时运用供应链仿真工具g o l d s i m 将此供应链模型实现，并进行仿 真运行分析，得到不确定环境下的供应链在不同信息共享条件下的不同绩效表 现。 最后，根据仿真结果分析可知信息共享能有效降低不确定性因素对供应链 绩效的影响，通过研究计算机新技术w e bs e r v i c e s 技术及其在供应链管理中 信息共享的应用，提出了此技术在供应链管理中的解决方案。 供应链管理是目前研究热点，也是未来企业管理发展趋势，本文创新之处 就是运用仿真分析的方法论量化研究了供应链管理中的不确定性因素与信息共 享，并结合计算机技术发展提出了w e bs e r v i c e s 技术在供应链信息共享中的 解决方案。本文的研究不论是对供应链管理的理论还是实践都是一次有益的探 索。 关键词：供应链管理，不确定性因素，仿真，信息共享，w e bs e r v i c e s a b s t r a c t a l o n g w i t ht h es e r i o u s c o m p e t i t i o n , t h ee n l a r g e d u n c e r t a i n t i e si nt h e e c o n o m i c s ，t h es p e e d yd e v e l o p m e n to ft h ei n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n dt h ei n c r e a s i n g c h a r a c t e r i s t i cd e m a n do ft h e c o m s u m e r s ，t h e r ei sac o n t i n u o u sc h a l l e n g eo ft h e o p e r a t i o nm a n a g e m e n t a n dt h ee m e r g i n go fc o m p u t e ri m p r o v e st h ed e v e l o p m e n to f t h et h e o r ya n dm e t h o d si no p e r a t i o nm a n a g e m e n t t h es u p p l yc h a i nm a n a g e m e n t a r i s e sa san e w o p e r a t i o np a a e m ，a n di sb e c o m i n gt h ec o m p e t i t i o ns t r a t a g e mt o e n h a n c et h ec o r e c o m p e t i t i o nc a p a b i l i t y a n d e x p e d i t e t h e d e v e l o p m e n to ft h e o r g a n i z a t i o n s t h et h e s i sf i r s t l ys t u d i e st h em o d e l i n gt h e o r ya n dt h r e em o d e l i n gt e c h n o l o g yo f t h es u p p l yc h a i n t h es i m u l a t i o nm e t h o di sc h o s e ni nt i l es t u d yo nt h eu n c e r t a i n t i e s a n di n f o r m a t i o ns h a r i n gi nt h es u p p l yc h a i nt h r o u g hc o m p a r i n ga n da n a l y z i n g a n d w ea l s os t u d yt h ea p p l i c a t i o no fs i m u l a t i o ns o f t w a r eg o l d s i ma n df i n dt h ea p p r o a c h t ot u r nt h ec o n c e p t u a lm o d e li n t oc o m p u t e rm o d e l t h e nt h et h e s i sb r i n g sf o r w a r dat w o t i e rs u p p l yc h a i no nt h eb a s i so f m o d e l i n g t h e o r yo fs u p p l yc h a i n t h et h e s i sa n a l y z e st h eu n c e r t a i n t i e s i nt h e s u p p l yc h a i n m a n a g e m e n ta c c o r d i n g t ot h e s u p p l y c h a i n t h r e e u n c e r t a i n t i e s ，d e m a n d - s u p p l y s t r a t e g y i nd i f f e r e n ti n f o r m a t i o ns h a r i n ga n dt h r e ep e r f o r m a n c em e a s u r e si nt h e s u p p l yc h a i na r em o d e l e d a n dt h em o d e li s r e a l i z e di nt h ee n v i r o n m e n to ft h e s i m u l a t i o ns o t t w a r eg o l d s i m t h r o u g hs i m u l a t i o n ，d i f f e r e n ti n f o r m a t i o ns h a r i n gi n t h eu n c e r t a i ns u p p l yc h a i nm a k e sd i f f e r e n tp e r f o r m a n c em e a s u r e i nt h e e n d ，t h e t h e s i s p r o v i d e s t h es o l u t i o no ft h en e wt e c h n o l o g yw e b s e r v i c e si nt h es u p p l yc h a i nm a n a g e m e n ta n d e rt h ea n a l y s i so ft h es i m u l a t i o n r e s u l t s w h i c hi st h a ti n f o r m a t i o n s h a r i n g c o u l dr e d u c et h ei n f l u e n c eo ft h e u n c e r t a i n t i e si nt h es u p p l yc h a i n s u p p l yc h a i nm a n a g e m e n th a sb e c o m ear e s e a r c hf o c u sa n dt h et e n d e n c yo f e n t e r p r i s e t h e i n n o v a t i o no ft h et h e s i si sw e s t u d y o nt h eu n c e r t a i n t i e sa n d i n f o r m a t i o ns h a r i n gi nt h es u p p l yc h a i nu s i n gt h em e t h o do fs i m u l a t i o na n dq u a l i f i e s t h ep e r f o r m a n c eo ft h es u p p l yc h a i n ，a n db r i n gf o r w a r dt h es o l u t i o no ft h ew e b s e r v i c e si nt h ei n f o r m a t i o ns h a r i n go f s u p p l yc h a i nc o m b i n i n g t h ed e v e l o p m e n to f c o m p u t e rt e c h n o l o g y t h i ss t u d ym a yb e ab e n e f i c i a l e x p e r i e m e n to ft h e o r y a n d p r a c t i c e k e yw o r d s ：s u p p l yc h a i nm a n a g e m e n t ，u n c e r t a i n t y , s i m u l a t i o n ，i n f o r m a t i o n s h a r i n g ，w e bs e r v i c e s 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得一墨壅盘茔或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论 文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：王怎强，签字日期：2 0 u 歹年j 三月岁d 同 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨洼盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤盗盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数掘库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学 校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 r 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：王专、萎幺 签字日期：2 口0 3 年f 2 月3 0 日 导师签名列伯受 签字日期：2 吗年胆月7 , 0 1 7 t 天津大学硕十学位沦文第一章闯题提出 1 1 问题描述 第一章问题提出 9 0 年代以来，随着各种自动化和信息技术在制造企业中不断应用，制造 生产率己经提高到了相当高的程度，制造加工过程本身的技术手段对提高整 个产品竞争力的潜力开始变小。为了进一步挖掘降低产品成本和满足客户需 要的潜力，人们开始将目光从管理企业内部生产过程转向产品全生命周期中 的供应环节和整个供应链系统。不少学者研究得出，产品在全生命周期中供 应环节的费用( 如储存和运输费用) 在总成本中所占的比例越来越大。加拿 大英哥伦比亚大学商学院的迈克尔w 特里希韦教授研究认为，对企业来 说，库存费用约为销售额的3 ，运输费用约为销售额的3 ，采购成本占 销售收入的4 0 6 0 左右。而对一个国家来说，供应系统占国民生产总值 的1 0 以上，所涉及的劳动力也占总数的1 0 以上。i t s 所以对供应系统的持续改善的研究成为了管理理论研究的热点，近年来 出现的供应链管理的目标是以更完整的产品组合，满足不断增长的市场需 求；面对市场需求多样化的趋势，不断缩短供应链完成周期；对于市场需求 不确定性，缩短供给与消费的市场距离，实现快速、有效的反应；不断降低 整个供应链的运营成本和总费用；建立一个和谐的供应链管理体系，在创新 的管理体系中创造管理价值。从文献看，h p ，d e c ，p & g ，i b m ，d e l l 等 公司在供应链管理实践中都获得了成功，并借助于供应链管理提高了国际竞 争力。由供应链管理实践可证，通过改善供应链管理能够大幅度提高生产率。 如下图1 1 所示： 第一章闽题提出 图卜1 ：供应链管理改善所提高的生产率 供应链管理的研究和实践表明，随着全球竞争的加剧、经济不确定性的增 大、信息技术的高速发展以及消费者需求的个性化增加等环境的变化，实现供 应链企业间的信息共享，用覆盖整个供应链的决策系统代替缺乏柔性和集成度 差的企业单独决策体系，使整个供应链各个环节都能清楚地了解物流、资金流、 信息流和工作流的情况，以更好的协调，降低各个环节的延迟时间，消除信息 扭曲的放大效应，是提高供应链运作效率的关键。因此，供应链上需求和库存 信息对供应链各成员的作用研究受到国内外学者的重视。 供应链管理面临着巨大的挑战：供应链具有复杂网络( 大量的供应商) ，复 杂的产品结构和制造过程，分布式的控制或组织，不断加大的顾客服务和资产 利用率的压力，多种来源的不确定性( 需求，供给，和生产过程中的不确定性因 素1 。 供应链上的不确定性因素对供应链的绩效有很大影响。例如，其中供应链 上存在的需求与供给的不确定性，即向供应商订货量的方差会大于向其顾客销 售量的方差。并且这种波动会沿着供应链向上游不断地扩大，这种现象称之为 “牛鞭效应”。供应链中的不确定性来自供应商、制造商、分销商和顾客等所有 成员，并沿着供应链逐级传播。比如说，供应商可能由于生产故障或运输延迟 而耽误交货，导致制造商不能按时供货。为此，下游分销商不得不储备大量的 库存。另一方面，分销商的供货又是不确定的，直接影响对顾客的服务水平。 反过来，不确定的顾客需求又逆着供应链逐渐向上游传播，形成了不确定性循 大津大学颐十学位论文第一章闯题提出 环。 1 3 1 供应链中的不确定性已经引起了众多学者的关注并丌展研究，f o r r e s t e r 基于 系统动力学原理，首先分析了消费需求波动沿着供应链向上游企业逐级放大的 系统特性。吲( 如图1 2 所示) h a u l l e e 等对供应链上的牛鞭效应进行了深 入的研究，将它产生的原因归结为需求预测修正、订货批量决策、价格波动、 信息不完全下的博弈等四个方面。( 1 l 】在目前的经济环境中，牛鞭效应是不能消 除的，但可咀借助供应商或制造商和零售商之间的信息共享，来减轻牛鞭效应 带来的负面影响。信息共享能给供应商带来减轻牛鞭效应、减少现有平均库存 以及降低成本等好处，使供应商在库存决策方面更为主动，降低由于过高的库 存量而造成的风险。 由上可知，对供应链中不确定性的研究有很重要的意义，尤其是研究如何 通过信息共享降低供应链中的不确定性对供应链绩效的影响。 1 ，2 供应链管理概述 1 2 1 供应链的概念 图卜2 ：牛鞭效应 供应链( s u p p l e c h a i n ) 的概念在8 0 年代提出的，近年来随着全球制造( g l o b a l m a n u f a c t u r i n g ) 的出现，供应链在制造业管理中得到普遍应用，成为一种新的管 理模式。目前，供应链尚未形成统一的定义，许多学者都从不同的角度出发给 大泮人学硕l 学位论文第一章问题提出 出了许多不同的定义。一叫 早期的观点认为供应链是制造企业中的一个内部过程，它是指管理将采购 到的原材料和和收到的零部件，通过生产的转换和销售等过程传递到制造企业 的用户的一个过程。传统的供应链概念局限于企业的内部操作层上，注重企业 自身的资源利用。 有些学者把供应链的概念与采购、供应管理相关联，用来表示与供应商之 间的关系，这种观点得到了研究合作关系、j i t 关系、精细供应、供应商行为评 估和用户满意度等问题的学者的重视。但是这样一种关系也仅仅局限在企业与 供应商之间，而且供应链中的各企业独立运作，忽略了与外部供应链成员企业 的联系，往往造成企业问的目标冲突。【2 州 后来供应链的概念注意了与其他企业的联系，注意了供应链的外部环境， 偏向于定义它为一个通过链中不同企业的制造、组装、分销、零售等过程将原 材料转换成产品到最终用户的转换过程。s t e v e n s 认为：“通过增值过程和分销渠 道控制从供应商的供应商到用户的用户的流就是供应链，它丌始于供应的原点， 结束于消费的终点”。供应不仅是一条联接供应商与用户的物料链，而且是条增 值链，物料在供应链上因加工、运输等过程而增加其价值。而且这样的一条链 在9 0 年代全球制造、全球竞争加剧的环境下，它应该是一个围绕核心企业的网 链，而不仅仅是一个简单的从供应商到用户的链结构。【2 f j 最近，供应链的概念更加注重围绕核心企业的网链关系，如核一1 1 , 企业与供 应商、供应商的供应商乃至与一切前向的关系，与用户、用户的用户及一切后 向的关系。哈理森( h r t s o n ) 认为：“供应链是执行采购原材料、将他们转换为 中问产品和成品、并且将成品销售到用户的功能网链。”在供应链中，每一个企 业是一个节点，节点企业之间是一种需求与供应关系。对于核心企业来说，供 应链是连接其供应商、供应商的供应商以及用户、用户的用户的网链，在供应 链中涉及到三个不同的流，即物料流、资金流和信息流。 基于对供应链的认识和分析，可以认为供应链是指围绕核心企业，通过对 物流、信息流、资金流的控制，由原材料供应商、制造商、分销商、零售商、 顾客等成员并与其上下游成员连接而成的网链结构。图1 3 是供应链的一般定义 模型。通过定义我们可以看出，供应链主要具有以下特征： ( 1 ) 复杂性。供应链超越了单一企业独立的结构模式，而是由多个企业， 甚至是全球化的跨国企业所组成，跨度大、层次多，结构复杂。 犬泮人学硕十学位论文第一章问题提出 ( 2 ) 动态性。任何企业都要根据市场需求的变化相应的调整企业战略，处 于供应链节点的企业都会动态的调整或更新。这就使得整个供应链具有动态性 的特征。 ( 3 ) 面向客户。用户的需求是供应链运作的驱动力量。供应链的存在、发 展、重构都是由市场需求的变化而产生的。处于供应链中的各节点企业都必须 面向市场、面向客户。 ( 4 ) 交叉性。供应链是一个网链结构，而不是线形的，这就说明供应链成 员不可能是单一性的产品或服务，处于这个供应链的成员同时又可能是另一个 供应链的成员，众多的供应链交叉组合，增加了供应链管理的难度。【2 圳 供应制造装献分销卜最终用广- i!if 供应崩的 供鹿商 销售点信息 用户的刚 供应商 用户户 塑煎避壹丝 资金流 一 图1 - 3 供应链的网链结构模型 1 2 2 供应链管理的产生和发展 计算机网络的发展进一步推动了制造业的全球化发展。传统的企业组织中 的采购、生产、销售等看起来是整体，但却缺乏系统性和综合性的运作模式， 已经无法适应新的制造模式发展的需要，而且那种“大而全，小而全”的企业 封闭的管理体制也无法适应全球化竞争的需要。因此，从企业间建立合作制造 利战略合作伙伴的新模式出发，从全局和整体的角度分析产品的竞争力，提出 大津入学硕十学位论文第一章问题提出 了进行供应链管理的想法。 供应链管理是把供应链上的各个企业作为一个不可分割的整体，通过有效 管理链上的信息流、资金流及物流，使供应链上各企业分担的采购、生产、分 销和销售的职能成为一个协调发展的有机体。 供应链管理是一种集成的管理思想和方法，它执行供应链中从供应商到最 终用户的物流计划和控制职能，它不是供应商管理的别称，而是一种新的管理 策略。供应链管理把供应链上相关联的一系列企业集成起来，将其视为一个企 业即虚拟的企业。供应链上的各企业分担供应、采购、生产、分销、零售的职 能，企业问通过核心企业实现协调发展，在竞争日益激烈的市场环境中求得生 存和壮大。但目前对于供应链管理尚无同统一的定义描述。【i 叫 ( 1 ) 斯迪文思( s t e v e n s ) 在1 9 8 9 年发表文章，介绍了集成供应链的概念， 认为这种思想包括功能集成、企业内部集成和企业外部集成，集成供应链管理 的目的是消除部门问及企业间的管理障碍。 ( 2 ) 蔡司等认为供应链管理是用系统的方法来管理玎始于原材料供应商， 经由制造工厂和仓库，止于最终顾客的信息流、物料流和服务流，重点在于企 业满足顾客需求的核心活动上。供应链管理的目标是减少供应链的不确定性和 风险，从而积极的影响库存水平，生产周期和生产过程，并最终影响对顾客的 服务水平。其核心内容是对供应链上的活动进行系统优化。 通过以上定义，可以看出供应链管理具有以下基本特征： ( 1 ) 首先供应链管理是以客户需求为中心的管理； ( 2 ) 其次是强调合作，管理供应链伙伴间的合作关系； ( 3 ) 再次是现代信息技术和先进制造技术的综合运用( 如：w e b 技术、条码 技术、e d i 技术，计算机基础制造，敏捷制造和虚拟制造等) ( 4 ) 集成化的管理思想，整体性的管理原则。 1 3 研究现状 供应链管理技术是随着全球制造的兴起以及适应客户需求的快速变化而产 生的一种新型管理技术，它己成为世界各国近几年的研究热点。供应链管理技 术强调供应链上的各实体及其活动的整体集成。其管理范围不仅包括企业内部 的生产经营活动，而且将企业的供应商、供应商的供应商、企业的客户以及最 天汁大学硕十学位论文 第一章问题提出 终用户都集成起来，纳入其管理范围，这样可以很好地协调供应链上各实体的 关系，有效地控制供应链上的物流、信息流、资金流，从而实现灵活和稳定供 需关系。 1 9 9 6 年4 月，由美国先进制造研究( a m r ) 公司和p i t t i g l i or a b i nt o d d & m c g r a t h ( p r t m 国际咨询公司联合成立了供应链委员会s u p p l y c h a i nc o u n c i l ) ， 目时己有3 0 0 多家世界上最大的制造企业加入了该委员会，委员会为其成员提 供供应链管理方面的咨询服务和技术支持。美国一些大公司，如h p 、i b m 、a t t 、b a y e r 、r o c k w e l l 、l o c k h e e dm a r t i n 、a l l i e ds i g n a l 等公司纷纷采用供应链 管理技术，并取得了显著效益。欧洲许多国家，如爱尔兰、荷兰、德国等的学 术机构和企业界也积极丌展与供应链管理相关技术的研究，如爱尔兰的“a m t i r e l a n d 先进制造技术咨询服务机构，荷兰n i j e n r o d e 大学和技术、科学与管理 商业学院联合成立的供应链管理中心，都专门研究供应链管理技术，并为企业 提供有关供应链的技术服务。 目前，一般将供应链的问题分为两类： ( 1 ) 信息联合问题：主要指供应链网络上公司间信息共享的质量和频率。 可能由于大量使用计算机和软件集成了所有部门的信息，这个领域研究曾被严 重忽视。l e e ，p a d m a i l a b h a n ，a n d w h a n g ( 1 9 9 7 ) 说明了信息的扭曲导致大量的库存 和差的客户服务。他们在文中为了减少牛鞭效应，建议应采取避免需求预测加 倍，定购批量分解成小批量或者频繁采购( 与j i t 思想类似) ，减少批发价格折 扣的频率和级别，和在产品短缺期间，要按照过去采购记录分配产品的方法。 计算机技术虽然很好的解决了信息联合的问题，但决定什么样的信息还要共享 取决于运作信息。l l 2 1 ( 2 ) 运作问题：包括三个方面，产品计划、库存控制和分销。【lj 运作问题 一般存在两种解决方法：一种是供应商客户方法；一种是多级系统方法。第一 种方法中供应链被描述成树状类型的网络，通过计划生产和分销产品降低供应 链的总成本。大多数文章采用多级系统方法，即按库存成本和总生产成本优化。 关于供应链中不确定问题有如下一些研究状况：v a n d e r v o r s t 等( 1 9 9 8 ) 在文章中提出了四类不确定的来源，采购预测范围、输入数据、决策过程和内 在不确定性。 1 0 l d o b r i l a p e t r o v i c ( 2 0 0 1 ) 使用了s c s i m 这个特殊的仿真工具，并 且分析了提前期对供应链绩效的影响。s c s i m 能被用于进行各种供应链分析， 能在不确定的环境下对供应链获得很好的理解，有助于提高供应链的绩效和行 大津人学硕士学位论文第一章问题提出 为表现。l 7 】 z h a o e t a l ( 2 0 0 1 ) 研究了预测模型的选择对供应链绩效和信息共享价值的影 响。他们在需求不确定的环境下研究了个有能力限制的供应商和多个零售商 的供应链。他们的研究对象是一个简单的供应链，包括个供应商和四个分销 商，并且只研究了供应商和分销商之间三种信息的共享。他们只考虑了产品库 存系统的成本节约，没有考虑其他整个供应链的量化绩效指标。l j ”z h a o e t a 1 ( 2 0 0 2 ) 研究了信息共享和协同采购对供应链绩效的影响。在这个仿真模型中，他们除 了成本指标，把顾客服务水平作为另一个考核供应链的绩效指标。【j 6 】 目前，大多数供应链不确定的研究都集中于需求信息的扭曲的研究，但是 供应链中除了来自顾客的不确定性，还有许多来自生产商和供应商的不确定性。 1 4 本文主要工作 本文研究分析了供应链建模理论和三种供应链建模技术，通过比较分析在 供应链中不确定性因素与信息共享的研究中采用了基于仿真的研究方法。同时 进行了供应链建模仿真工具软件g o l d s i m 的应用研究。通过研究分析所建立的 个两层供应链中的三种不确定性因素，不同信息共享程度下的供需策略和供 应链的绩效指标，建立了相应的仿真模型，并仿真研究供应链中不确定性因素 在不同的信息共享程度下对供应链绩效的影响，并通过g o l d s i m 供应链仿真工 具软件进行了仿真实现，通过分析得到信息共享可咀大大降低不确定性对供应 链绩效的影响，同时可知需求不确定性因素对供应链绩效的影响最大。所以在 文中的最后探索了新的信息技术w e bs e r v i c e s 在供应链企业系统的信息共享 中的应用。 第一章，提出了问题并简要介绍了供应链的一些概念和供应链管理的起源 和发展，并介绍了一些目前国内外学者在供应链管理及供应链信息共享方面做 的一些研究。 第二章，阐述了供应链建模及仿真研究的理论背景，包括供应链建模的三 神方法，仿真理论，供应链仿真的应用，并介绍了仿真软件g o l d s i m 应用。 第三章，对供应链不确定环境进行了系统的分析，同时建立了一个包括三 种不确定性因素的两层供应链的仿真概念模型，并提出了在仿真中的一些假设 条件和初始化参数。 火津人学硕十学位论文第一章闷题提出 第四章，通过运用供应链仿真软件g o l d s i m ，将建立的供应链概念转化成计 算机模型，并进行了模型的仿真试验及结果分析。 第五章，由于信息共享能够很大程度消除不确定性因素对供应链绩效的影 响，所以讨论了如何利用信息技术加强供应链企业的信息共享，提出了新的信 息技术w e bs e r v i c e s 在供应链管理中的解决方案，尤其是如何实现异构系统 的互连，最后对供应链企业的信息化建设提出一些构想。 第二章供应链的建模理论及仿真理论 第二章供应链的建模理论及仿真理论 供应链管理是一种适应市场全球化和客户需求多样化而产生的一种管理技 术，它强调供应链上各企业及其活动的整体集成，从而可更好地协调供应链上 各企业之间的关系，有效地协调和控制供应链上物料流、信息流、价值流，保 持灵活和稳定的供需关系，使整个供应链上企业效益最大化。为了更好的实施 供应链管理技术，研究供应链建模技术，建立相应的供应链运作管理模型来支 持供应链管理中各项分析和决策活动是十分必要的。 2 1 供应链模型基础 近年来，关于供应链的研究是个热门课题，所发展的供应链模型也有不少。 从供应链模型的发展来看，经历了从简单模型到复杂模型、从单阶段模型到多 阶段模型、从单产品模型到多产品模型、从国家模型到国际模型、从确定型模 型到随机型模型的发展过程。 3 0 i 2 1 1 供应链模型分类 按供应链涉及的区域不同划分。供应链模型可以分为国家模型和国际模型。 国家供应链模型是指考虑的供应链涉及的供应商、制造商和销售商都集中在一 个国家内；全球供应链模型考虑了供应商、制造商或销售商分布在多个国家。 与国家模型相比，全球模型复杂得多，需要考虑更多的因素，如：关税、汇率、 贸易壁垒、汇兑成本、进出口退税等因素。 按分析和研究的方法不同分类。供应链模型可以分为排队论模型、对策论 模型、网络流模型和策略评价模型等。【2 8 l 排队论模型主要用于研究生产企业在平稳生产状态下的情况，并对资源分 配进行优化，如合理安排各个设备的加工任务、合理安排人员的加工任务等， 以达到提高生产效率的目标。 大泮大学硕士学停论文第二章供应链的建模理论及仿真理论 对策论模型主要用于研究供应商与制造商之间、制造商与销售商之f b j 的相 互办调，如研究制造商和销售商之间的协调，确定制造商和销售商各自的对策， 确定产品价格、订货时间等，使他们都能获得比原来更好的收益。 网络流模型主要用于研究供应链中成员的选择、布局以及供应链的协调问 题。网络提供了种描述供应链结构的方法，用网络流模型来表示一个供应链 有其独特的优点，它能很方便地表示供应链中各种活动的先后次序。一般，用 混合整数规划来描述这种网络流模型，目标是使各种成本费用的总和最小，而 用整数变量表示供应链中成员的选择等，用连续变量表示供应链中各成员的能 力和各种资源的分配等，用约束表示供应链中的物流平衡关系和供需关系等。 策略评价模型主要用于研究供应链在不确定情况下的管理和协调问题。对 于跨国企业而言，经常会有不确定事件发生，如汇率波动、政府政策改变或新 技术的发明等。企业会采取各种策略对此作出反应，如调整供应链中成员的数 量、采用不同的生产技术等。策略评价模型提供了一种对采取的措旖和策略进 行评价的方法。策略评价模型一般是随机动态规划模型，目标是使各个时期的 期望费用总和最小或总收益最大。 2 1 ，2 供应链模型的研究意义 供应链模型一般可以提供给决策人员提供以下四个方面的功能： 2 5 1 ( 1 ) 确定供应链在应用条件下最优的库存和服务水平对应关系； ( 2 ) 帮助决策人员分析、预测供应链中的不确定因素，确定安全库存水 平和定货策略，优化投资： ( 3 ) 进行w h a ti f 分析，帮助决策人员评估各种方案以选择其中最有利的 方案： ( 4 ) 进行面向供应链管理的设计，评价不同设计和工艺对供应链运行中 库存和服务水平的影响，通过协调提高整体效益。 2 2 三种供应链建模技术 建立供应链模型是为了支持供应链管理中的各项分析和决策活动。这些活 天泮人学硕十学位论文第二章供应链的建模理论及仿真理论 动按内容和时删范围可分为策略性的和经营性的模型。由于不同层次的决策处 理的问题不同，因此需要的模型也各不相同。策略性决策由于涉及的范围很广， 因此模型很大，且需要大量的数据；而经营性决策则由于关心的是供应链的开 常运作，考虑的范围比较小，因此使用的模型通常具有较强的针对性，能够考 虑较多的细节。 目前供应链建模技术研究方法各异，供应链中的建模方法可以分为网络设 计方法，近试方法和基于仿真的方法。【2 4 j 2 2 1 网络设计方法 网络设计方法就是在供应链上建立网络和各种流。这样的模型设计方法一般用 在供应链构建的初期。网络设计方法一般使用整数规划( 1 p ) 或混合整数规划( m 口) 来 描述和求解问题模型。杰弗隆( a g e f f i i o n ) 等人是最早应用m i p 建立配送系统模型 并优化求解的。很多研究人员都使用口m 建立了各自的供应链模型。阿思茨思 ( b ca m t z e n ) 等人建立的全局供应链管理模型( g l o b a ls u p p l yc h a i nm a n a g e m e n t ， g s c m ) 是到目前为止最全面的m i p 模型，考虑了客户、供应商、人力资源、各种运 输模式的运输时间和费用、减免税情况、返购率和产品本地化目标、出口法规、关 税、返税率等在内的多方面因素。维达尔( c j v i m ) 等人综述了策略性生产和配 送系统模型，其中关于m i p 模型的论述是全文的核心。1 2 】 使用网络设计方法建模型的供应链一般都用于策略性决策，建立的模型 可以覆盖供应链管理中的所有决策领域。目前一般使用分支定界法、拉格朗 闩( l a g r a n g e ) 松弛方法、本德( b e n d e r ) 分解方法和行因子化方法等来求解建立 的问题模型。使用网络设计方法建立供应链模型主要存在两方面的问题：一 方面由于用这种方法建立的模型一般规模比较大，随着供应链的扩大、考虑 范围的扩展，模型的求解也相应地变得因难；另一方面则是它只能考虑确定 和静态的问题模型，考虑随机因素的能力十分有限，而随机因素在供应链中 几乎无处不在。i j l 2 2 2 近似方法 近似方法在供应链管理中主要用于经营性决策。把近似方法应用于供应链 天津人学硕+ 学位论文第二章供应链的建模理论及仿真理论 管理，是从库存管理的角度来处理问题，把其中的生产和运输环节近似为定常 过程。这样建立的供应链模型一般被称作多级库存系统，主要研究在同时考虑 多级库存情况下建立库存控制策略及确定控制参数。对供应链中多级库存问题 的研究表明，它在降低库存、提高用户服务水平等方面能够起相当大的作用， 但还是存在着一些比较明显的缺陷，如： ( 1 ) 只注重供应链中的库存，而忽视了其中的生产和运输问题，更不要说与 它们之间的协调； ( 2 ) 目前处理的系统结构都只限于树状结构，而不是实际的网状结构； ( 3 ) 对模型的约束太多。由于求解需要，对需求、延迟时间分布等使用了一 些近似假设： ( 4 ) 忽略了非平稳随机因素的存在。这些缺陷限制了有关研究结果在实际问 题中的应用。 除多级库存理论外，在制造系统研究中用得比较多的排队网理论、流体近 似方法等也应该属于此类，它们能够考虑生产或运输环节的随机性，而且研究 得也已经比较深入，因此有可能在供应链管理研究中作为一种有效方法，但目 前在该领域几乎还没有被使用。【4 】 2 2 3 基于仿真的方法 仿真的方法可用于分析全面的供应链模型，同时考虑策略性和经营性因素。 由于不存在数学求解上的问题，因此建立的仿真模型可以考虑各种复杂因素， 包括结构上的和参数上的随机性，比较适于评价现有策略。【 】 2 3 仿真技术分析 2 3 1 仿真基本概念 “仿真”这一术语可应用到几乎任何试图复制一种情况的努力。 r o b e r t s h a n n o n 最初把仿真定义为“设计一种真实系统的模型的程序，并在一系 列系统运行准则的约束中，对以了解系统行为或评价各种战略为目的的模型进 行实验”。 仿真，又称蒙特卡罗方法，是通过用随机数做实验求解随机问题的技术。 天泮大学硕十学位论文第二章供鹰链的建模理论及仿真理论 蒙特卡罗方法为计算数学中的一种计算方法，它的基本特点是，以概率与统计 中的理论与方法为基础，以是否适于在计算机上使用为重要标志。因此，它虽 属计算方法但又与一般计算方法有很大区别。蒙特卡罗是摩纳哥的一个著名城 市，以赌博闻名于世。蒙特卡罗方法借用这一城市的名称，属于象征性的，是 为了表明浚方法的上述基本特点的。蒙特卡罗方法也称统计试验方法或计算机 随机模拟方法，这些名称同样是为表明该方法的上述基本特点的。 蒙特卡罗方法作为一种可行的计算方法，是由u l a m 和v o nn e u m a n n 在2 0 世纪4 0 年代中叶为解决研制核武器中的计算问题而首先提出并加以运用的。在 此之前，作为该方法的基本思想，实际上早己被统计学家所发现和利用了。例 如，早在1 7 世纪的时候，人们就知道了依频数来决定概率的方法。又如，在1 9 世纪术，曾有很多人进行随机投针试验。根据针与地面上平行线束( 距离均为 二倍针长) 相交的概率p 等于石的倒数，用频数n n 替代概率p ，并进而得到 丌z = o 叱。为了使p 的有效数字达到4 位，置信水平为o 9 5 ，所需投针次数 ，f 要在4 0 万以上。 进入2 0 世纪4 0 年代中叶，出现了电子计算机，使得用数学方法在电子计 算机上模拟这样大量的试验成为可能。另外，科学技术的不断发展，出现了越 来越多的复杂而困难的问题，用通常的解析方法或数值方法都很难得到解决。 蒙特卡罗方法就是在这些情况下，作为种可行的而且是不可缺少的计算方法 被提出和迅速发展起来的。 2 3 2 仿真类型 采用何种仿真方法主要基于不同的仿真类型。现在有许多方法进行仿真的 分类，主要包括静态仿真和动态仿真、随机性仿真和确定性仿真、离散系统仿 真和连续系统仿真等。 ( 1 )静态仿真和动态仿真 静态仿真是种不基于时间的仿真方法。它一般包括使用随机样本产生统 计结果，因此也经常被称为蒙特卡洛模拟。蒙特卡洛模拟经常用在金融行业中 的投资选择中。动态仿真，与静态仿真正相反，包括时间的因素。它关心随着 时间状态变化的发生。在这种仿真中存在着时钟因素，并且状态随着时间的变 化而变化。动态仿真一般适合随时间运作的生产和服务系统的仿真。 ( 2 )随机性仿真和确定性仿真 第二章供应链的建模理论及仿真理论 谴机性仿真或者概率仿真是指仿真中的输入变量是随机的，随机性仿真的 输出结果本身也是随机的。确定性仿真没有随机的输入，并且当输入数据和初 始状态确定时，其结果也是确定的。不论确定性仿真运行多少次，其结果是相 同的。而在随机性仿真中只能通过一些平均的统计量来表示多次重复试验的结 果。其具体如下图2 1 所示： 常量输入 常量输h 1 2 3 1 0 6 ( a ) 确定性仿真( b ) 随机性仿真 图2 1 确定性仿真与随机性仿真区别 ( 3 )离散系统仿真和连续系统仿真 离散系统仿真是指仿真事件按时间在离散点上发生。典型的离散事件包括 物体到达、资源的失效、活动的完成和工作的结束。离散系统仿真中的状态变 量称为离散变化状态变量。一般的生产和服务系统需要使用离散系统仿真方法 进行仿真设计。连续系统仿真的状态变量的变化是按时间连续进行的，它的状 态变量称为连续变化变量。例如一个房间的温度变化就是一个连续变化变量。 连续系统仿真一般用微分方程或差分方程来表示随时问变化的状态变量的变化 ， 率，例如微分方程a v ( = v 2 + ，2 和差分方程h ) = v ( ) + ，r 都可以描述连续 系统中的连续状态变化变量。 2 3 3 仿真设计的流程 仿真设计是一个不断反复的过程，可以按如下图2 - 2 所示的方法进行仿真设 火滓入学硕十学位论文第二章供应链的建模理论及仿真理论 计，并在仿真设计中要注意以下五个方面的问题： ( 1 ) 问题的确定主要就是确定系统目标和相关的可控和不可控变量。 ( 2 ) 变量和参数的确定；决策原则的确定；概率分稚的确定，包括使用 经验分布和标准数学分布：时间增长方法的确定，包括固定和可变的时间增长。 ( 3 ) 确定初始状态：根据系统非稳定时间最短原则选择初始状态，根据 偏离程度最小原则选择初始状态，适当舍弃部分前一阶段产生的数据。 ( 4 ) 仿真结论的好坏当然依赖于模型能够反映现实系统的程度，同时也 依赖于模型设计时的统计意义。 ( 5 ) 在验证中通常用程序计算出所有的结果，然后逐一计算验证这些结 果；仿真现实系统的当前状态与现实系统的比较；在仿真过程中放置断点，将 断点处的仿真结果与相关的数学模型在断点处的计算结果相比较。 5 】 图2 - 2 仿真设计的流程 大津入学硕， 学位论文第二章供应链的建模理论及仿真理论 2 34 仿真方法论 在本文的仿真中主要按照下面列出的九个方面的仿真方法论进行仿真建模 分析的。 一、项目计划：估计项目所需要的时间，预先定义试验项目 二、概念模型：将真实系统以表格或文本文件形式表示，目的是为仿真 活动获得必要的数据或系统逻辑。 三、 概念模型合法性检验：对概念模型进行检验和修改。 四、建模：将概念模型转化成基于计算机的仿真模型，这可以采用仿真 语言或仿真软件包。 五、 校验：将计算机模型与概念模型比较，并进行修改。 六、合法性检验：合法性检验是将计算机模型与系统本身进行比较，并 进行修改 七、敏感性分析：通过输入的变化看输出结果。 八、试验并分析输出数据：执行定义好的试验，收集并分析数据。如有 必要，重新定义组试验并重复试验。 九、实施：通过输出结果分析，指导实践。 2 3 5 供应链研究采用仿真方法 在供应链研究中采用仿真方法是因为仿真在处理动态环境中的随机变量方 面比静态的、确定性的模型更加理想。例如基于网络设计的方法很难解决供应 链中优化的问题，并且这类模型大多是确定性的、静态的模型，此外这些模型 考虑动态因素非常有限。总的来说，还没有一种综合的模型可以代表供应链中 的物流。供应链环境下研究的问题包括大量的不确定性和动态环境，在这样的 环境下事件是由事件驱动的，这些问题的研究适合使用仿真的方法。e 1 9 1 可以采用两种方法进行供应链模型的仿真，种仿真模型可以用诸如c + + ， j a v a 等编程语言4 进行设计实现。另