（管理科学与工程专业论文）基于multiagent的供应链建模及仿真研究.pdf

摘要 摘要 我国制造业面临着许多困难，如企业效益不佳，库存居高不下等。其中原因 众多，而众多原因中较为突出也容易被忽略的是企业往往缺乏有效的供应链不确 定性管理。因此，如何管理与控制供应链的不确定性，对其产生机理与控制进行 深入系统的研究对我国制造业实施供应链管理模式、提升国际竞争力意义重大。 基于此，本文对供应链的研究重点放在如何管理与控制供应链的不确定性，对其 产生的机理与控制进行深入建模和仿真研究。 由于供应链是由不同单元构成的复杂系统，涉及社会、人、组织、技术等诸 多方面，对于供应链不确定性问题研究复杂。本文在国内外相关研究经验和成果 基础上，结合敏捷网络化制造、提升制造企业核心能力和网络化制造资源集成的 制造环境，从技术和战略两个层面对供应链不确定性的机理进行系统分析和研 究，在运行模式方面，提出基于复杂自适应系统范式供应链运作模式与策略、供 应链不确定性产生机理的概念模型，并在此基础上，剖析供应链不确定性影响并 讨论相应控制机制。同时，构建了基于m u l t i a g e n t 的供应链不确定性的仿真与 分析平台。 关键词：不确定性供应链管理；模型；仿真：m u l t i a g e n t 第1 章绪论 1 1 选题背景及意义 2 0 世纪8 0 年代后期以来，信息技术的高速发展，全球经济的一体化和知 识经济的兴起，给变革中的中国制造业，带来了全新的挑战，其市场环境和经营 特征发生了根本性的变化，主要表现在“： 首先，产品的生命周期越来越短，吼往某种产品的生命周期可能有卜2 年， 而现在产品的生命周期大都不超过几个月，在不久的将来，产品的平均生命周期 还将进一步缩短，企业“生产一代、开发一代、储备一代”的产品开发模式已远 远赶不上需求的变化，企业越来越依赖基于时间的竞争( t i m e b a s e d c o 口p e t i t i o n ) ，在最短的时间内将最新的产品推向市场，以最快的速度、最准确 的时间将产品和服务送到客户指定的地点。 其次，产品的种类剧增，消费者的需求变化越来越快，厂商为更好地满足需 求，不断的开发新产品，产品种类增长的速度远大于产品需求总量增长的速度， 这给企业在营销、生产、产品开发设计等方面带来了巨大的压力与挑战，企业必 须依靠新的思维方式来进行管理。 第三，企业面临全球竞争环境，企业在世界范围内组织生产，在世界范围内 销售产品，在世界范围内的所有产品和服务类别上与竞争对手竞争，形成全面竞 争的态势。 最后，环境的不稳定，需求的快速变化与技术的迅速发展使企业所处的环境 极不稳定，企业面临的是动态的需求、动态的组织、动态的管理。与此同时，各 种先进制造技术与管理模式在制造企业中不断应用，制造生产率已被提高到了相 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。因此，传统的只重视企业内部资源开发、利用的方法己不能适应新的商业环 境，企业需要通过从外部资源的提供商那里获得竞争优势，从而获得更大的生存 空间。如何管理与控制供应者与需求者之间的物流、信息流、资金流，降低库存 水平，加速物流及相关资金流的周转，提高企业生产及商品流通的效率，成为迫 切需要解决的问题，于是，人们开始对供应链问题进行研究。 在全球经济一体化的今天，从供应链管理的角度来考虑企业的整个生产经营 在全球经济一体化的今天，从供应链管理的角度来考虑企业的整个生产经营 北京工业大学管理学硕士学位论文 活动，形成这方面的核心能力，对广大企业提高竞争力将是十分重要的。例如， 世界权威的“财富”( 8 0 r t u n e ) 杂志，就将供应链管理能力列为企业种重要的 战略竞争资源。对于企业自身而言，为了赢得生存和发展的空间，必须打破传统 的地域、行业、企业的思维限制，在市场中寻求包括供应商在内的供应链所有成 员企业的互补和共生，以获得最大生产有效性目的。 在这样的竞争态势下，企业的运行环境变得更加复杂，这就需要企业从新的 视点来重新审视自己的运行模式，在更大的思维空间和时域空间进行资源的优化 配置和生产战略决策。从这个意义上说，2 l 世纪制造业的竞争将演变为供应链 之间的竞争。 当前，我国制造业面i 临着许多困难，如企业效益不佳，库存居高不下等。其 中原因众多，而众多原因中较主要的也容易被忽略的是企业缺乏有效的供应链管 理。据一项调查研究表明，中国企业供应链管理的现状如下： ( 1 ) 供应链上各节点企业间的合作时间比较长，贸易伙伴之间已经建立了 长期的贸易伙伴关系，说明供应链的结构比较稳定，这是供应链上企业间实施 e c r ，q r 等供应链管理的基础。 ( 2 ) 我国企业虽然在管理过程中为提高管理效率也曾采取许多措施，但多 是在企业内部或企业的部门内进行，并没有从整个供应链的角度去考虑。多数企 业不理解供应链管理，更不了解国外现状，企业内部传统的物流部门的职能已经 不能适应当前的商业环境，急需从管理理念上进行改革。 ( 3 ) 企业已经开始运用计算机系统进行生产规划和库存管理。但由于数据 采集问题并没有解决，从而影响到库存管理的自动化。网络技术在企业的应用已 相当普遍，但这种应用相当肤浅，多数企业仅限于用e 一眦i l 发送电子邮件的形 式传送业务相关信息，企业并没有实现真正意义的电子数据交换。 ( 4 ) 由于供应链管理的支撑技术在企业之间还没有普及，i 、c m i 等供应 链管理的运作方式并未被企业采用，仍需要在企业间推广普及供应链管理的支撑 技术。 因此，对供应链管理的研究将对我国制造业实施先进制造模式、提升国际竞 争力有着重大意义。 在供应链的每一级中都存在着不确定性，而这些不确定性正是引起供应链管 2 第1 牵绪论 瑾困难的主要原因之一。供应链中豹不确定性建企业和组织在管理与决策中不可 回避却又十分棘手的问题。形形色色的供应商以不固的规律送货到制造地点，使 得最终产品的装配与加工存在着不确定性过程。然后，产品通过配送中心运输到 全球各批发裔、零售商直到最终颓客。在其中，由于运输工具，如飞机、轮船、 火车和汽车的各种不确定因素，又会产生很多难以预测的情况。 库存是与不确定性的存在密不可分的，正是由于不确定性的存在，企业才不 褥不保持一定的库存水平以缓冲环境辩企监的影响。在供应链上，从供应商、制 造商、批发商到零售商，每个环节都存在库存。从库存的功能可知，库存是用于 应付各种各样的不确定性，如需求变化、订货提前期、货物运输情况、生产时间 等，为了保证供应链的正常运行，必须保有一定数量的库存。 可以说，供应链不确定性的存在是供应链上进行库存协调的障碍之一，两不 断地增加存货又成为对抗和控制不确定性最原始的方法。事实上，库存是弥补生 产的稳定性与需求波动的主要手段。但怒即使在稳定的需求情况下，由于很多随 机的原因或是摩4 度方蕊的原因( 比如供应链的结构、机器的容量、仓库、运输设 备等) ，供应链依然有可能出现诸多的不确定性现象，最终影响到熬个供应链的 运作效率。 侧如，在生产系统中存在有谗多不确定因豢：如驭楗料到达时刻静变动；工 件作业时间的变动；最终产品交货期的变动；工件加工优先权的变动等。传统的 作业排序问题定要针对确定环境和条件下的生产模型，安排作业的活动、资源使 用或配置设施的时闽表，一些因素的不确定性经过处理后视俘确定因素或干脆忽 略不计。而在熏视交货期、质量、客户服务和信息协调的竞争时代中，这些不确 定因素再也不能被忽略了。这些因素直接影响着工厂中各类生产作业计划的编 排，恧这些炸渡计划活动驱动若企业的工作流、现金流，最终影响企蝗的生产效 率、经济效益及企业的未来发展等。比如，在对现有工件的加工作业计划巾如果 不考虑今后顾客订单、工件到达时间等因素的不确定性，那么新来的非常紧急的 订单、涕压到达豹工侮可能会中断现有工件的作韭诗鲻，驮西使现存工件豹已承 诺交货期无法兑现，造成延迟性的损失，并使企业现金流周期增长。 从上面的论述可以看出，在考虑不确定性因素的情况下，因为其本身的不确 定性特点及不阕不确定性困索闰豹相互俘用，使研究工作穗当困难。赝以谎，管 北衷互业大学管瑷学蠖士学链论文 理与控制这些不确定性，系统的分析与解决这些不确定性的影响就照得非常重 要。为了降低这贱不确定性的影响，供应链管理者必须蓠先认识它们的来源以及 影响的机理。 实际上，很多供应链并没有记录和监测这些变量。结果可能会在某些部分存 货过剩两在其他部分出现缺货现象，或会将物料在供应链中移动的时间算错，或 为了改善性能而进行错误的投资。 另外一些公司虽然对不确定性有很好的反应，但却没有将它们消除。典型的 倒子是采购部f 1 的管理人员按照惯例制定库存量以茨止在生产过程中如现缺货， 但却忽略了问题的根源，对改善供应商的供货行为并没肖作任何努力。因此，本 论文的选题正是慕于以上背景，把对供应链的研究重点放在如何管理岛控制供应 链的不确定性闻题上，对其产生的枫理与按制机制进行深入系统的研究。 1 2 国内外研究现状 目前供应链管理是国内外广泛开展的一个前沿课题，是学术界、商业界、制 造领域、咨询业的研究热点之一。 供应链管理也已为企业界所关注。有资料显示，惠营( h p ) 、数字仪器公司 ( d e c ) 、宝洁( p g ) 、爱立信( 鼢i c s s o n ) 公司等都已采用这种管理新方法并因 蔼增强了企监豹鏊际竞争力。a t k e a r n e y 咨询公司豹一项研究表筏，低效豹供 应链将浪费一个窳业高达2 5 的经营费用。而m e r c e r 管理顾问公司的研究报告 也指出，有近一半接受该公司调查的企业主管将供应链管理作为公司的l o 项大 事之酋。o h i os t a t e 大学的调查报告结果表明，供痘链已经成为企救物漉粒最 重要影响因素之一。根据a 嗽( 美国先进制造研究中心) 的预测，供_ 陂链管理市 场( 删r 研究中心定义为包括应用软件维护和授权，硬件设备、服务、培训、咨 询、客户开发、系统集成等豹常场) 在2 0 0 7 年将达至l2 4 0 亿美元。脚 由于不同研究、应用领域所关注的重心不同，出现了很多与供应链管理相似 的概念，如供应管道管理( s u p p l yp i p e l i n em a n a g 咖e n t ) 、供应基础管理( s u p p l y b 8 s e 麟a n a g e m e n t ) 、价值流繁瑾( v a l u es t r e 锄n a g e m e n t ) 、掰络亿采购 ( n e t w o r ks o u r c i n g ) 、价值链管理( v a l u ec h a i nm a n a g e m e n t ) 、集成供应链管 理( i n t e g r 8 t e ds u p p l yc h a i nm a n a g e m e n t ) 、精益链方法( 沁a nc h a i na p p r o a c h ) 、 战略供应商联盟( s t r a t e g i cs u p p h e ra l l i a n c e s ) 、网络供应链( n e t 哟r ks u p p l y 4 c h a i n ) 、霈求链( d e l l l a n dc h a i n ) 、敏捷供需链( a s g i l es u p p l yc h a i n ) 等。“1 目前弱外供应链管理韵研究主要在：需求管理的协调和加速；服务管璎和后 勤重构；供应位置设计：供应链管理的设计；供应和需求的平衡及预测的改进； 供应链集成；分散控制的供应链的协作；供应链中的信息失真及反击战略；快速 反应的延迟：供应链熏组；信息共享和补充协调；组织关系的协调( 营销商和制 造商、供应商和顾客、制造商和零售商) ；协调供应链管理；全球供应链等方面。 供应链管理的研究，美照处于领先优势。一些发达国家的大型余业已经把供 应链管理理论、思想、方法运用到实际中，获得了巨大的经济效蘸。 欧洲许多嘲家以及美溯的其他国家，如英国、爱尔兰、德国、荷兰、加拿大 等学术机构和众业赛墩积极牙展与供应链管理相关技术的研究。 倒如，1 9 9 8 年，英国桑德兰大学电子商务中心在欧洲e s p r i t 计划资助下， 开展了一个名为s u p p l yp o i n t 的研究项目，旨在开发一个电子获鞭系统，以使 墩羼的客户能够直接从中小众业组成的供应链虚拟联骧中订货，并称为虚拟供皮 链。汹欧共体在其实施的基予小组的欧洲汽车制造计划( t e a mb a s e de u r o p e a n a u t o m o t i v em a n u f a c t u r ep r o g r a i l l ) 中，开发了实现整个汽车供_ 陂链虚拟集成 的框架，在该抠架中采用了世界领先豹软件工具以潢足供应链管理的需求。加拿 大t o r o n t o 大学在实施企业集成计划中，将集成供应链管理列为其熏要项目。他 们所开发的供应链集成系统由一组合作的、智能的主体组成( a g e n t ) 。每个船e n t 能够完成供应链上的一种或几种功能，并磅究如何恰爨地分鳞供殿链的务个功 能，将它们封装到a g e n t 中。 目前，我国供应链管理的理论研究和实践正处于起步阶段。清华大学、西安 交通大学、华孛秘技大学、上海交遴大学、网济大学、l e 京航空航天大学等研究 枫梅处于国内研究的前i 嚣。嘲主要是针对集中式供应链管理中的利荔分配闯题、 供应链中的瓶颈分析、网状供应链管理、定量识别信息、物料和资金、考虑供应 链决策过程豹炎治性、构建支持敏捷制造环境下供应链管理的信息基础结构等方 面进行研究。 对供应链而言，不确定憔产生的根源主要有3 个方面：供应过程、制造过程、 客户嚣求避程。垂予供应镶的每一级中都存在着不确定性，这些不确定性又是弓l 超供应链管理露难豹主要原因之一，因北，如侮设计合理的供应链结构降l 羲不确 北京工业大学管理学硕士学位论文 定性的影响是得到学术机构与企业界所广泛关注的一个研究领域。”1 在供应链运作中典型的不确定性表现为需求的不确定性和信息的曲解现象。 ”1 对于该问题的研究，最早始于2 0 世纪6 0 年代初，f o r r e s t e r 基于系统动力 学模型，首先分析了需求波动沿着供应链向上游企业逐级放大的系统特性。他认 为这一现象是由于组织的行为随着时间变化而引起的，因此，可以通过改变组织 行为方式来加以克服。同时，他指出供应链信息的反馈是如此之复杂，只靠管理 直觉不可能得到好的效果。他认为如果把系统看作成为一个整体并且对其进行动 态建模，可以使系统运行的结果得到提高。 通常，供应商得到的订单数量和实际顾客的购买量有着很大的偏差( 例如需 求信息失真) ，同时，这种失真向供应链上游企业逐级放大( 例如方差放大) 。这 种特征形成了供需衔接的不确定性。作为缓冲，通常采用备有过量的库存或放大 生产能力等，既大量占用流动资金，降低设备利用率，又容易造成库存物品损耗 和失效。学者们形象地将其称为f o r r e s t e re f f e c t ( 牛鞭效应) 或b u l l w h i p e f f e c t ( 长鞭效应) 这是一种典型的供应链的不确定性现象。与此同时，许 多经济学家也认识到“牛鞭效应”这一现象。他们指出厂家产量的变化大于销售 商销售量的变化。这种现象反映出供应链上需求的不同步，它说明供应链运作中 的一个普遍现象：看到的是非实际的。 随后，国外学者对此进行了进一步的研究，如l e eh a u 等学者对供应链上 的牛鞭效应进行了深入的研究嘲，认为牛鞭效应是由于系统参与人为响应需求变 化、避免缺货、降低生产成本，在追求利润最大化的条件下所做出的理性行为。 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 的博弈行为等4 个方面，并指出共享销售数据、交换库存信息等措施能够有效地 减少牛鞭效应。许多学者指出通过信息技术使制造商与零售商共享销售数据可以 减少这种变动性。s t e r 鼬n 将牛鞭效应归因于供应链中参与人的非理性行为和 对反馈信息的错误理解。他认为应当通过对供应链中各参与人进行培训，提高理 性决策来克服牛鞭效应。f r a n kc h e n “”等学者以一个制造商和一个零售商构成的 包括需求预测和提前时间两个因素的简单两级供应链为研究对象，对它们进行了 分析，指出共享用户信息能够大大减少牛鞭效应的影响，但不可能完全消除。 d r t o w i l l “”等学者采用控制系统工程的方法研究了如何度量牛鞭效应的影响 第l 章绪论 以及如何避兔牛鞭效应产生的问题。 国内学者对该潞题也进行了相关的研究，比较多的是重申或拓展了l e eh a u 等人嘲的研究成果。张钦“”等学者考虑了一个包含一个供应商和一个零售商的两 级供应链，研究在器求模型a r i 黻( o ，l ，1 ) 下牛鞭效应的量化和信患共享的 价值问题。马新安“3 3 等学者在给出一个供应链的多级库存控制系统模型的系统方 框图及传递函数的基础上，分析了使整个供应链稳定的临界条件，指出牛鞭效应 产生的原因怒由于在系统时滞及系统增藏的共闯终塌下使得供应链中各_ 予系绞 产生衰减振荡或发散振荡的结果。博烨“4 3 等学者从委托代理理论出发研究了供应 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的根源在于供 应链的结构。万杰“”等学者以1 个供应商和n 个零售商组成的供应链为研究对象， 对在零镑商的订货量超过供应商的生产能力的情况下，分析了供应商所选择的分 配机制造成的牛鞭效应问题。 另外一个关注供应链举确定性的领域是在生产作业计划的磅究中。“”传统 的确定溅生产作业计划闻题一般分n l ，n 2 ，n m 等类型，基本解决方法有优 先调度规则、甘特图、线性规划、动态规划、“广度优先”枚举法等。但是，在 实际生产调度涟题上存在许多不确定性因素，因此，研究不确定性生产调度目题 具有更重要的实际应用价值。目前研究这类问题常用的方法有随机调度、随机动 态规划等。 照搬调度主要羞震予对菜一台枧嚣或一般的捧序网络系统豹搀彦理论结柒 的研究，在这种方法中，般都假设变量有特定的分繇。这种方法嶷观上报清楚， 但是应用效果并不太好，尤其是对于那热非线性问题。 随机动态援划是数学缎划静一个分支，踺予经济管理中的资源分配阿题、设 备更新阀题以及上露提到的确定型生产作业计划等，它都是一种有效的方法。 c h e n 等学者利用随机动态规划方法处理随机生产作业计划问题。 隧麓模糊数学的发展，模糊数学援划豹愚怒被运翔到调度领域，形成非确定 性调度的一个重要分支模糊调度。由于各秘不礁定性因素，如机器故障、操 作工人的熟练程度、环境参数等的影响，很少能获得精确的加工时间和交货期。 因蝗，把加工对润和交货期按模糊数处理更加符食生产实际。由戴，摸凝交货辩、 模糊招工时间的调度问题就成为研究的热点。妊王万良“6 1 等学者用模糊数描述生 7 j b 京工业大学管理学颈士学位论文 产调度闯题中订单完成期、处理率、处理时闻等因素豹不确定性，建立迤续生产 过程中订单变化弓| 起的动态调度问蘧的模獭优化数学模型。李平等学者采用三 角模糊数处理时间的不确定性，研究了具有公共交货期窗口的j o b s h o p 的提前 拖期调度蛔题。耿兆强“2 1 等学者研究了模糊加工辩阗和模糊交货期的最优调度 顺序，其中模糊加工时间瘸三角模糊数和梯形模糊数来表示，模糊交货期用梯形 模糊数和六点模糊数来表示。 在供应链库存领域鳃硬究中，国内外许多学者也考虑了不确定性阂素的影 响。掺j 如马士华“8 等学者研究了基于随机提前期的( q ，r ) 库存控制模型，其中 分别考虑了需求是常最和需求是随机变量两种情况下的库存模型。还有很多学者 利用孙i s s o n 分布来描述市场籍求，分析单个售造商、多个处于相同地位的分 销商、一个中心仓痒的库存系统优化目送。汪云峰“8 等学者分析了供应链上的不 确定性因素与库存的关系，针对每一类库存产生的原因进彳亍了研究。 在供应键建模与分析方法中，必须考虑不确定性的影响。通常分析供应链不 确定健的方法有数学规划方法、优化方法、仿真方法、企鼗情景方法等。大部分 使用的供应链模型是基于优化和仿真的，优化模型的一个主要缺点是利用假设降 低问题的复杂度，忽珞许多包含在供应链中的不确定性。仿真提供了一个好的解 决方法，可以结合复杂性和不确定性分析整个供应链的绩效。r i c k i 等学者探讨 了仿真方法在供应链建模中的作用。b e r n h a r d 等学者分绍了目前在供应链管理 中应用系统动力学的方法进行研究的状况。p e r e a 篱学者借鉴控制论的恩想，提 出了一个分析供应链不确定健的动态建模分析的方法。n ” 另外，v a nd e rv o r s t 等学者辨认了供应链不确定性产生的3 类根源：订 单预测的水平、输入的数据以及管理和决策的流耩加上运作流程中存在一些固有 的不确定性。1 r i c h a r d 再i l d i l l g 等学考提出了研究供废链复杂性的一个摄架一 一“供应链复杂三角形”，对供应链不确定性的产生鄹远离均衡状态的撑为避符 了深入的解释。他们认为引起供应链中动态行为的原因是确定性的混沌、并行的 交互行为以及需求放大这3 类独立却又棚互影响的嚣素。潲1 d a v i dl e v y 认为混 沌瑗论可以为理解供应链动态的、复杂的行为提供一个理论框架。蒸于此框架， 他给出了一个用来描遮一个计算机制造商和他的供应商以及市场之间交互行为 的仿真模型。断i k r 等学者给出了一个可以产生动态行为供应链级联结梅模型。 8 “”通过利孀实际豹参数仿真试验，搦示了决策者的有限理性与信息的反馈、系统 中的非线形和时滞可以产生供应链的复杂行为。g u p t a 系统的分析了在市场与技 术不确定性下供蔽链豹决策杼为。揭辉戳不确定性为主线，运用概率统计、随 机模型及仿真分析等技术，对供应链的信息传递和提前对期展开了深入的硬究工 作。咖1 罗赞提出了通过有效控制信息流通的手段髂决供废链中存在的不确定性闽 题豹一攮思路。嘲 1 3 研究的基本目标及方法论 1 3 1 磷究的强标 理清了供应链不确定性的这一主题的硪究现状，也勰可以确定本论文的研究 目标。通过对掌握的大量文献的阅读与分析认为，当前对该闯题的研究现状主要 存在如下的特点魏不足： ( 1 ) 曩前，对于不确定性的描述基本上都是采用概率分布函数。例如，对 于顾客需求的不确定性的分析大都是假定顾客实际需求为一阶自回归过程。但 是，当在缺乏足够的、确定的樱关证据与资料时，或是根本没有相关证据或资料 时，这种阁概搴进行揍理的方法根本无法奏效。 ( 2 ) 目前的大部分模型往往对现实做了过多的抽象，忽视( 或者仅仅考虑 了部分) 不确定挞对供应链绩散的影响。谚如，大多数已有豹供应链摸型部是摹 予确定性提前期进行分柝的，这样的假设在一些情况下是适粥的。但对于许多产 品( 特别是创新型产品，为了增加竞争优势，越来越多的传统功能型产品被赋予 一些剑薪特征) ，提薤期与供威商的生产能力密切耀关，制造的不确定会导致供 瘦的不确定，另外地理位置、运送方式等像会影响提前期。因此在研究中，考虑 提前期不确定的情况会得到更一般的结论。 ( 3 ) 大多数模型只是考虑了来自顾客需求的不确定性，即主要是针对牛鞭 效应阀藤的分析，磊很少考虑来自其他因素豹影晌，从而使建立的模型的实髑性 相对较蓑。 ( 4 ) 酲翦的大部分研究没有从弓| 起供应链不确定性豹内在根源，即供应链 系统的运作模式进行分析。 ( 5 ) 由于影响供应链的不确定性的因素很复杂，而且相互影响交织在一起， 目前还没裔个系统的撰架用来分析它的产生枫瑗与控制机错。 孽 北京工业大学管理学硕士学位论文 ( 6 ) 对供应链不镶定性的研究越来越倾向予运用随机模型，反映实际情况 的精确性也越来越高。但是大部分随机模型采用的是数学规划方法，由于供疯链 协调本身的复杂性使模型的结构十分复杂，现有的数学工具还不能提供获得最优 解的途径，因而有缀强的局限性。 在供应链的每一级中都存在着不确定性，而这魑不确定性又是企业和组织在 管理与决策中不可回避的问题。可以说，企业和组织决策的成败在一定程度上取 决于对不确定性的认识。不礁定性豹存在及其在供应链中菜些阶段豹传播会影响 到整个供应链，如何设计合理的供应链结构、降低不确定性的影响就显得非常重 要。 因此，本文将结合敏捷网络化毒造、提升卷l 逑企业的核心戆力和网络化制造 资料集成的制造环境，利用适当的研究方法论，从技术和战略两个层面对供疵链 不确定性的产生机理与控制机制进行系统的分析与研究，在运行模式方面，提出 蓥于复杂鑫适应系统范式供应链模式与策略、供应链不磷定褴产生机理的壤念模 型，并在此纂础上，剖析供应链不确定性影响产生桃制，同时，构建供应链不确 定性的仿真与分析平台，提出解决供应链不确定性问题的有效算法等。 1 。3 。2 研究的方法论 供应链是由不同的单元构成的复杂系统，它涉及到社会、人、组织、技术等 诸多方面，因此，对于供应链不确定憔问题的研究比较复杂，往往要借助多学科 的知识，并使用多种碜f 究方法。在本文研究过程中，就使用了多种分析方法。既 有经济学、管理学研究的传统方法，也有一般性的研究方法，更有为研究供殿链 不确定性问题而特别开发的方法。 1 跨学科研究方法 在使用跨学科的研究方法时，主要是综合运用复杂性科学、系统科学、缀济 学、管理学和控制理论以及各种优化思想( 如仿真优化、模糊理论) ，结合圈内 外已有供应链管理的最耨理论、方法翔结论，对供废链的运行模式，不确定性产 生机理与控制机制进行理论和实践两方面的研究。这些不同学科的概念与理论被 用于分析的不同层面。 2 多范式的主体碜f 究方法 在本文的研究过程中，整体上把供应链不确定性作为一个主题，运用了多范 l o 薷2 章供应链婶供斑链管理 第2 章供应链与供应链管理 供应链管瑾最早从物流管理演变霞来。“当今全球隶场竞争的环境，烟大了 企业的生存压力，企业丽临着降低成本、提高服务水平、快速递送、按期交货等 来自市场竞争的要求，一个众业从自身能力出发，管理从原材料采购到生产，再 到分销的会郯巧蕊，显然蹩不现实的。事实上，第三方物流翁发展使专业化服务 成为企业的追求，企业之间驰合作越来越紧密。鉴于因外的经验，撩予当前我国 流通领域的诸多情况，骧于企业竞争观念的更新，近年来，顺应时代的需要，顺 成市场的潴要，j 啜应竞争蛉嚣要，生产厂囊、分销商、代理商等i 入了供应链管璞 理念。在现今的全球竞争的市场环境，不从供应链管理的视角深取适当的观念、 方法和工具从事管理实践，几乎不可能取得成功。 2 。 供应链与供应链管理 2 。1 。1 供应链豹概念 较早提出供应链问题的是美国国防部的c a l s 计划。随着c a l s 计划自身的发 展和演变，供应链的问题受到越来越多的鲎视，但更多的还是从传统的供求关系 信息化的角度来考虑阿蹶的，因此，c a l s 提出和翩定了一系列的标准，规范供 求双方的各种鼹务活动。供应链的概念众说纷纭，全球供应链论坛( g l o b a l s u p p l yc h a i nf o r u m ，g s c f ) 将供皮链定义成：“为消费者带来有价值的产品、 服务以及信息的，从源头供威商到最终消费者的集成业务流程”。供应链的广义 定义，包含了憨个价值链，它描述了从原材料开采到使用结束，整个过程中的采 购与供应流程。“” 由于广义供应链描述的价值链非常复杂，企业无法获得供应链提供的全部利 益。因而，产生了第二种较狭义的供应链定义：在一个组织内集成不同功能领域 的物流，加强从赢接战略供波商通过生产制造商与分销商到最终客户的联系。 d e v i ds i m c h i 一1 e v i 等定义为一系列方法用于集成供应商、制遗商、仓储等环节， 使鸯恰当数量的货物在迸确的时间、逶当的地点被生产和分销，在满足服务水平 要求的条件下达到供应链范围的成本最小化。“1 马士华等给出的定义为：供应链是围绕核心企业，通过对信息流、物流、资 北京工业大学管理学硕士学位论文 金流的控制，从采购原材料开始，制成中间产品以及最终产品，最后有销售网络 把产品送到消费者手中的将供应商、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结构模式。“”它是一个范围更广的企业结构模式，包含所 有加盟的节点企业，从原材料的供应开始，经过链中不同企业的制造加工、组装、 分销等过程直到最终用户。它不仅是一条联接供应商到用户的物料链、信息链、 资金链，而且是一条增值链，物料在供应链上因加工、包装、运输等过程而增加 其价值，给相关企业都带来收益。很多学者都给出过供应链的概念界定，几乎都 集中于链式关系与合作流程。 本文比较同意如下说法：所谓供应链，是指产品生产和流通过程中所涉及的 原材料供应商、生产商、批发商、零售商以及最终消费者组成的供需网络，即由 物料获取、物料加工、并将成品送到用户手中这一过程所涉及的企业和企业部门 组成的一个网络。供应链是社会化大生产的产物，是重要的流通组织形式和市场 营销方式。它以市场组织化程度高、规模化经营的优势，有机地联结生产和消费， 对生产和流通有着直接的导向作用。图2 1 表示了供应链的示意图。 图2 1 供应链整体示意图 f i g u 2 1t b es k e t c hm a p o fs u p p l yc h a i n 从拓扑结构来看，供应链是一个网络，其中心是供应链的核心企业；服务对 象是产品或服务的最终用户；它有5 个主要评价指标：速度、柔性、质量、成 本和服务。 1 4 第2 章供瘟链与供应链管溪 2 1 2 供应链的分类 基予客户需求的分类 客户需求是供应链形成和运行的原动力，但供应链蕊对韵客户需求本身就具 有多侧面特性。如地理分布、供应链的驱动方式和行业类别等。 ( 1 ) 按照市场分稚形态划分。不闵的市场分布形态必将导致供应链的构建、 运行策略不一样。基于此，可黻分为褥向散点黧市场豹供应链、面向西型市场的 供应链、面向线型市场的供应链几种类型。 ( 2 ) 按照驱动方式划分。最终客户需求的满足可能是主动取得豹，也可能是 被动取得的，对供应链褥言可能存在对市场需求把握方式的不同，据此可以将供 应链划分为推动型供应链和拉动型供应链。 推动型供应链必须根据长矮预测来进行生产决策。 般迪，制造商萃玎掰从 零售商处接收到的订苇来进行需求预测。 拉动型供废链中的生产根据需求丽不是预测需求来进行协调。供应链使用 快速的信息流枫制将客户需求信怠向上传递。 ( 3 ) 按照行业类别划分 客户需求具有行业特征，对客户需求是由具有明显行业特征的供应链核心 实体来满足豹。因此，供应链也可以按照餮民经济行业标准柒进行翔分。 基予实体组织的分类 实体组织是供应链的支撑结构。基于实体缌织可以将供应链按照组织结构、 区域分布、组织层级戳及组织存在形式等原则进行分类。 ( 1 ) 按照组织结构划分 从实体组织的结构出发，可以划分为3 个层次：二元结构、链式结构和网 络结构。 二元结构供应链中考虑浆是供应商和帝4 造巍或者制造商和分销商或零售商 之闯的二元关系；链式结构供应链出一系列的二元荚系组成链状结构，包括供应 商、供应商的供应商、客户和客户的客户：网络结构供应链关注的对象是一个从 上游到下游的业务网络。 ( 2 ) 按照区域分布划分 区域所其有的本质特征决定了区域的行为。不同的区域在人力资源、财力 北京工业大学管理学硕士学位论文 资源、技术资源、自然资源等诸多方谢都存在差异，而供应链的实体组织可熊存 在于某一区域中，也可麓是跨多个区域豹。按照区域分布可将供应链划分为：区 域供应链和区际供应链。 ( 3 j 按照组织层级划分 这种划分原则主要是从供应链的研究目的出发的，组织层级足供应链的熬础 特征之一。 据此通常可以将供应链划分为二级供应链和多级供应链。 二级供斑链表现为多种二元关系模式：帚4 造商和供应商、制造商和零售髑、 零售商和客户等；多级供应链则是从更广泛的范围考虑供应链实体组成，包括供 应商的供应亵、供应商、毒l 造齑、客户以及客户的客户等。 ( 4 ) 按照存在形式划分 s n o w 等人对供应链的存在形式进行了分类研究，他们将供应链组织划分为 内邦供应键、稳态型供应链和动态型供应链3 种类型。 内部供应链是指企业考虑其自身败务而不考虑其外延。 动态型供应链是由一组独立实体组成，其中领头的实体寻找到那些拥有优势 资源的合作伙伴，每个合作者向供应链贡献出核心竞争力。 稳态型供应链则介予二者之间，采取一种适度的外购模式，通常表现为一组 实体支持领头实体。 基于增镳对象的分类 增值对象是供应链运行的纽带，包括原材料、零部件、半成品和成品等。綦 于增值对象可以将供应链按照产品需求特性、产品物理形态和产品品种结构进行 分类。 ( 1 ) 按照产品需求特性划分 设计有效的供应链首先需要考虑企北产品的需求性质。根据产品的需求特 性可搀产品分为两类：功瞧型产品和剞薪型产品，对应地分别有物理有效型供应 链和市场响应型供应链与之相珏配。 功能型产品主要指销路稳定的产品，如日常用品，通常有稳定且可预测的需 求和较长的生命周赣。与之匹配的是物理有效型供应链，其目的是以最低可貔成 本有效地满足可预测的客户需求。 1 6 第2 章供应链与供应链管理 创新型产品是指技术或式样外观上具有刨新性的产品，如时装。这类产品的 需求情况一般无法准确预测，生命周期短。与之飘配的是市场响应型供应链， 其目的是快速响应不可预测的客户需求、最小化资金占用和库存。 ( 2 ) 按照产品的物理形态划分。 从物理形态来看，供应链中关注的产品包括有形的和无形豹。参照产品的物 理形态，供应链可以划分为有形产品供应链、无形产品供应链以及混合型供应链。 ( 3 ) 按照产品的品种结构划分。 供应链所关注豹核心增值对象可自是单一的，也可能是多晶种的，不弼情况 下处理方式不同。因此，对应品种结构可以将供应链划分为单品种供应链和多品 种供应链。其中，单品种供应链可以餐作是多品种供应链的特例形式，分柝和处 理起来相对简单，而多品种供应链的研究关注更多的是产品生产中对资源的竞争 性和通用性。 另外，逐可以考虑按增值对象的时效性及其它属性来进行榻斑的分类。 2 1 3 供应链管理的特点 供应链管理是正持续演进中的一种新管理哲学，试图连接企业内部及外部联 盟，企业饮倦之闻匏集体生产资源是供疲链管理翦选俸资源，使供应链成为一个 具有高竞争力并使得顾客获得丰富满足的供应系统，使其得以集中力量发展创新 方法并使市场产品、服务与信息同步化，进而创造独一且个别化的顾客价值来源。 在一个完夔的供应链中，厚此薄彼必然会馒供艨链出现薄弱环节，最终警致 供应链的断裂，而中间企业必须依赖予完整的供应链而存在。供应链管理与传统 的物料控制及储运管理有很大的不同，主要表现在以下4 个方面： ( 1 ) 供应链管理楚一种管理哲学，不仅限予管理技本层次。 ( 2 ) 供应链管理是一种跨企业界限的资源及流程整合活动，为了更好地利 用资源，创造一个完美的市场供应系统，需要将供应链看成一个熬体，而不是将 供应链看成跫由采购、制造、分销、与销售等构成的一些分离的功能块。 ( 3 ) 供应链管理的驱动力是其所服务的顾客。“供应”是接个供应链上各 个功能部门的共同目标，为了能有效满足顾客的需求，s c m 透过集体力量，创新 方法，一致化的步谖，构建一个具有高竞争力露供墩系统，不断为最终颞客，更 为参与供应链的成员，创造更大的价值。 1 7 北京工业大学管理学硕士学位论文 ( 4 ) 供应链管理要求采用系统的、集成化的管理方法来统筹整个供应链的 各个功能。为了确保达成共同目标，商层管理部门采取一定办法消除供应链内各 部门之间的酲标冲突是十分重要的。 2 1 4 供应链管理的意义 供应链管理的实现，把供应商、生产厂家、分销商、零售商等在一条链路上 的所有环节郄联系起来进行饶纯，使生产资料以最抉的速度，通过生产、分锬环 节变成增值的产品，达到有消费需求的消费者手中。这不仅降低了成本，减少了 社会库存，而且使社会资源得到优化配置，更重要的是通过信息网络、组织网络 实瑗了生产及销售的有效链接和物流、信惠流、资金流豹合理流动。 因此，有效的供应链管理将可为众业带来下列效益： ( 1 ) 管理阶层可以了解整体供应体系的变化及互动关系。 ( 2 ) 有效魄整会生产产能与销售库存的管蘧，据舞产销合作效能。 ( 3 ) 有效地传达市场需求信息，对市场能快速反应( q u i c kr e s p o n s e ) 。 ( 4 ) 提高货品及时的配达率，掌握适时的商帆。 ( 5 ) 提升产韭生产效率及效艉，使资源被磺有效豹地利翔。 2 2 供应链系统运作模式的复杂自适应性系统范式分析 供应链是跨越企业多个职能部门活动的集合，包括从订单的发送和获取、原 材料的采购、产品的制造加工到产成品配送的整个过程。在快速满足最终用户需 求的前提下，供应链必须具备对市场变化快速响应的能力，能够实现整个供廒链 的优化运行，这成为供斑链上各个合作伙伴的共嗣层标。 传统系统论方法是建立在一般系统论和牛顿科学范式基础上豹。牛顿范式的 力学定律在物理学和化学领域之所以预测的如此成功，在于组成系统的各个部分 都遵循菜穗客观事实；分子原子没蠢餐能，没有学习。没有历史，他们受到菜穗 力场的支配作用或反作用，满足诸如能量守恒、动爨守恒以及质缀守恒等不变量 的制约，然而，在有机系统中则完全不是这样，不管是生物系统、社会经济系统 还是心理系统，要维系存在必须满足适应、县标实现、系统整台耱模式的维持等。 供应链中的企业显然无法等同予力学世界中酌分子或者是源子，不司的制度 环境、发展历史、企业规模、产业特性等都制约着企业的行为。更为关键的是， 所有企业中起决定作用的是具有餐能的人。 1 8 第2 章供应链与供痘链管理 某个特定对蘩，通过界定系统与边界，划分系统的各个维成都分，选择、确 定内生和外生变量，并分析它们之间的豳果逻辑关系，从而确定起对系统的一个 可资处理的研究模型。 现实中豹供应链璧，企妊在不停调熬自己的规模，企业内部遽过b 豫缎建从 宝塔型的中央控制结构向瓣终型的分权、集数系统转换，借助于信息技术和网终 的发展，企业通过调熬c 删模式，逐渐推进更加高效的供应链管理模式。 在竞争、会终、动态的市场强壤中，企韭鄹对可以属于不团瓣供应链，企监 之间的竞争实际上已经转化为不同供应链之间的竞争。企业运作在一个更加复杂 的环境下，这种竞争方式将改变企业的组织结构、管理机制、企业文化、同时也 给企业带来更犬挑战。 我们霹以番到，我l f 】所研究的对象在不断熊经历着结构性豹调楚和变化；传 统的基予经典力学范式的动态描述方程显然无法处理这一类进化树型结构的变 迁，已经无法会理解释或瓣决在当今供殿链管骥中密瑗的复杂现象和闻题。 当魏系统科学已经发展到了研究开放的复杂巨系统( m s ) 耧复杂适应系统 ( c a s ) 的阶段。与简化的、线性的传统理论相比，复杂性科学则提供了一个完 全不霞的 壁赛蕊，主要研究非线性反馈丽络，特别是c a s ，处理瓣闯遂涉及复杂 系统发生、创瑟、学习和适癍等行为粒零质。所强调的是流动性、多样性、多元 性、关联性、片断性、异质性和弹性，是有关无机现象、有机现象和社会现象的 爨维织动力学及袁关翔题的知识。 正基于此，下瑟尝试以c a s 作为分撬范式，从糕豹角度系统分褫供应链整体 运作模式以及研究和分析系统中出现的复杂性和适应性现象。 2 ，2 。1 c a s 范式概述 关于e a s 范式比较完整豹理论是 o l l a n d 教授于1 9 9 4 年，在以“稳藏的秩 序”( h i d d e no r d e r ) 为主题的演讲报告中正式提出的。该范式以c a s 为分析工 其，其核心思想是“适应性造就复杂性”，强调主体与整体之间，微观与宏观之 阀的复杂关系。c a s 范式辩予认识和解释不同领域的复杂系统提供了新的想路和 视角，在提出以后，迅速引起学术界与企业界的关注，邑经得到了不阉程度的应用 和验证。o ”“ 有关c a s 瑗论的最基本的思想可以概述如下：复杂适应系统( c a s ) 理论把 1 9 北京工业大学管理学硕士学位论文 系统的成员番作是具有自身目的与走动髋的积极的主体。主体能够与环境以及其 它主体进行交流，在这种交流的过程中“学习”或“积累经验”，并且根据学翔 的经验改变自身的结构和行为方式。整个系统因此而产生演变或进化，包括新层 次的产生，分化和多样性的出现或掰的、聚合而成的、更大的主体的出现等等。 更重要的是，c a s 理论认为，正是这种主动性以及它与环境的反复的、相强的作 用，才是系统发展和进化的基本动鼹。h o l l a n ( 1 把个体与环境之间这种主动的、 反复的交甄作用用“适应”一词加以概括。这就是c a s 理论豹藻本愚想适应 性产生复杂性。 关于这个揍本思想，脊以下四点需要强调说明。 首先，主体( a d a p t i v ea g e n t ) 是主动的、活豹交体。这点是c a s 和其蚀 建模方法的关键性的送别。砸是这个特点，使得它能够用于经济、社会、生态等 其它方法雉予皮用的复杂系统。 其次，在这个模型中，个体与环境( 包括个体之闼) 的相互影响，楣互作鼯， 怒系统演变和进化的主要动力。以往的建模方法往往把个体本身的内部属性放在 童要位曩，瓤没有对于个体之间，以及个体与环境之悯的相互作用绘予足够豹耋 视。这个特点使得c a s 方法熊够运耀予个体本身祸性极不相犀，但避相互关系却 有许多共同点的不同领域。 第三，这手巾建模方法不像许多焚他的方法那样，把宏观和皴躐截然分开，丙 怒把它们寄枫地联系起来。它通过主体和环境的相互作用，使褥个体戆变化成为 躲个系统的变化的基础，统一地加以考察。 第靼，这种建模方法还弓l 进了缒挑因素的作用，使宅具有筻强翁接述和表达 能力。考虑淹机因素并不是c a s 理论所独蠢的特征。然箍c a s 理论处理随机因素 的方法是很特别的。简单地说，它从生物界的许多现承中吸取了有舔的启示，其 集中表现为遗传算法( g e n e t i ea l g o r i t h m ) 。 c a s 是由大量的根据菇臭行业规贝l l 或者模式相纛作用的行为生体维成的系 统。这些主体能够洞察彼此的行为并根据其它个体的行为来调整自邑的行为，换 句话说，c a s 在不断地学习和进纯，弗且经常i 霉其它豹e a s 程曩作羯，它们之掰 以袅存下来，是因为它们以适应地方式不凝建进行学习纛进化。宅包括以下基本 特征： 2 0 第2 章供瘫