（系统工程专业论文）供应链牛鞭效应及其预测方法研究.pdf

中文摘要 摘要： 在供应链管理中存在着许多问题，诸如供应缺乏、生产与运输作业不均衡、 库存居高不下、成本过高等。引起这些问题的原因很多，而其中的重要根源之一 就是牛鞭效应( b u l l w h i pe f f e c t ) 。牛鞭效应是供应链上的一种需求变异放大( 方差 放大) 现象，是信息流从最终客户端向原始供应商一端传递时，无法有效实现信 息共享，使得信息扭曲逐级放大，导致了需求信息出现越来越大的波动的情形。 本文主要围绕供应链牛鞭效应及其预测方法展开研究。首先从供应链概念和 供应链结构两个层次阐明了牛鞭效应是由供应链本身结构所决定的固有特性。然 后分别从“牛鞭效应”与“牛仔使用的牛鞭 的实际对比角度和啤酒分销博弈的 实验角度分析并诠释了供应链牛鞭效应的形成机理。此后，本文研究了零售商与 制造商组成的两级供应链系统，对比了最小均方差法( m i n i m u mm e a ns q u a r e d e r r o r ，m m s e ) 、移动平均法( m o v i n ga v e r a g e ，m a ) 、指数平滑法( e x p o n e n t i a l s m o o t h i n g ，e s ) 三种预测方法对牛鞭效应的影响。结果表明，考虑到提前期和需 求过程的潜在因素，不同的预测方法可以在一定程度上反映牛鞭效应的不同性质。 在此基础上，提供了一种可以帮助管理层根据企业情况优选预测方法的决策原则。 最后以w 企业为实证对象，运用所建模型及预测方法进行分析，从提高数据可靠 性和增强预测准确性两方面提出了牛鞭效应削减对策。 图3 4 幅，表1 7 个，参考文献5 4 篇。 关键词：牛鞭效应，供应链，预测，时间序列分析 分类号：t p 3 9 1 9 ；f 2 7 0 a bs t r a c t a b s t r a c t ：t h e r ea r em a n yp r o b l e m se x i s t i n gi ns u p p l yc h a i nm a n a g e m e n t ，s u c ha s l a c ko fs u p p l y , p r o d u c t i o na n dt r a n s p o r to p e r a t i o n si sn o tb a l a n c e d ，h i g hi n v e n t o r y , e x c e s s i v e l yh i g hc o s t s t h eo r i g i no fc a u s i n gt h e s eq u e s t i o n sh a sal o to fr e a s o n s ，b u t o n eo ft h em a i nr e a s o n si st h eb 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 sad e m a n dv a 五a t i o n l a r g e r ( v a r i a n c ee n l a r g e ) p h e n o m e n o no nt h es u p p l yc h a i n i ti st h ei n f o r m a t i o nf l o w w h i l et r a n s m i t t i n gf r o mf i n a lc u s t o m e r se n dt ot h ep r i m i t i v es u p p l i e r se n d ，i ti su n a b l e t or e a l i z et h es h a r i n go fi n f o r m a t i o ne f f e c t i v e l y , m a k ei n f o r m a t i o nt w i s ta n da m p l i f y s t e pb ys t e p ，h a sc a u s e dd e m a n di n f o r m a t i o nt op r e s e n tg r e a t e ra n dg r e a t e rf l u c t u a t i o n s i t u a t i o n t h i sp a p e rm a i n l ys t u d i e dt h e s u p p l yc h a i nb u l l w h i pe f f e c ta n df o r e c a s t i n g m e t h o d s f i r s t l y , t h er e s e a r c ho ft h et w ol e v e l s ，w h i c ha r et h ec o n c e p to fs u p p l yc h a i n a n dt h ec o n s t r u c t u r eo ft h es u p p l yc h a i n ，e x p l a i n e dt h a tt h eb u l l w h i pe f f e c ti st h e i n h e r e n tc h a r a c t e r i s t i c so ft h es u p p l yc h a i nf r a m e t h e n ，i ta n a l y s e dt h eh a r mo ft h e b u l l w h i pe f f e c tt h r o u g ht h ec o m p a r i s o no f ”s u p p l yc h a i nb u l l w h i pe f f e c t ”a n d b u l l w h i p u s e db yc o w b o y ”，c o n l u d e dt h a tt h es u p p l yc h a i nb u l l w h i pe f f e c ti st h ea d v e r s e c o n s e q u e n c ec a u s e db yt h ea c c u m u l a t i o no fe n e r g ya m o n gt h et r a n s m i s s i o no f i n f o r m a t i o nt h r o u g ha l ll e v e l so ft h es u p p l yc h a i n m e a n w h i l e ，f r o mb e e rg a m e ，t h e p a p e rd e m o n s t r a t e df o u rc a u s e so fb u l l w h i pe f f e c t ，s u c ha sd e m a n df o r e c a s t s ，t h ed e g r e e o fi n f o r m a t i o ns h a r i n g ，t h es u p p l yc h a i nl e v e l ，l e a dt i m e ，s i n c et h e n ，i te s t a b l i s h e dat w o e c h e l o n ss u p p l yc h a i nm o d e lc o m p o s e do fr e t a i l e ra n dm a n u f a c t u r e t h i s p a p e r a n a l y s e dt h et h r e ef o r c a s t i n gm e t h o d s i m p a c tt ot h eb u l l w h i pe f f e c t ，w h i c ha r et h e m i n i m u mm e a ns q u a r ee r r o r , m o v i n ga v e r a g e ，e x p o n e n t i a ls m o o t h i n g o nt h i sb a s i s ，t h e a u t h o rg i v e sad e c i s i o n - m a k i n gp r i n c i p l et oh e l pt h em a n a g e rc h o s et h em o r ea d v a t a g e o n ea m o n gt h et h r e ef o r e c a s t i n gm e t h o d si na c c o r d a n c ew i t ht h et h ee n t e r p r i s ei n s t a n c e f i n a l l y , u s i n gt h em o d e lc o n s t r u c t e db e f o r e ，t h i sp a p e ra n a l y s e dt h eab i s c u i te n t e r p r i s e s u p p l y c h a i n e m p i r i c a la n a l y s i s ，a n dg a v e t h e b u l l w h i p e f f e c t r e d u c t i o n c o u n t e r m e a s u r e so ni m p r o v i n gt h ed a t ar e l i a b i l i t ya n df o r e c a s t i n ga c c u r a c y f i g u r e3 4 ，t a b l e17 ，r e f e r e n c e5 4 k e y w o r d s ：b u l l w h i pe f f e c t ，s u p p l yc h a i n ，f o r c a s t ，t i m es e r i e sa n a l y s i s c l a s s n o ：t p 3 9 1 9 ：f 2 7 0 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学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， 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。 ( 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：3 连导师签名： 签字日期：p 舌 年6 月日签字日期：汐易年歹月日 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，也不包含为获得北京交通大学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： 3 也 签字日期：口彦年歹月，e t 7 5 致谢 本论文的工作是在我的导师蒋明青高级工程师的悉心指导下完成的。蒋老师 严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在授业解惑的同时， 他还教了我很多做人的道理，使我不断发现自身存在的问题，不断走向成熟，使 我得到了人生中最宝贵的财富“知行 。在此衷心感谢两年来蒋老师对我的关 心和指导。 感谢交通运输学院所有教导过、帮助过我的老师，衷心地感谢他们在这段岁 月中给予我的鼓励和鞭策，关心和呵护。感谢全体同窗，因为他们的关心、支持、 理解和鼓励，使得我的硕士生活更加充实和丰富，在我论文的撰写过程中，他们 给予了我热情的帮助与支持，而我也在这样一个团结的集体里面倍感快乐与自豪。 同时，我也要感谢我的家人，是他们充满期待的目光，让我更加坚定地在硕 士路上不懈地奋斗。有了他们的理解和支持，才使我能够在学校专心完成我的学 业。 承借此机，对百忙之中抽出时间评审本文的专家表示诚心的谢意! 向本文所 有引文及参考文献的作者致以真诚的感谢! 序 本文作者于2 0 0 6 年9 月q 0 0 8 年7 月就读于北京交通大学交通运输学院系统 工程专业。研究生期间的学习和生活让我从导师那里学到了丰富的知识内容和深 刻的做人道理，同时跟随导师的实习经历也让我开阔了视野，增长了见识。本文 就是在参与导师项目期间，由一张描述牛鞭效应的图片引发的思考。 在阅读大量文献的基础上，本文从“牛鞭效应是由供应链本身的结构决定的 固有特性 出发，认识了牛鞭效应。同时又从外文网站中，结合一些小的游戏 ( d a c h s e ri n t e l l i g e n t el o g i s t i k 、b e e rg a m e ) 对牛鞭效应有了更深刻的了解。现代 社会日新月异，产品生命周期缩短，客户追求个性化需求，使牛鞭效应更加难以 掌控。如何能够更加深刻地认识牛鞭效应的危害，如何从定量的角度来选择预测 方法，如何对各种预测方法进行比较，这些都是本文的研究问题。 网络的高度发达、国内外先进理论的高程度共享都为本文的撰写提供了很多 的便利条件。同时，国外专家学者对牛鞭效应研究的细致程度也令作者颇为惊叹。 这也激励了作者对其进行深入研究。 1 1研究背景及意义 1 引言 随着经济全球化、市场一体化的到来，市场竞争日益激烈，已经由单一企业 之间的竞争转变成了企业与企业组成的供应链之间的竞争。于是在2 0 世纪8 0 年 代，一种新的管理思想一供应链管理( s u p p l yc h a i nm a n a g e m e n t ，s c m ) 应运而 生。在短短的不到2 0 年的时间里，供应链管理已经引起了学术界和企业界的广泛 关注。进入2 1 世纪以来，许多行业都选择并成功的导入了供应链管理的思想、模 式，供应链管理的相关问题也成为了学术界研究的热点。供应链包含了所有加盟 的节点企业，不仅是一条联结供应商到用户的物流链、资金链和价值链，而且是 一条增值链。因此，如何提高整条供应链的增值能力，增强供应链的竞争力，成 为各节点企业共同的目标，但是牛鞭效应的存在削弱了供应链的增值能力和竞争 力。 牛鞭效应是供应链上的一种需求变异放大( 方差放大) 现象，是信息流从最 终客户端向原始供应商一端传递时，无法有效实现信息共享，使得信息扭曲逐级 放大，导致了需求信息出现越来越大的波动的情形。这种信息因扭曲而放大的情 形在图形显示上很像一根被甩起来的赶牛鞭，因此被形象地称为牛鞭效应。在牛 鞭效应中，最下游的客户端相当于鞭子的根部，而最上游的供应商一端相当于鞭 子的梢部，在根部的一端只要有一个轻微的抖动，传递到鞭梢一端就会出现很大 的波动，在供应链上，这种波动越往上游移动，变化就越大。 一直以来，许多制造企业经常发现他们所面临的产品需求量波动很大，其程 度要远大于产品的市场实际销售量的变化幅度。实际上，这种现象在许多商品供 应中是普遍存在的，而且在有些商品中尤其明显。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降低。参与供应链运作 的企业越多，这种效应越明显，整个供应链的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，其危害是显而易见的： ( 1 ) 牛鞭效应的直接后果就是库存积压 一般情况下，零售商按照自己对顾客需求的预测向批发商订货，由于存在订 货提前期，零售商在考虑平均需求的基础上，增加了个安全库存，这样使得零 售商订单的变动性比顾客需求的变动性要大。批发商接到零售商的订单再向制造 商订货，如果批发商不能获知顾客需求的实际数据，它只能利用零售商已发出的 订单进行预测，这样批发商在零售商平均订货量的基础上，又增加了一个安全库 存，由于零售商订单的变动明显大于顾客需求变动，为了满足零售商同样的服务 水平，批发商被迫持有比零售商更多的安全库存。以此类推，到制造商或供应商 处时的波动幅度就越来越大。虽然最终产品的顾客需求较稳定，但是，从零售商、 批发商、制造商到供应商的订购量变动性却越来越大，造成过大的库存，增加了 供应链的库存成本，使供应与需求很难匹配，没有实现供应链管理追求最小库存 的目标。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，又由于 顾客需求的变化面临着库存陈旧的风险。 ( 2 ) 过度的需求变化使企业生产计划变化加剧，导致额外成本支出增加 制造商通常依赖分销商的销售订单进行产品预测、设计生产能力、控制库存 及安排生产时间。由于存在牛鞭效应，制造商面临的需求波动性很大，这给生产 计划带来许多问题，制造商的生产平稳性差，有时生产处于停顿状态；有时为了 及时满足突然增加的需求必须加班加点、仓促生产，这无法保证产品的质量。预 期之外的短期产品需求导致了额外成本，如加班费用、加快运输的费用等，最终 导致生产成本和运输成本上升。 ( 3 ) 牛鞭效应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 在平均需求保持不变的情况下，需求波动程度的大小直接影响着所需生产能 力的大小。牛鞭效应扭曲了需求信息，使需求的波动程度加大，从而使制造商盲 目扩大生产能力，其结果是生产能力利用率不高。因此，牛鞭效应也是市场对某 一行业热门产品进行盲目投资和重复建设的原因之一。 ( 4 ) 客户需求不能及时满足，服务水平差 扭曲失真的信息使各节点很难对市场需求做出准确的预测和j 下确的决策，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 充分满足客户需求，导致客户服务水平的降低。 综上所述，供应链中的牛鞭效应问题造成了供应链效率的严重降低。但牛鞭 效应是由供应链本身结构决定的固有特性，供应链的存在必然导致牛鞭效应的产 生。因此，最大限度地减小牛鞭效应的影响成为提高供应链效率、实现供应链管 理目标的关键。在这样的背景下，本文选择供应链牛鞭效应及其预测方法这个题 目，在认知牛鞭效应形成机理的基础上，分析预测方法对牛鞭效应的影响，进而 选择适合现实情形的预测方法来减小牛鞭效应。因此具有一定的理论价值和实践 意义。 2 1 2国内外研究现状 目前为工业界和学术界普遍接受的牛鞭效应定义由文献 1 】给出：牛鞭效应是 指供应链中的零售商向供应商的订货量与其实际的销售量不一致的现象。一般地， 发给供应商的订货量，其方差大于销售给买方的方差( 即需求扭曲) ，这种扭曲以 放大的形式向供应链的上游蔓延( 方差变大) 。人们为了研究这现象，在案例分 析的基础上，通过模拟实验进一步观察这一现象发生的可能性，并给出一些理论 证明。国内学者达庆利【2 j 、李刚、汪寿阳【3 】等对牛鞭效应的研究做了较全面的总结。 归纳起来，截至目前国内外对牛鞭效应的研究，就内容上来说可以分为三类：一 是从经验和实践方面用案例分析来说明牛鞭效应的存在；二是从模拟仿真角度对 牛鞭效应进行定性和定量分析；三是从理论上来证明牛鞭效应的产生原因，并提 出解决方案。 1 2 1牛鞭效应案例分析研究方面 第一个认识牛鞭效应的人是f o r r e s t e r t 4 1 。他通过一系列案例研究指出，对于季 节性商品，制造商觉察到的需求变化远远超过顾客的需求变化，他还注意到这种 变化在供应链的每一级都会放大。与f o r r e s t e r 类似，许多学者也都通过对实际数 据的数值分析从经济学角度指出了许多行业中存在牛鞭效应现象。如工厂产品计 划的变化大于销售量的变化【5 】【6 】，订货量随着向供应链上游移动有增大的趋判7 卿。 2 0 世纪9 0 年代中期，宝洁公司( p & g ) 的行政人员在对他们最热销的产品 婴儿尿布的销售状况进行例行检查时，发现一个奇怪的现象：零售商店的尿布销 售存在着波动，但并不强烈；然而分销商给宝洁的订单却波动得很厉害。当这些 行政人员进一步检查宝洁给自己的供应商，如3 m 等所下的订单时，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递时，它 的波动会变得越来越大( 如图1 1 所示) 。 牛鞭效应在不同的工业领域已被大量的观察数据所证实。在惠普( h p ) 公司， 销售商对打印机生产部门放置的订单远远比客户的最终需求具有更大的波动性【l 】。 在食品制造工业中，由于季节波动，牛鞭效应造成的供应链上游需求波动剧烈， 两个哈佛案例研究报告对此作了详细分析( h a m m o n d ，1 9 9 4 ；m c k e n n e y 和c l a r k ， 1 9 9 5 ) 。其他有关研究报告同样表明：在汽车产品( e d g e h i l le ta 1 ，1 9 8 8 ) 、机床( f i n e ， 1 9 9 8 ) 、零售产品( h o l m s t r o m ，1 9 9 7 ) 、加工肉产品( f r a n s o o 和w o u t e r s ，2 0 0 0 ) 、 纸制品( h a m e r i ，1 9 9 6 ) 、电子产品( v a n a k e n ，1 9 7 8 ) 以及皮包产品( b l a c k b u r n ， 1 9 9 1 ) 等【3 1 的供应链中也观察到了显著的牛鞭效应现象。 3 图1 1 宝洁和惠普的供应链牛鞭效应图 f i g 1 1p & ga n dh ps u p p l yc h a i nb u l l w h i pe f f e c tc h a r t 图片源自( ( t h e b u l l w h i p e f f e c t i n s u p p l y c h a i n s s 1 0 觚m a n a g e m e n t r e v i e w , 2 0 0 7 0 8 1 7 1 2 2牛鞭效应仿真研究方面 仿真研究是牛鞭效应研究的一个里程碑式的进展。s t e r m a n 设计了一个称为 “b e e rg a m e ”的课堂博弈【9 j 【1 0 】。博弈的参与者分别扮演一个啤酒销售供应链中的 零售商、批发商、分销商和制造商。随着博弈的进行，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。这种博弈自2 0 世纪6 0 年代 问世以来，已被全世界许多研究人员模拟过千万次，结论都是相似的：供应链的 上游出现过度的反应，从而造成系统的总费用常常5 到l o 倍于执行最优策略产生 的费用。在线性成本结构下，该实验表明订货数量的变化随着向供应链上游的移 动而变大。尽管啤酒博弈是理解牛鞭效应的一个有效的教学工具，但是它并不能 帮助研究者精确地计算牛鞭效应所产生的费用影响。s t e r m a n 注意到，参与者表现 出的一种普遍的行为是他们趋向于根据自己的现有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订货( 在途订货是指己向供应商订货， 但尚未交付的订货。根据库存理论，参与者应该根据自己的现有库存加上在途订 货减去未交付的需求来决定下期订单数量) t 9 】。这种非理性的决策在良好管理的企 业中是不允许存在的。针对在啤酒博弈中暴露出来的非理性决策问题，s t e r m a n 认 4 为：通过对管理人员的再培训，帮助他们养成“系统思维”( s y s t e mt h i n k i n g ) ，可 以有效地解决这个问趔】。 t o w i l l ( 1 9 9 6 ) 通过模拟的方法证实了库存管理方法对供应链信息扭曲的影响 【1 2 1 。需求变化的幅度每通过一个环节就会增加一倍。生产商从中间环节获得订单 后，对市场需求变化的幅度几乎是最初的8 倍之多。与以上文献使用的方法不同， m e t t e r sr ( 1 9 9 7 ) 假设需求的分布函数与时间有关，在给出以每周期现有库存为 自变量的最优成本的函数后，用启发式算法定量化了供应链中各个环节的牛鞭效 应【1 3 1 。 尽管此类模拟研究采用的系统都是非线性的模型，实验的发生形式和条件接 近真实情况，具有较高的可信度和说服力，但是大部分的工作仍然仅仅局限于定 性的分析、实证的观察以及计算机的仿真上。学者们能够证实牛鞭效应的存在性， 却不能解释究竟有哪些因素，在什么条件下，通过什么途径诱发了牛鞭效应。 1 2 3牛鞭效应理论证明方面 一些学者通过数学模型证明牛鞭效应的存在性，研究的重点是订货策略和需 求预测。 ( 1 ) 订货策略 许多文献都用订货策略( s ，s ) 来证明牛鞭效应的存在。b l i n d e r 首先使用这 个订货策叫，他提出一个与库存控制策略一致的计量经济学模型，对所观察的 零售商行为模式做出可能的解释。文献【1 5 】假设零售商使用连续盘点策略，证明了 牛鞭效应在只有一个零售商的单独订货和多个零售商的集结( a g g r e g a t e ) 订货的情 形下都存在。文献 1 6 贝j j 在零售商使用周期盘点的策略下，综合考虑零售商的个别 订货和集结订货，研究了( s ，s ) 策略参数、需求参数和成本系数对订货数量的 影响，表明需求相关如何降低集结订货的可变性，卖方订货的自相关如何平滑供 应商的订货策略。文献 1 7 】考虑在两级分销供应链中的分销中心订货和需求的变 化，其内容与文献 1 6 】基本相同，但方法有区别，前者使用更新定理和自相关需求 模型a r ( p ) ，后者用了近似的方法。 另一类型的订货策略是( r ，q ) 。在这种策略下，文献 1 8 】主要研究零售商的 订货时间间隔和订货数量，结果表明当零售商的订货间隔变长或订货的批量增大 时，供应商的需求变化一般会减少，较低的需求变化可以导致供应商较低的库存。 ( 2 ) 需求预测 从相关需求模型入手研究牛鞭效应问题也是一个重要的方法。文献【5 】、【1 9 】、 【2 0 、【2 1 1 、 2 2 均考虑的是a r ( 1 ) 模型，文献 1 7 1 考虑的是a r ( p ) 模型，而 5 文献【2 3 】考虑的是a r i m a ( 0 ，l ，1 ) 2 4 】模型。除了文献 1 7 】外，都针对一个零售 商和一个供应商的简单供应链系统研究了需求和订货的变化情况，零售商的订货 策略是使其库存水平上升到s 。文献 1 的研究还包含由于供应商缺货致使多个零 售商的分配博弈、多个零售商的三种不同订货时间( 平衡的、同步的和随机的) 以及价格波动等因素产生的牛鞭效应现象；文献 2 l 】只允许需求积压；文献 2 2 】则 考虑零售商和供应商均用相同的a r ( 1 ) 模型预测需求，得到在实施供应商管理 库存( v e n d o rm a n a g e di n v e n t o r y ，v m i ) 计划之前，供应商的预测方差高于零售 商的预测方差；文献 1 9 】一是确定需求预测对牛鞭效应的影响，二是不仅从理论上 证明牛鞭效应的存在，而且对供应链中每一级增加的可变性进行了量化；由于在 a r ( 1 ) 模型中有需求信息的误差项，文献 2 0 】指出了无论这个误差信息共享与否 都存在牛鞭效应的结论。 1 3本文组织结构 本文围绕供应链牛鞭效应及其预测方法展开研究，共由六章组成，论文的组 织结构图如下所示。 厂、厂、厂、厂、 厂 、厂、 相关理论概述牛鞭效应 供应链 引言( 供心链、形成机理 斗 牛鞭效应 预测方法 实证分析总结与展望 需求预测)研究 研究 l l 图1 2 论文组织结构图 f i g 1 2t h eo r g a n i z a t i o n a lc h a r to f p a p e r 第一章描述了本文的研究背景和意义，以及国内外研究现状。第二章论述了 供应链理论和需求预测理论，并对时间序列分析进行了着重介绍，为供应链牛鞭 效应预测方法的研究提供了理论基础。第三章分析了牛鞭效应形成机理，主要通 过实际对比和b e e rg a m e 实验两个方面进行阐述。第四章研究了零售商、制造商 两级供应链系统，比较了三种预测方法通过预测提前期需求对牛鞭效应产生的影 响，为管理层提供了一种预测方法的优选决策原则。第五章中以某饼干企业为实 证对象，利用文中所建模型及预测方法进行分析，提出解决方案，验证了优选决 策原则的有效性与实用价值。第六章总结了本文的研究内容，并对下一步的研究 工作进行了展望。 6 1 4 本文主要工作 通过阅读大量的文献及深入研究，结合专业背景，作者主要在本文中做了如 下工作： ( 1 ) 运用系统工程的观点对牛鞭效应是由供应链本身结构决定的固有特性进 行了分析，从供应链的概念和结构两个层次出发分别进行阐述。 ( 2 ) 提出了“供应链牛鞭效应”与“牛仔使用的牛鞭 的对比分析框架，进 一步结合分销博弈实验论述了供应链牛鞭效应的形成机理。 ( 3 ) 提出一种可以帮助管理层根据企业情况优选预测方法的决策原则。研究 了零售商与制造商组成的两级供应链系统，对比了最小均方差法、移动平均法、 指数平滑法三种预测方法对牛鞭效应的影响。 ( 4 ) 以某饼干企业为实证对象，运用所建模型及预测方法进行分析，提出相 应的牛鞭效应削减对策。 7 2 相关理论概述 牛鞭效应是供应链管理中的常见现象，会导致供应链出现效率低下的问题， 这是因为牛鞭效应是由供应链本身的结构决定的固有特性。本章从供应链的概念 和结构两个层次阐述了这个问题。需求预测作为供应链管理中的重要组成部分， 同时又是影响牛鞭效应产生的重要因素，本章也对其理论进行了介绍。 2 1供应链理论 2 1 1 供应链概念 目前，供应链尚未形成统一的定义，许多学者从不同的角度出发给出了各自 不同的定义。早期的观点认为供应链是制造企业中的一个内部过程，它是指把从 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的内部操作层上，注重企业自 身的资源利用。世界经济进入8 0 年代后，制造资源计划( m a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e p l a n n i n gs y s t e m ，m r p i i ) 、企业资源计划( e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g ，e r p ) 等 针对企业内部管理的管理软件大量的使用于企业，整合了其内部的管理。但是在 8 0 年代后期，一些市场反应灵敏的企业发现，单靠企业自身生产过程的优化、改 进企业内部的管理所获得的收效越来越有限，所贡献的竞争力越来越小，于是这 些企业将其目光转移到为他们提供物料的上下游企业的活动上来了。 此后，有些学者把供应链的概念与采购、供应管理关联起来，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、准时制( j u s ti nt i m e ，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，往往造成企业间的目标冲突， 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， 认为它应该是一个“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，再传递到最终用户的转换过程 ，这是更大范围、更为系统的概念。 例如，美国的史迪文斯( 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( 这里的流指物流、资金流、信息流) 就是供应链， 它丌始于供应的源点，结束于消费的终点”。伊文斯( e v e n s ) 认为：“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管理模式”。这些定义都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( 链中成员的关系) 。 而到了最近，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。此时对供应链的认识形成了一个网链的概念，像丰田、耐克、尼桑、 麦当劳和苹果等公司的供应链管理都从网链的角度来实施。哈理森( h a r r i s o n ) 进 而将供应链定义为：“供应链是执行采购原材料、将它们转换为中间产品和成品、 并且将成品销售到用户的功能网 。这些概念同时强调供应链的战略伙伴关系问 题。 菲力浦( p h i l l i p ) 和温德尔( w e n d e l l ) 认为供应链中战略伙伴关系是很重要 的，通过建立战略伙伴关系，可以与重要的供应商和用户更有效地开展工作。 美国供应链协会对供应链的概念给出了最权威的解释：“供应链，目前国际上 广泛使用的一个术语，它囊括了涉及生产与交付最终产品和服务的一切努力，从 供应商的供应商到客户的客户。供应链管理包括管理供货与需求，原材料、备品 备件的采购，制造与装配，物件的存放及库存的查询，订单的录入与管理，渠道 分销及交付最终用户。，l z 4 j 虽然对供应链概念的表述文字不同，但基本思想是一致的，皆为强调一种管 理思想和方法，把供应链上的各个环节有机结合，实现供应链整体效率最高的目 标。 在研究分析的基础上，可以得出一个供应链的定义：供应链是围绕核心企业， 通过对物流、信息流、资金流的控制，从采购原材料开始，制成中间产品以及最 终产品，最后由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，它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 到用户的物流链、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，给相关企业带来收益。 对于核心企业来讲，供应链是联接其供应商、供应商的供应商以及用户、用 户的用户的网链。在供应链中，每一个企业是一个节点，节点企业之间是一种供 应与需求的关系。因此，供应链涉及两个以上通过关联在一起的法律上独立的组 织，供应链实际上是以自身企业为核心的全部增值过程的网络。 供应链管理是针对供应链中从供应商、制造商、分销商、零售商到客户等成 员以及从计划、采购、生产、仓储、分销到配送等各种活动的管理，其目的在于 9 通过顺畅、及时的信息、物料、资金的流动，以及链上所有成员之间密切的协调 配合，使客户获得最佳满意度的产品与服务，供应链上成员也获得各自应有的利 益，从而实现整个供应链的协调发展【9 】【2 5 】【2 6 1 。 供应链管理是对供应链所涉及组织的集成和对物流、信息流、资金流的协同， 以满足用户的需求，从而提高供应链整体竞争能力。简单地说，供应链管理就是 优化和改进供应链活动，其对象是供应链的组织和他们之间的“流”；应用的方法 是集成和协同；目标是满足用户需求，最终目标是提高供应链的整体竞争能力。 也就是说，供应链管理业务的实质是深入供应商和价值链的增值环节，以最短的 时间，最经济的成本，将最恰当的货物供给需要的客户。从供应链的整个发展历 程可以看出，在经济全球化、市场一体化的环境中，市场竞争日益激烈，客户的 要求越来越高，产品的生命周期越来越短，加剧了供应链上各成员之间集成和协 同的不确定性、多样性和动态性，使其呈现出复杂的动态行为模式。由此造成的 时间延迟、信息扭曲、动态变化的供应链问题使得供应链上需求预测更加困难、 信息共享难以实现，也就不可避免地造成了牛鞭效应。 从总体上来看，供应链管理思想的发展过程可以从下图中看出来。 图2 1 供应链管理的发展过程 f i g 2 1s u p p l yc h a i nm a n a g e m e n td e v e l o p m e n tp r o c e s s 2 1 2供应链结构 根据以上供应链和供应链管理的相关知识，可以把供应链的拓扑结构归纳为 如图2 2 所示的模型结构【2 7 1 。 1 0 从图中可以看出，供应链是由所有加盟节点企业组成，其中一般有一个核心 企业( 可以是产品制造企业，也可以是大型零售企业一如沃尔玛) ，节点企业在需 求信息的驱动下，通过供应链的智能分工与合作( 生产、分销、零售等) ，以物流、 资金流或服务流为媒介实现整个供应链的不断增值。此时供应链的概念形成为一 个网络的概念，如丰田、尼桑、耐克和苹果等公司的供应链管理都是从网络的角 度来实施的。 图2 2 供应链的拓扑结构图 f i g 2 2s u p p l yc h a i nt o p o l o g ym a p 在供应链中，不同的生产过程与生产活动创造了产品或服务的价值，同时增 加了产品或服务的成本，在其结束时形成了中间产品、最终产品或服务，并把最 终产品转移到顾客手中。 为了研究分析的方便，下面介绍几个相关的概念。 ( 1 ) 供应链的方向 在供应链上除了流动着物流、信息流之外，在一定能够程度上还流动着资金 流。物流的方向一般是从供应商流向制造商、再流向分销商。在特殊情况下( 如 产品退货、逆向供应链等) ，产品在供应链上的流向与上述方向相反。 依照物流的方向来定义供应链的方向，以确定供应商、制造商和分销商之间 的顺序关系，那么从左到右依次为供应链的上游企业、下游企业。 ( 2 ) 供应链的级 在供应链模型中，站在核心企业的角度，往上游看，可以相应地定义第1 级 供应商、第2 级供应商，而且还可以递归地定义第3 级供应商、第4 级供应商 同样地，往下游看，可以定义第1 级分销商、第2 级分销商，并递归地定义第3 级分销商、第4 级分销商一般地讲，一个企业应尽可能考虑多级供应商或分 销商，这样有利于从整体上了解供应链的运作状态。 ( 3 ) 供应链的要素成员 系统是相互作用和相互依赖的若干组成部分( 要素) 结合而成的、具有特定 功能的有机整体。供应链的要素成员，也就是供应链中参与的实体，如供应商、 制造商、分销商等。他们的多少是由产品的特性、原材料获得的难易程度、销售 的方式和服务的形式等多种因素决定的。特别是产品的特性，起着举足轻重的作 用，不同的产品具有不同形式的供应链，同一个企业也可以足多个不同供应链的 实体。 由图2 2 可以看出，对于一般的供应链，由于它是由多个企业或组织构成的， 在“流 的传递过程中，需求信息传递是一个很重要的方面。正是由于需求信息 需要经历逐级向上游传递的过程，同时各成员为了获得自身的最大收益而采取一 定的预测策略，然后将处理过的需求信息继续传递，这样就不可避免地导致各级 别之间的需求信息放大，从而产生牛鞭效应。 随着市场需求、产品价格、法律政策等的变化，供应链系统内的功能要素经 常不断地组合优化，其运行模式也经常不断地调整，成为适应环境变化、满足经 济社会发展的动态系统。一般来说，开放系统和外界环境有着物质、能量和信息 的交换，系统内部结构也可以随时间的变化而变化，因此供应链系统的发展是一 个有方向和动态的过程。本章针对不同的研究对象和发展阶段阐述的供应链结构 模型有助于对供应链的认识，对研究牛鞭效应有启示意义。 王圣广、马士华从企业与企业之间关系的角度提出了供应链拓扑结构模型： 链状模型、网状模型和石墨模型( 如图2 3 、2 4 、2 5 所示) 2 8 】。 图2 3 ( a ) 供应链静态链状模型 f i g 2 3 ( a ) s t a t i cc h a i nm o d e lo ft h es u p p l yc h a i n 1 2 图2 3 ( b ) 供应链动态链状模型 f i g 2 3 ( b ) d y n a m i cc h a i nm o d e lo ft h es u p p l yc h a i n 图2 4 供应链网状模型 f i g 2 4s u p p l yc h a i nn e t w o r km o d e l 图2 5 供应链的石墨模型 f i g 2 5g r a p h i t em o d e lo ft h es u p p l yc h a i n 胡开顺等提出了动态联盟供应链的结构模型【2 9 】( 如图2 6 所示) 。 1 3 采购件生产企业 一采购链一总 成一内部链一设计单元 协作件生产企业卜协作链一 装 配 单 一内部链一 销售单元 自制件生产企业一内部链- 兀 图2 6 动态联盟供应链的结构模型 f i g 2 6g r a p h i t em o d e lo ft h es u p p l yc h a i n 马士华等给出了供应链的网链结构模型3 0 1 ( 如图2 7 所示) 。 图2 7 供应链的网链结构模型 f i g 2 7t h es u p p l yc h a i nn e t w o r kl i n k e ds t r u c t u r em o d e l 向晋乾指出企业集团内部的协同效应成为构筑其竞争优势的关键所在，并对 企业集团供应链结构及关系进行了探讨，认为这是研究集团内部供应链协同的基 础，提出了行政控制型和资本控制型两种模式下的集团供应链体系结构( 如图2 8 所示) 3 1 】。 1 4 图2 8 ( a ) 资本控制型下的集团供应链网络结构模型 f i g 2 8 ( a ) s u p p l yc h a i nn e t w o r km o d e lu n d e rt h ec a p i t a lc o n t r o lg r o u p 图2 8 ( b ) 行政控制型下的集团供应链网络结构模型 f i g 2 8s u p p l yc h a i nn e t w o r km o d e lu n d e rt h ea d m i n i s t r a t i v ec o n t r o lg r o u p n a g u m c ya 发展了一个三层供应链超级网络模型( s u p e r n e t w o r ks t r u c t u r eo f