（系统工程专业论文）合作型供应链激励机制研究.pdf

华中科技大学博士学位论文 摘要 + 供应链管理作为一种新的管理模式，其主要思想就是用系统的观点管理和优化 企业内部和外部的资源，处理好供应商、制造商、分销商、客户之间的协调关系。 合作型供应链关系是外部供应链系统中各成员之间的主要关系模式。在这种合 作型供应链中，需要某种机制来激励和约束成员的行为，以达到供应链合作的效果。 因此激励机制设计是合作型供应链协调的主要问题9 本文以博弈论和机制设计理论 为主要工具，对合作型供应链激励机制设计中的若干问题进行了研究。 首先明确了合作型供应链中的协调问题，提出了合作型供应链的机制设计问题 的一般描述，并提出一种通用的机制设计思路。在供应链成员为理性决策者的条件 下。一般的供应链协调问题可以分为通讯层、协商层和激励层等三个基本协调层次， 供应链合作可以通过合作规划的制订、合作规划的发布和合作规划的执行等三个步 骤完成。供应链合作和激励机制的主要目的是支持合作规划的顺利执行。 从供应链合作的角度研究了一个确定性二级供应链系统在成员的存贮费信息 不对称情况下的机制设计问题。对于确定性外部需求的二级供应链系统，主要分为 两种情况：供应商不设置库存的“批对批”系统和供应商持有库存的一般系统，传 统研究中的折扣机制结果主要是在信息完全对称的情况下得出的，本文重点分析了 在信息不对称情况下原折扣机制的有效性范围，并针对不同的情况给出了一些改进 的措施。 针对随机需求的二级分配形供应链系统，提出了最优的合作协调机制。本文从 成员的两种决策模式：基于级库存的订货决策和基于本地库存的订货决策，分别给 出了系统最优的利益激励机制。然后对系统中可能存在的两种信息不对称情况进行 了讨论，给出了当下游购货商的行动信息不能直接观测时的替代机制，并分析了当 购货商存贮费信息私有情况下的机制有效性问题。 i 以某食品饮料集团公司的供应链网络为应用背景，运用本文提出的主要理论模 型j 对供应链最优激励机制进行了数值计算和仿真分析。1 ， 关键词：供应链库存激励机制博弈论机制设计趣 窖信息不对称 华中科技大学博士学位论文 a b s t r a c t s u p p l yc h a i nm a n a g e m e n ti s an e wc o n c e p ti n m a n a g e m e n ts c i e n c e i t sm a i n p u r p o s ei st om a n a g ea l lo f t h eb u s i n e s se n t i t i e s ，s u c ha ss u p p l i e r s ，f a c t o r i e s ，w a r e h o u s e s ， d i s t r i b u t i o nc e n t e r sa n d r e t a i l e r s ，t h r o u g h w h i c hr a wm a t e r i a l sa r e a c q u i r e d f r o m s u p p l i e r s ，t r a n s f o r m e d a n dd e l i v e r e dt o c u s t o m e r s ，i n f o r m a t i o na h dm a t e r i a l f l o w b e t w e e nt h e s ea u t o n o m o u so rs e m i a u t o n o m o u ss i t e s t h ec o o p e r a t i v er e l a t i o n s h i pi st h em o s tp o p u l a rr e l a t i o n s h i pp a r e m sb e t w e e nt h e s u p p l yc h a i np a r t n e r s i n t h e c o o p e r a t i v es u p p l yc h a i n ，p a r t n e r sw i l lc o o p e r a t i v et o a c h i e v et h eo p t i m a lm a n a g e m e n to ft h ew h o l e s u p p l y c h a i nv i at h ei n c e n t i v em e c h a n i s m o rs o m ec o n t r a c t s h o wt od e s i g nt h ei n c e n t i v em e c h a n i s mi st h em a i np r o b l e mi nt h i s k i n do f s u p p l yc h a i n s t h i sd i s s e r t a t i o nf o c u s e so nt h es t u d i e so ft h ei n c e n t i v em e c h a n i s md e s i g no ft h e c o o p e r a t i v es u p p l y c h a i n s b y u s eo f g a m e t h e o r ya n dm e c h a n i s md e s i g nt h e o r y t h i sd i s s e r t a t i o nd e f i n e st h ep r o b l e mo fm e c h a n i s md e s i g ni nac o o p e r a t i v es u p p l y c h a i n ，a n dg i v e sag e n e r a ls o l u t i o nm e t h o dt ot h ep r o b l e m i nt h ea s s u m p t i o no fr a t i o n a l p a r t n e r s ，t h e c o o r d i n a t i o np r o b l e mi nt h e s u p p l y c h a i n m a yb es e p a r a t e d t ot h r e e c o o r d i n a t i o nl a y e r s ：t h ec o m m u n i c a t i o nl a y e r ，t h en e g o t i a t i o nl a y e ra n di n c e n t i v el a y e r ， a n ds o l v e d b y t h r e e p r o c e d u r e s ：o v e r a l lp l a n n i n g ，p u b l i c i z i n g o ft h e p l a n a n d i m p l e m e n t i n go f t h ep l a n t h ei n c e n t i v em e c h a n i s mi st oe n s u r et h ei m p l e m e n t a t i o n p r o c e d u r e o ft h ep l a n t h i sd i s s e r t a t i o nt h e ni n v o l v e ss t u d i e so fm e c h a n i s md e s i g ni ns o m eg i v e ns u p p l y c h a i n s t h e s ea r e ：t h ed e t e r m i n i s t i cd e m a n d2 - e c h e l o ns u p p l yc h a i na n das t o c h a s t i c d e m a n d2 - e c h e l o nd i s t r i b u t i o ns u p p l yc h a i n t ot h ed e t e r m i n i s t i c2 - e c h e l o n s u p p l yc h a i n ，t h i sd i s s e r t a t i o nu s eac o o p e r a t i v ev i e w , a n a l y z e st h ev a l i d i t y o ft h et r a d i t i o n a li o t s i z e - p r i c i n gd i s c o u n tm e c h a n i s mu n d e rt h e a s y m m e t r i ci n f o r m a t i o n t h i ss t u d yi sd i v i d e di n t ot w op a r t s ：al o t - f o r - l o ts y s t e ma n da n o n l o t f o r - l o ts y s t e m t ot h es t o c h a s t i cd i s t r i b u t i o n s u p p l yc h a i n ，t h e d i s s e r t a t i o n g i v e s t h e o p t i m a l m e c h a n i s m sa c c o r d i n gt ot w oi n v e n t o r yd e c i s i o np o l i c i e s ：e c h e l o ni n v e n t o r yp o l i c ya n d l o c a li n v e n t o r y p o l i c y 一一 1 l 华中科技大学博士学位论文 a c c o r d i n gt ot h er e s u l t so f a b o v ed i s t r i b u t i o ns u p p l yc h a i n ，t w ok i n do f a s y m m e t r y i n f o r m a t i o na r ea n a l y z e d ：t h eb u y e r s a c t i o n sa n d h o l d i n gc o s t s l bt h ef o r m e rs i t u a t i o n as u b s t i t u t em e c h a n i s mi sp r o p o s e dt oa c h i e v et h eo p t i m a ls o l u t i o n w h i l et ot h el a t t e r , t h ev a l i dc o n d i t i o no ft h ea b o v e o p t i m a lm e c h a n i s mi sg i v e n u n d e rt h eb a c k g r o u n do fal a r g ef o o d s t u f fc o m p a n y ，t h et h e s i s g i v e sn u m e r i c a l a n a l y s e sa s w e l la sas i m u l a t i o n s t u d yo nt h es u p p l yc h a i nr e l a t i o n s h i p sb e t w e e na s u b s i d i a r yc o m p a n y a n di t sr e t a i l e r s ，a n dt h e n s u g g e s t st h ef e a s i b l ei n c e n t i v em e c h a n i s m t oe n s u r et h e o p t i m a lc o o p e r a t i o no f t h es u p p l yc h a i n k e y w o r d s ：s u p p l y c h a i n i n v e n t o r y i n c e n t i v em e c h a n i s m g a m e t h e o r y m e c h a n i s m d e s i g n t h e o r ya s y m m e t r i ci n f o r m a t i o n 华中科技大学博士学位论文 1 绪论 【摘要】供鹰链管理作为一种新兴的经营和运作模式，已经引起了管理界和理论研究界的 遍重视。本章简要讨论了供麻链和供应链管理的概念，指山对利益进行协调的激励机制 足目前外部合作耻供应链管理中面i 的士要问题，井阐述了运, l i j 博弈论和机制设计理论进 行合作型供应链利益协调和激励机制设计的基本思路，随后综述了供应链运作模型研究和 l 尊弈论、机制设计理论等方面的进展，最后简要介_ f 了本文的研究内容。 1 1 供应链与供应链管理的基本内容 1 1 1 供应链思想产生的背景 2 0 世纪6 0 年代以河，盛行的企业管理方法一般是通过确定生产批量、安全库 存和订货点柬保证生产的稳定性，但山于这些方法仅仅完成对企业资源的近似优化 和控制，在实践中并没有达到理想的效果。 6 0 年代以后出现了制造资源计划( m r p l l ) 、准时生产制( j i t ) 以及精细生产( l e a n p r o d u c t i o n ) 等新的生产管理方式，它们着眼予对企业内部资源进行优化配置，提高 了企业整体效益，增强了在市场上的竞争力。 历史进入2 0 世纪9 0 年代以后，随着科技进步和生产力的发展，客户消费水平 1 i 断提高，企业之i 日的竞争同益加剧，加上政治、经济、社会环境的巨大变化，市 场的不确定程度大大增加，整个世界的经济活动呈现出前所未有的一体化趋势。这 些变化对企业参与竞争的能力提出了更高的要求，迫使企业不但要完成自身企业范 围内的运作优化，同时也要关心上游的原材料供应和下游的产成品分销渠道的控制 和优化问题。在这种情况下，导致了“供应链管理”思想的诞生。 1 1 2 供应链的概念 对于供应链，目前还没有一个公认的定义，比较常见的提法是“供应链是山物 料获取并加工成中问件或成品，再将成品送到用户手中的些企业和部门构成的网 络”l t l l 2 i i 孙。文献1 4 】认为“供应链是描述商品需产供过程中各实体和活动 及其相互关系动态变化的网络”。 从8 0 年代初首次提出一直到现在，供应链的概念已经有了很大的发展，按其 涵盖的范围可分为二类：一类是内部供应链，局限在单个企业内部，强调企业内部 华中科技大学博士学位论文 市场、销售、计划、制造和采购等部门之间的协调。另外一类是外部供应链，f h i j , l 应商、制造商、批发商、零售商和客户等利益相互独立的企业实体构成，他们之桕j 形成了一种战略同盟关系。本文将主要讨论这种外部供应链的优化和协调问题。 从结构上看，一个完整的外部供应链系统至少应该包括以下三个环节【5 l = 1 ) 原材料供应环节包括所有为生产环节提供原材料、半成品的供应商； 2 ) 生产环节主要是指生产制造商，包括地理上分布的各个原材料仓库，生 产厂( 车间) 、在制品仓库和产成品仓库等设施； 3 ) 分销环节包括各级分销商、批发商、零售商和客户： 显然最简单的供应链系统是一种由单一的供应商、制造商、分销商和客户组成 的“串行”系统。而更常见的是“网状”结构，其中上游的原材料供应和! i - 产环节 足“组装”结构( 即倒树形) ，下游的分销环节则呈现出树形结构，所以这种一般的 供应链足以某“核心企业”( 一般是制造商) 为根节点的双向树形结构所组成的网 络系统，实际上已经超 【 了“链”的范围。 在供应链的供应、生产、分销各个环节巾，都存在存贮设施，物流是在各个存 贮设施之问发生的订货过程，所以库存问题是供应链研究的基础。 1 1 3 供应链管理的概念 供应链管理就是用系统的观点来管理始于原材料供应商，经由工厂和仓库，i e 于最终客户的信息流、物流和服务流，通过加强供应链中各活动和实体问的信息交 流和协调，使得其中的物流和资余流保持畅通，实现供需平衡，以最小的成本最大 限度地满足客户的需求，获得整体竞争优势的提高1 6 i 。美围s g s c f ( s t a n f o r dg l o b a l s u p p l y c h a i nf o r u m 斯坦福全球供应链论坛) 将供应链管理定义为：“从供应( 商) 、 制造( 商) 、分销( 商) 到客户的物流和信息流的协调与集成”。 从纵向来看，供应链管理可以分为战略层，战术层，操作层三个基本的层次1 7 1 。 其中战略层基本上对应于供应链的设计或构建阶段，主要包括供应商的选择，生产 厂、仓库、分销中心等设施的选址和容量设计，新产品开发等方面的内容。战术层 对应供应链运作管理方面的内容，主要进行供应、生产、分销等运作计划的制订和 决策等等。操作层则负责战略规划和战术计划的具体实旌。 从横向职能领域区分，供应链管理中主要包括产品工程、产品技术保证、采购、 生产控制、库存控制、存储管理、分销管理，以及其他各项辅助职能包括：客户服 务、制造、设计工程、会计核算、人力资源、市场营销等等方而。 华中科技大学博士学位论文 1 2 课题的提出、目的和意义 供应链是一个高度复杂的系统，为了支持供应链管理中的各项分析和决策活 动，必须建立有效的供应链模型。根据建模工具和方法的不同，这些供应链模型可 以分为数学模型、仿真模型、经济学模型和计算机模型等等，其中数学模型是所有 模型实现的基础i s l 。 一直以来，供应链的数学模型研究主要是将供应链作为一个整体来进行分析和 优化，形成所谓的“集中型”供应链模型研究的思路。这种集中优化模型的主要假 没足：在供应链系统中必须存在权威性的中央决策和控制机构，供应链中的所有决 策都山这样个高度集权的中央来完成，各个下属的供应链成员没有自治性，必须 忠实地执行中央的控制指令。 但实际上火多数供应链系统足外部供应链模式，供应链中不存在中央权威，各 供应链成员是相互独立、s l 等的企业实体，他们之间仅仅存在合作性契约关系。一 方面各个成员有自治性利益要求，他们之间存在利益的冲突和竞争；另一方面，为 了提高各自的竞争力，成员之间通过建立供应链关系形成种“合作型”联盟。在 这样的外部合作型供应链中，成员之间的竞争和合作关系是并存的。集中优化模型 没有考虑到这种复杂的关系，所以并不适用，必须探讨能够协调各个合作的供应链 成员之间关系的新的研究思路。 作者在参与某集团公司产、供、销管理信息系统项目丌发过程中，深刻体会到 这方面研究的迫切性。面对复杂多变和竞争激烈的市场，产品分销网络是维系公司 生存和发展的命脉，谁有完善商效的分销网络，谁就能够占领市场，获得发展。同 行业之间的竞争已经演变为分销网络之削的竞争。为了建立高效的分销网络，公司 必须与各个批发商和大的零售商建立良好的合作伙伴关系，但是由于相互之间存在 利益冲突，直没有好的激励机制来协调与各个下游分销商之间的关系，目前暂时 采用的一些方法都是经验性的，急需定量化地分析各个企业之间复杂的利益关系， 找到科学的协凋方法。 合作型供应链管理中成员之间的利益协调问题已经引起了国内外理论研究界 的普遍重视，并成为供应链研究领域中富有意义的前沿性研究方向。这一方面规范 性的研究一般以博弈论和机制设计理论为主要研究工具。 博弈论( g a m et h e o r y ) 是研究当决策主体的行为发生直接相互作用时的决策以 及这种决策的均衡问题的，也就是说，一个主体( 比如一个人或一个企业) 的决策 受到其他决策主体的决策的影响，而且反过来又会影响到其他主体的决策，主体决 华中科技大学博士学位论文 策之问的存在竞争关系，博弈论的目的就是对这种竞争问题进行分析并预测可能的 均衡结果。 机制设计理论，或称信息经济学、委托f 理理论，足非对称信息博弈论的一个 应用分支。博弈论研究的是：给定信息结构，什么足可能的均衡结果? 机制设计理 论研究的足。在给定信息结构，什么是最优的机制安排? 因为机制设计理论研究什 么足非对称信息情况下的最优交易契约安排，故又称为契约( 或合同) 理论1 9 1 。 博弈论和机制设计理论反映了人类社会中广泛存在的深层问题，这方而恰恰足 原来传统优化理论所忽略的。博弈论最初始于对微观经济学的研究，经过几十年的 发展和应用，给传统经济学带来了翻天覆地的变革，已渗透到了微观经济学的各个 组成部分，并以很快的速度向其他领域扩展。目前，博弈论与机制设计理论在其他 研究领域特别是工程领域的应用是一个广阔而有| ；j i 途的方向。 本文将从合作型供应链中的利益协调这一研究方向中几个比较有代表性的问 题入手，运用博弈论和机制设计理论，研究促进供应链实现整体优化的协调方法， 即可行的合作协调和激励机制以及计算方法。本文尝试在以下几个方面进行研究： 1 ) 提出并界定合作型供应链中的激励机制设计问题，并提出一种通用的研究和 分析思路。 2 ) 分析在确定需求下的二级供应链系统中，成员在库存订货决策中的利益协调 和激励问题，以及当成员存贮费信息私有( 不对称) 情况下的激励机制设计问题。 3 ) 针对一个二级的树形随机性供应链系统，分析了成员库存订货协调问题，给 出相应的最优化利益激励机制，并重点分析了当购货商的存贮费信息私有时，原激 励机制的有效性条件。 本项研究得到以下项目的资助： 1 ) 广东今同集团有限公司产、供、销信息系统。 2 ) 教育部优秀年轻教师基金“大型工程物资供应链建模与动态仿真技术的研 究”。 3 ) 高等学校骨干教师资助计划项目“大型水利工程物资供应链建模与动态 仿真理论与应用研究”。 4 ) 国家自然科学基金“面向分稚式供应链管理的组织决策支持的理论与方法”。 5 ) 教育部高等学校优秀青年教师教学和科研奖励基金。 华中科技大学博士学位论文 1 。3 相关文献综述 1 3 1 供应链运作模型研究的进展 供应链建模研究的文献十分丰富，这里仪对供应链运作决策的数学模型的研究 进展作一般的综述。供应链运作模型主要对供应链运行中的决策和控制问题进行支 持，这方面的文献火致可以分为二类：确定性供应链模型和随机性供应链模型。确 定性模型假故所有变量均已知并确定，而随机性模型中至少包含一个未知的变量 ( 比如需求) ，一般将其假设为随机变量并服从某种已知的分布。 早期的供应链建模研究是从对供应链中多个库存设施协调的研究丌始，这一部 分的研究也称为“多级库存理论”，从单独地研究供应链中的生产环节或者分销环 节，以后逐渐相互融合并扩展到供应链整个范围形成供应链的综合模型。 按照供应链成员之间不同的自治性水平和交互方式，供应链运作控制方法一般 可以分为三种类型：集中型、协调型和合作型1 1 0 j 。集中型和协调型适用于内部供应 链管理。其中集中型是内部供虚链的集权化控制模式，即存在一个中央权威负责对 供应链整体运作进行决策和控制。协调型则是对内部供应链进行分权化管理，将供 应链中的决策和控制任务下放给各个供应链成员，在这些成员之问是一种相互协作 的关系。合作型管理则是外部供应链管理的模式，供应链成员是独立的企业，他们 通过合作契约结成联盟关系。 针对不同的供应链管理模式，供应链模型也基本可以分为集中型供应链模型、 协调型供应链模型和合作型供应链模型三个方面。当然实际的供应链系统也可以采 取上述三种供应链运作模式的混合结构。比如生产环节和分销环节属于同一企业， 可以采取集中型管理或协调型管理，甚至也可以采用协调型和集中型模式相结合的 多级递阶控制结构。而他们与供应环节之问是合作型关系。 1 集巾型供应链模型 集中型( c e n t r a l i z e d ) 供应链的优化问题一直是理论研究的重点，并且仍然是当前 很主要的研究方向。主要研究工具是各种数学规划方法，包括大规模线性规划、混 合整数规划、非线性规划和动态规划等等。对集中型供应链的研究最早可以追溯到 单设施的确定库存模型如w i l s o nf 龇l ( e o q ) 模型【l l 】，以及随机库存模型【1 2 】【1 3 】 等。 华中科技大学博士学位论文 1 ) 确定性模型 i 生产环节 供应链中生产环节的研究始于1 9 7 3 年，t hc r o w s t o n 首次用动态规划方法解决 了固定需求下的多个生产库存设施构成的组装系统中的存贮问题1 1 4 1 。s c h w a r t z 和 s c h r a g e 针对同一问题提出了分支定界的解法i ”1 。 以后的研究主要是在以下几个方向的进展： 由固定的需求扩展为时变需求。c r o w s t o n 提 i 了一种动态规划求解方法f 1 4 i ； a f e n t a k i s ，a f t a k i s 和g a v i s h 等将求解方法简化为带分枝定界的拉格郎r 乘予法 1 1 6 1 1 l 7 1 。 考虑生产能力约束。在这方面进行的研究很多，主要的有d i x o n 和s i l v e ri t s i ， b a r o n y1 1 9 1 。m a l o n e y 和k l e i n1 2 0 1 ，g a l l e g o1 2 1 等等。 考虑生产准备时间对问题结果的影响。t r i g e r i o 等证明在考虑了生产准备时问 的情况下，原问题变为n p 复杂度1 2 2 1 。m a e s ，t e m p e l m e i e r 和d e r t r o f f 提出了若干 启发式求解算法1 2 3 1 1 2 4 1 。 其他因素的考虑。比如b i l l i n g t o n 等将超出时削以及不足时间的因素考虑进资 源约束条件中【2 5 1 。 i i 分销环节， v e i n o t t 研究了一个单品种的由一个分销中心和多个客户构成的供应链系统中 的多库存设施的协调问题1 2 6 1 。其他类似的工作还有k a l y m o nf 2 7 i ，s c h w a r z1 2 8 1 ， w i l l i a m s 2 9 1 ，r o u n d y1 3 0 1 ，m a x w e l l 和m u c k s t a d t1 3 1 1 ，m c g a v i n 等p 2 1 ，l u 和p o s n e r 1 3 3 1 等等。 m u c k s t a t t 和r o u n d y ，a t k i n s 和l y o g u n ，l y o g u n 和a t k i n s 等考虑了将上述模型 扩展到多品种时的情况1 3 4 1 1 3 5 1 1 3 6 1 。 另外很多文献考虑了其他的因素，比如考虑物流因素( a n i l y 和f e d e r g r u e n 1 3 7 1 ， h o d d e r 和j u c k e r p s l ，b u r n s 等f 3 钟，c o h e n 和l e e 4 叫，c o h e n 和p y k e l 4 1 1 1 客户满足 率优化( b a d i n e l l i 等【4 2 1 ) ；价格折扣( a u l l h y d e i 钉1 ，b e n t o n 和r u b i n1 9 9 3 1 4 4 1 ) ；供应商 管理库存( c o h e n 和e r n s t 4 5 1 ) ；缺货影响( n a h m i a s 和s m i t h1 4 6 1 ) 等等。 i i i 供应链综合模型 1 9 8 1 年，w i l l i a m s 建立了一个综合了生产和分销系统的供应链模型，提出7 种启发式优化方法，从库存费用最小化的角度同时得出了生产批量和分销批量的满 华中科技大学博士学位论文 意解驯。1 9 8 3 年作者又用动态优化方法找到了最优解【4 7 i 。 l s i l l i 对一个拉动式( p u l l ) 生产分销供应链提山了同时确定最优订货点和订货周 期的方法1 4 引。 c o h e n 和l e e 运用e o q 方法通过对一个包含供应商、生产厂、分销中心的供 应链系统建立混合整数非线性规划模型，在管理约束( 包括资源约束和生产约束) 和逻辑一致性约束( 包括可行性约束、需求约束、变量非负约束等) 下，得出了使 供应链系统税后利润最大化的对应于原料、在制品、产成品的最优运输批量、生产 批量和分销批量【4 。 c o h e n 和m o o n 在上述研究基础上，构造了著名的p i l o t 供应链模型。p i l o t 模型鉴于成本( 包括生产和运输成本) 最小化，考虑了供应、生产、配送、产成品 需求和原材料需求等各个方面的约束，并提供以下决策：生产厂和分销中心的选址： 供应商和生产厂之问的原材料订货批量；生产厂的生产批量；从各生产厂到分销中 心直到客户之间的运输批量等等1 5 0 1 。 a m t z e n 等1 9 9 5 年建立的全局供应链管理模型g s c m 是到目f i 为止最全面的混 合整数规划( m 1 p ) 模型。考虑了多品种、多级问题，包括供应、生产、客户需求， 以及人力资源、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l s i l 。 综合来看。确定性供应链模型的研究经过几代研究者的努力，已经r 臻完善并 被应 1 1 在了国民经济中的各个方面。发挥了巨大的作用。但不可否认的是，由于实 际需求往往存在很大的随机动态性，确定性模型只能看做是对实际系统的一种近 似。所以尽管确定性模型可以理论上可以获得很精确的优化结果，但往往实用性不 高。 2 ) 随机模型 如果供应链模型中的某些参数是随机变量( 主要是外部需求) ，则变为随机模 型。由于随机模型研究的困难性，目前为止，这方面的研究仍然主要集中在库存坍 调领域，同时也没有出现生产和分销环节的综合模型。 c l a r k 和s c a r f 在1 9 6 0 年最早研究了随机性多级供应链问题。他们证明在多周 期的单品利一串行供应链系统中，各库存点在每个周期分另u 存在最优的定期补充到s 的库存策略，所有策略组合将使系统达到最优l 5 2 1 。z i p k i n 和f e d e r e g u n 将此模型扩 展到无限周期情况，证明各库存点存在最优的单一临界点的s 策略【 】。 华中科技大学博士学位论文 对于组装系统，r o s l i n g1 5 4 1 , l a n g e n h o f f 1 1z i j ml s s 】都证明无能力约束的串行系 统与组装系统是等价的。 对于树形系统，目前一般要对某一级向它对应的不同下级点的分配规则做比较 强的限定。e p p e n 和s c h r a g e 研究了一个二级的树形系统，提h 了等比例分配规则 下的最优库存策略f 5 6 1 。v e r r i j d t 和d ek o k 将此分配规则的限定放松为分配平衡规 则【5 7 1 。 对于多于二级的一般树形系统，1 9 9 9 年d i k s 和d ok o k 等在一类较通用的线性 分配规则下，证明系统存在一个最优的s 策略组合，并给出了一种启发式解法1 5 8 j 。 更一般的网状系统中的最优库存控制策略目前在理论上还没有得到。 另外上述研究仅仅考虑了定期补充的s 策略，对于更加一般的库存补充策略来 讲，即使是串行系统，最优解的获得也是相当困难的，所以有很多学者针对不同的 模型情况研究比较好的数值解法。f u d e n g r u e n 和z i p k i n 给出了外部需求服从币态 分布时的串行系统的近似解法【5 3 1 。v o nh o u t u m 和z i j m 将外部需求的分布扩展为 混合爱尔兰分布，提出了精确的数值解法。同时也给出了种快速的近似算法i s g | 。 对于有能力约束的供应链问题，目前研究得很少。f u d e n g r u e n 和z i p k i n 曾证明 对于考虑能力约束的单级系统。存在一个最优的s 库存策略唧i 。但是s p e c k 和v a n d e rw a l 指出这种结果并不能推广到多级情况下，尽管s 库存策略与最优的策略很 接近川。 3 ) 集中控制模式的缺陷 原则上讲，集中控制模式可以实现供应链的最优运作，但是它有很多弊端： i 集中优化模型的良好运作必须具备两个基本条件：一是要能够准确快速地得 到供应链各个组成部分的信息，二是要能够及时地将控制命令传达给供应链各个组 成部分。实际上当供应链系统非常庞大和复杂时，这种信息量是相当大的，信息的 传输延迟和损耗问题实际上使得集中优化的效果大打折扣。 i i 忽略了成员的自治性要求。多数供应链系统往往外部供应链，是一种企业联 盟。成员之间的关系已经超越了传统组织的边界。在这样一个供应链系统中，并不 存在巾央权威机构，每个成员都足独立的利益主体，有自己既定的利益目标，供应 链整体优化的目标并不是各个成员首要考虑的，所以集中优化方式并不适用。 8 华中科技大学博士学位论文 2 协调型t j i 心链模型 峪】j 集i 一控制模式的问题，近年_ ) i 乏r i ：多学者) l ：始将注意力放在研究如何在内部 供应链i l 实现分敞化( d e c e n t r a l i z e d ) 运作的方法，也就足协调型( c o o r d i n a t i o n ) o e 应链 控制模式的 j f 究。对- j ：协调型供应链来讲，所有的成员属于同一企业内部，本质上 没仃利益冲突，文献i ，提剑的具体运作摸式叮以分为二种【“1 ：团队模式和责任制模 ，。l m 者足以一个协调彳f 序的【圳队进行工作，各供应链成员将供应链系统的目标作 为j 同的j j ：动l j 标，他们按照一定的决策规则j l ：依据本地的信息进行决策，这种团 队模式属f 分巾式问题求解的范畴。责任制足一种分权的事业部方式，每个供应链 成员作为一个事业部，为一定的业绩目标丽运作，这种业绩目标可以是成本、收入、 利润、投资回报率或其他专门i 殳计的评价和考核指标1 6 3 i 。 l e e 捉山l i p 供应链模型，山原材料供应、生产控制、产成6 仓库控制、分销 4 个予模型构成，每个模型先独立地依据自身成本最小化进行决策，然后通过一个 近似的结果综合过程得山供应链整体的运作汁划1 3 i 。h p 模型可以看作是一种供应 链甾1 队模式。 l e e 和w h a n g 提出一个成员业绩评价方案，考虑将转移价格、委托费用、5 f l ：j h 积压惩罚项、缺货补偿项等组合彤成成员的目标函数。并证明此方案是全局优化协 调的，这种协调机制的特点是成员的决策在一定程度上仅仅依靠本地信息，不需用 到他成员的库存信息i “i 。 c h e n 对一个串行供应链系统，分别提出了采取团队运作模式和成本中心模式 时系统的小调机制，b l ! , j j 者i i j - 以实现供应链整体的优化【6 5 i 。 3 合作型供应链模型 多数供应链是所旧的合作型( c o o p e r a t i o n ) 0 t , 应键，合作型供应链是一种本质上 分和的系统，供应链成员是独立的利益主体，他们之间是一种平等关系。这些成员 企业的决策者都同意通过信息共享和策略联盟合同来使供应链达到动态优化的共 旧标。所以合作型供应链管理中最主要的问题是如何建立供应链成员之间最优的 利益激励机制或契约，这些机制就是一些通过淡判双方( 多方) 同意的法则，它们体 现丁在某- u , j 段内各成员认可的离线优化及预测目标，在实现供应链整体优化的同 时满足各个成员的利益要求1 i 。 文i l l , q , 的供应链m 调机制研究主要集【i ，在分析供应商和购货商( 可以是零售商 或批发商) 二级之m 的买实叭凋关系一i 二，一般也可以分为确定模型和随机模型二 华中科技大学博士学位论文 类。实际上这方面大量的相关研究都可以划为微观经济分析的范畴。 1 ) 确定模型 山于以确定性需求为主要假设( 时变或时不变) ，所以成员的订货策略决策主 要基于e o q 订货模型。批量价格折扣是确定性需求下的合作型供应链系统中最常 见的协调$ j 1 $ 1 1 。供应商采用价格批量折扣，可以使得购货商有动机地采取较大的订 货批量，从而减少了年订货次数，降低了年订货成本，导致销售价格的降低。另外 购货商的大批量订货，也使得上游的生产批量加大，降低了生产的成本，提高了生 产效率。 g o y a l1 9 7 7 年首次提出供应商和购货商的库存订货策略联合优化的协调思路 1 6 ”，目标是使得供应商和购货商的总运作成本联合最小化，这种思路实际上就是集 中控制模型的结果，但随后引发了相关的机制研究。 m o n a h a n 研究了“批对批”系统中。从供应商的角度 ；发，最优的价格折扣的 问题【6 7 i 。l e e 和r o s e n b l a t t 将系统推广到非“批对批”情况下f 甜i 。 如果考虑购货商的利益，c r o w t h e r 将折扣机制下购货商的收益与原来没有折扣 前采取e o q 订货策略时的收益进行了比较1 6 。d a d a 和s r i k a n t h 分别分析了使供应 商满意的价格折扣和使购货商满意的价格折扣，并将二者进行了比较，得出一种供 应商和购货商按照一定比例分成的价格折扣设计方案f 7 。 供应商采取价格折扣时。实际上会使得购货商的采购价格降低，从而可能导致 最终的销售价格的降低，这又可能反过来促进销售的增加。1 9 9 4 年a r d a l a n 假定 市场需求率是市场价格的一般函数，在供应商提供价格折扣时，零售商也采用价格 折扣来促进销售，作者从零售商的角度分析了最优的定价和订货批量【7 ”。a b a d 在 此基础上，分析了一个供应商和多个零售商之间的协调机制问题给出了基于利益 分担的机制和类似传统批量折扣的二种机制1 7 ”。 另外e r n s t 和p o w e | l 还提出了基于客户服务水平的机 | j 1 3 【7 3 i 。供应商为了实现其 产品的高服务水平，给予购货商一个与最终客户服务水平挂钩的补偿。作者用主从 对策研究了当需求随最终客户服务水平变化时的最优返利形式。 总的来看，确定需求下的合作和协调机制问题得到了广泛而深入的讨论和研 究，但仍然存在以下几个问题：局限于二级系统，即针对供应商购货商之间的 协调关系分析。多于二级的系统还没有见到；多数以信息对称为基本假设，没有考 虑系统中可能存在的信息不对称情况。实际上忽略了信息获取和处理的成本。 1 0 华中科技大学博士学位论文 2 ) 随机模型 x , t - ：随机系统，早期研究往往是不同程度的分析和仿真研究。微观经济学领域 很早就对供应商购货商之间的契约关系进行了深入的分析，主要的方向包括针 对供应的质量、数量、供货时问以及多种市场影响因素等等方匣达成的契约分析。 比如近年柬的弹性供货契约研究【l i 和k o u v e l i s 4 1 ，t s a yt t s l ) ，供应商和购货商( 零 售商) 之1 1 ；i j 签订的合同中没有具体规定产品的供应数量，丽是根据将来的情况可以 上下浮动，价格也可以是弹性的。弹性契约的作用在于可以降低产品供应中的风险。 这些微观经济学方面的契约研究主要是对一般市场环境下的供应商购货商关 系的分析。没有涉及到提高系统整体利益的合作问题。 对于随机供应链合作机制的规范化研究直到最近二到三年才真正开始，c a c h o n 等的研究是一个丌创性的工作，他们分析了一个简单的信息完全共享条件下的串行 二级供应链，证明成员在完全自治条件下制定库存补充策略时。系统存在唯一的不 合作n a s h 均衡点，通过和对应的集中控制模式下获得的最优策略进行比较，提出 了一种线性契约，使得系统从竞争的n a s h 均衡点移到系统最优点1 7 6 i 。 3 ) 合作型供应链中的信息不对称问题 在合作型供应链系统中，往往存在信息不对称的情况，比如需求情况、成员内 部特性、成员的行动等等信息都可能是某个成员私有的，供应链中的协调必须考虑 这些信息不对称情况。另外在协调型供应链系统中也存在类似的问题。 对于供应链最末端的需求，实际上只有直接面对客户的各个购货商( 零售商) 掌握得最准确。如果需求是随机的，主要的信息就是需求的均值和方差信息，如果 上游成员没有获得这些信息则只能能够根据他的直接下游成员订货的历史数据来 估计。l e e 等证明这种情况会导致供应链需求信息的逐级放大，这就是著名的牛鞭 效应( b u l l w h i pe f f e c t ) t 7 7 】。 对于供应链其他信息不对称情况，目前的研究还很少见。2 0 0 0 年c o r b e t t 和 g r o o t e 的研究是一个突破。他们分析了在由一个供应商和一个购货商组成的确定性 需求的“批对批”( 1 0 t - f o r - l o t ) 系统中，当购货商成员的存贮费为私有信息时，从供 应商的角度出发的最优批量价格折扣的问题p 踟。 总的来看，合作型供应链中各成员之问的合作激励机制是一个主要的问题，博 弈论和机制设计理论提供了一般的解决思路。目前的供应链机制研究仍然主要集中 华中科技大学博士学位论文 在简单的二级系统以及确定需求下的机制问题，对随机需求和信息不对称情况下的 机制研究近年来才刚刚起步，实际上后二方面的问题在供应链中无处不在，所以怎 样结合实际中的各种情况设计合适的机制是一个匝待深入研究的方向。 1 3 2 博弈论与机制设计理论的进展 一般认为，博