（轮机工程专业论文）造船供应链超网络优化问题研究.pdf

l 簟- p 奠l l t ：毋 1 ，知 一 t h es t u d yo no p t i m i z a t i o no f s h i p b u i l d i n gs u p p l yc h a i ns u p e r n e t w o r k d i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt o d a l i a nm a r i t i m eu n i v e r s i t y i np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f d o c t o ro fe n g i n e e r i n g b y z o u y u t a n g ( m a r i n ee n g i n e e r i n g ) d i s s e r t a t i o ns u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rr e ng u a n g n o v e m b e r2 0 1 0 l t 一 i r 产 和o ， 、 专t 、 咿 必 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成博士学位论文：造墅送廑壁超圆终位丝间星硒塞：。除论文中已经注 明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确 方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表或 未公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名：二童缈 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学 位论文的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到中国优秀博硕士 学位论文全文数据库( 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社) 、中国学位论 文全文数据库( 中国科学技术信息研究所) 等数据库中，并以电子出版物形式 出版发行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。 本学位论文属于： 保密口在年解密后适用本授权书。 不保密团( 请在以上方框内打“ ) 论文作者签名：匀妒o - 争导师签名： 多幻 。么。 日期：加，f 年月矽日 尸 t 、，、 - ， 0 p t ) p 、 | lp 、 一 创新点摘要 创新点摘要 1 构建了包括供应商、船厂和船东在内的三层造船供应链超网络模型，针 对以前文献只对这类模型进行定性分析的缺陷，利用超网络理论对其进行了定 量分析，得到了超网络模型的稳定性条件，数值模拟表明，该模型的平衡解是 可行的。 2 建立了包含原材料供应商、配套产品供应商、船厂和船东在内的电子商 务下的四层造船供应链超网络模型，扩广了以前文献只对简单的造船供应链进 行局部优化的不足，利用变分不等式方法研究了各层决策者的利润最大化，风险 最小化，得到了整个供应链的最优状态，用具体实例验证了该理论的合理性。 3 针对造船企业中造船过程的复杂性，依据船舶生命周期理论，探讨了在 现代造船模式发生转变的形势下，使用三维仿真决策系统优化船舶供应链中船 厂环节相关信息流的方法。 ，一 y f ， ， 一 p 、 f 0 中文摘要 摘要 科学的管理及合理的生产安排在船舶制造业中具有重要的意义，而供应链 在船舶业中的应用恰好是这一思想的体现。在本文中，主要研究的是简单造船 供应链和电子商务情况下造船供应链超网络模型的建立，各层决策者之间进行 产品交易的博弈问题，以及所涉及到的影响因素，通过一定的模型求解使各层 乃至整条所考虑的供应链达到最优平衡状态。 本文研究的主要内容如下： ( 1 ) 建立了一个简单的三层造船供应链超网络模型，包括供应商、船厂 和船东。这对于粗放型的造船模式管理具有积极意义，一方面使得造船环节结 合得更加紧密，另一方面突破以往的理论分析，用一定的数学方法定量分析了 造船供应链网络，有了具体可操控的数据支持，避免了原料的浪费或运送不及 时等问题，同时提升管理效率，为企业降低成本，增加利润。在信息化完备的 环境下，研究了造船企业实施供应链无缝化时，整个三级供应链各个决策者的 行为及最优化目标函数。 ( 2 ) 建立了一个四层的多标准决策的电子商务环境下的造船供应链超网络 模型，探讨了电子商务对造船环节的影响作用。电子商务已经成为当今市场环 节重要的交易途径之一，通过对电子商务的研究有助于造船供应链在日新月异 的市场竞争中占据一定的优势。该网络包含了原材料供应商、配套产品供应商、 船厂和船东。该网络不仅研究了各层决策者的利润最大化，还使得他们所面对 的风险最小。这些因素都比较接近实际。 ( 3 ) 最后研究了造船过程的优化问题。因为造船企业所处环节的特殊性、 复杂性及重要性，其在造船过程中所体现出来的信息优化及管理优化势必影响 到整个供应链的发展及生命周期的管理。 关键词：造船供应链；超网络：电子商务；造船过程优化 _ 英文摘要 a b s t r a c t s c i e n t i f i cm a n a g e m e n ta n dr e a s o n a b l ea r r a n g e m e n to fp r o d u c t i o ni ns h i p m a n u f a c t u r i n gi so fg r e a ts i g n i f i c a n c e ，w h i l es u p p l yc h a i na p p l i c a t i o n si nt h es h i p i n d u s t r yh a p p e n st ob eam a n i f e s t a t i o no ft h i si d e a i nt h i sa r t i c l e ，t h em a i nr e s e a r c h i st h ee s t a b l i s h m e n to ft h es h i p b u i l d i n gm o d e lu n d e ras i m p l ec a s eo fs u p p l yc h a i n s u p e m e t w o r ka n de c o m m e r c es u p p l yc h a i ns u p e r n e t w o r k ，a n dt h ep r o d u c tt r a d i n g g a m eb e t w e e nt h el a y e r so fd e c i s i o nm a k e r s ，a sw e l la st h ef a c t o r si m p a c t i n gt h e m o d e l s ，f i n a l l y , ac e r t a i nm o d e ls o l u t i o n sa r et a k e ni n t oa c c o u n ts ot h a tm a k i n gt h e e n t i r es u p p l yc h a i nt oa c h i e v eo p t i m a lb a l a n c e t h e m a i nc o n t e n t so ft h i sa r t i c l ea r e 鹤f o l l o w s ： ( 1 ) i nt h i sp a p e r , as i m p l es h i p b u i l d i n gs u p p l yc h a i ns u p e m e t w o r ke s t a b l i s h e d i sat h r e e - t i e rm o d e l ，i n c l u d i n gs u p p l i e r s ，s h i p y a r d sa n ds h i p o w n e r s t h i si so f p o s i t i v es i g n i f i c a n c ef o re x t e n s i v es h i p b u i l d i n gm a n a g e m e n t , o nt h eo n eh a n d ，i t m a k e ss h i p b u i l d i n gm o r e c l o s e l yl i n k e d ，o nt h e o t h e rh a n d ，i tu s e sc e r t a i n m a t h e m a t i c a lm e t h o d so fq u a n t i t a t i v e ，b r e a k i n gt h r o u g ht h et h e o r e t i c a la n a l y s i s ，t o a n a l y s i st h es h i p b u i l d i n gs u p p l yc h a i nn e t w o r k s ，r e d u c i n gc o s t sa n de n h a n c i n g m a n a g e m e n te f f i c i e n c y c o m p l e t ei nt h ei n f o r m a t i o ne n v i r o n m e n t , t h i sp a p e rs t u d i e s t h eb e h a v i o ra n do p t i m i z a t i o no ft h ee n t i r es u p p l yc h a i n ( 2 ) t h ea r t i c l ea l s oe s t a b l i s haf o u r - t i e rm u l t i - c r i t e r i as h i p b u i l d i n gs u p p l yc h a i n s u p e m e t w o r ku n d e re - c o r n n l e r c ee n v i r o n m e n t ，w h i c hi n c l u d e ss u p p l i e r so fr a w m a t e r i a l s ，a c c e s s o r ys u p p l i e r s ，s h i p y a r d sa n ds h i p o w n e r s e - c o m m e r c eh a sb e c o m e o n eo ft h em o s ti m p o r t a n tt r a d i n gm e t h o d so nm a r k e t ，s t u d y i n gt h ee - c o m m e r c ec a r l h e l p s h i p b u i l d i n gs u p p l yc h a i no c c u p yac e r t a i na d v a n t a g e si nt h ep r o c e s so f c h a n g i n gm a r k e tc o m p e t i t i o n t h en e t w o r k , u n d e re - c o m m e r c ee n v i r o n m e n t , n o t o n l ys t u d i e st h ep r o f i t sm a x i m i z a t i o no fl a y e r so fd e c i s i o nm a k e r s ，b u ta l s om a k e s t h er i s km i n i z a t i o n t h e s ef a c t o r sa r er e l a t i v e l yc l o s et ot h ep r a c t i c a l 英文摘要 ( 3 ) i nt h ee n d ，it a k ei n t oa c c o u n to ft h es h i p b u i d i n gp r o c e s so p t i m i z a t i o n t h e s h i p b u i l d i n ge n t e r p r i s e s a r es op a r t i c u l a ra n dc o m p l e xi nt h es h i p b u i l d i n gp r o c e s s t h a ti n f o r m a t i o no p t i m i z a t i o na n dm a n a g e m e n to p t i m i z a t i o nw i l lc e r t a i n l ya f f e c tt h e d e v e l o p m e n ta n dl i f ec y c l ea d m i n i s t r a t i o n k e yw o r d s ：s h i p b u i l d i n gs u p p l yc h a i n ；s u p e r n e t w o r k ；e c o m m e r c e ； s h i p b u i l d i n g - o p t i m i z a t i o n 奄 _-_ 目录 目录 第1 章绪论1 1 1 造船供应链的发展现状。l 1 2 本文研究的主要内容。8 第2 章预备知识1 1 2 1 问题发展与相关概念11 2 2 变分不等式与最优化问题的关系l3 2 3 投影动态系统15 2 4 算法17 2 4 1 投影算法18 2 4 2 修改后的投影算法1 9 2 4 3 投影动态系统算法1 9 2 4 4 网络优化算法2 0 第3 章基于变分不等式的造船供应链超网络优化2 3 3 1 造船供应链模型的构建2 3 3 2 供应链网络中各层决策者的行为及目标分析2 5 3 3 供应链网络平衡条件分析2 9 3 4 算法3 4 3 5 实例分析3 8 3 6 本章小结4 3 第4 章电子商务下造船供应链超网络优化4 5 4 1 建立模型与优化状态分析4 5 4 2 供应链网络平衡状态性质5 4 4 3 算法5 9 4 4 实例分析6 4 4 5 本章小结7 1 第5 章基于三维仿真决策系统的造船过程优化7 3 5 1 造船过程的研究意义7 3 5 2 造船过程的研究内容7 5 5 3 造船过程的研究方法7 9 5 4 快速建立造船过程的虚拟仿真环境8 2 目录 5 5 船体的快速建模8 9 5 6 造船过程信息优化与控制9 5 5 7 本章小结9 6 结 论9 9 本文主要研究成果9 9 待研究的问题1 0 0 参考文献1 0 1 攻读学位期间公开发表的论文1 0 9 攻读学位期间参与的项目及获奖情况1 1 0 致谢11l f 造船供应链超网络优化问题研究 第1 章绪论 1 1 造船供应链的发展现状 船舶工业是我国改革开放以来最早面向国际市场的出口创汇支柱产业之一。 我国要成为世界造船强国，不仅要拥有先进的造船技术，而且要运用现代管理理 念和方法提高造船企业的生产效率。目前，国际造船市场的竞争日益激烈，造船 企业之间的竞争转变为造船企业供应链之间的竞争，造船企业必须认识到供应链 的客观存在，不断优化供应链。对造船企业实施业务流程再造，使造船企业部门 之间、造船企业和造船供应链其他节点企业之间有效衔接，实现造船企业供应链 各节点企业作为一个整体参与全球竞纠。 造船供应链的概念最早出现在二十世纪8 0 年代，其定义并没有一定的标准， 张光明等【2 】认为造船供应链是以船厂为核心，从原材料采购开始，通过主机、辅机、 仪器仪表等配套企业的产品配套，经由某些协作厂的相关合作，最后由船厂组装 成船舶，并将其直接交给船东的过程。造船工业不同于一般的制造业，其具有定 制的特点，即船厂根据船东订单要求进行生产活动，也就是说生产的驱动来自于 最终用户( 即船东) 。在一般船舶企业供应链系统中按生产流程包含如下几个模块 f 3 】：生产计划模块，托盘集配模块，材料、设备的采购及供应商的管理模块，材料 及设备的库存管理模块，材料及设备核算管理模块，船东及船级社( 船检) 管理 模块，在供应链构建及分析中需要全局考虑。程敬云等【4 】针对中国造船业当前存在 的成本过高和建造周期过长等问题，利用基于智能体的供应链管理方法，分析了供 应链在船舶工业中应用的现状。张光明，宁宣熙等【5 】深入研究了造船供应链的结构 和特点，提出了一般意义上的造船供应链结构，其后又基于图论来构建了造船供 应链模型，并根据图论的知识对其进行了优化。王婧【6 】在建立了一般情况下的造船 供应链模型的同时，也分析了对供应链进行管理的要点，指出造船企业作为核心 企业，必须进行认真细致的市场分析，在供应链管理组织机构的设立、管理流程 的设计与优化、供应商的选择和供应链网络设计、企业物流的组织和外包业务范 围的确定、信息支持系统的选择和开发应用等诸多方面确立明确的概念和清晰的 第1 章绪论 认识，然后再有层次、分步骤实行供应链的运营管理。这对后来的造船供应链研 究有着一定的指导意义。孙玲芳等【7 】论述了造船企业的供应链管理的特点，指出了 我国造船企业在原材料采购方面存在的问题，针对这些问题提出了相应的对策。郭 刨8 】等提出了船舶企业供应链管理框架，并分析了在造船企业实施供应链管理的策 略。任文渊等【9 】综述了目前造船供应链的国内外研究现状，指出了造船供应链管理 存在的一些问题，提出了研究方向。 造船供应链因其独有的特点而不同于一般的消费品供应链f 1 0 j ：造船供应链是 需求链，造船供应链的运作都是以满足船东的需求而展开的；造船供应链是“短 链，通常由供应商将原材料和配套产品直接提供给船厂，对于造船企业来说，企 业按照订单安排生产，建造完成后直接交给固定的客户，即船东，中间环节少； 造船供应链是跨国界的，船舶制造业最早面向国际市场，而一些原材料和配套产 品也来自全球各地，生产经营自然也要遵循国际标准和规范；造船供应链管理复 杂，船舶制造周期长，需要零部件种类繁多，生产管理难度大。 外国学者y o r kyw o o ，s h u l uh s u ，s o u s h a nw u 【1 1 】就降低订单成本这一目 标，在某一具体情形下提出了一个整合的库存模型。在供应商选择流程中，l u i t z e n d eb o e r ，e v al a b r o 和p i e r a n g e l am o d a c c h i 1 2 】总结了从目标的确定到供应商最后 决策四个步骤中所涉及的定性的方法和定量的方法。c h r i s t yd p ，g r o u tjr 【”】建 立了一个经济型博弈框架模型，来描述供应链中制造商和供应商的关系。 王利，韩玉启，田能瑾【1 4 】对造船供应链间的合作关系进行了博弈分析求解， 将以前的定性分析转入到定量研究上来。 张光明等【1 5 】针对造船供应链中不确定性的因素，提出了柔性及供应链柔性的 概念，给出了增强造船供应链柔性的具体途径。 孙玲芳等【1 6 】贝l j 注重于造船全过程中目标成本的动态控制研究，提出了如何降 低成本、缩短建造周期的方法，进而提高我国船舶企业的国际竞争力。 在造船供应链网络中，成勇【17 】提出了对供应商的选择框架，并提出了造船企 业与供应商在供应链管理环境下开展采购合作的六种模式、两种库存合作模式， 最后从观念、组织创新、信息技术、约束与激励、全球资源的整合五个方面提出 造船供应链超网络优化问题研究 了促进船舶建造企业和供应商合作长期良性运行的对策。这是对船舶建造供应链 网络中的供应商比较详细的分析研究。 针对造船企业的整个管理现状，金朝光【1 8 】主要进行了以下几方面的研究：建 立了船舶产品分解结构，并提出三维的船舶工程分解结构，全面、动态地反映了 船舶建造周期；用全模糊优化问题求解船舶建造中的各种不确定性影响；构建了 造船供应链管理框架模型，并且分析了船舶建造中的风险和管理问题。 随着近年来电子商务的兴起，孙玲芳等【1 9 - 2 0 用理论分析的方法提出了电子商 务环境下船舶企业发展无缝化供应链的建议和途径。所谓“无缝化 就是在信息 化发达、资源共享的环境下，强调物流系统内部各要素、各环节紧密结合，协调 运作，实现各物流环节之间的“零等待 ，即消除物流过程中一切不必要的等待 时间，这为进一步降低成本，提高运营绩效提供了新的契机。在科技飞速发展的 今天，电子商务是现代化商务发展的必然趋势，尤其在竞争激烈的国际化市场上 显得更为重要。企业国际化与市场全球化推动了电子商务的兴起。 关于电子商务的研究，n a g u m e y t 2 1 - 2 2 1 及其合作者不仅建立了一个理论分析的 框架，还给出了相应的计算求解模型，除此之外，还就电子商务下供应链网络中 的供需双方风险问题进行了研究。然而，船舶制造供应链的研究目前依然基于理 论之上，在定量分析问题上蒋樟生【2 3 】将定性判断与定量计算相结合起来，提出了 一个多周期的网络模型，并对船舶供应链的协调机制进行了一定的协调机制优化 分析。 不同于以上提出的简易模型，在现实中船舶供应链是一个复杂系统，是在竞 争、合作动态的环境中，由供应商、船厂、船东等实体构成的快速响应环境变化 的动态供需网络。王宏智等【2 4 】通过对影响船舶供应链复杂性的分析，建立了基于 复杂系统理论的船舶供应链协同简易模型。对造船供应链复杂性的研究不但能够 促进造船模式的转换，而且能顺应社会发展的需要，更是提高我国造船企业国际 竞争能力和造船业经济效益的有效手段。在现代船舶制造企业中，不仅仅存在一 个造船供应链管理系统，还有造船e r p ( e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g ) 系统与造船 c l m s ( c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m s ) ，这两个系统都是对造船供应链 第1 章绪论 造船供应链超网络优化问题研究 于该模型，讨论了不同合作方式对成员利润及各决策变量的影响程度，并提出了 合作的区域及利润分享方案。 但是，作为众多节点企业构成的虚拟合作组织，造船供应链依然存在各种风 险，现在已有许多学者开始关注这一问题，并做了一些研究工作。程作君【3 l 】指出 造船供应链合作风险是一种潜在的威胁，会对节点企业乃至整个造船供应链产生 很大的危害，譬如引起造船供应链整体效益的降低，造成造船供应链核心竞争力 的削弱，导致造船供应链合作关系失败，甚至产生弃船的可能，他还从合作关系 的构成、运行和维持的角度研究了造船供应链合作风险的类别及其复杂性、国际 性、模糊性等特点。合作风险的影响因素错综复杂，相对于_ 般风险而言，其表 现形式更多。按照影响造船供应链的时间，合作风险可以分为阶段性风险和全程 性风险两大类，而且彼此之间有着相互影响。张光明掣3 2 】从造船供应链合作风险 的影响因素和相互关系入手，考虑合作风险之间的关系，应用模糊综合评估模型 进行合作风险评估，从而为降低供应链合作风险提供了理论依据。赵静，孙玉琴【3 3 】 则着重分析了造船企业供应链的常见风险，并从供应链管理的角度提出了风险应 对策略，如选取多家供应商、建立长期合作机制、搞好协作及供应关系等。但是， 造船供应链的合作风险控制是一个复杂的问题，关于合作风险关联程度的确定、 预防和控制措施的制订等仍待进一步的研究。 从上述分析可以看出先进的管理理念是现代化管理模式的先导，它对指导我 国造船业的发展是非常有益的。熊云峰等【3 4 】根据现代造船企业自身的特点，提出 了现代造船企业实施供应链管理的主要策略，以期提高现代造船企业的管理水平， 如决策层应树立供应链管理理念，从全局来进行管理规划；建立适合供应链管理 的船舶建造企业流程，即通过对整个供应链的物料流管理，使之更加快捷稳定地 贯穿企业整个流程；重视供应商管理，船舶企业应该与供应商建立一种战略合作 伙伴关系；加强采购、库存与配送管理；完善信息网络建设，以实现整个供应链 系统上的信息集成和共享。在构建现代化造船供应链时，为满足船舶企业的需求， 船舶配套业要向总装化和集成化方向发展。同时，产业链和供应链应同步建设， 因为船舶业是一个综合的加工装配工业，许多相关产业构成了一条产业链，造船 第l 章绪论 总装化只有在两个层面都发展的情况下才能完整，一个层面是宏观的产业链协调， 另一个是建立现代化供应链。 除此之外，为使现代化造船供应链更加完善，尽量减少合作风险，陈方荣【3 5 】 提出建立基于互联网的船舶工业信息、选择合适的供应链合作伙伴、制定科学的 生产计划、加快船舶中间产品的专业化生产以及组织订立行业规约等发展建议。 可以看出，在众多文献资料中对造船供应链的研究都是基于理论分析，在实 际实例分析计算方面几乎是个空白，只在近些年有些文献才开始在供应链的局部 应用数学方法进行分析求解。马红燕，张光明【3 6 】应用不对称n a s h 谈判模型设计了 造船供应链合作利益分配的协商机制，充分考虑各节点企业的投资额、承担的风 险及分配方案满意度。盛永祥【3 7 】则是结合我国造船工业中企业的实际情况，运用 博弈方法，构建了实际两个企业的行为收益矩阵，并进行分析，提出了解决问题 的办法。然而这在实际的整体操作中还是不够的。 本论文将n a g u m e y 等人提出的计算求解方法与涉及到的风险问题引入到蒋 樟生所建立的船舶供应链模型中进行优化分析，进而建立了本文所提出的电子商 务下的船舶制造供应链网络模型。该模型包含四层结构，分别是：原材料供应商、 配套供应商、船厂和船东。原材料供应商主要采购船舶建造所需的最初级材料， 如钢铁等。而配套供应商主要生产配套产品，并向船厂提供造船所需的一整套配 套设施及材料，当与原材料供应商或船厂进行交易时，物资的流通过程可以通过 传统物流实现，也可以通过电子商务进行网上订购，而且客户向船厂下订单等也 是在网上进行的。这在信息发达的时代使得企业能够便于管理、节约成本。 本文主要应用超网络的知识来进行研究。超网络不同于一般简单的网络，它 具有巨大的规模，且其形成的随机性又使得人们要通过统计的角度对网络的形态 和演化进行探索，文献 3 8 - 3 9 提出了网络的小世界效应( s m a l l - w o r l de f f e c t ) 和 无标度特性( s c a l e - f r e ep r o p e r t y ) 。此外，在网络中不同组的点有着完全不同的 解释【帅】，在理解上要求能准确分辨，不然很容易产生歧义。 在现实中的超网络一般而言是从联系的方式来考虑的，文献 4 0 - 4 3 给出了一 些事例的网络图，如社会网络、食物网络等。 造船供应链超网络优化问题研究 到目前为止，超网络主要有两种从不同角度给出的定义，如用超图来定义【删， 和用h f r a n k 等在文献 4 5 中给出的定义，详细内容可参见以上两个文献。 当前对超网络的研究主要是通过变分不等式来解决的：首先将多分层、多标 准的超网络平衡模型转化为优化问题，然后用进化变分不等式来解决。如， s t e i n b a c h 4 6 利用变分不等式研究了记忆中的障碍问题，并在一定条件下得到了这 类问题的存在性和唯一性。d a n i e l e 等【4 7 】利用时间独立的进化变分不等式处理了交 通平衡问题。n a g u r n e y n $ t 4 8 】贝 j 对变分不等式做了进一步发展。 n a g u m e y 等将多分层、多标准的超网络应用到供应链网络上【4 9 5 2 1 ，这些模型 描述了供应链中不同决策者的独立行为以及相互之间的影响，最终得到了系统的 平衡条件。文献 5 3 将多分层的超网络应用在具有中介的金融网络上。文献【5 4 】建 立了知识密集型系统的超网络模型，并对其进行了分析计算。2 0 0 5 年，n a g u m e y 等【5 5 】通过对交易中风险和不确定因素的考虑，构建分析了多标准的供应链超网络 动态模型，d o n g 掣5 6 1 同年又研究了一个三层的回收超网络模型。2 0 0 6 年，h a m m o n d 和b e u l l e n s 综合了供应链网络均衡模型【5 7 】和回收超网络模型【5 8 】，构建了一个闭环供 应链网络模型【5 9 】。 文献 6 0 6 1 用一个新的参数分别对运输网络、金融网络、拥塞网络等进行了 测量，分析了各自的关键性节点和链。在文献 6 2 6 3 】中分别建立了考虑了风险的 电子商务供应链网络和退货供应链网络，并分别进行了计算求解。除了在以上研 究的领域外，超网络还可进一步应用于电子商务系统、知识管理系统 6 4 1 等新型系 统中。 超网络在供应链的应用中虽说已经取得了一些成就，但其依然存在若干问题。 文献 6 5 仲一批权威学者经过讨论提出了当前超网络研究的1 0 个主要问题，如不同 网络间相互作用问题等。而文献 6 6 6 8 】中作者研究了网络图的一些参数性质及其 应用，如能否用类似方法和参数来研究超网络? 如何找到新的参数和指标来衡量 超网络的拓扑结构? 超网络的拓扑结构是超图，对超图的研究在一定程度上也是有益于超网络的 理解的。文献 6 9 7 3 1 分别研究了超图理论的基本概念和基本性质。而超图在超网 第1 章绪论 络的应用方面，文献 7 4 1 用d n a 超网络对信息进行存储和截获，文献 7 5 用超图来 辨别d n a 切块。文献 7 6 1 将超图应用于化学上，利用超图的拓扑指数来识别化学中 的化合物分子结构。文献 7 7 】对数据挖掘中的聚类提出了新的算法且建立了超图模 型，文献 7 8 1 对细胞动态交流系统建立了超图模型，文献 7 9 1 将超图与图像处理相结 合，建立了图像邻域超图模型，文献 8 0 】将超图划分法应用于v l s i 领域，文献 8 1 1 基 于超图模型生成了紧的无冗余x m l 文件，文献 8 2 把超图用在基于优先启发式的二 分算法，文献 8 3 】将超图应用到大规模集成电路布图设计中，文献 8 4 1 提出了一种 “基于超图的容错v l s i 处理阵列 ，基于文献 8 5 的成果，文献 8 6 应用具有最佳 连通性的超图的一些性质解决了多总线系统的分析和综合问题。 1 2 本文研究的主要内容 经过以上的研究分析，本文就简单船舶制造供应链模型和电子商务环境下的 船舶制造供应链模型的构建及内部各决策者的博弈行为进行了深入的研究。论文 的主要研究内容如下： ( 1 ) 论文在第2 章首先给出了本论文计算环节所需要的预备知识，包括变分 不等式问题的来源及大致发展情况、变分不等式问题在应用过程中与最优化问题 的转化关系等。 ( 2 ) 在论文第3 章建立了一个简单的船舶制造供应链模型，该模型主要基于 一定的合理假设，简化了生产过程中的一些环节及操作流程。在该模型中，各层 决策者之间是一种同层竞争、不同层间相互合作的博弈行为，他们在保证自己利 益最优的同时，也要求使得整体供应链达到平衡状态，即最优化。也就是说，在 本文的船舶制造供应链中所考虑的已不仅仅是单独的各个决策者，而是供应链整 体。本文依据一定数量关系对模型进行了求解，验证了模型的合理性。 ( 3 ) 电子商务在当今信息化时代中具有举足轻重的地位，现已在很多行业中 得到广泛应用。本文在第4 章研究了电子商务环境下的船舶制造供应链网络模型， 即在模型的交易过程中既可以通过传统物流方式进行交易，也可以在互联网上通 过电子手段进行交易。在这种情况下，除了要考虑简单船舶建造供应链模型中的 造船供应链超网络优化问题研究 因素外，还要研究电子商务活动所带来的影响，譬如由一些不确定性所造成的损 失等风险。为接近实际，本文不仅考虑了各层决策者的最大利益，还研究了电子 商务下风险最小的决策标准。通过数值实例的验证，证明了该模型的合理性。 ( 4 ) 除了对整体供应链的研究之外，本文第5 章还单独研究了船厂的优化过 程。造船厂是连接上游供应商与下游船东的桥梁，是信息与物料的汇集点，是整 个造船活动最关建的部分，故船厂中各个环节衔接是否合理，对信息及物料的处 理是否得当就成了研究的重点。船厂活动过程的优化不仅可以增加效率，而且可 以降低成本，同时可以为上、下游其他环节提供可靠的信息支持。 一 造船供应链超网络优化问题研究 第2 章预备知识 2 1 问题发展与相关概念 变分不等式的英文为“v a r i a t i o n a li n e q u a l i t y ，它起源于对数学物理问 题和非线性规划问题的研究。最早的变分不等式出现于2 0 世纪6 0 年代初，特别 是1 9 6 4 年，得到了变分不等式的第一个解的存在唯一性定理。其后，j l l i o n s 、 h l e w y 、h b r e z i s 等人发表了一系列文章，为变分不等式理论奠定了初步的基础t ， 2 0 世纪7 0 年代，变分不等式在最优控制问题、弹性问题、弹塑性问题及渗流问题 等领域中得到了成功的应用；2 0 世纪8 0 年代以来，作为现代偏微分方程理论重要 部分的变分不等式理论得到深入发展，至今已较为成熟。另一方面，2 0 世纪6 0 年 代中期，在非线性规划的研究中出现了线性和非线性互补问题，它们进一步发展 成为有限维空间中的变分不等式。2 0 世纪9 0 年代，m a t h p r o g r a n m i n g 杂志出版 了非线性互补问题与变分不等式的专辑，标志着变分不等式已成为非线性规划的 一个重要研究领域。 变分不等式起初主要用来解决动力学中的问题，后来鉴于变分不等式在平衡 问题中的有用性，使得它很快地发展起来，并广泛地应用于网络平衡问题。在此 先介绍一些相关的定义。 有限维的变分不等式问题【8 7 1 ，v i ( f ，k ) ，就是求解一个向量x k 满足 ( f ( x + ) ，x x ) 0 ， 唧k( 2 1 ) 其中，k 是闭凸集，f ：k - - r ”是连续函数，( ，) 表示定义在r 上的内积。 变分不等式问题有很好的几何意义。特别是它阐述了当x k ，其中k 为可 行集时，则f ( x ) 在点x + 是正交的。 定义2 1 8 7 1 若对喁，置k ，有( f ( x 1 ) - f ( x 2 ) ，五一置) o ，则f ( x ) 是定 义在k 上的单调函数。 定义2 2 盯】x 寸v x , ，砭k ，有( f ( 五) 一f ( x 2 ) ，五一墨) o ，则f ( x ) 是定 义在k 上的严格单调函数。 第2 章预备知识 定义2 3 8 7 1 若口o ，v x , ，五ek ，( f ( x o - f ( x 2 ) ，五一置) 口l i 互一五l l ， 则f ( x ) 是定义在k 上的强单调函数。 定义2 4 【8 7 1 设，：kh 天，x k ( k 为非空凸集) ， v x i ，kek ( 墨砭) ， 实数旯 o ，1 】，总有： f 2 x z + ( 1 一旯) 五】a f ( x 2 ) + ( 1 - a ) f ( x 1 ) ( 2 2 ) 则称f ( x ) 为定义在集合k 上的凸函数。 定义2 5 8 7 j 设f ( x ) ：k _ ( r ) ，若存在一个常数三 0 ，使得 护( 墨) 一f ( 五) 忙三l 阻一五8 ，v x l ，恐ek ( 2 3 ) 则称，( x ) 是l i p s c h i t z 连续的，三称为l i p s e h i t z 常数。 定义2 6 【8 7 】假设k 是定义在r 上的闭凸集，则对 r ，存在唯一的 y k 满足 i i x - y l o ，使( ，( ) ，x - x ) o 的解靠妊满 足l 砀i _ o 。 2 2 变分不等式与最优化问题的关系 i 无约束最优化问题与变分不等式的关系【8 7 】 假设存在一点x k 满足： m i nf ( x ) ( 2 7 ) 则x 是变分不等式 rk ( v f ( x ) ，x - x ) o ，v x e k 懈濮札玎( r 晰删x 各份量的概盯( f 卜( 箐，警， 印( r ) 、 百f j 。 若，是凸的，则逆命题也成立。 假设f ( x ) 是凸的，且x k 满足： x k ：( f ( x ) ，x - x ) o ， 锻k ( 2 8 ) 贝, i j f ( x ) = r a x ；i 芷n f ) 。特别的，若k = 尺，上面优化问题( 2 7 ) 是一个无约束 问题。另外，若存在对称的条件，则变分不等式问题也可以表达成一个最优问题。 这样，变分不等式问题可以解决最优化问题。 第2 章预备知识 假设f ( x ) 是定义在k _ j 2 的连续可微函数，且其雅克比矩阵为 订( x ) = 弼 瞄 a f n 瞄 ( 2 9 ) 是对称且半正定的，即f 是凸的，则存在一个实值函数f ：kh r 满足 夥( x ) = f ( x ) ( 2 1 0 ) 且变分不等式v i ( f ，k ) 的解z 也是其相对应的优化问题( 2 7 ) 的解。这样，变 分不等式问题可以解决最优化问题，而且当含有对称、正定条件时可以表示 成凸最优化问题。 2 带有约束集的最优化问题的变分不等式的形式 现在来研究一下带有约束集的最优化问题如何转变为变分不等式的形式求 解。 考虑一个带有约束集的最优化问题 m i n f ( z ) s t 彰x 屯， j = 1 ， 置k ，扛1 ，m ( 2 1 1 ) 其中，互：r 啊h 足是一个可微凸函数，口j 是由第，个约束条件的相关系数组 成的向量，x = 五，瓦) 。 这样，这个最优化问题可以转化为求解z k 和“：0 ，使之满足： ( ( ( z ) + 矿) t ( 置一z ) ) + ( 屯- 4 x ) ( 材厂“：) o i = 1 、3 = i，j = i v x i 墨，0 ，v i ，j ( 2 1 2 ) 盟；嘿一 造船供应链超网络优化问题研究 2 3 投影动态系统 ，令kcr 是闭凸集。定义k 的边界和内部分别为o k 和k o 。给定x o k ， 定义k 在x 点的内向法线集为 n ( x ) = r ：l l r l l = l ，且( 7 ，x - y ) o ，玎( p ( y ) ) ，有尸( y ) 一y - a r 。 若x k ，y r ，定义向量y 在x 处的投影为 兀舢：烛盥等型 一些常见的微分方程常采用下面的形式： x = h r ( x ，一，( x ) ) ，x ( o ) = x o k ( 2 1 3 ) ( 2 1 4 ) 在一个特殊的应用中，k 是约束集相对应的凸集，f ( x ) 是定义在k 上的向 量场，称