（管理科学与工程专业论文）供应链牛鞭效应的理论研究与仿真分析.pdf

山东师范大学硕士学位论文 摘要 随着市场全球化和竞争的加剧，企业之间的竞争已经变成供应链之间的竞争。供应链 牛鞭效应是供应链实施过程中出现的个主要问题，即信息在供应链内部流动的过程中， 会出现不同程度的信息扭曲现象，受到了国内外学者的广泛关注。供应链牛鞭效应对供应 链管理是不利的，它造成批发商、零售商的订单和生产商产量峰值远远高于实际客户需求 量，进而造成产品积压、占用资金，使得整个供应链运作效率低下。随着供应链运作的企 业越多，这种效应越来越明显，整个供应链管理会变得十分复杂、困难。传统的研究主要 是集中在两个方面：1 、供应链牛鞭效应的存在性；2 、牛鞭效应的成因分析：3 、牛鞭效应 的消减措施的研究。现在，人们不断应用各种新的方法来研究牛鞭效应，特别是借助计算 机来进行研究。 论文首先总结叙述了供应链及供应链管理的概念，对供应链管理的效益及牛鞭效应研 究的意义进行了讨论。对牛鞭效应的成因，从需求信号处理、订单批量、价格波动、短缺 、 博弈四个方面进行了分析。本文的重点内容就是用控制论的理论和方法来研究牛鞭效应， 应用补充到目标库存策略( o u t ) 和两种不同的需求预测方法，即指数平衡预测法和移动平 均数预测法，用m a t l a b 的系统控制工具箱作为分析工具，分别给出了信息共享情况下和无 信息共享情况下的频率响应图和带宽比较图，证明了信息共享能够减弱牛鞭效应，尤其是 在供应链的高级阶段，但牛鞭效应并不能完全消除，仍旧随着供应链阶段的上升而增加。用 基于数字技术的m a t l a b s i m u l i i _ l k 来分析牛鞭效应，对著名的“啤酒游戏”进行模拟，尝 试对物流系统进行科学的分析，从而提高以计算机为主要特征的现代物流管理水平。文章 最后是对几个问题的讨论，包括生产平滑模型的有效性问题、不同存货模式对供应链的影 响、供应链中信息共享的意愿冲突与激励机制。 关键词：供应链管理；牛鞭效应；控制论：信息共享；啤酒游戏 中图分类号：f 2 5 3 山东师范大学硕士学位论文 t h e o r ys t u d ya n ds i m u l a t i o na n a l y s eo nb u l l w h i pe f f e c ti ns u p p l yc h a i n a b s t r a c t t h ec o m p e t i t i o nb e t w e e nc o r p o r a t i o n sh a se v o l v e di n t ot h ec o m p e t i t i o no ns u p p l yc h a i n w i t ht h eg l o b a l i z a t i o na n dt h ei n t e n s i f i c a t i o no fc o m p e t i t i o n d u r i n gt h ep r o c e s so fi m p l e m e n t i n g s u p p l yc h a i nm a n a g e m e n t ，t h e r ee x i s t s af a c tt h a tt h ei n f o r m a t i o ni sd i s t o r t e dt os o m ee x t e n t ， w h i c hi sc a l l e db u l l w h i pe f f e c t b u l l w h i pe f f e c ti sak e yp r o b l e mi ns u p p l yc h a i n ，w h i c hh a sb e e n f o c u s e da 1 1 dd i s c u s s e db ym a n yo v e r s e a sa n dn a t i v es c h o l a r sf o ral o to fy e a r s b u l l w h i pe f f e c ti s a d v e r s et o s u p p l yc h a i nm a n a g e m e n ta n di t sp r e s e n c ec a l lc a u s em a n yp r o b l e m so fs c m ：t h e w h o l e s a l e ra n dr e t a i l e r so r d e ra sw e l la st h ep e a kv a l u eo fm a n u f a c t o r y sp r o d u c t i o na r eh i g h l y a b o v et h ea c t u a ld e m a n dt h e ni st h ep h e n o m e n o no fo v e r s t o c ka n do c c u p a n c yo fc a p i t a l a uo f t h e s ec a nk e e pt h ew h o l es y s t e mf r o mr u n n i n ge f f e c t i v e l y w i t ht h ei n c r e a s eo ft h ei m p l e m e n t i n g c o r p o r a t i o n s ，t h eb u l l w h i pe f f e c ti sm o r ea n dm o r eo b v i o u s ，a n dt h er u n n i n go ft h es y s t e m b e c o m e sv e r yd i f f i c u l ta n dc o m p l i c a t e d t r a d i t i o n a lr e s e a r c ho nb u l l w h i pe f f e c tc a nb ed i v i d e d i n t ot h r e ea s p e c t s ：( 1 ) t h ee x i s t e n c eo ft h ee f f e c t ；( 2 ) t h ec a u s e so ft h ee f f e c t ；( 3 ) h o wt or e d u c e t h ee f f e c t n o wm a n yn e wm e t h o d sa r eu s e dt os t u d yt h ee f f e c t ，i n c l u d i n gt h et e c h n o l o g yo f c o m p u t e r t h ep a p e rf i r s tg i v e sar e v i e wo ft h ec o n c e p t i o n so fs u p p l yc h a i na n ds u p p l yc h a i n m a n a g e m e n t t h e ni td i s c u s s e st i l e b e n e f i t so ft h es u p p l yc h a i nm a n a g e m e n ta n dt h er e s e a r c ho f t h eb u l l w h i pe f f e c t t h ep a p e ra n a l y z e sf o u rs o u r c e so ft h eb u l l w h i pe f f e c t ：d e m a n ds i g n a l p r o c e s s i n g ，r a t i o n a lg a m e ，o r d e rb a t c h i n g ，a n dp r i c ev a r i a t i o n s t h ee m p h a s i so f t h ep a p e ri st h a t u s i n gc o n t r o lt h e o r yt oa n a l y z et h eb u l l w h i pe f f e c t u s i n gt h eo r d e r - u p t o ( o u t ) m e t h o da n d t w o d e m a n df o r e c a s t i n gp a t t e r n s ，t h a ta r ee x p o n e n t i a ls m o o t h i n gf o r e c a s t i n ga n dm o v i n ga v e r a g e f o r e c a s t i n g ，w eg i v et h ef r e q u e n c yr e s p o n s ep l o ta n dt h en o i s eb a n d w i d t hf i g u r ew i t ht h eh e l po f t h es y s t e mc o n t r o lt o o lo fm a t l a b w es h o wt h a ti n f o r m a t i o ns h a r i n gh e l p st or e d u c et h eb u l l w h i p e f f e c t ，e s p e c i a l l ya th i g h e rl e v e l si nt h ec h a i n ，h o w e v e r , t h eb u l l w h i pe f f e c tp r o b l e mi s n o t c o m p l e t e l ye l i m i n a t e da n di ts t i l li n c r e a s e sa so n e m o v e su pt h ec h a i n t h ep a p e ra l s om a k e sa n a t t e m p tt oe x p l a i nb u l l w h i pe f f e c tb ym e a n so fm a t l a b s i m u l i n k w i t ht h es i m u l a t i o no f “b e e r g a m e ”，a n dt om a k e s c i e n c ea n a l y s i si nl o g i s t i cs oa s t o i m p r o v et h em o d e ml o g i s t i c m a n a g e m e n t ，w h i c hi sc h a r a c t e r i z e db yc o m p u t e rt e c h n o l o g y , f i n a l l y , t h e t h e s i st o u c h e so nt h r e e i s s u e ss u c ha st h ev a l i d i t yo ft h ep r o d u c t i o n s m o o t h i n gm o d e l ，t h ei n f l u e n c e so fd i f f e r e n ts t o c k 山东师范大学硕士学位论文 m e t h o d s a l l dr h ew i l l i n g n e s sc o n f l i c t si ns u p p l yc h a i ni n f o r m a t i o ns h a r i n ga n dt h es t i m u l a t i v e m e t h o d s k e y w o r d s ：s u p p l yc h a i nm a n a g e m e n t ；b u l l w h i pe f f e c t ；c o n t r o lt h e o r y ；i n f o r m a t i o n s h a r i n g ；b e e rg a m e 独创声明 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及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，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( 注：如没有其他需要特别声明的，本栏 可空) 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。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谢意。 学位论文作者签名：臆 、荐 导师擗基夏砘 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解堂撞有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权! i 兰撞可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：雇砂葶导师签字：0 欢特 签字日期：2 0 0 年，月 口日 签字日期：2 0 06 年j ，月乞。日 山东师范大学硕士学位论文 第一章绪论 近年来，由于消费者需求形态改变、企业产品柏互竞争及科技进步发达，产品需求趋 于多种少量和个性化、生命周期日短、订单交期短促及采购与生产全球化。面i 临上述环境， 企业如何从设计、采购、生产、配送到销售，有效管理其信息流、物流系统及改善供应链 绩效，富弹性化、反应快、低成本等将成为企业必须着重努力的方向。由此，国内外学术 界及商业界提出供应链管理的概念和方法，希望透过即时化生产系统、品质系统管理、策 略联盟及信息系统等技术，将物流、信息流、资金流及商流予以整合，以适应新的消费形 态需求。 1 1 供应链的概念 2 0 世纪8 0 年代初期，美国哈佛商学院迈克尔波特( m i c h a e lp o r t e r ) 教授提出了价值 链理论，供应链( s u p p l yc h a i n ) 的概念就是在此基础上发展而来的，至今已有二十多年的 历史。随着全球制造的出现，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。目前尚未对供应链给出统一的定义，许多学者和机构都是从不同的角度对供应链给予 定义。 1 1 1 供应链概念的发展 早期的观点认为供应链是制造企业中的一个内部过程，它是指从企业外部采购的原材 料和零部件，通过生产转换和销售等活动，再传递到零售商和用户的一个过程。传统的供 应链概念局限于企业内部的操作层上，注重企业自身的资源利用。有人将供应链的概念与 采购、供应链管理相关联，用来表示与供应商之间的关系，得到了研究合作关系、准时制 ( f i t ：j u s ti nt i m e ) 关系、精细供应( l e a ns u p p l y i n g ) 、供应商行为评估和用户满意度等 问题的学者的重视。但是总的来看，这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，容易造成企业之间的目标 冲突。 后来的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，认为它是 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，再到最 终用户的转换过程”，注意了供应链的完整性，考虑了供应链中所有成员操作的一致性。如 美国的史迪文斯( s t e v e n s ) 将供应链定义为：通过增值过程和分销渠道控制着供应商的供 1 山东师范大学硕士学位论文 应商到用户的用户流域就是供应链，它开始于供应链的原点，结束于消费的终点。美国的 库泊( c o o p e r ) ：供应链的内涵在于对从原材料供给到商品配送等渠道成员的管理，不局限 于单一企业中，即将物流渠道中所有成员视为一体，并以此作为生产、配送以及营销等活 动决策的依据。伊文斯( e v e n s ) ：供应链管理是通过前馈的信息流和反馈的物料流及信息 流，将供应商、制造商、分销商、零售商，直到最终用户连成一个整体的模式。 现在，供应链的概念更加注重围绕核心企业的网链关系，如核心企业与供应商。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。比如丰田、 尼桑、耐克、苹果等公司的供应链管理都是从网链的的角度来实施的。哈理森( h a r r i s o n ) 认为：供应链是执行采购原材料、将它们转换成为中问产品和成品、并且将成品销售到用 户的功能网链。此定义同时还强调了供应链中的战略伙伴关系的问题，供应链中的战略伙 伴关系是很重要的，通过战略伙伴关系，可以与重要的供应商和用户更有效地开展工作。 马士华教授在综合供应链各种定义的基础上，在其供应链管理一书中将供应链定 义为：“供应链是以核心企业为中心，用户需求为导向，通过对信息流、物流、资金流的控 制，将供应商、制造商、分销商、零售商直到最终用户连成一个整体的功能网链”。【2 j 通过 以上种种定义我们可以看出，供应链不仅仅是一条从供应商到用户的物料链、信息链、资 金链、服务链，而且还是一条通过生产、加工、包装、存储、运输、销售等过程而不断增 加价值的增值链。 1 1 2 供应链的结构 简单的供应链由供应商( m a n u f a c t o r y ) 、分销商( d i s t r i b u t o r ) 、批发商( w h o l e s a l e r ) 、 零售商( r e t a i l e r ) 四个基本成员组成，以信息流而言，由顾客生产需求向零售商定购，零 售商将顾客需求转换成订单送至批发商，批发商将订单送至分销商，分销商将订单送至供 应商；以物流而言，制造商将产品送至分销商、分销商再将产品送至批发商、批发商将产 品送至零售商，最终零售商将产品交于顾客。如图1 1 所示： 2 图1 1 供应链系统略图 根据马士华教授的供应链定义，其结构可以归纳为图1 2 所示的模型【2 】 山东师范大学硕士学位论文 r i 需求拉动 j 供应商! l 供应商 物流、服务流 1 1 3 供应链的主要特征 r ! j 销售点信息 ； 图1 2 供应链的结构模型 从图1 2 可以看出供应链以下主要特征( 2 0 】： ( 1 ) 复杂性。因为供应链节点企业组成的跨度不同，供应链往往由多个、多类型甚至 多国企业组成，所以供应链的结构模式更为复杂。 ( 2 ) 动态性。供应链管理引起战略和适应市场变化的需要，其中节点企业需要动态地 更新，这就使得供应链具有明显的动态性。 ( 3 ) 面向用户需求。供应链的形成、存在、重构，都是基于一定的市场需求而发生的， 并且在供应链的运作过程中，用户的需求拉动是供应链中信息流、物流、服务流、资金流 运作的驱动源。 ( 4 ) 交叉性。供应链与供应链之间常常存在交叉与重叠，供应链中的某个企业通常同 时还是多个其他供应链中的节点企业，只是它在不同的供应链中的角色和地位有所不同。 节点企业可以是这个供应链的成员，同时又是另外一个供应链的成员，众多的供应链形成 交叉结构，增加了协调管理的难度。 山东师范大学硕士学位论文 1 2 供应链管理 1 2 1 供应链管理的概念 供应链管理( s u p p l y c h a i n m a n a g e m e n t ，s c m ) 的基本观念可追溯至f o r r e s t e r 在1 9 6 0 年前 后发展的系统动力学，此间有许多学者对供应链管理有相当多的定义，然而此名次是由 h o u l i h a n ( 1 9 8 4 ) 【3 4 j 首先提出来的，h o u l i h a n 认为供应链管理是企业物流领域内的一项重 要发展，其发展之初仅是利用工业动力学的技术来处理实体配送及运输作业等功能。 c h r i s t o p h e r 3 5 则进一步说明，供应链管理是涵盖供应商经过制造程序与配送通路而后达到 最终消费者之商品流动过程的范畴。t h o m a s 和g r i f f i n ( 1 9 9 6 ) 1 3 6 定义供应链管理是组织内 与组织间管理其物料与信息流的活动。 s t e v e n s ”5 】以信息的观点定义供应链管理：透过信息流的传输与物流的反馈，管理供应 商、采购、仓储管理、产能设备、配送、客户服务以及信息流一系列活动的哲学。 f r e d a k u g l i n 在其以顾客为中心的供应链管理一书中所阐述的供应链管理是“制 造商与它的供应商、分销商及用户，即整个外延企业中的所有节点协同合作，为顾客 所希望并愿意为之付出的市场，提供一个共同的产品和服务。这样一个多企业的组织，作 为一个外延的企业，最大限度地利用共享资源( 人员、流程、技术和性能评测) 来取得协作运 营，其结果是高质量、低成本，迅速投放市场并获得顾客满意的产品和服务。” 我们认为，供应链管理是为整合上游供应商与下游零售商资源的一个网路系统，使链 中的需求信息得以充分应用以减少存货的积压，并满足顾客的特殊需求( 个性化需求) ，其 主要整合诱因为整体供应链获利的最大化，而不是局部的最佳化。 供应链管理的基本目标是对供应链中具有不同目标主体之间的行为活动进行计划、协 调、操作、控制和优化，使企业能够以最低的成本在准确的时间( r 5 【g h tt i m e ) 和准确的地 点( r i g h t p l a c e ) 将准确的产品( r i g h t p r o d u c t ) 送到客户手中。 供应链中每位成员的行为决策可以影响供应链中的其他成员的行为决策。就存货政策 而言，管理整体供应链的库存比管理供应链中单一个体的库存更加重要。近年来，企业把 供应链管理当作是一种确保竞争优势的标杆( b e n c h m a r k ) 。透过科技辅助供应链管理的手 法所达成信息透明化、减少信息不对称、降低成本、高效率生产、流程合理化、企业体之 间的互相合作及顾客的满意度增加。 4 山东师范大学硕士学位论文 1 2 2 供应链管理的基本框架 供应链管理通过集成供应链各企业的各部门的作业，协凋运作，改变了企业与顾客间 的交易互动方式，由过去企业主导型的“推式”转变为顾客主导型的“拉式”，这样就将正 确数量的正确产品在正确的时间配送到正确地点，且在最短的时间内以最低的成本为顾客 提供最大的价值和最好的服务。这种管理方法是以顾客需求为中心、以供应链的各企业间 的密切合作为基础，运用现代信息技术f 如条码扫描技术、p o s 系统( p o i n to fs a l e ，销售 点系统) 、e d i ( e l e c t r o n i cd a t ai n t e r c h a n g e ，电子资料交换) 、数据仓库技术、数据挖掘技 术等) 一，关注供应链中各个环节及其之间的相互联系，从而提高整个供应链的运行速度，缩 短产品交货期，提高最终产品( 或服务) 的附加价值，以达到供应链的整体、系统的最优，而 不是供应链的各企业单一的、孤立的组织效率和效益。参与供应链管理的各个企业共享信 息、共担风险，是具有共同利益的贸易伙伴关系。 整个供应链管理框架如下： 图1 3 供应链管理框架 1 2 3 供应链管理的效益 a l a m ( 1 9 9 6 ) 将供应链管理所产生的主要效益归纳如下： 1 注重供应链成员的合作，消除多余的存货，提高用户服务水平，为策略伙伴创造更 多竞争优势； 2 藉由有效的合作与沟通，在分散资产拥有风险及降低市场风险下，使合伙的公司取 得核心竞争力； 3 有效缩短周期和信息分享的时间，消除多余存货而使成本降低； e 山东师范大学硕士学位论文 4 增加销售通路品质及服务，改善顾客对最终产品的满意度 5 增加销售量； 6 密切的合作可以使供应商数目减少，并进一步加强各供应链成员之间的信赖。 供应链管理对全体供应链成员所带来的效益，会依照角色的不同而有以下的效益 1 客户：获得低价格的高品质产品与服务，同时满意度提高； 2 零售商：稳定的供货来源；即时定货作业；少量多样、高频率的补货与快速退、换 货服务： 3 物流商：缩短进货前置时间；有效利用有限资源；掌握客户需求计划与时间：精确 掌控库存数量；储位与料架的有效利用：快速的客户反应机制： 4 制造商：了解上、下游企业计划与需求点；恰当的原料供应、生产时间、数量、品 种；与原料供应商的密切合作关系； 5 供应商：明确与稳定需求，减少库存成本；维系彼此的信任关系，长时间的配合与 合作。 从以上叙述可以看出，可将供应链管理视为一个管理、制造与组织界限的网络链节活 动，透过此供应链网络成员问紧密链节与合作的关系，增加彼此的价值与信任，共同创造 整体最佳利益的管理模式。可见，供应链管理也就是管理合作伙伴问的关系。 关于供应链伙伴关系，v o k u r k a f 3 2 1 定义为：供应链伙伴关系是指在供应链中两个独立的 企业为了达成某一目标或利润，相互维系的一种关系，此两个体通常为供应者与买方或顾 客，在一定的期间内分享彼此的信息并共同承担风险，借助减少存货、降低成本来提升双 方在财务或作业上的绩效。 1 3 供应链中的牛鞭效应 一直以来，许多制造企业经常发现他们所面临的产品需求波动很大，其程度要远大于 产品的市场实际销售量的变化。比如上世纪九十年代中期，宝洁公司( p & g ) 的行政人员 在对他们的婴儿尿布产品进行例行检查时，发现一个奇怪的现象：零售商的尿布销售量存 在着波动，但并不强烈；分销商给宝洁的订单却波动得很厉害。而当这些行政人员进一步 检查宝洁给自己的供应商所下的订单时，发现其波动的幅度变得更大了。这表明当需求信息 在供应链中以订单的形式向上游传播时，它的波动会变得越来越大。这就正如牛仔所使用的 长鞭，顶端的一点 , i x 抖动就会在末梢转化为一条长长的弧线。宝洁公司因此把这种现象命 名为牛鞭效应( b u l l w h i pe f i e c t ) 。 6 山东师范大学硕士学位论文 1 3 1 供应链牛鞭效应的概念 在一个系统的某一端若发生了小幅变动，透过整个系统的加乘作用，很有可能会对另 一端发生极大的影响。这样的一个现象就是为人们所熟知的蝴蝶效应。而在一个产业中也 有这样的现象，也就是在顾客端的需求有微小的变异时，对分销商会有较大的变异产生， 而在制造商方面，则面临更大的需求变异，就像抖动牛鞭子一样，在最前端微小的抖动都 会引起后端的大幅度的抖动，故称此现象为牛鞭效应，也称为长鞭效应。 由供应商( m a n u f a c t o r y ) 、分销商( d i s t r i b u t o r ) 、批发商( w h o l e s a l e r ) 、零售商( r e t a i l e r ) 四个基本成员组成的供应链，其牛鞭效应的形成示意如图l 4 。从定货量和供应量的关系 上看，如图1 5 所示。 r 蹴a i l e r $ 0 删e o ：天：芦、：，墨! d i 劬岫伟0 r d b ff g 如f v 龟o f 捃 图1 4 供应链各成员所导致的供应链牛鞭效应1 6 i 61 7t 5 ，571 t i _ 6 m m l 纵轴：销售量定货量；横轴：供应链链条( 左端为下游企业、右端为上游企业) 图1 5 由销售量和定货量差异表示的供应链牛鞭效应畔1 7 山东师范大学硕士学位论文 1 3 2 供应链牛鞭效应研究的意义 供应链牛鞭效应对供应链管理是极为不利的，它造成批发、零售的订单和生产商产量 峰值远远高于实际客户需求量，进而造成产品积压、占用资金，使得整个供应链运作效率 低下。随着供应链运作的企业不断增多，这种效应越来越明显，整个供应链管理会变得十 分复杂、困难。牛鞭效应使供应链上的需求信息失真且失真度逐级放大，对供应链的各阶 段都有一定的危害： 1 对上游生产商的危害：随着信息向上游的传播，需求的波动性越发强烈，容易造成 需求增加的错觉，使制造商设计的生产能力大于实际的需求，从而造成生产商盲目扩大生 产能力，常常是巨大的订单后紧接着很少甚至没有订单，结果是生产能力利用率不高，这 样使得上游的生产厂商很难合理地安排当前的生产计划并规划未来的生产能力。牛鞭效应 也是市场上对某一行业热门产品进行盲目投资和重复建设的原因之一。 2 对下游销售商的危害：下游厂商由于定购数量远远偏离了实际的需求数量，其结果 或者是产品大量积压而形成超额的库存费用，或者是无法供货而造成客源流失和支付违约 费用。牛鞭效应引起的过量库存，一方面积压了大量资金，另一方面，顾客需求的变化面 临着库存陈旧的风险。 3 对消费者的危害：变异的需求信息使各节点企业难以对市场需求做出准确的预测和 正确的决策，生产能力闲置或过度使用，从而产生短缺与过剩交替，甚至产品过时的现象， 无法充分满足顾客的需求，导致对客户服务水平的下降。另外，由于牛鞭效应造成大量库 存，使得商品的成本提高，销售商最终会通过提高商品的价格来弥补他们的损失，所以最 终受害的是消费者。 实验证明，牛鞭效应广泛存在于电子产品、医药、食品、汽车产品等行业的供应链中， 它给企业带来的后果是：产品的库存水平高、服务水平下降、供应链的总成本过高以及定 制化程度低等问题，这必然会降低供应链企业的整体竞争力，最终使每一个供应链成员蒙 受损失。对供应链牛鞭效应的起因、特征以及传播规律等进行深入而系统的研究，全面了 解这一现象的本质，更好地协调和优化供应链，从而弱化其负面影响，进而提高供应链敏捷 性，降低供应链的成本、缩短产品的供货时间等问题，这些是提高供应链管理绩效，提高整 个供应链效率，实现供应链管理目标的关键，是供应链企业赢得市场竞争优势的一种最新 手段。因此，牛鞭效应的研究具有重大的理论与实践意义。 8 山东师范大学硕士学位论文 1 t 3 3 国内外供应链牛鞭效应研究的现状 牛鞭效应不是一个崭新的现象，在传统经济生活中经常可见。上世纪6 0 年代初，国 外很多学者对此进行了研究。工业动态创始人福雷斯特( f o r r e s t e r ) f 1 9 6 1 ) ”3 用一连串的案 例证实了该效应，并指出它是行业组织变化行为的结果。jd s t e r m a n ( i 9 8 9 ) 2 9 1 一【3 0 】通过研究 啤酒游戏对牛鞭效应进行了分析，将牛鞭效应的产生归因于参与人的系统性的非理性行为 和对反馈信息的错误理解。t o w i l l ( 1 9 9 6 ) 通过模拟和证实分析发现：需求信息的变化幅度每 通过一个环节就会增加一倍，生产商从中间商处获得订单后对市场需求的变化预测幅度几 乎是初始波动的8 倍之多。理查德( r i c h a r d ) 等建立量化模型，分析信息失真与牛鞭效应 的关系。h l l e e ( 1 9 9 7 & 1 9 9 8 ) 对这一现象做出较全面而且正确的分析，他认为系统参与是 理性的并且是最优化决策的，而牛鞭效应是供应链内部理性参与人之间战略性行为相互影 响的产物。并将牛鞭效应的成因归结为四点：需求预测、批量定货、价格波动、短缺博弈 2 3 1 。 2 4 1 。h l e e 教授的这篇文章被评为管理科学杂志5 0 年来最有影响的1 0 篇文章之一，考 虑到它的问世到现在不到十年，可见这篇文章的影响力之大。在l e e 之后的研究中，人们 围绕着这四个主要方面不断提出各种不同的观点，同时补充着各点的内容。如k e l l e & m i l n e 3 1 1 提出供货商使用( s ，s ) 存货政策，在预定存货上下限决定定购批量，可以抑制供 应链的牛鞭效应。f r a n kc h c n 分析了不同的预测技术和提前期对牛鞭效应的影响等。 我国对牛鞭效应的研究起步较晚，但目前对这一现象的研究也逐步趋向于深化。龚本 刚( 2 0 0 2 ) 论述了信息共享在弱化牛鞭效应中的作用 3 1 ；万杰( 2 0 0 2 ) 证明和量化了“激 励一扩大”机制中的线性分配机制对牛鞭效应的放大作用 4 1 ：傅烨( 2 0 0 2 ) 用委托代理理 论考察了供应链牛鞭效应的成因，指出供应链中的牛鞭效应和其他效率损失问题其根源在 于供应链的结构】；黄晓原和卢震( 2 0 0 3 ) 对牛鞭效应做了一系列的研究，改进和建立了 供应链多层结构模型，采用偏差波动定量描述牛鞭效应，运用h 一控制理论提出了牛鞭效 应的控制方法，并将此方法应用于电子商务环境下网络营销系统的牛鞭效应的控制问题中 1 2 】 “l ；刘晓峰( 2 0 0 3 ) 构建“啤酒游戏”的计算机模型，并对其进行了仿真分析7 1 【8 】；李 刚( 2 0 0 4 ) 将国际上对牛鞭效应的研究从特殊时间序列下的两阶段模型扩展到一般a r i m a 时间序列下的多阶段模型，并以此为基础分析了需求信息在供应链中传播的一般规律。 目前牛鞭效应研究主要集中在以下几个方面：牛鞭效应的存在性；牛鞭效应的量化： 牛鞭效应弱化及其稳定优化。供应链牛鞭效应的研究工作热点主要有：一是考虑和其他热 点问题结合，比如和信息共享问题结合，探讨信息共享的价值和风险旧m 1 ；另外一个是 使用新的方法论，比如使用控制论的方法 3 7 】研究牛鞭效应问题等，这是最新的一种方法。 9 山东师范大学硕士学位论文 第二章供应链牛鞭效应的成因分析 2 1 供应链牛鞭效应的研究发展过程 j w f o r r e s t e r 于上世纪五六十年代对需求放大的现象开始进行研究，他于1 9 6 1 年提出 因供应链各阶层之间信息反馈困难而且前置时间延迟，使各接订单决策者产生重复定购及 临时取消订单的决定，因此造成需求放大的现象；批量定购：因批量无法正确反应终端需 求，且同阶层中若同时向供应商定购，会造成需求量突增；价格变动：在消费者预期心理 下，将会有预先购买及储存或缓慢购买的行为，相对供应链各阶层的管理者也是如此，将 引起积压库存、需求放大的现象；需求预测：由于供应链中各阶层单位，各以其前一需求 者的信息为预测资料，不仅资料错误且各阶层资料均不一样，再者使用预测方法不一致， 使预测误差增大，生产与需求难以平衡为其因素。f o r r e s t e r 提出解决牛鞭效应的方法在于 将供应链看作一个整体，并采用“系统动力学”( s y s t e md y n a m i c s ) 的方法来对系统进行 仿真建模，以便管理者能确定合适的决策方案【2 ”。 f o r r e s t e r ( 1 9 6 1 ) 提出调整定购策略参数值，如定购频率、定购量、安全存货量的设定 等，找到一组最佳的参数组合，也就是最佳的定购策略、降低时间、减少供应链阶层、改 善各阶层的决策机制( d e c i s i o nr u l e s ) 等方法来弱化牛鞭效应现象。 英国的j l b u r b i d g e 2 6 h 2 8 1 是另外一位牛鞭效应研究的先驱，他基于在工业界长期从事 计划和控制的经验，提出了“5 个避免破产的黄金法则”，详细讨论了需求放大现象以及解 决方法。 “m t 啤酒游戏”的提出者和研究者j d s t e r r n a n t 3 0 1 系统地描述了这个游戏：参与者在 游戏中分别扮演一个啤酒销售供应链中的不同角色( 啤酒零售商、批发商、分销商、酿造 商) ，随着游戏的进行，客户需求的一点微小变化将对上游供应商的订单和库存水平产生巨 大的影响。他认为这种不良绩效产生的原因在于参与者没有认识到系统是一个彼此相连的 整体，因而不能合理地估计系统中存在着时间延迟的复杂信息反馈。s t e r m a n 还提出参与者 表现出的一种普遍行为是他们趋于根据自己的在手库存减去未交付的需求来决定下期订单 数量，而忘记了考虑自己的在途定货，所谓在途定货是指已向供应商定购，但尚未交付的 定货。根据库存理论，参与者应该根据自己的在手库存加上在途定货减去未交付的需求来 决定下期订单数量。这种非理性决策造成需求信息的巨大变异。 h a u l l e e 首次提出牛鞭效应的概念，他1 9 9 7 年发表的文章 ( i n f o r m a t i o n d i s t o r t i o n i na s u p p l yc h a i n ：t h eb u l l w h i pe f f e c t ) ) 和( ( t h eb u l l w h i pe f f e c ti ns u p p l yc h a i n s ) ) 2 3 】。被公认 1 0 山东师范大学硕士学位论文 为是供应链管理以及牛鞭效应研究的经典之作，奠定了他在这一研究领域的地位。h a r t ll e e 支持经济学家的理论，认为牛鞭效应源于供应链管理者追求利润最大化的理性决策， 并结合运作管理研究中的系统思维，将供应链看作一个整体来研究，把牛鞭效应产生的原 因归结为四种：需求信号处理( d e m a n ds i g n a lp r o c e s s i n g ) 、订单批量( o r d e rb a t c h i n g ) 、价 格波动( f l u c t u a t i n gp r i c e s ) 、短缺博弈( s h o r t a g e r a t i o n i n gg a m e ) 。h a ul l e e 更具体提出让上下 游结点用相同的销售资料做预测，还配合p o s ( p o i n to fs a l e ) 、e d i ( e x c h a n g ed a t a i n t e r f a c e ) 、v m i ( v e n d o rm a n a g ei n v e n t o r y ) 及c p r ( c o n t i n u o u sr e p l e n i s h m e n tp r o g r a m ) 等，并且让小批量定货或经常性补货成为可能、委托外包公司、协调各零售商的定购频率， 达到平衡定购的状态、减少批发价格降价的频率和程度，利用过去的订单资料来做比例配 额、与存货信息的共享等方法来解决需求预测、批量定购、价格变动及订单缺货等问题。 以上四位作者在牛鞭效应研究发展过程中发挥了重要的作用，为今后的研究发展奠定 了坚实的基础，他们的研究可以说是牛鞭效应研究发展过程中的里程碑，他们的研究成果 总结为表2 1 。 表2 1 牛鞭效应研究的四个里程碑 关键作者产生原因影响因素解决对策 jwf o r r e s t e t ：- 需求不可见：再定货点；。时间压缩； 需求放大信息扭曲； 过长的提起期消除系统中刁i 必要的阶段 库存级别调整 jlb u r b i d g e ：多阶定购 不同步的订单流；定购策略调整 多阶段贫乏和不确定的信息 j ds t e r m a n ： 人类的错觉；终端用户需求信息不可见改善供应链间的通讯： 啤酒游戏 决策过程车身对管理人员的再培训 终端用户需求信息不可见；信息共享，获取p o s 信息； 需求信号处理多重预测；单点补充策略： 长提前期提前期缩减 - 高定购费用；e d i 及计算机辅助采购； h a ull e e ： 订单批量“满载”策略：第三方物流： 牛鞭效应随机或关联定购- 有规律的转运 高低价格策略；天天低价策略； 价格波动转运购买不同步定制的采购合同 山东师范大学硕士学位论文 比例化的分配方案：基于销售绩效的分配： 无视供戍链的具体情况；共享能力及供应信息； 短缺博弈 无约束的定购和自由退货政策有时间限制的柔性策略及能力 储备 2 2 牛鞭效应的起因研究 在这一部分将针对h a ul l e e 提出的牛鞭效应产生的四种原因做详细的数学分析和证 明，我到牛鞭效应产生的真正原因。 2 2 1 研究的前提条件 为了研究方便，从一种理想化的情况开始，考虑一个多阶段的系统，此系统应遵循以 下条件： ( i ) 过去的需求数据不能用来做预测，即需求量是固定的； ( i i ) 在一个固定的提前期内，再补给不受任何限制； ( i i i ) 没有固定的定货费用； ( i v ) 在一定时期内，购买产品的价格是固定的。 以上这些条件限制所产生的结果在使用o r d e r - u p t o s ( s 为常量) 策略时将达到最优。 所谓o r d e r - u p t o 系统是指零售商每期都对自己的库存水平进行检查，只有当零售商的实际 存货量少于再定购点时才下订单定购，每次定购的数目为目标存货量减去该期的实际存货 量。使用此结果，每期的定货量儿乎与前期的需求量相等，因此，定货量和需求量就有相 同的方差。需求信号的处理是指需求量不固定、用过去的需求信息来更改预测。短缺博弈 是指预期到供应短缺时所做的战略性决策。若定购费用是固定的且非零，每期定购就会不 经济，因此就产生了批量定货。价格变动是指商品的不恒定的购买价格。 2 2 2 需求信号处理 这里我们主要讨论零售商和供应商之间的关系，当然这种分析对于批发商和分销商以 及分销商和制造商的关系也同样适用。假设一个多阶段的存货模型，在这个模型中需求量 是不固定的，并且需求预测要基于观测的需求。因为需求不固定，所以库存系统t 阶段的 o u t 水平也是不固定的。比如晚，如果零售商在段时期内的需求量发生巨大的波动，他 山东师范大学硕士学位论文 就会很自然的将其看作将来需求量增加的信号，以此来调整需求预测，加大定货量。 让s ，代表f 阶段订购量的上限，如果需求波动发生在f 一1 阶段，那么在t 阶段零售商将 会增加一定的定货量以达到原来的水平s 。，增加的定货量用， 0 来表示，因此，有s s 。+ ，。由于， 0 ，所以零售商给供应商下的定货量总是以一种放大的形式出现，随 着零售商对需求信号不断地进行处理，层层向供应商传递后，原始的定货信息就被扭曲了， 其方差就被放大了。另外，如果上游补货的定货至交货的时问即提前期( 1 e a d t i