（运筹学与控制论专业论文）在信息流下供应链牛鞭效应的研究.pdf

东北大学硕士学位论文a b s t r a c t p e r i o do fs e l l e r sb yc o m p u t e rs i m u l a t i o n ；s e c o n d l yis e to “g i n a l l yu pab i - l e v e l s u p p l yc h a i nc o m p o s i t ec o n t r o ls y s t e mm o d e l ；f i n a l l yie s t a b l i s hab i l e v e ls u p p l y c h a i nnt o1c o n t r o lm o d e l ，a n a l y z et h et h i n g sb e t w e e ns e l l e ra i l dp r o d u c e rw i t h i n f o m l a t i o ns h a r eo rn o ta n ds t u d yf u r t h e rt h ev a l u ep r o d u c e dw i t hi n f o 咖a t i o n s h a r e t h et h i r dp a r tb u i ho nt h ec a s eo ft h es e c o n dp a r te x p a n d sf r o mt h eb i l e v e l s u p p l yc h a i nt om a i l y1 e v e ls u p p l yc h a i n ，s e t su pat h i r d l e v e l s e r i e sf b e d b a c k c o n t r o lm o d e la n dat h i r d l e v e li n v e n t o r yc o n t r o lm o d e l ，a n di n v e s t i g a t e st h e i n n u e n c e ，f r o mw h i c hw ec a ng e ts o m eu s e f u lc o n c l u s i o n ，o fs u p p l yc h a i nm o d e l p a r 锄e t e r st ob u l l w h i pe f f c c t t h ef o r t hp a r tp u t sf o r w a r dt h ei n n u e n c eo fi n f o m a t i o nn o wt os u p p l yc h a i n a 1 1 de x p a t i a t e so nt h ei n f o r m a t i o nn o w a p p l i c a t i o nv a i i d a t e db ym o d e l i n g k e y w o r d s i n f o r m a t i o nf l o w ，s u p p l yc h a i n ，b u l l w h i pe n e c t ，i n f o m a t i o ns h a r e i v 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 。1选题背景和研究工作的理论与实际意义 目前，市场经济趋于全球化、信息化、生产环境更加复杂，消费者的需求瞬 息万变，这改变了传统的竞争方式，完全依靠企业自身的力量创立竞争优势变得 越来越难。马丁克里斯托夫【1 】( m a r t i nc 1 1 r i s t o p h e r ) 教授在他1 9 9 2 年出版的著作 物流与供应链管理一书中写到“在2 1 世纪，市场上只有供应链而没有企业， 市场竞争将是供应链和供应链之间的竞争，而不是企业和企业之间的竞争。”这句 话简明扼要地说明了供应链管理对于企业在今天全球化的经济环境中的重要意 义。在新一轮的供应链与供应链之闯的竞争中胜出的将是那些协同运作、为顾客 提供更高价值的企业合作共同体( c o l l a b o r a t o r ) ，竞争优势也不只是单个企业所拥有 的而是整合整个供应链上的资源所形成的综合能力。目前，供应链及其管理已愈 来愈成为国际管理学界的重要研究课题，同时也是企业管理专家谈论的热门话题。 人们关注和加强对供应链的研究，主要给予以下几点的考虑，由于日益激烈的竞 争压力，需要极大程度的改进生产过程和向用户提供产品的过程，以增加利润。 越来越多的生产过程由一些独立的生产和供货实体组成，市场形势变得越来越残酷 无情，对特殊顾客的特殊服务，如快速、可靠的供货等等的竞争压力越来越大。 供应链管理作为一种新的经营与运作模式，它为企业在新的竞争环境下取得 持续的竞争优势提供了系统的管理思想，它的出现将促使企业重新审视弗放弃旧 的经营模式。通过战略思想的提升和经营模式的转变为企业的竞争和发展战略赋 予新的内涵。实簏供应链管理是将供应链上的所有节点企业、所有业务环节都联 系起来进行优化，实现物流、信息流和资金流的合理流动，使生产资料以最快的 速度通过优化的供应链变成增值的产品，来满足顾客的需求。通过实施供应链管 理，可以加强供应链企业间的合作关系，消除内部职能部门之间的壁垒，实现资 源和业务流程的有效整合。与此同时，通过信息透明度的提高以及合作的加强， 可以减少供应链上的不确定因素。所有这些，对于有效地降低企业的经营风险、 增强企业竞争优势都有着非常重要的意义。其巨大的经济潜力也就逐渐显现出来， 据美国企业的统计数据f 2 j ，供应链中的物流成本约占销售额的2 1 ，供应链管理 中提高效益和效率的潜力还远远没有发掘出来，但是不管怎样，已经开始有很多 企业在进行供应链管理中取得巨大成绩，如国际知名企业旌乐( ) ( e m x ) 公司、戴尔 东北大学硕士学位论文第一章绪论 e 1 1 ) 公司、i b m 公司、福特公司等己将供应链管理作为公司重要的经营改进战略， 并通过实施供应链管理使经营绩效得到较大的提高，其中以i t 行业的跨国公司居 多。一方面是由于i t 产品的日新月异，i t 厂商面临严重的产品更新换代的压力： 另一方面是由于供应链管理需要强有力的信息技术手段支持，i t 厂商本身具有这 方面的优势。有关资料表明p 】：物料买进付款到收到货款的时间，电脑业平均是 1 0 6 天，供应链管理成效良好的企业却可以缩短到2 5 天。在大宗的商品行业，如 美国的w a l m a n 公司、j c p e 肋y 公司、胁g e t 公司以及w j l g r e i m s 等零售商己 形成了旨在提高竞争能力的供应链安排，利用内部资源的组合以及与其供应商的 合作，这些厂商已把其物流能力定位成一种核心的业务战略， 他们在零售增长和 赢利方面的成绩是不言而喻的。 在中国真正意义上的供应链管理高效运转迄今为止仍很少见。我国的基本国 情m 6 】：企业规模小。据有关资料统计，中国5 0 0 家大型企业销售总额小于美国通 用汽车一家。电子行业百强企业的销售额相当于i b m 的五分之一。市场体制不健 全，企业各自为政，资产自产自销自采购，通环节多，成本高。我国企业目前的 供应链管理还处于比较传统的、原始的、后勤的阶段，企业内的采购、生产销售、 运输等部门各行其是，功能独立，缺乏沟通和协调。其突出的特点是封闭的、自 成体系的组织管理模式和机制。结果企业与企业之间、生产与流通之间缺乏充分 的信息共享和有效的协调机制。造成生产与流通各环节不同程度的脱节。产品和 产业结构不合理，库存量大，管理也只停留在企业内部。通常局限于削减费用、 提高效率等，使得国内企业很难适应全球竞争的需要，尤其是随着我国加入世界 贸易组织( w 1 d ) 的进程的加快，使得这种形式显得更加紧迫。凡此种种，足以说明 供应链管理在市场机制仍不完善的中国有更为重要的理论与实践意义。 1 2 供应链管理概论 供应链的概念卜”1 最早出现在2 0 世纪8 0 年代左右，但到目前为止没有形成统 一的定义。l i nf r 等认为供应链是包括供应商、制造商、销售商在内，涉及物流、 资金流、信息流的企业网络系统。s t e v e l l s 认为，供应链是通过价值增值过程和分 销渠道控制从供应商到用户的整个过程，它始于供应的源点，终于消费的终点。 c h r i s t o p h e r 认为，供应链是一个组织网络，所涉及的组织从上游到下游，在不同 的过程和活动中对交付给最终用户的产品或服务产生价值。蓝伯雄认为，供应链 是原材料供应商、零部件供应商、生产商、分销商、零售商、运输商等一系列企 业组成的价值增值链。陈国权认为，企业从原料和零部件采购、运输、加工制造、 东北大学项士学位论文第一章绪论 分销直至最终送到顾客手中的这一过程被看成是一个环环相扣的链条，这就是供 应链。供应链管理( s u p p l yc h a i nm a n a g e m e ms c m ) 是在满足服务水平需要的同时， 为了使得系统成本最小而采用的把供应商、制造商、物流企业、批发商和零售商 有效地结合成一体来生产销售商品，并把正确数量的商品在正确时间配送到正确 地点的一套方法。包括供应链中各环节内部的计划、设计及管理等活动，以及各 环节相互之间的协作，物流、资金流和信息流的管理等。在供应链管理中涉及到 三个不同的流，即物流、资金流和信息流。物流向一方流动，而资金流向相反方 向流动。信息流是双向流动的，需求信息流自上而下流动，而供应信息流则自下 而上流动。供应链中的物流、资金流和信息流的关系如图1 1 所示： 图1 1 供应链网络流程 f i 昏1 1s u p p l y c h a i nn e t o r kn o w 1 3 供应链中的牛鞭效应 1 3 1 牛鞭效应的概念 在一个系统的某一端若发生了小幅变动，透过整个系统的加乘作用，很有可 能会对另一端发生极大的影响。这样的现象是一般人所熟知的“蝴蝶效应呻1 - 。而在 一个产业中也有这样的现象，供应商和零售商已经注意到，尽管特定产品的顾客 需求的变动不大，但他们供应链中的库存和延期交货水平波动很大，这被美国著 廷 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 婴儿纸尿布的订单的分布规律时发现：当某地区的总人口、婴儿出生率、替代品供 给比较稳定时，婴儿对该商品的消费量基本是稳定的，p a n l p e r s 在零售商店中的销 售量呈幅度不大的波动变化，可是当分销商向宝洁公司订货时，订货量的变化幅 度显著变大。而在宝洁公司向其供应商发出的物料订单中，这种波动变得更大。 通用、福特、克莱斯勒、惠普、康柏等公司同样做了类似的调查，也得出来相同 的结论。 供应链末端消费者需求量发生微小的变化，便会引起一系列上游经营者的供 给发生剧烈的波动。类似于挥动牛鞭时，执鞭的手微微用力摆动，鞭梢就会发生 大幅度摆动，可谓差之毫厘，谬以千里，因此称之为牛鞭效应。 1 3 2 牛鞭效应产生的原因分析 f f a n kc h e n 等人的文章中曾经指出“牛鞭效应”来源于三个方面：需求的变 化、订货周期的存在和供应链系统的多层次性。需求的变化主要是指需求自身的 波动，需求变化大，则效应强烈；需求平稳，则效应微弱。订货周期( 1 e a d 廿m e ) 的存在，即从经营者发出订单到最终收到所订货物所需花费的时间，订货周期越 长，相应时间内市场的波动越大，需求预测越不准确，牛鞭效应表现越明显。供 应链系统的多层次性也是引起“牛鞭效应”的另外一个重要的因素【1 3 】。在f 捌 1 k c h e n 的文章中谈到：由于在供应链的各个层次经营者都会设置安全库存、多层的 累积，乃至同一层次中多个仓库库存的累加都会导致整个供应链系统库存产品数 量的数倍增加，迸而导致企业对市场波动的反映速度减缓，“牛鞭效应”加剧再促 使企业提高为客户服务的水准。尤其是现货供应水平和提高安全库存形成恶性循 环。 定量配给和短缺之间的博弈也是促使“牛鞭效应”产生的因素之一。h a m l e e 【1 4 1 曾在文章里谈到由于热销产品供不应求，销售商往往多订货以防止生产商在 不能满足所有订货时按照订货量配给产品。有的企业以销售人员的销售金额为其 业绩评估标准。这样会造成在到达评估最后期限时出现许多虚假的人情订单。如 果企业出于竞争压力，同时允许经销商免费退货，或者存在事实上的免费退货， 那么在产品流行期一过，或者销售人员业绩评估结束，又会有大量订单消失或者 被取消。生产商原先依据虚假的需求信息所制定的生产计划就会落空，造成大量 的浪费。 h a u ll e e 等供应链学者认为“牛鞭效应”是因为局中人的理性决策的产物。 以啤酒游戏中的经营者为例，实验中不允许经营者之间互相讨论，这也是有着一 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 婴儿纸尿布的订单的分布规律时发现：当某地区的总人口、婴儿出生率、替代品供 给比较稳定时，婴儿对该商品的消费量基本是稳定的，p a n l p e r s 在零售商店中的销 售量呈幅度不大的波动变化，可是当分销商向宝洁公司订货时，订货量的变化幅 度显著变大。而在宝洁公司向其供应商发出的物料订单中，这种波动变得更大。 通用、福特、克莱斯勒、惠普、康柏等公司同样做了类似的调查，也得出来相同 的结论。 供应链末端消费者需求量发生微小的变化，便会引起一系列上游经营者的供 给发生剧烈的波动。类似于挥动牛鞭时，执鞭的手微微用力摆动，鞭梢就会发生 大幅度摆动，可谓差之毫厘，谬以千里，因此称之为牛鞭效应。 1 3 2 牛鞭效应产生的原因分析 f f a n kc h e n 等人的文章中曾经指出“牛鞭效应”来源于三个方面：需求的变 化、订货周期的存在和供应链系统的多层次性。需求的变化主要是指需求自身的 波动，需求变化大，则效应强烈；需求平稳，则效应微弱。订货周期( 1 e a d 廿m e ) 的存在，即从经营者发出订单到最终收到所订货物所需花费的时间，订货周期越 长，相应时间内市场的波动越大，需求预测越不准确，牛鞭效应表现越明显。供 应链系统的多层次性也是引起“牛鞭效应”的另外一个重要的因素【1 3 】。在f 捌 1 k c h e n 的文章中谈到：由于在供应链的各个层次经营者都会设置安全库存、多层的 累积，乃至同一层次中多个仓库库存的累加都会导致整个供应链系统库存产品数 量的数倍增加，迸而导致企业对市场波动的反映速度减缓，“牛鞭效应”加剧再促 使企业提高为客户服务的水准。尤其是现货供应水平和提高安全库存形成恶性循 环。 定量配给和短缺之间的博弈也是促使“牛鞭效应”产生的因素之一。h a m l e e 【1 4 1 曾在文章里谈到由于热销产品供不应求，销售商往往多订货以防止生产商在 不能满足所有订货时按照订货量配给产品。有的企业以销售人员的销售金额为其 业绩评估标准。这样会造成在到达评估最后期限时出现许多虚假的人情订单。如 果企业出于竞争压力，同时允许 退货，或者存在事实上的免费退货， 那么在产品流行期一过，或者销售人员业绩评估结束，又会有大量订单消失或者 的浪费。h aul l e e 等供应链学者认为“牛鞭效应”是因为局中人的理性决策的产物。 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 定的现实背景的经营者所能够得到的唯的市场信息就是下游企业传来的订单。 由于相互之间的不信任，每个经营者都倾向于根据历史上需求的变动，以及近期 所得到的需求的变化情况作出自己的市场预测，并以此作为确定采购，生产库存 决策的依据，企业对需求的历史信息越看重，即当前期实际需求在预测中所占的 权数越小，其对预测值的影响越小。有关需求波动信息传导给上游供应商的越微 弱。相反，对当前期需求变动越看重，当前期实际需求对预测的影响越大，由此 制定的未来期采购计划越能反映本期需求波动的情况，向上游供应商所传导的本 期需求变动的信号越强烈。由于需求的波动可能是随机的，也可能体现今后一段 时间内一定的变化趋势，因此无论哪一种预测策略都可能对从消费者得到的消费 信息发生错误理解，进而将错误的市场信息传导给供应链上游企业，并在传导过 程中将其扭曲放大，导致“牛鞭效应”的产生。 但是s t e m a n 等人却认为“牛鞭效应”的产生可能是由于经营中的非理性行 为造成的。例如，为避免缺货发出的异乎寻常的大额订单，订货激增给上游经营 者带来错误市场信号，扭曲的信息在向更上游的供货商传递过程中多次放大，给 整个供应链带来灾难性的后果。这种头脑发热大量订货、取消订货或者不考虑市 场需要，完全凭主观臆断决定订货安排的现象在现实中并非罕见。大量的生产闲 置、库存积压也往往与此有一定联系。 “牛鞭效应”产生的几个主要因素”4 9 】：供应链各节点企业对需求的多重预 测，经营者因订货周期延长而加大订货批量不当的促销策略，供应链各节点企业 都以个体利益最大化为原则进行决策，没有考虑供应链的整体效率。 1 3 3 牛鞭效应的危害 市场供给和需求是微观经济运行的基础，是企业决策的最根本依据。有效的 供应链管理是以市场需求为驱动的，协调供给与需求之间的关系永远是供应链管 理的主题。由于长鞭效应扭曲了这两者之间的关系，对供应链中企业的影响是极 为严重的。它会使得企业市场需求决策出现失误，造成供应链总成本居高不下。 具体来说，牛鞭效应对供应链经营业绩的影响【2 “2 ”有： ( 1 ) 牛鞭效应导致生产成本的增加。生产商通常依赖下游企业的订单进行产品 预测、设计生产能力、控制库存及安排生产时间。由于牛鞭效应的存在，生产商 面临的订单波动很大，这给生产计划带来了许多问题，致使生产商的生产平稳性 差，有时生产被迫处于停顿状态，有时为了及时满足突然增长的需求又必须加班 加点，仓促生产。生产的不稳定带来的直接后果就是导致生产成本的大大增加。 东北大学硕士学位论文第一章绪论 ( 2 ) 牛鞭效应导致供应链上各节点企业拥有过量的库存。由于牛鞭效应的存 在，上游企业的订单会在下游企业订单的基础上产生额外的波动，即使最终的顾 客需求较稳定，零售商、批发商、制造商、供应商的订购量波动幅度也会逐级增 大，这就增加了供应链中需求的不确定性。供应链上的各节点企业通常会拥有大 量的库存来应付需求的不确定性，这势必增加了企业的库存。牛鞭效应引起的库 存增加，一方面积压了企业资金，另一方面，又使企业面临库存陈旧的风险，大 大增加了企业的库存成本。有关报告估计，在美国有3 0 多亿美元沉积在食品供应 链中；许多制药企业的供应链中有双倍的库存；而在电脑企业的集成电路板供应 链中可能包含一年以上的存货。美国一些大企业与商学院的教授一直在联手进行 牛鞭效应的研究。其研究结果表明，美国各个行业的供应链中的平均库存超出了 1 0 0 天的供应量。由于需求的高度不确定性和易变性，失真的信息使供应链的每一 个实体，工厂库房制造商的中转仓、制造商的商场仓库、分销商的中央仓库、分 销商的地区仓库、零售商的储存地，都出现了不同程度的存货堆积。 ( 3 1 牛鞭效应降低了供应链的产品供给水平，削弱了顾客的满意度。企业对市 场需求的预测失真，往往会出现当前生产能力和库存不能满足订单的需求，造成 产品供应过程中出现缺货现象，使得顾客的有效需求得不到满足，这就大大削弱 了顾客的满意度，降低了顾客的服务水平，减少了销售额。在今天这个以顾客为 驱动的市场，如果无法提高顾客的满意度，就有失去顾客的潜在危险。同时，由 于牛鞭效应的存在，企业还可能过高地估计市场需求，导致过量生产，出现产品 无法完全销售出去的情况。 ( 4 1 牛鞭效应增加了企业的运输成本以及相应的劳动力成本。供应链上的企业 在不同时期的运输需求是与订单的大小密切相关的。由于牛鞭效应的存在，运输 需求以及相应的劳动力需求会随着订单的波动而波动。在不同的阶段，供应链上 的企业有不同的选择，或者持有剩余运力劳动量，或者变动运力劳动量，但是无 论是哪种选择，都会增加运输成本以及相应的劳动力成本。 ( 5 1 牛鞭效应会对供应链上企业之间的合作关系带来负面影响。供应链各节点 企业都以自身利益最大化做出决策，认为自己做的尽善尽美，而将责任归咎于其 他企业，损害了供应链各节点企业之间的关系，严重影响了供应链的整体运作效 率，于是，牛鞭效应就导致供应链不同阶段之间的不信任，从而使潜在的协调努 力变得更加困难。 综上所述，我们可以得出如下结论： 对供应链的经营业绩有较大的负面影响。 牛鞭效应及其引发的供应链运作的失调 牛鞭效应增加了整个供应链的成本，降 东北大学项士学位论文 第一章绪论 低了供应链的反应能力，从而导致企业利润的下滑，整个供应链的竞争能力不强， 在竞争激烈的市场中面临着被其他供应链替代的风险。 1 4 国内外所做的研究工作 供应链管理理论是当前国际企业管理的重要内容，也是我国企业管理的发展方 向。早期供应链管理的研究重点一般集中于企业内部各环节的有效管理，包括存 储组装等，后来逐渐扩展到整个供应链的全局优化。进入九十年代以后，供应链 管理思想【2 2 。5 1 成为理论界研究和企业界实践的热点。国际生产规划与控制 ( h l t e m 舐o n a lj 0 1 l r n a lo fp m d u c t i o np l a i 】血n ga i l dc o n t r 0 1 ) 杂志于1 9 9 5 年出了一期 供应链管理专刊，同年权威的管理科学( m a n a g e m e n ts c i e n c e ) 为了顺应这 一潮流，从第四期开始将供应链管理专门开辟为一个独立的研究领域。供应 链管理评论( s u p p l yc h a i nm a n a g e m e n tr e v i e w ) 是一家研究供应链管理各种问题的 期刊，包括以往、当前和未来供应链管理设计的内容以及工业企业中出现的实际 供应链问题。此外e m a t i o n a lj o u m a lo fp r o d u c t i o ne c o n o m i c se l l r o p e a i lj o 啪a l o fo p e r a t i o n a lr e s e a r c h1 h n s a c t i o n so ne n g i n e e 血gm a n a g e 1 e n t 等许多国外期刊 上都发表了相当多的有关供应链管理方面的文章。麻省理工大学的s l o 孤 m a i l a g e m e n tr e v i e w 同样关注供应链管理理论和实践的发展刊登了许多这方面的 有意义的文献。国外的有关供应链管理的文献内容涉及供应链管理过程中的采购、 库存、选址、协作、信息共享和牛鞭效应、利益分配和敏捷化问题、供应商的选 择等方面。1 9 9 6 1 9 9 7 年a m r 研究所和贝尔、康柏电脑德州仪器等公司共同组建 了供应链管理协会( 1 1 1 es u p p l yc h a i nc o l l n c i l ) 专门研究企业供应链管理中出现的 新问题及供应链运作参考模型( s c 0 r ) 。同时该协会也积极倡导个人在这方面的新 观点、新思想。此外，斯坦福大学工程学院、商业研究生院还和3 0 多家工业企 业组织合作建立了斯坦福全球供应链管理论坛( t h es 姗晌r dg 1 0 b a ls u p p l yc h a i n m a n a g e m e n tf o m m ) ，该论坛讨论全球供应链管理的先进理论及成功的实践经验。 p e n n s v l v a i l i a 大学w h a r t o n 商学院的g e r a r dp c a c h o n 教授的研究方向则主要在于 库存和采购策略及库存中涉及到的竞争与协作问题。美国的大卫辛奇【2 5 】、菲利 普、凯明斯基、埃迪斯、辛奇利维等基同编写了d e s i | 警i 鏊| 拟耋扪酽鸯i 垦罐d 型垂i 蹇 鬻塞蔓雪篓强剐i 墨lg 蠹萋；= 圳麦塞i s 蝌 i j 蠹岑倍豫舔确幅。臻掰盔湛猫璀溉糕犁 氟纠剥墓瞅强附傩鐾蠹嚣羹塑；馥鞫“煞瓣猢剀j 耐淄潦鞘滚髫露篓磊搿薹骶拦鐾 墨 叫i h i 挥鼍謦；蠹u 4 u ? i 逮攀偌捌娜逮塥强捅搬臻糍麓，捡霉翁渊辨磐。替端。 谈礤谊蟒卿峪捧蛙嚣黪。黑嚣哩拦蛆复塑坦鞲靶强二j 囊i l 囊嚣攀型览薹雾蠹强 ，东翻。字吼卜耋庸嚣筝 参一善五复 焉线答晶嚣礁丛蠢嚣蕊，引翕銎刽篷曙矧 辩均；蕴酣器量靠话以上的蘑厦增； 啦许多大企亚如熏菩矗鐾湍鬻蕞剑帮鞘型鋈蒂争警型； 萎；矍羔薹蓁螫萋羹荔霾羹雯蠢 翊躺蓟曼蛩捌丽警彩括响深吲媸壤燃噔梅嵯壁占：般# 终瑟翡鲤辨蛩壁他谚丑 窭；瞳相耐鲜涨兹艏利醛器磊餮一骅硝蓉型矧阱| | 蓁磅淄荡诵兰鬻鞲尖；剡j 洳蝴鲐 鲢凶糖羞? 曲颧黎弛毯隧唆讶基垡堪瑚粤冁；雹翔递：懑j 拿! 渺嗜地蜷砑趔! 姒渺 晤剡官吲? ! ! j ；涩魁墼萄淫蜡噔陆搿潞稼喝溺s 罹髑：罱冷琢曙薯灞浠媸 i 霉 耋配随冀冀 ；宅鸯j ：毛皇霎；墓量蓑m 蚕墓翼i ；芒笺篓| 晕；j 府誊雏皙；i 氢蓥舅囊i ；1 i 璀懈穗；羹窒芎 芒妻一型 管理性的方簿錾；蛩型寄征高撵管理魍；雏| 叁? i * 辇蓁；襄l ；i i 羿怒雕囊蝥 玉器i 型矗蓉裂驯鹫酬i 眇彭剿剐剥皿鬟澎撞曜一馐藿粥湛旧爨蹦爿im 罪 粼塑靶朝舅| 摹l 薹葶i 囊蠹毳；i 薹阚2 摹# # ；厕i 臻l 蠢i ；! 囊；面一具骘沥五邋蔫凄逝笠碟篓粑融 手翮。黧垂 孥i 时葡学 孽酽魁曩甭鬻罐瑶 薹堡贡的敏鞲桩垒器籀羁莉群缚 甜鬈硭鎏f ：露鬟蠢锐e 囊 莲莲毒；羹翼丁毒封l 善l 主；量萼蔓馨i i 塾釜毫笔奄聋暮蠢i l 垂l l l 毫至i 券；零毒辇鹱耄l 耄嚣妻三詈i 军i j 手置重l 薛造g 蓄垂至y 妻室哪詈“堑墅i ! 妻乎碧彗蓄囊孽蠹| 墓誊茏蕈蒜鏊蕾争囊 叠；藩罄l 驺鹄巳 蛩囊雪 驰垆筹! 兰 ：j 霸凝筘b ”弼殖那筠菲删瓢防译涞噱。嘲懈楚碥阪赫弱g i 昀； j 岿# 戛：9 驯啦盹琵h 粞痧嗍貅铀魏瓯赫鞘鞠曲猎鞭铽辩囊裂套裂戮髻蓍 蒿犁娶 蓊罂j 鄞襄”氍船若黼嫠隋咩爿埙晦蠹盈瞄随瓒砸疆遭鬻隧眨髯e 镤曩。 霭黼；篙m i 玎“；问移魏鲫m 莹训酬琴，帮型型刚圳弼翟凄楚氆二兽岂盏堡浠 迹也堙藁；| j 目j i i l 塑堑蹦耋螺刮蟹翟般缨，嬲驰蝉蟾静娜睁割确鲋铺毓毛薪醚 薹堡辱屠琵型爆嘉i i i ；鬃鬈! 蠢蠢南i 篓萋l l 嚣 i i i 蚱酗雌骑碳耕琵葡弼正耗阁# 秸每赫港藩假毖莲藤鞴嘹涮蒜；萎辇连囊i 二吲蠹刻到魏型是燮塞断划鳓刽羽烈写禹静 或誊。异性等：的研j 磴姗莉训训萄葡稹；应年产协调荦声籀l 扁描型壁仔 销售协调笠牛鞯摘而覃棰焉藕替搀雨本太奇裱i 蠹 日鬻鹜! ! 耋 巷霉女ii 墓l l ；塞季主目i 王 蘑 丰；| 胂g ；耋 t j i 硼矧e 嘲粥立州鲫暨蠢雯雾婆前赫粥催峥矗掰濮鞘镞垲理二 兰i 目；g j i i i l 准堪怛三“i l 舅强掰淄渭餮t l ；耄；羹；雾- ；醒淄篓辞勃珏羔弄丝羞掣窑 墨酬掣坐瑶肇厦受壁企黜磬鏊夔蠹曩噩府篦孤姆鞫；靶驰甏磋勤i 靼盟i l l i ：嚣霾 抒；两，售善銮库存的；设定等棱割雨镱稀辅豢菱8 i ；i i 警i 咱；拟耋扪酽鸯i 垦罐d 型垂i 蹇 鬻塞蔓雪篓强剐i 墨lg 蠹萋；= 圳麦塞i s 蝌 i j 蠹岑倍豫舔确幅。臻掰盔湛猫璀溉糕犁 氟纠剥墓瞅强附傩鐾蠹嚣羹塑；馥鞫“煞瓣猢剀j 耐淄潦鞘滚髫露篓磊搿薹骶拦鐾 墨 叫i h i 挥鼍謦；蠹u ；疰? i 逮攀偌捌娜逮塥强捅搬臻糍麓，捡霉翁渊辨磐。替端。 谈礤谊蟒卿峪捧蛙嚣黪。黑嚣哩拦蛆复塑坦鞲靶强二j 囊i l 囊嚣攀型览薹雾蠹强 x 东北大学硕士学位论文第一章绪论 去的订单资料来做比例配额与存货信息共享等。k e l l e & m i l n e 在1 9 9 9 年提出供应 商使用存货政策，在存货上限下决定订购批量，通过这种方法可抑制供应链间需 求放大。n a i s h 2 7 1 ( 1 9 9 4 ) 和k a h n ( 1 9 8 7 ) 也对牛鞭效应的产生原因进行了一定的 研究，他们认为上游企业对终端用户的行为变化的无知而造成需求预测的波动， n a i s h 还提出如果供应链每一阶层提前预知终端用户的行为变化，则牛鞭效应会消 失。同时运筹学家b l a c k b 啪在1 9 9 1 年也注意到了这现象，并且提出时间延迟 ( t i l ed e l a y s ) 是牛鞭效应产生的主要原因。同时指出，如果能够压缩供应链中 各阶层间的时间延迟，失真的需求预测会大大减少。斯坦福大学全球供应链管理 论坛主任李豪教授m a u ll e e l 是一个研究供应链管理的专家，研究的方向主要为供 应链管理中的信息共享问题和牛鞭效应问题。他在供应链中的牛鞭效应( b u l l 蛳p e 船c t 洫s u p p l yc h a i n s1 9 9 7 ) 一文中，对牛鞭效应作了完整的定义，而且通过对“啤 酒游戏”的分析解释了牛鞭效应的四个主要产生原因，即需求预测的波动、批量 订购、提前购买、短缺博弈，并且提出了有益的改进措施。h a u ll e e 的牛鞭效应 的研究为后人提供了重要的研究依据。 国内【2 8 4 2 1 对于牛鞭效应的研究处于起步阶段，近年来关于这方面的研究逐渐 升温起来，如徐章一( 2 0 0 2 ) 的牛鞭效应的综合治理，卢震、黄小原( 2 0 0 3 ) 具有不确定性需求的供应链牛鞭效应的随机控制等。 1 5 本文主要研究内容 本文研究的重点是通过定量化的模型来分析如何减弱供应链中的牛鞭效应，而且通 过模型研究了供应链信息流下的信息共享的价值，最后通过仿真分析研究了供应链模型 参数对牛鞭效应的影响。 本文的后续部分安排如下： 第二章建立了三个简单的二级供应链模型。首先建立了一个二级供应链的反馈控制 模型，对之进行数量化性能分析，研究供应链反馈控制结构对牛鞭效应的影响，通过仿 真得出订货提前期与供应链系统稳定性地定量关系。其次创建了一个复合控制二级供应 链系统模型。最后建立了n 对1 二级供应链控制模型，并进一步研究信息共享所产生 的价值。 第三章把二级供应链扩展到多级供应链，并创建了三级串联反馈控制模型和三级库 存控制模型，并用计算机仿真的方法分析研究了供应链模型参数对牛鞭效应的影响。 第四章提出了信息流对供应链的影响，对经过模型验证的信息流应用进行阐述。 东北大学硕士学位论文 第二章信息流下的二级供应链的控制模型 第二章信息流下的二级供应链的控制模型 供应链是围绕核心企业，通过对信息流、物流、资金流的控制，将链上所有成 员连成一个整体的功能网链结构模式。在供应链结构。3 7 1 方面，目前主要研究了 两级和三级供应链库存系统。这种简单供应链是复杂供应链的特殊表现，供应链 每一个环节除最终消费者外既是供应商又是用户。在两级供应链库存系统方面， 邵晓峰( 2 0 0 1 ) 等分析了一个供应商、一个销售商组成的两级供应链库存系统，分别 建立了非合作时各自成本最优和合作时供应链整体最优的库存模型。c h e nf y 和 f e n gy ( 1 9 9 8 ) 针对销售商采用( r ，n q ) 库存策略，使供应商利润最大的情况，研究了 一对多的两级供应链库存系统。徐贤浩和马士华( 1 9 9 8 ) 提出了基于网状结构模型的 多级库存控制问题，但以一个供应商和多个销售商组成的一对多两级库存系统作 为分析基础进行研究，然后将结论拓展到网状多级库存系统中。s i l v e r 和p c t e r s o nr ( 1 9 8 5 ) 给出了一个多级库存的模型，但以简单的两级库存系统为基础进行具体的讨 论。 本模型的刨新之处在于只研究信息流下的虚拟物质流动，信息流不同于物流， 它是一种非实物化的传递方式，通过计算机通信网络实现信息的交换。本章建立 了三个简单的二级供应链模型。首先建立了一个二级供应链的反馈控制模型，对 之进行数量化性能分析，研究供应链反馈控制结构对牛鞭效应的影响，通过仿真 得出订货提前期与供应链系统稳定性最大值的定量关系。其次创建了一个复合控 制二级供应链系统模型。最后建立了n 对1 二级供应链控制模型，并迸一步研究 信息共享所产生的价值。在模型中假设资金是充足的，物流以正向流动，信息流 是双向流动的。 2 1二级供应链的反馈控制模型 由于各个企业在供应链中位置的不同，获取信息的能力和处理信息的方法和策 略也有很大的区别。在信息不对称的情况下，企业往往根据自己掌握的信息进行决 策，但是由于有的企业掌握了较多的信息，使其具有一定的信息优势，在这种情况下， 占有信息优势的企业可以利用信息的不对称性获取更大的利益。本模型主要分析 了在信息不对称的情况下，由于占有信息优势下游企业的需求行为，即使在市场需 求稳定的情况下，需求波动也会在供应链上游企业中出现。 东北大学硕士学位论文 第二章信息流下的二级供应链的控制模型 g ( j ) = g j ( s ) 【，+ g j ( s ) g l ( s ) 】_ 1 ( 2 8 ) 2 1 2 反馈控制的二级供应链模型的建立 、本文考虑一个单生产商与一个销售商的供应链模型，研究信息不对称下供应 链是如何通过反馈控制减少牛鞭效应。在本文中销售商占有全部信息，生产商处 于信息被动地位。 我们假定销售商的需求是随机的，其期望需求表示为j ：，且为连续变量，销售 商订货提前期为f 销售商的实际需求( 即生产商的生产量) 为，其中t 描述了销 售商对偏差的反应速度 销售商和生产商的状态方程为： 厶址鲁叫以h h 心 ) 】 ( 2 9 ) 对上式进行拉氏变换为： 鸡( j ) = “e ”l ( j ) 一p ”( j ) 】 ( 2 1 0 ) 其传递函数为： 兰g a ( j ) = f 一厶( s ) ( 2 1 1 ) l + 二p 1 由其传递函数可以得到系统方框图： 图2 2 二级供应链的反馈控制系统 f i g 2 2 b i - l e v e l 舭d b a c kc o n t r o is y s t e mo f s u p p l yc h a - 这个系统是一个时滞系统，通过绘制其根轨迹图分析它的稳定性： 东北大学硕士学位论文第二章信息流下的二级供应链的控制模型 图2 3r = o 4 的系统根轨迹 f i g 2 3s y s t 哪m o tt 瑚c kw “hf = o 4 根据自动控制原理关于具有时滞环节的系统，本文传递函数的根轨迹与虚轴 交点应满足辐角条件： 要= 千万( 1 + 2 ) 一彻 ( = o ，l ，2 ) ( 2 1 2 ) 在这里取值为o ，万前面的符号取正值。则可以得到： ! ：砌，即印：三 根轨迹与虚轴交点处就是j 值的临界取值点，令s = i ，国，根据公式可以得到： = 国 所以j = 丢 根轨迹与实轴交点处坐标盯可以根据闭环特征方程式f ( 5 ) 性质求得： 警= 。j 射纠= 。 盯= 一三 ( 2 1 3 ) 求根轨迹与实轴交点处七值，令s = 盯，可以根据下式求得： 三：，七：上( 2 “) 三：曼一，七：上 ( 2 1 4 ) 丘仃 e f 东北大学硕士学位论文 第二章信息流下的二级供应链的控制模型 根据自控原理的性质可知： 1 ) 当七上时，系统是完全稳定的，但对外界变化反应慢，敏捷性差。 p f 2 ) 当土 k 当时，系统将不稳定，对外界变化反应强烈，即使发生一个微小需求波 z f 动就可使整个系统发生发散式振荡。 2 1 3 算例分析 通过m a t l a b 工具，对系统的性能进行仿真，观察销售商提前期f 和反映系 统误差系数_ j 的相互关系，从中确定合适的系统参数。 下面是系统仿真方框图： 图2 4 二级供应链系统仿真 f i g 2 4 b i i e v e ls u p p l yc h a i ns y s t e ms i m u l a t i o n 图2 5 是f = 1 ，七= 0 5 时的系统仿真响应曲线图，从图2 5 上可以看出系统是完 全稳定的，但对外界变化反应慢，敏捷性差。从而验证了前面模型部分理论的分 析结果。 东北大学硕士学位论文 第二章信息流下的二级供应链的控制模型 根据自控原理的性质可知： 1 ) 当七上时，系统是完全稳定的，但对外界变化蜒藤篓i 竣群弘萋， i t 巡藜摹蠹堑鬟善狞j 基蠢臻话强鍪慧祟。器琵囊再婆蓍琴萎囊驽i 积嘉骈秘； l t囊霍 l 要蓁一羹蚰；譬瞪固惫葡蔼渤嘤j 矮簧馨姜循番型壤螽- 馨慧冀瑟鲨 g l 罄u 蔷。塑斟j 鲤蠹婆姥鏊踊；鏊氍矍滗落霸篇 _ j ) ； n p = y ”1 ：1 ：1 ) x( r n + 1 ) ； 表2 1 销售商订货提前期f 和所对应的系统稳定临界最大值素的关系 1 h b i e 2 1t her e l a t i o n s h i po f i e a dt i m efo f s e i l e rt os y s t e ms t a b l ec r i 廿c a lm a x 七 f 0 10 2o 4o 60 8 1 o 七 东北大学硕士学位论文第二章信息流下的二级供应链的控制模型 图2 5f = 1 ，七：0 5 的系统仿真响应曲线 f i g - 2 5s y s t e ms i m u i a t i 0 r 鹤p o n s ec u r v ew “hf = 1 ，七= o 5 图2 6 是f = 1 ，= 1 时的系统仿真响应曲线图，从图上也可以看出系统是渐进稳定 的，但是明显的系统的波动性增加了，对外界变化反应比较慢，敏捷性一般。 图2 6r = 1 ，_ = 1 的系统仿真响应曲线 f i g 2 6s y g t e ms i m u l a t i o nr 酷p o s ec u r v ew 砌lf = l ，忌= 1 图2 7 是f ：1 ，女：1 5 7 6 时的系统仿真响应曲线图，系统是临界稳定的，波形 图呈周期性的变动，对外界变化反应较快，敏捷性较强。 东北大学硕士学位论文 第二章信息流下的二级供应链的控制模型 、= - c ( r + 2 ：m + 什1 ) ； v v = c ( 什1 ：一1 ：1 ) ；z e r o s ( i n 一1 一r ，1 ) 】； w = r o t 9 0 ( h a n k e l ( c ( m + r ：一1 ：r 1 ) ，v 、，) ) ； v = r o t 9 0 ( h a n k e l ( c ( r ：一1 ：1 ) ) ) ； x = 1 ( w w ) 】；y ： 1x ( 2 ：什1 ) + v + c ( 2 ：什1 ) d p = ) 【( m + 1 ：一1 ：1 ) x ( m + 1 ) ； n p = y ”1 ：一1 ：1 ) x ( r n + 1 ) ； 表2 1 销售商订货提前期f 和所对应的系统稳定临界最大值素的关系 1 h b i e 2 1t h er e l a t i o n s h i po f i e a dt i m efo f s e i l e rt os y s t e ms t a b l ec r i 廿c a lm a x 七 f 0 1 0 2 o 4 o 60 81 o 七1 5 7 5 77 8 6 93 9 42 6 2 6l 。9 7 0 l ，5 7 6 f 1 5 2 0 2 5 3 o 4 05 0 _ j 1 0 5 0o 7 8 60 6 3 0o 5 2 50 3 9 50 3 1 5 2 1 4 小结 本节研究了一个单生产商与一个销售商组成的两级供应链需求订货系统，建 立了在信息流中订货随机的情况下的二级供应链模型，并进行结构性能分析，而 且给出了一个算例来验证模型的有效性。算例结果表明，在信息流下销售商的订 货提前期f 和销售商对偏差的反应速度_ j 存在着一定关系，从中可以找出符合实际 情况的最优参数，从而证明了该模型的实际有效性。但是在算例中，由于模型的 建立是比较理想化的，没有考虑供应链中的其它因素，如价格波动，理性对策等， 所以在现实中的应用存在一定的局限性。 2 2 复合控制的二级供应链系统 建立在上一个二级供应链系统模型的基础上，为了进一步减少传递过程中信 息的失真，本文创新的引用了前馈环节，如果前馈环节吸( s ) 选的适当，则系统 对输入作用的跟随性能常常可以获得很大的改善，系统的稳态精度显著提高。 则其控制系统方框图为： 东北大学硕士学位论文第二章信息流下的二级供应链的控制模型 图2 9 二级供应链的复合控制系统 f i 9 2 9c o m p o s i t ec o n t m ls y s t e mo f b i _ l e v e ls u p p l yc h 日i 根据自控原理可知，加入前馈环节后对系统的稳定性没有影响，这是前馈控 制的一个很重要的性质。 在本文中供应链复合控制系统误差的拉氏变换为： e ( s ) = 厶0 ( 2 1 5 ) 要使系统误差e ( s ) 为零的条件是： 形( s ) = s 既设计出前馈环节使形( s ) = s 时，则可以完全消除误差，但在实际上难于获 得理想的前馈，只能是给出近似的校正。这是因为在本文中睨( s ) 是一个微分环节， 起到加快系统响应的作用，其实际意义代表销售商对市场需求信息的随时响应。 要做到这一点，需要在信息流下供应链中各个企业实现完全的信息共享，这在现 实中是一个理想化的想法，但随着信息技术的发展，供应链中的信息共享会程度 越来越高。 在整个供应链中，供应链成员之间信息共享是有效的供应链管理的基本要求。 建立供应链信息系统是解决供应链中信息失真，满足供应链中信息需要的有效途 径。信息技术的变革性发展为信息共享创造了关键性条件。i n t e r n e t 和i n