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摘要 基于模糊规划的供应链系统建模及算法研究 摘要 供应链建模是加强供应链运作、提高供应链整体性能的有效工具，为了充分发挥建模的作用，在建模 过程中考虑供应链系统中的各种不确定因素尤为重要。概率论与模糊理论是分析不确定性的理论依据，基 于随机规划的供应链系统建模已经成为当前的研究热点，但基于模糊规划的供应链系统建模才刚刚起步。 模糊理论由于其方便简捷、易于理解的特点，作为一种实用的分析工具，在实际生活中越来越为人采纳。 因此，基于模糊规划的供应链系统建模研究，不仅具有理论价值，而且具有实践意义。 本文以基于模糊规划的供应链系统建模为研究对象，根据决策范围及决策时间的角度，将相关的供应 链系统决策分为战略、战术和作业三个层面，从这三个层面出发，介绍了国内外的相关文献综述，并分析 了模糊理论应用于供应链系统建模的国内外研究现状，对相应的供应链系统建模进行了研究。本文的框架 安排如下： 第一章为绪论，在绪论中从战略、战术和作业三个层面出发，归纳了供应链系统建模的相关研究，以 及基于模糊规划的供应链系统建模的国内外研究现状。 第二章为相关预备知识，分别介绍了模糊理论的相关知识与相关算法的原理及方法。首先介绍了模糊 理论的起源与应用，本文可能应用的模糊理论的相关定义与性质。其后，对遗传算法、模拟退火算法和模 糊模拟技术的原理及实现技术进行了介绍。 第三章为战略层上的供应链系统建模，主要讨论了供应商选择问题。建立了一个考虑缺货成本、包含 模糊需求、模糊机会约束的多产品多目标供应商选择模型，考虑成本预算、供应商的售后服务水平、评价 等级、配额柔性等多项约束，根据决策者对各目标的偏好分配权重，综合权衡采购成本、固定成本、缺货 成本等各类成本、产品合格率、产品延迟交货比例等多项目标，实现决策者的满意度最大化。通过模型转 换，并利用遗传算法结合模糊模拟技术求解。 第四章为战术层上的供应链系统建模，重点讨论了模糊需求下的供应链产供销问题、模糊需求下的退 货政策以及模糊需求与不对称信息条件下的退货政策等问题。 针对模糊需求下的供应链产供销问题，建立了一个模糊需求下的供应链产供销集成模型，并将模型划 分为二层规划模型，其中上层规划为模糊规划，下层规划为包含上层传递参数的确定型规划，设计了混合 智能算法求解。 针对模糊需求下的退货政策以及模糊需求、不对称信息条件下的退货政策问题，建立了一个模糊需求 下的两级供应链模型，对模糊需求下如何制定协调系统的退货政策进行了探讨。并进一步研究了当零售商 的零售价为私有信息时，为协调不对称信息条件下的供应链系统，制造商应该采取的最优退货政策。 第五章为作业层上的供戍链系统建模，重点讨论了价格敏感的模糊需求下的定价订货问题、运输网络 问题、车辆调度问题，分别建立了相应的模型，并利用算法求解。 针对价格敏感的模糊需求下的定价订货问题，建立了相关模型，应用模糊数排序方法，求出相应的最 优定价订货决策，并得到模型存在最优解的充分必要条件。 针对决策者的不同隶属偏好下的运输网络问题，建立了相关模型及算法，研究在成本具有模糊性的情 况下，求出决策者不同隶属偏好下的最优解。 针对需求及成本具有模糊性的车辆调度问题，建立了相关模型及算法，研究在需求及成本参数具有模 糊性的情况下使总成本最低的最优解。 第六章对全文进行总结，并对将来研究进行了展望。 关键词：供应链系统建模；模糊规划；模糊模拟；遗传算法；战略层；战术层；作业层 东南人学博士学位论文 r e s e a r c ho nf u z z yp r o g r a m m i n gb a s e ds u p p l y c h a i nm o d e l i n ga n da l r o r i t h m s c l l a i nm o d e l i n ga na l r o r i t h m s a b s t r a c t s u p p l yc h a i nm o d e l i n gi sa ne f f e c t i v et o o lt os t r e n g t h e nt h eo p e r a t i o no f t h es u p p l yc h a i n ，a n dt oi m p r o v et h e o v e r a l lp e r f o r m a n c eo ft h es u p p l yc h a i n i no r d e rt of u l l yp l a yt h er o l eo f m o d e l i n g ，i ti si m p o r t a n tt oc o n s i d e ra l l k i n d so f u n c e r t a i nf a c t o r si nt h ep r o c e s so f m o d e l i n g p r o b a b i l i t yt h e o r ya n df u z z yt h e o r ya r et h e o r e t i c a lb a s i so f u n c e r t a i na n a l y s i s r e s e a r c ho ns t o c h a s t i cp r o g r a m m i n gb a s e ds u p p l yc h a i nm o d e l i n gh a sb e e nas u b j e c tw h i c h h a sa t t r a c t e dc o n s i d e r a b l ea t t e n t i o n ，b u tr e s e a r c ho nf u z z yp r o g r a m m i n gb a s e ds u p p l yc h a i nm o d e l i n gi sj u s tt h e b e g i n n i n g f u z z yt h e o r y , d u et oi t sc h a r a c t e r i s t i c so f b e i n gc o n v e n i e n ta n de a s yt ou n d e r s t a n d , h a sb e e nw i d e l y a d o p t e da sau s e f u la n a l y t i c a lt o o lb yp e o p l e t h e r e f o r e , r e s e a r c ho nf u z z yp r o g r a m m i n gb a s e ds u p p l yc h a i n m o d e l i n gh a sb o t l li t st h e o r e t i c a lv a l u ea n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e f u z z yp r o g r a m m i n gb a s e ds u p p l yc h a i nm o d e l i n gi ss t u d i e di nt h i sd i s s e r t a t i o n a c c o r d i n gt ot h es c o p ea n d t h et i m eo f d e c i s i o n ，t h er e l a t i v es u p p l yc h a i ns t r a t e g i e sc o u l db ec l a s s i f i e di n t ot h es t r a t e g i e si nt h r e el e v e l s ： s t r a t e g i cl e v e l ，t a c t i c a ll e v e l ，a n do p e r a t i o n a ll e v e la c c o r d i n gt ot h e s et h r e el e v e l s ，t h er e l a t i v es u p p l yc h a i l l m o d e l i n gr e s e a r c h e sa n dt h ec u r r e n ts t u d i e so ft h ea p p l i c a t i o n so ft h ef u z z yt h e o r i e st os u p p l yc h a i nm o d e l i n ga r c i n t r o d u c e d t h ef r a m e w o r ko ft h i sd i s s e r t a t i o ni sa r r a n g e da sf o l l o w s ： c h a p t e rii sa l li n t r o d u c t i o n a c c o r d i n gt os t r a t e g i cl e v e l ，t a c t i c a ll e v e l ，a n do p e r a t i o n a ll e v e l ，r e l a t i v es t u d i e s o ns u p p l yc h a i nm o d e l i n g ，t o g e t h e rw i t ht h es t u d i e so nf u z z yp r o g r a m m i n gb a s e ds u p p l yc h a i nm o d e l i n ga r o u n d t h ew o r l d , a r ei n t r o d u c e d c h a p t e r2i n t r o d u c e sp r e l i m i n a r yk n o w l e d g e , w h i c hi n c l u d e sr e l a t i v ek n o w l e d g eo ff u z z yt h e o r yt o g e t h e r 谢t l lp r i n c i p l e sa n dm e t h o d o l o g i e so f a l g o r i t h m s f i r s t l yt h eo r i g i na n dt h ea p p l i c a t i o n so ft h ef u z z yt h e o r ya r o i n t r o d u c e d , t o g e t h e rw i m t h ed e f i n i t i o n sa n dt h ep r o p e r t i e so ff u z z yt h e o r yw h i c ha r el i k e l yt ob ea p p l i e di nt h e d i s s e r t a t i o n s u b s e q u e n t l y , t h ep r i n c i p l e sa n di m p l e m e n t i n gt e c h n o l o g yo fg e n e t i ca l g o r i t h m ，s i m u l a t e da n n e a l i n g a l g o r i t h m ，a n df u z z ys i m u l a t i o nt e c h n o l o g ya r ei n t r o d u c e d c h a p t e r3i n t r o d u c e ss u p p l yc h a i nm o d e l i n gi ns t r a t e g i cl e v e l ，a n dv e n d o rs e l e c t i o ni sm a i n l y d i s c u s s e d a m u l t i - p r o d u c t ，m u l t i - o b j e c t i v ev e n d o rs e l e c t i o nm o d e lw h i c hi n c o r p o r a t ef u z z yd e m a n d ，s h o r t a g ec o s ta n df u z z y c h a n c ec o n s t r a i n t s ，i sb u i l t c o n s t r a i n t ss u c ha sc o s tb u d g e t ，s e r v i c el e v e l ，e v a l u a t i o nl e v e l ，f l e x i b l eq u o t ae t ca c o n s i d e r e d ，a n do b j e c t i v e si n c l u d ec o s tm i n i m i z a t i o n ，t o t a l 喇e c t e di t e m sm i n i m i z a t i o n ，l a t ed e l i v e r e di t e m se t c d i f f e r e n tw e i g h ti sa s s i g n e dt oe a c ho b j e c t i v ef u n c t i o na c c o r d i n gt ot h ed e c i s i o n m a k e r sp r e f e r e n c e ，a n dt h e m o d e li sc o n v e r t e di n t oa - , i n g l e - o b j e c t i v eh y b r i di n t e g e rp r o g r a m m i n g ag e n e t i ca l g o r i t h mc o m b i n e dw i t hf u z z y s i m u l a t i o nt e c h n o l o g yi sd e v e l o p e dt of i n dt h eo p t i m a ls o l u t i o n s c h a p t e r4i n t r o d u c e ss u p p l yc h a i nm o d e l i n gi nt a c t i c a ll e v e l a n ds o m ep r o b l e m sa r ed i s c u s s e d ：p r o c u r e m e n t , p r o d u c t i o na n dd i s t r i b u t i o ns t r a t e g i e sf o rs u p p l yc h a i nw i t hf u z z yd e m a n d , r e t u r np o l i c yu n d e rf u z z yd e m a n d ， r e t u r np o l i c yu n d e rf u z z yd e m a n d 、矶t ha s y m m e t r i ci n f o r m a t i o n t os o l v et h es u p p l yc h a i np r o c u r e m e n t ，p r o d u c t i o na n dd i s t r i b u t i o np r o b l e m s ，a l li n t e g r a t e ds u p p l yc h a i n m o d e l 、) l ，i t l lf u z z yd e m a n di sb u i l t t h em o d e li st h e nc o n v e r t e di n t oab i l e v e lp r o g r a m m i n gm o d e l ，i nw h i c ht h e u p p e rl e v e lp r o g r a m m i n gi sa nu n c e r t a i np r o g r a m m i n gw i t hf u z z yd e m a n d , a n dt h el o w e rl e v e lp r o g r a m m i n gi sa c e r t a i np r o g r a m m i n g 、加t l lt h es p e c i f i e dp a r a m e t e r st r a n s f e r r e df r o mt h eu p p e rl e v e l ah y b r i di n t e l l i g e n ta l g o r i t h m i sp r o p o s e dt of i n dt h eo p t i m a ld e c i s i o n s a b s t r a c t t os o l v er e t u r np o l i c yu n d e rf u z z yd e m a n d , r e t u r np o l i c yu n d e rf u z z yd e m a n dw i ma s y m m e t r i ci n f o r m a t i o n , at w o - e c h e l o nm o d e lw i t l lf u z z yd e m a n di sb u i l t f i r s t l yt h er e n a np o l i c yt oc o o r d i n a t et h ec h a n n e l 、j l ，i t hf u z z y d e m a n dw i t hs y m m e t r i ci n f o r m a t i o ni sa n a l y z e d t h e n , b ya s s u m i n gt h er e t a i l e rh a sh i sp r i v a t er e t a i lp r i c e i n f o r m a t i o n , t h er e t u l t lp o l i c yf o rt h em a n u f a c t u r e rt oc o o r d i n a t et h ec h a n n e lw i t ha s y m m e t r i ci n f o r m a t i o ni s f u r t h e rs t u d i e d c h a p t e r5i n t r o d u c e ss u p p l yc h a i nm o d e l i n gi no p e r a t i o n a ll e v e l ，t h r e ep r o b l e m sa r ed i s c u s s e d ：p r i c i n ga n d o r d e r i n gd e c i s i o n su n d e rf u z z yp r i c e - d e p e n d e n td e m a n d ，t r a n s p o r tn e t w o r kp r o b l e m ，a n dv e h i c l es c h e d u l i n g m o d e l sa r cb u i l t ，a n da l g o r i t h m sa r ep u tf o r w a r d t os o l v et h ep r i c i n ga n do r d e r i n gp r o b l e m su n d e rf u z z yp r i c e - d e p e n d e n td e m a n d , am o d e li sp r o p o s e d , a n da m e t h o df o rr a n k i n gf u z z yn u m b e r si sa d o p t e dt of i n dt h eo p t i m a lp r i c i n ga n do r d e r i n gd e c i s i o n s a l s o ，t h e n e c e s s a r ya n ds u f f i c i e n tc o n d i t i o n sf o rt h eo p t i m a ls t r a t e g i e sa r ed e r i v e d t os o l v et h et r a n s p o r tn e t w o r kp r o b l e m sf o rd e c i s i o nm a k e r s 丽md i f f e r e n tp r e f e r e n c e s ，am o d e l ，t o g e t h e r w i t ha na l g o r i t h m ，i sb u i l tt os t u d yt h eo p t i m a ls o l u t i o n sf o rt h es u p p l yc h a i nw i t hf u z z yc o s tw h e nt h ed e c i s i o n m a k e r sh a v ed i f f e r e n tp r e f e r e n c e s t os o l v et h ev e h i c l es c h e d u l i n gp r o b l e m sw i t hf u z z yd e m a n da n df u z z yc o s t , am o d e l ，t o g e t h e rw i la n a l g o r i t h m ，i sb u i l tt os t u d yt h eo p t i m a ls o l u t i o n st om i n i m i z et h et o t a lc o s t c h a p t e r6g i v e sac o n c l u s i o na n dap r o s p e c tf o rt h ef u t u r e k e yw o r d s ：s u p p l yc h a i nm o d e l i n g ；f u z z yp r o g r a m m i n g ；f u z z ys i m u l a t i o n ；g e n e t i ca l g o r i t h m ；s t r a t e g i cl e v e l ； t a c t i c a ll e v e l ；o p e r a t i o n a ll e v e l 1 l i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，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，也不包含为获得东南大学或其它教育 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。 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学 位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外， 允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文 的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：导师签名：t 盗至日期：三! 12 ：罗y 1 1 研究背景及意义 第一章绪论 1 1 1 经济全球化及其影响 近二、三十年来，科学技术发展日新月异。科技的发展，推动了资本及产品在全球范围内流动，加强 了企业与企业间的合作。在世界范围内，各国的贸易、投资、金融、生产相互依赖、相互影响、相互融合， 促进了生产力的发展和国际间的分工合作，有利于资源及生产要素的全球优化配置。经济全球化成为世界 经济发展的重要趋势，给世界经济带来了巨大的推动力，同时也带来了诸多不确定因素的影响。 随着经济全球化的迅猛推进，企业所处的政治、经济、社会环境发生了显著的变化。企业面临着前所 未有的机遇及挑战： ( 1 ) 科技信息技术的高速发展 信息技术推动了经济的全球化进程，网络的出现使企业间的信息实时共享成为可能；高速发展的科技 技术如自动化技术、信息技术等加速了产品生产过程，提高了制造生产率，增强了产品功能：新能源技术 为现有能源提供替代性产品，为解决全球能源匮乏问题带来希望。这些高新技术为企业带来竞争优势，并 为企业之间的竞争合作提供帮助。 ( 2 ) 需求的复杂化、多样化和个性化 面对着产品丰富、流通灵活的市场，顾客需求不再趋于单一，而是日益复杂化、多样化和个性化。为 迎合多元化的顾客需求，企业只有不断创新。创新增添了企业的竞争优势，但也增加了成本，为企业产品 的市场前景带来了不确定因素。 ( 3 ) 竞争及合作的全球化 伴随着买方市场向卖方市场的转变，伴随着科技信息技术的发展，竞争日趋激烈，也日趋国际化。面 对着空前的竞争压力。为了降低成本、提高利益，企业间协同合作成为潮流，伴随着企业选择合作伙伴的 领域逐步扩大，企业间的合作从区域内发展成跨区域、跨国度等多种形态，合作态势在广度与强度上都达 到了空前的程度。 ( 4 ) 企业间的竞争转化为供应链之间的竞争 由于顾客需求的日趋复杂化、多样化和个性化，市场环境的不确定性，竞争的日趋全球化和一体化， 企业面临空前的竞争压力。为了降低产品成本、满足客户需求，保持竞争优势，以应对全球化的机遇及挑 战，孤军作战已经不合适宜，企业之间的竞争逐渐演变为供应链之间的竞争。企业不再只是单一个体，而 是作为一个复杂的供应链系统中的成员之一，通过与供应链系统中其他成员的协同与合作，来共同面对迅 速发展的信息技术环境和日益剧烈的市场竞争。 随着科学技术和经济全球化的发展，供应链的重要性日益凸显。立足于整个供应链的角度进行战略战 术考虑，对供应链流程及资源配置进行优化；建立“竞争合作一协调”机制，促使供应链企业成员通过协 同与合作的方式，将企业内部、企业与企业之间的物流、信息流、资金流有效地整合起来；注重提高个体 企业成员在日常业务中对多变环境的应变适应能力，对实现低成本、高质量、优质服务、快速响应的目标， 以及强化供应链的竞争实力具有积极的意义。 1 1 2 供应链的定义及特征 关于供应链的定义，有多种不同的表述方式。中国2 0 0 1 年发布的物流术语国家标准中对供应链的 定义为：供应链( s u p p l yc h a i n ) 是生产及流通过程中，涉及将产品或服务提供给最终用户活动的上游与下游 企业，所形成的网链结构。美国a p i c s 字典中关于供应链的定义为：( 1 ) 链接供应商、用户、企业，从初 始原材料到最终产品消费的过程。( 2 ) 企业内外使价值链能够为客户生产产品并提供服务的功能。美国 供应链协会将供应链定义为：涉及到从供应商的供应商到客户的客户中，生产交付最终产品或服务的一切 努力。 1 东南人学博十学位论文 尽管表述不尽相同，但是关丁供应链的内容和实质在总体上都是一致，即供应链是由产品生产与流通 过程中所涉及的供应商、制造商、分销商、零售商等多个彼此独立的企业，以及最终消费者，通过信息流、 物流、资金流相互影响相互作用组成的网络模式【1 。7 1 。供应链既是一个社会再生产的过程，又是一个社会再 流通的过程。 不断变化的内外环境影响着供应链的运作过程，使供应链系统呈现出如下特征： ( 1 ) 不确定性 供应链系统是由诸多要素构成的复杂系统，系统中的任一流程都存在着大量的不确定因素，如供应的 不确定性、生产的不确定性、需求的不确定性、运输的不确定性等等；系统中任一成员都可能是系统的可 变源，如供应商的不同供应方式、供货及时率、产品合格率，生产商的机器故障率、产品合格率，销售商 的可用库存量、客户的需求变动等等。图1 1 描述了一个简单供应链系统中可能存在的多种不确定因素。 ( 2 ) 复杂性 供应链是由核心企业及与其相关的供应商、制造商、分销商、零售商以及最终用户，跨越企业内、企 业间多个职能部门活动，通过信息流、物流、资金流相互影响、相互作用组成的复杂系统【7 】。系统过程涵 盖了从订单的发送、原材料的获得、产品的制造到产品分配发放给销售商及最终用户的整个过程，涉及到 供应商、制造商、分销商、零售商等多个成员的经营活动；各成员身兼供应商与客户双重身份，由于企业 成员的经营独立性和个体利益最大化驱动，成员的个体目标可能相互冲突；由于系统涉及成员多，涵盖过 程广，系统的结构呈现多层次、多阶段、多周期、时变性等特征。供应链的这些特点导致了系统的复杂性。 ( 3 ) 动态性 供应链系统处在一个不断变化的环境中。供应系统中存在的各要素，上至从上游供应商的生产要素价 格，下至下游客户的需求、消费者偏好等，都处在不断变化的状态。在激烈的竞争环境中，为适应动态的 客户需求，企业需要通过不断创新产品、改良经营过程、增强协同能力等来提高生存能力，企业处于动态 的重构过程。网链中成员内、成员间的各项业务流程，以及网链上流动的物流、资金流、信息流，都呈现 出动态特征。 ( 4 ) 需求导向性 供应链运作以需求为导向。需求是驱动供应链各成员协同合作的动力，也是供应链上物流、资金流、 信息流流动的驱动源。 供应链处于动态发展的环境之中，环境的变化影响着供应链系统的稳定性及运行效率。但与此同时， 不断变化的环境又为供应链系统中的全体成员提供了机遇与挑战。动态的环境促使供应链内各成员加强合 作与交流，各成员不再独自承担风险，而是通过风险共担、利益共享的方式，加强与其他成员的合作，增 强自己的竞争能力，以实现帕累托优化，即获得不低于以前水平的利润。 供应链内各成员利用本身优势资源，努力提高自己的核心力量，同时与其他成员建立资源共享、优势 互补的战略合作关系，以顾客需求为导向，快速响应市场。链内成员利益相关、分工明确、业务密切相连， 通过信息共享、资金和物质等各方面的协调与合作，优化配置企业内外资源，降低成本，使供应链整体绩 效得到优化与提高。成功的供应链系统具备如下一些典型特征： ( 1 ) 系统性。即将整个供应链系统视为一个有机联系的整体，供应链内各成员是彼此合作的相关体， 而非独立存在。 ( 2 ) 信息共享。成员之间共享信息，充分利用供应链整体资源。 “ ( 3 ) 共同目标。系统目标为供应链内各成员为之努力的共同目标。 ( 4 ) 协调性。由于供应链系统的复杂性及成员的多样性，导致了个体目标与系统总体目标之间的矛 盾，成功的供应链系统可以通过对供应链间的物流、信息流、资金流的计划、协调与控制，借助合理有效 的契约方式，促使各成员之间进行资源和信息共享，实现优势互补，基于共同目标组成一个“虚拟组织”， 为优化组织整体绩效而协调运作。 1 1 3 供应链系统中的不确定性 由于供应链是一个跨组织、跨行业、跨空间的复杂系统，并处于不断发展变化的动态环境中，供应链 中的每一个环节、每一个阶段都存在着不确定性。不确定性问题研究是供应链研究中最为重要、最具有挑 2 第一章绪论 战性的关键领域之一。 按不确定性的表现形式划分，供应链不确定性可以分为衔接不确定性与运作不确定性 8 1 。前者表现为 供应链各阶段之间的不良衔接性，后者表现为供应链各阶段内部控制机制的不良稳定性。按不确定性源划 分，供应链不确定性可分为供应不确定、需求不确定、生产过程不确定及市场要素不确定。供应的不确定 性来源于供应伙伴的交货及时率、产品合格率等。需求的不确定性来源于消费者消费偏好的变化、流行趋 势的变化、消费者要求的提前期缩短、周期性需求标准方差增大、信息不对称、产品价格波动等。生产过 程的不确定性来源于生产能力变化、生产设备的可靠性变动、订货提前期变化、补货期变化等。市场要素 的不确定性来源于汇率的波动、国家政策制度的变动、促销成本波动等等。 图1 1 是一个包含不确定性的供应链流程，如图所示，供应链的不确定性涉及到从上游供应商到下游 消费者各个环节。贯穿整个系统的供应链不确定性会影响管理控制供戍链的决策，如供应商选择、订货定 价决策、库存决策、运输决策等等，并给供应链系统的平稳运作带来风险。 图1 1 包含不确定性的供应链流程 1 1 4 供应链系统建模及其意义 随着供应链发展的全球化和复杂化，为控制系统中不确定性因素的影响、加强对供应链的管理，对 供应链系统进行建模，对系统中存在的不确定性进行分析研究，辅助决策者制定合适的决策，采取适宜的 管理方式，设计协调合作契约激励供应链企业成员建立长期的战略合作伙伴关系，建立完善的信息共享机 制，可以控制风险，降低不确定性对流程运作的影响，提高供应链系统的整体绩效。 供应链系统建模，是利用抽象的表示方法，建立“形式化”模型描述供应链系统中的复杂现象，利用 它们进行推理、分析和设计，获取对有关问题的满意解答，或者对现实供应链系统实施某种可能的改变， 为人们提供控制供应链系统的能力。供应链系统建模主要由两个不同步骤组成：其一是模型的建立和形式 化，通过对供应链系统或其子系统的识别，建立一种抽象的表示方法以获得对供应链活动的充分理解，产 生出一个对现实供应链系统或子系统进行抽象化描述的模型：其二是模型的分析、求解及验证，将对原始 问题的关注转移到对模型的研究上，对模型进行分析，对模型进行求解，通过将模型应用于算例以对模型 进行验证，对模型进行分析和维护，以便掌握如何按照人类的意志对现实供应链系统进行研究和控制。 供应链系统建模及优化的系统方法与手段是运筹学、统计学、模糊数学、控制理论及信息技术1 9 1 。利 用供应链系统建模技术，建立反映供应链运行状况及效率的模型，对供应链系统的研究、管理及控制有诸 3 东南人学博士学位论文 多益处： ( 1 ) 将错综复杂的供应链流程，通过形象的模型，以清晰易懂的方法表现出来，有助于人们从全局 或局部的角度分析与了解供应链。 ( 2 ) 通过对供应链总系统建模，可以从全局的角度考虑系统中的物流、信息流、资金流运作，为供 应链计划、生产、经营活动决策提供强有力的支持，有利于辅助决策者从系统的角度出发制定供应链系统 决策，并通过各类激励机制，协调供应链中各成员的冲突与矛盾，促进供应链成员间的紧密协作，使各环 节的运作符合系统的整体目标，以流程为基础，以供应链整体优化为核心，促进供应链的集成与协调，从 而提高供应链系统的整体性能 ( 3 ) 对供应链子系统建模，可以从微观的角度出发考虑子系统中企业成员的生产经营活动，辅助成 员在对供应链不确定性进行预测分析的基础上制定生产经营决策，提高成员的服务水平及市场反应能力， 降低企业经营成本、提高利润、提高运作效率。 ( 4 ) ) 通过供应链系统建模，对运作过程进行分析，总结研究历史数据，分析瓶颈流程，为流程改进、 提高流程运行效率提供辅助依据：结合模型分析与信息通讯技术，加强信息共享、技术合作与交流，优化 资源配置。为供应链流程优化提供支持。 ( 5 ) 为最新供应链管理理念的验证提供便捷经济的测试工具，是阐释和检验理论、发展决策支持系 统的有效工具。图1 2 描述了供应链系统建模与供应链管理的关系，供应链管理为供应链系统建模注入先 进的管理理念，供应链系统建模为供应链管理提供优良的分析工具，两者相辅相成，共同为供应链绩效提 高提供指导方针。 图1 2 供应链建模与供应链管理的关系 1 1 5 供应链模型的分类及求解算法 按区域不同划分，供应链模型可分为国家模型和国际( 全球) 模型【1 0 1 。顾名思义，国家供应链模型 中，涉及的供应商、制造商和销售商都集中在一个国家内；全球供应链模型则考虑了分布在多个国家和地 区的供应商、制造商和销售商。与国家模型相比，全球模型需要考虑更多的市场因素，如：关税、汇率、 贸易壁垒、汇兑成本、进出口退税等。 从建模方法的角度划分，供应链模型可以分为描述性模型和数学规划模型( 即优化模型) 。 按模型属性划分，供应链优化模型可分为确定性模型、随机模型、模糊模型、模糊随机模型等。 按分析和研究的方法划分，供应链优化模型可以分为排队论模型( q u e u i n gt h e o r e t i cm o d e l s ) 、对策论 模型( g a m et h e o r e t i cm o d e l s ) 、网络流模型( n e t w o r kf l o wm o d e l s ) 和策略评价模型( o p t i o nv a l u a t i o nm o d e l s ) 等【1 0 1 。 4 第一章绪论 从研究范围的宽度和决策影响的时间范围，供应链模型优化可以分为战略层模型、战术层模型和作业 层模型【1 。 供虑链模型的求解算法主要有两类，即模拟和优化n o l 。利用模拟方法可以对供应链模型进行模拟研究， 了解流程的运作状况，并对其进行必要调整；另一类是优化算法，其中进化算法( 包括遗传算法、进化策略 和进化规划等) 由于其独特的优点被人们广泛使用。 1 1 6 基于模糊规划的供应链系统建模及其意义 研究供应链系统中存在的不确定性因素，分析其对系统运作的影响，寻求合适的数学工具对其进行描 述，运用战略观点及战术工具制定策略，以降低不确定性的影响，并在决策过程中合理有效地处理各种不 确定信息，是供应链系统建模的成功要素，也是改善供应链系统性能的关键。 随机规划和模糊规划是处理不确定性优化问题的数学规划工具。在随机规划中，参数的不确定性用概 率论与统计学的语言来描述，其目标是在满足约束条件的基础上，在随机参数的所有可能取值范围内为目 标函数寻求一个最优解；在模糊规划中，参数的不确定性用模糊数学语言来描述，其目标是在满足约束条 件的基础上，在模糊参数的所有可能取值范围内为目标函数寻求一个最优解。针对供应链系统不确定性的 建模研究，主要可以分为基于随机规划的供应链系统建模及基于模糊规划的供应链系统建模两类。 已有的供应链系统建模的研究，大部分都是假设不确定性表现为随机性，即都是基于随机规划的供应 链系统建模研究，基于模糊规划的研究则相对薄弱，模糊规划在供应链不确定性研究上的优势没有得到充 分的体现。 然而，在供应链系统中存在的大量不确定性信息，除了表现为随机性，还可能表现为模糊性。例如： 许多信息，没有分明的数量界限，需要使用一些模糊的词句来形容，如服务评价、消费偏好等等；其次， 对于随机性信息的处理，需要大量的历史统计数据作为研究基础，才能得出其频率形式表现，而在实际生 活中，因缺乏足够的历史统计数据，往往难以求得相关的概率分布；再次，由于问题所处环境的不确定性、 人们对问题认知的局限性，一些含糊性信息只能依据主观判断、专家经验及个人偏好来估计。对上述几种 情况下的不确定性信息的描述与处理，基于模糊规划的供应链系统建模具有独特的优势g 不确定形式获取 方便( 不需大量历史数据) 、处理更为灵活( 无需知道具体分布) 、易于理解( 表现方式更直观) 等。 供应链系统中广泛存在模糊性信息，在供应链系统建模过程中，发现这些模糊性信息，将模糊数学应 用于运筹学的数学规划领域，并运用模糊数学的相关知识和理论对模型中的模糊信息进行描述与处理，形 成基于模糊规划的供应链系统建模。建立基于模糊规划的供应链模型，运用模糊理论处理供应链系统中存 在的大量不确定性现象，对不确定环境下的供应链进行研究分析，对于加强供应链系统对环境的适应能力、 提高供应链系统的竞争力、增强供应链系统的整体绩效，具有重要的现实意义。 1 1 7 建模步骤及求解方法 模糊建模是指从模糊信息的描述到建立一个适当的数学模型的过程【1 2 1 。基于模糊规划的供应链系统建 模应该考虑如下几方面因素： ( 1 ) 模型的研究对象：模型的研究对象可能是整个供应链系统，可能是供应链系统中的某个子系统， 也可能是供应链系统中的某个个体成员。 一( 2 ) 模型的时间跨度：模型待解决的问题可能是长期的决策问题，也可能是短期的决策问题。 一 ( 3 ) 模型中的不确定因素：材料需求、客户需求、生产成本、销售费用、供应商可靠性等诸多不确 定因素都可能影响到模型的决策。全球化供应链模型还可能涉及到汇率、关税等不确定因素的影响。 ( 4 ) 模型目标：模型目标可以是成本最小化，也可能是利润最大化，也可能是多个目标的结合。 ( 5 ) 模型约束：工厂的生产能力、供应商的供应能力、企业的库存水平、运输能力、成本约束、客 户对服务水平的要求、客户的满意程度约束等都可能成为模型的约束条件。 ( 6 ) 模璎求解方法：对模型选用适当的方法求解，可以达到事半功倍的效果。 根据文献【1 2 】，模糊供应链系统建模可以归纳为以下几个步骤： ( 1 ) 基于对目标供应链系统的理解，分析系统中的模糊信息及其表现形式。 ( 2 ) 采用适当方式，如隶属函数、可能性分布函数，以线性形式或非线性形式描述模糊信息，并在 5 东南人学博：t 学位论文 此过程中反映决策者的主观偏好。 ( 3 ) 采用适当的数学t 具，建立模糊供应链模型。 模糊优化是指模糊模型的求解过程【1 3 】。综合起来，供应链模糊模型求解主要有三种方式：( 1 ) 、将模糊 模型转化为清晰模型求解；( 2 ) 、直接求模糊解。即先求出模糊解，再对其做出具体分析；( 3 ) 、应用模糊神 经网络、优化算法、模糊模拟技术与优化算法结合的混合智能算法求解。 ( 1 ) 模糊模型转化为清晰模型的方法 根据已有文献的研究成果，在供应链模糊模型的求解过程中、将模糊模型转化为清晰模型有以下几种 常用的优化方法： ( 1 1 ) 容差法 容差法是最有影响、最具实用的对称方法之一。容差法的基本步骤是：定义目标的希望值和资源约