（交通运输规划与管理专业论文）供应链中长鞭效应的理论分析与研究.pdf

中文摘要 摘要 随着供应链管理的发展和不断完善，企业在更广阔的背景下来考虑自身的物 流运作，供应链管理是在2 l 世纪企业适应全球竞争的一种有效途径，企业要提高 自身的市场竞争力，需要从整体角度出发考虑供应链的协调运作情况，促使供应 链绩效最大化。而长鞭效应是供应链的实际运作中出现的一个主要问题，长鞭效 应的存在会造成库存增如、信息延迟、顾客满意度降低等不良后果，造成供应链 绩效降低，导致供应链失调。 一直以来，如何解决供应链中的长鞭效应是供应链管理中的难题，本论文首 先分析长鞭效应所带来的严重后果并且全面的讨论了导致长鞭效应发生的各种原 因；然后通过对啤酒游戏的实际操作，得出通过市场需求信息的共享能很好的改 善供应链中各节点企业的库存量，有效的降低长鞭效应发生的结论；接着从博弈 论的角度出发，建立信号传递博弈模型分析了长鞭效应的形成过程并提出了相应 的解决方法。最后从信息共享与否两个不同的方面对多级供应链中长鞭效应的产 生进行建模和定量研究，并且采用s i 枷o l i n k 软件对影响长鞭效应的各因素进行了 仿真分析和评价，通过对订货提前期、预测样本值等仿真图的分析，说明了这些 因素对长鞭效应的影响程度；最后基于上述对长鞭效应的分析研究，提出了从信 息共享、协同预测、缩短订货提前期、第三方物流管理库存、直销模式等各种途 径来削弱长鞭效应的发生，并将上述的研究理论应用到航运市场中来规避长鞭效 应的产生。本论文通过对长鞭效应的分析研究得出只有减少长鞭效应的发生才能 促进供应链协调和绩效最大化的结论。 关键词：供应链管理；长鞭效应；啤酒游戏；博弈论；第三方物流管理库存 英文摘要 t h et h e o r e t i c a la n a l y s i sa n dr e s e a r c ho nb u l l w h i pe f f e c to f s u p p l yc h a i n a b s t r a c t a st h ed e v e l o p m e n to fs u p p l yc h a i nm a n a g e m e n t ，t h ee n t e r p r i s ec o n s i d e ri t s l o g i s t i c so p e r a t i o nu n d e raw i d e nb a c k g r o u n d s u p p l yc h a i nm a n a g e m e n ti sak i n do f e f f e c t i v ea p p r o a c hf o re n t e r p r i s et oa d a p tg l o b a lc o m p e t i t i o ni n2 1c e n t u r y i no r d e rt o i m p r o v ei t sc o m p e t i t i o na n dm a x i m i z et h es u p p l yc h a i np e r f o r m a n c e ，t h ee n t e r p r i s e s h o u l dc o n s i d e rt h eh a r m o n i o u so p e r a t i o no fs u p p l yc h a i na saw h o l e h o w e v e r , b u l l w h i pe f f e c ti sam a i np r o b l e mo fs u p p l yc h a i nw h i c h c a np r o d u c em a n yb a dr e s u l t s ， s u c ha ss t o c ki n c r e a s e 、i n f o r m a t i o nd e l a y ，c u s t o m e rs a t i s f a c t i o nr e d u c t i o na n ds oo n t h e s er e s u l t sc a ni n d u c em a l a d j u s t m e n to fs u p p l yc h a i n s of a r , h o wt os o l v et h eb u l l w h i pe f f e c to fs u p p l yc h a i ni ss t h lad i f f i c u l tp r o b l e m t ot h es u p p l yc h a i nm a n a g e m e n t f i r s t l y , t h ep a p e rr o u n d l ya n a l y z i n gt h er e a s o n sa n d a f t e r e f f e c t so fb u l l w h i pe f f e c t ，s e c o n d l y ，t h r o u g ht h ea c t u a lo p e r a t i o no fb e e rg a m e ，w e k n o wt h a ts h a r e di n f o r m a t i o nc a nd e c r e a s et h ei n v e n t o r yo fe n t e r p r i s e sa n dr e d u c et h e b u l l w h i pe f f e c te f f e c t i v e l y ；t h i r d l y , t h ep a p e ra n a l y s e st h ep r o c e s sa n ds o l v i n gm e t h o d o fb u l l w h i pe f f e c tb a s e dg a m e t h e o r y ；f o u r t h l y , c o n s i d e r i n gt h et w oa s p e c t so fs h a r e d i n f o r m a t i o no ru n s h a r e di n f o r m a t i o n ，t h ep a p e rf o u n d sm o d e l sa n dm a k e sr e l a t e d q u a n t i t a t i v ea n a l y s i sa i m i n gt ot h eo c c u r r i n go fb u l l w h i pe f f e c ti nm u l t i l e v e ls u p p l y c h a i n ，m e a n w h i l e ，t h ep a p e ra d o p ts i m u l i n ke m u l a t es y s t e ms o f t w a r et oe v a l u a t et h e f a c t o r sw h i c hc a ni n f l u e n tb u l l w h i pe f f e c t ；f i f t h l y , t h ep a p e rb r i n g sf o r w a r ds o m e m e t h o d st ow e a k e ni to nt h eb a s i so fa n a l y z i n ga n dr e s e a r c h i n go nb u l l w h i pe f f e c t ， i n c l u d i n gs h a r e di n f o r m a t i o n 、f o r e c a s tt o g e t h e r ，s h o r t e nl e a dt i m e ，t p lm a n a g e d i n v e n t o r y 、d i r e c tm o d e la n d8 0o n , t h e nu s i n gt h et h e o r yo ns h i p p i n gm a r k e tt oa v o i d i n g b u l l w h i pe f f e c t f i n a l l y , t h ep a p e rc o n c l u d e st h a ta v o i d i n gt h eb u l l w h i pe f f e c ti st h eb e s t w a y o fp r o m o t i n gs u p p l yc h a i nh a r m o n ya n dm a x i m i z i n gs u p p l yc h a i np e r f o r m a n c e ， k e yw o r d s ：s u p p l yc h a i nm a n a g e m e n t ；b u l l w h i pe f f e c t ；b e e rg a m e ；g a m e t h e o r y ；t h i r d - p a r t yl o g i s t i cm a n a g e di n v e n t o r y 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， 撰写成硕士学位论文 ：送廛壁生苤錾筮廛煎堡迨盆扳蔓殛宜：。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。 论文作者签 学位论文版权使用授权书 月店日 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连海事大学研究生学位论文提交、 版权使用管理办法”，同意大连海事大学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。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于：保密口 不保密口( 请在以上方框内打“4 ”) 论文作者签 名， 聋 田镅孙月 彩 毒 彬年 导哼 供应链中长鞭效应的理论分析与研究 引言 1 研究背景及研究意义 进入二十一世纪后，全球市场的运转都呈现与以往不同的状况，即竞争更加 趋向全球化。同时，由于信息技术及生产技术的提高，使得产品的生命周期缩短， 在这种情况下，企业之间的竞争，无论是从广度上还是深度上都超越以往，不再 仅仅局限于企业之间的竞争，而扩大到企业作为节点所在供应链之间的竞争。竞 争的目的就是要使供应链上各节点企业朝共同的目标发展，促使供应链健康协调 的发展，使供应链绩效达到最大化。因此供应链管理越来越受到企业关注，现代 企业要想保持住自己在市场竞争中的地位，企业就必须要重新审视自己的内在力 量源泉和新的竞争点，而加强供应链管理则是首选的要点，换句话来说，供应链 管理为企业建立新的竞争优势提供了一个全新的视角，企业通过供应链管理体系 的构筑，来提高企业的核心竞争力。 但是长鞭效应的存在对供应链的有效运作产生很大的抑制作用，因为长鞭效 应的存在会产生一系列的不良后果：使供应链上各节点企业都相应的增加了库存； 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；使顾客的实 际需求得不到满足，导致顾客满意度降低等。长鞭效应的危害还不止这些，所以 对长鞭效应的产生原因、危害程度以及消减对策的研究具有一定的实际意义。 2 已有文献评述 现今国内外对供应链中长鞭效应的研究主要集中在以下的几个方面： ( 1 ) 分别从理论和实际两方面来证明长鞭效应的存在； ( 2 ) 分析长鞭效应的产生原因； ( 3 ) 通过各种方法量化长鞭效应的大小； ( 4 ) 探讨削弱长鞭效应的措施。 许多学者对长鞭效应进行了研究，他们主要从供应链系统本身的特性、供应 链中成员的决策过程以及供应链中的信息沟通等方面分析了长鞭效应。 f o r r e s t e r l l 】认为，长鞭效应现象的产生是由供应链系统本身的特性决定的，具 引言 体表现为供应链系统的组织结构、组织政策和延误使得供应链中出现长鞭效应。 f r a n kc h c n 2 j 定量分析了长鞭效应，认为长鞭效应的大小受市场需求的变化程 度和订货周期长短的影响。 r i c a r d o 3 l 认为供应链各个层次的经营者都会设置安全库存，这些库存的累加 会导致整个供应链系统库存产品量的倍增，进而导致长鞭效应的加剧。 t o w i l l n 提出从供应链结构方面考虑，减少一个或更多的中问成员来缩短供应 链；此外供应链成员的独立决策也是导致长鞭效应的原因，因此鼓励供应链成员 之间的合作，缩短供应链的时间延迟以及改变订货策略；同时还应加强信息沟通， 成员问对真实市场需求实行信息共享。 h ll e e 5 】认为长鞭效应是人的理性选择最优化决策后相互影响的结果，指出 有四个主要原因导致了长鞭效应的产生：需求信号的加工过程、限量供应、批量 订货方式和价格波动，并且提出采用信息共享、缩短提前期、协调订货和简化促 销行为等方法来减少长鞭效应的产生。 傅烨，郑绍濂【6 l 从委托代理理论出发考察了供应链中长鞭效应的成因，认为供 应链中的长鞭效应和其他效率损失问题其根源在于供应链的组织结构。即供应链 中任何一对买卖双方都具有双向的委托代理关系，而这种关系由于信息的不完备、 契约的不完善，包括缺乏有效的激励与监督机制导致委托和代理双方产生了目标 与结果的重复次优选择问题。 达庆利【1 认为通过供应链的协调，订立合理的契约，建立完善的激励机制和监 督机制，实行有效的信息共享。可以减轻甚至消除长鞭效应。在具体的运作中， 可采用销售数据和库存信息共享，减少供应链环节，缩短订货的提前期或交货时 间，买卖双方协调订货以及生产商价格方案的简化等策略。 李鹏中【8 】认为解决长鞭效应问题的措施包括：1 建立基于i n t e r a c t 的供应链信 息共享系统；2 缩短提前期，实行外包服务；3 减少订货批量；4 建立合作伙伴关 系；5 实行订货分级管理；6 规避短缺情况下的博弈行为。除此之外还必须建立有 效的激励和监督机制，完善内部和外部契约，提高企业的效率。 供应链中长鞭效应的理论分析与研究 3 研究目的 本文在基于前人的研究成果上，主要是针对多级供应链下长鞭效应问题进行 研究，首先从博弈论的角度分析了长鞭效应的形成过程和解决方法。然后从信息 共享与否两方面对多级供应链下的长鞭效应建模并采用s i m u l i n k 仿真软件对模 型进行仿真，分析了各因素对长鞭效应的影响程度，针对上述结论提出解决长鞭 效应的对策，并将其应用到航运市场，提出解决航运市场中长鞭效应的些措施。 本论文研究内容如下： 第i 章提出了长鞭效应的理论，首先对长鞭效应所带来的一些严重后果迸行 了具体的说明，接着针对性的提出了各种引发原因，并借用啤酒游戏中得出的图 形来对长鞭效应进行形象的描述。 第2 章从博弈论的角度对长鞭效应的产生和消除进行了分析研究。 第3 章在信息共享与否的两种情况下，对多级供应链下长鞭效应进行建模并 采用s i m u l i n k 对模型进行仿真分析，第2 、3 章是文章的重点部分。 第4 章是根据前几章分析研究，提出相应的消除措施和对策。 第5 章是针对航运市场中的长鞭效应作为实例进行分析。 最后是本论文工作的总结和综述。 本论文的研究思路结构框架图如图1 所示： 引言 图1 本论文研究思路结构框架图 f i g 1t h ef r a m e w o r ko ft h i st h e s i s 供应链中长鞭效应的理论分析与研究 第1 章供应链中的长鞭效应 1 1 供应链中长鞭效应的概念 在供应链管理中一直存在一个令企业很关注的问题长鞭效应( b u l l w h i p e f f e c t 也称牛鞭效应) ，它是弓l 起供应链失调的原因。1 9 9 5 年，宝洁公司【9 】( p & q 管理人员在考察p a m p e r s 牌婴儿一次性纸尿裤的订单分布规律时，发现一定地区 的婴儿对该产品的消费比较稳定，零售商那里销售量的波动也不大，但厂家从经 销商那里得到的订货量却出现大幅度波动，同一时期厂家向原材料供应商的订货 量波动幅度更大。这一现象与我们在挥动鞭子时手腕稍稍用力，鞭梢就会出现的 大幅度摆动的现象相类似。于是，人们就将这种现象称为长鞭效应( b u l l w h i p e f f e c t ) 长鞭效应【1 0 1 【1 l l 是指由于供应链上存在需求与供给的不确定性，需求信息在从 供应链的下游端向上游端传递的过程中发生了严重扭曲，即供应链上的这种需求 信息会沿着零售商、分销商、制造商、供应商等逐级扩大。长鞭效应有时也称信 息曲解现象( i n f o r m a t i o nd i s t o r t i o n ) 。处于其他行业的惠普、通用、福特、克莱斯勒、 康柏、i b m 等其他企业也作过类似的调查，同样印证了这一现象的存在。这说明 长鞭效应在多数供应链中都存在。 我们考虑有一个简单的四阶段供应链。在这个简单的供应链中包括单个零售 商、单个批发商、单个分销商和单个制造商。其具体订货流程图f 1 2 l 如图1 1 ： 第l 章供应链中的长鞭效应 订货提前期 订货提前期 订货提前期 零售商 it 交货 ji 批发商 jf 她 分销商 lt 交萤 lj 制造商 图1 1 具体订货流程图 f i g 1 1c o n c r e t e l yo r d e r i n gf l o wc h a r t 零售商根据顾客需求向批发商订货，批发商向分销商订货，接着分销商向制 造商发出订货单。比如该供应链的第二阶段批发商，批发商接受零售商的订 单，并向其供应商分销商订货。为了确定这些订单的订货量，批发商必须预 测零售商的需求。如果批发商不能获知顾客的实际需求数据，它必须利用零售商 已发出的订单进行预测。因为零售商订单的变动性明显大于顾客需求的变动性， 为了满足与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， 或者保持比零售商更高的能力。这种情况同样出现在批发商和分销商、分销商和 制造商中，结果导致这些供应链成员维持更高的库存水平、发出更大的订单，从 而发生更高的订货和库存成本。这种需求扭曲以逐级放大的形式沿供应链上游蔓 延。我们从图1 2 中可以很明显看到这种现象i l ”。 供应链中长鞭效应的理论分析与研究 订 堇 数 量 波 动 零售商批发商分销商 供应商 图1 2 长鞭效应示意图 h g 1 2b u l l w h i pe f f e c ts k e t c hm 印 1 2 长鞭效应对供应链及其管理的危害 长鞭效应是造成供应链失调的重要影响因素，同时给供应链管理带来了很大 的难度，其危害是巨大的。具体表现在以下几个方面： ( 1 ) 长鞭效应的直接后果就是库存积压，增加库存成本【1 4 1 。有研究表明，在整 个供应链中，从产品离开生产商的生产线至其到达零售商的货架，产品的平均库 存时间超过1 0 0 天。为了应付增大了的需求变动性，供应链上的各节点企业不得 不保有很高的库存水平。越是供应链上游的企业，其保有的库存水平越高。因此， 导致供应链的库存成本增加。 ( 2 ) 长鞭效应增加了企业的生产成本和运输成本。由于存在长鞭效应，尤其是 供应链中的上游企业( 供应商和制造商) 要尽力满足较顾客需求更具变动性的订 单流。为了应付这种增大的变动性，企业要么就扩大生产能力，要么增加库存量， 这两种做法都会加大单位产品的生产成本。同样由于长鞭效应的存在，运输需求 将会随着时间的变化而剧烈波动。因此，企业需要保持剩余的运力来满足高峰期 的需求，从而使运输成本提高。 ( 3 ) 长鞭效应使得用户需求得不到及时的满足，服务水平差，导致客户满意度 第1 章供应链中的长鞭效应 下降。扭曲失真的信息使各节点企业很难对市场需求做出准确预测和正确决策， 企业往往不是生产能力闲置就是过度使用，从而使企业产品拥有量不稳定，时而 产生短缺时而过剩，甚至出现产品过时的现象，这对于那些生命周期短的产品更 是明显，例如：流行服饰、电子产品等。这些因素使得企业无法充分满足客户需 求，导致对客户服务水平的降低。 ( 4 ) 长鞭效应易给人造成需求增加的错觉，使制造商投入的生产能力大于实际 的需求1 1 5 】。在需求保持不变的情况下，需求的波动程度的大小直接影响着所需的 生产能力的大小。长鞭效应歪曲了需求信息，使需求的波动程度加大，从而使制 造商盲目扩大生产能力，结果是生产能力利用率不高。这也是造成市场上对某一 行业热门产品进行盲目投资和重复建设的原因之一。 综上所述，我们可以得出如下结论：长鞭效应及其引发的供应链失调对供应 链的运营有较大的负面影响。通过上面的分析可知长鞭效应的存在会使库存成本、 生产成本、运输成本增加，降低了反应能力，从而导致供应链绩效降低。 1 3 供应链中长鞭效应产生的原因 ， 长鞭效应产生的原因有很多，很多国内和国外的学者对此作了深入的研究。 然而l 胱对长鞭效应的研究最全面和详细，他比较系统的研究了长鞭效应产生原 因，本文归纳许多学者提出的结论并总结本人对长鞭效应产生原因的研究，提出 了以下具体的几点【1 6 l ： 1 3 1 订货量的需求预测 在供应链中，供应链上游总是将来自下游的需求信息作为自己需求预测的依 据，并据此安排生产计划或供应计划。正是这种封闭式的逐级传递的需求信息是 导致长鞭效应产生的主要原因。随着订单流沿供应链的上溯，供应链内的不同阶 段均以发出的订单作为基本的沟通手段，每个阶段都将接到的订单流视为其需求， 并根据订单信息进行预测。我们假定供应链中的上游管理者是根据下游所传递的 订单信息采用指数平滑法来计算需求预测和安全库存的话，那么供应商得到的订 单将会有很大的波动。 我们从图1 2 中就可以看出，从零售商到供应商的订单数量要比实际的销售量 供应链中长鞭效应的理论分析与研究 要大得多。正是因为这种需求预测没有针对实际的市场需求，需求预测的放大直 接造成了供应链中各节点企业的库存增加，导致库存成本的增加。 1 3 2 订货提前期 订货提前期【1 7 】包括下游企业在发出订货单后一直到收到货物的时期。具体如 图1 3 所示。 订货提前期li 图1 3 订货提前期示意图 f i g 1 3l e a d l i m es k e t c hm a p 由于供应链上下游各级企业从订货到收货存在“时滞”，即某节点企业向其上 游企业发出订货单到收到货物之间需要一段时间。这种“时滞”存在两方面的负 面效应，一是使订货量的信息得不到及时的修正，二是企业要考虑“时滞”期的 需求量，提高了安全库存。因此，各级企业在预计库存的时候都计入了提前期， 而提前期越长，需求变动引起的库存和订货点的变化就越大。即供应链上的各阶 段企业的订货提前期越长，则长鞭效应越明显。这一点在第3 章的仿真中会有具 体的分析。 我们采用一个数学方法来说明订货提前期对长鞭效应的影响。假设批发商的 两个订货提前期分别为t 。和t 。，另设下游阶段( 零售商) 在单位时间内的变异程度 ( t h ed e g r e eo f v a r i a b i l i t y ) 为v 。当然，变量可能是随机性变量，也可能是某种趋势( 确 定或不确定的趋势) 。因此，通常的情况是零售商会将单位时间的变异程度v 与订 第1 章供应链中的长鞭效应 货提前期( t 。或t 。) 相乘，而得到订货变量。于是，有 订货提前期为t 。的订货变量v 。l i e v f 。 订货提前期为t 。的订货变量v 1 一v “ 若t l t o ；则v 1 v o 因此，订货提前期的大小对长鞭效应的影响是很大的。订货提前期长不但会 造成节点企业的库存量增大，同时还会使得用户需求得不到及时的满足造成服务水 平差，导致客户满意度下降。 1 3 3 批量订货 在供应链中，每一个企业通常使用某种方法控制库存。当库存耗尽时，下游 企业会立刻向上游供应商发出订单，订货批量有周期批量和即刻批量两种形式。 一般情况下，销售商并不会来一个订单就向上级供应商订货一次，而是在考 虑库存和运输费用的基础上，在一个周期或者汇总到一定数量后再向供应商订货， 即采用批量订货的方式。当企业大批量定购的产品大大超出了需求的波动时，订 单的变动性就会在供应链内放大。这样，由于企业的订货策略导致了长鞭效应的 产生。 同时在供应链中，一个共同的问题就是频繁订单下的运输经济性问题，在满 负荷运输与低于最低起运量运输之间的经济差距是巨大的。因此，当从供应商处 订购产品时，其强烈的愿望就是要满负荷运输，所以供应商对大量或批量订货往 往提供优惠的定价。然而供应商的这种批量折扣的优惠策略，会促使供应链中下 游企业增加订单量，扩大了供应链内订单的批量规模。这种人为的大批量订单就 导致了长鞭效应的放大。 1 3 4 价格波动 据估计，零售业中制造商与代理商之间交易的8 0 是在需求估计的前提下预 先成交的，这通常是因制造商给出了一个极具吸引力的价格，使零售业中的预先 购买导致较多的存货。在目标市场中，预先购买由价格波动而产生，制造商和分 销商周期性地使用特殊促销方式，如价格折扣、数量折扣和特殊奖励等。在供应 供应链中长鞭效应的理论分析与研究 链中，这些特殊促销方式的运用在促进消费者在大量购买的同时产生未来库存。 这种促销与供应链密切相关，如果预先购买成为一种惯例，那么可以预见，当商 品价格低时，消费者所购买的比实际需要的要多；当价格处于中性或偏高时，消费 者将停止购买行为直到耗尽存货。其结果是，消费者的购买模式无法反映实际的 消费模式，并且购买数量的变化大于消费数量的变化，这样就产生了长鞭效应。 尽管许多公司认为高低价格交叉策略有利于刺激购买，增加销售，但其负面效应 也是显而易见的。实际上，由于价格波动的原因，使得制造商一方面不得不在某 一特定时间超负荷，超时生产和运输，而在其他时间闲置无事；另一方面制造 商还不得不设置高额库存以满足需求的巨大波动。在供应链中，除制造商以外， 这种营销手段也加大了供应链中的各级库存。 1 3 5 短缺博弈 将有限的生产按照零售商所要求的订货量比例进行分配的方式( r a t i o n i n g s c h e m e s ) ，会导致长鞭效应的放大。在供应链中经常会出现这种高需求的产品供应 短缺的情形。例如，某制造商所接到的各分销商的订货总量为q ，而该制造商的 供应能力仅为q ，2 ，则在这种分配方案下，每个分销商或零售商都将得到其要求的 订货量的一半。也正是由于在现实中许多制造商采纳这种分配方案，因此各分销 商或零售商都用故意放大自己的订货量来获取自己所需的订货量。此时，制造商 根据其所接到的订单信息进行需求预测，就会严重地放大实际需求。这样就产生 的长鞭效应，在定单波动的情况下，许多制造商无法辨别是否产生了真正的需求 或仅仅是一种来自分销商所期望的产品分配的抽象需求。常常是制造商为这些抽 象需求信息而付出超量存货、增加生产能力或引起成本增加的代价。 1 3 6 供应链的多层级结构 供应链1 1 8 】是由供应商、制造商、分销商、批发商、零售商和用户等组成的多 层级的复杂的物流和信息流。供应链的每一层级的参与者为了避免缺货都会设置 安全库存，这些安全库存又因为上述原因在供应链内逐级放大并累积。多层的累 计反过来又导致上游企业对市场波动反映迟钝，供应链越长，层级越多，长鞭效 应越显著。一般而言，供应链的层次结构类型可以划分为四大类：粗短结构、整 第1 章供应链中的长鞭效应 树结构、链状结构和细长结构，如图1 4 所示： 【大】 垂 直 结 构 【小】 斟增 一 ) - ( 二旧 哑蛞 。链状结构 【小】 水平结构 图1 4 供应链层级结构类型 f i g 1 4s u p p l yc h a i ns t r u c t u r et y p e 【大】 根据分析研究可知，在四种结构中，链状结构对长鞭效应的影响最小，而整 数结构的影响最大。因为供应链中成员越多越复杂，信息被加工的次数越多，相 应的信息扭曲程度也越严重。 1 3 7 信息的共享程度 企业之间的信息共享程度【1 9 j 存在完全信息共享、部分信息共享和信息不共享 三种类型，而不同的信息共享程度对长鞭效应的影响也不尽相同。信息完全共享， 对生产的安排、计划的执行、库存的分配、市场的预测实行统一集中的控制，便 于识别加工过的信息，供应商也能了解到最终客户的实际需求。不会产生较大的 订货波动，长鞭效应影响小。部分信息的共享，如果合作领域包括的主要流程与 订货流程息息相关，那么，会对减少供应商订单波动产生一定影响。企业决策时 如果无信息共享，其结果是最大化了长鞭效应，特别是在产品短缺、交货时间长、 市场波动比较大的情况下，供应链中的上游企业将面l 豳着巨大的需求波动。 供应链中长鞭效应的理论分析与研究 1 3 8 企业间缺乏协调 由于供应链各成员之间存在一定的利益冲突关系，彼此之何不愿共享那些涉 及商业秘密的信息，这种“内耗”大大影响了供应链的整体运作水平和竞争力。 此外，供应链中各成员之间缺乏良好的协调，致使有关顾客需求的实时信息无法 及时反馈回供应链，造成对顾客需求响应的滞后，这也是产生长鞭效应的重要原 因之一。 1 4 啤酒游戏与长鞭效应 1 4 1 啤酒游戏的介绍 啤酒游戏( s e e rg a m e ) ，是2 0 世纪6 0 年代，从m 1 t 的s l o a n 管理学院所发展 出来的一种供应链物流管理动态模拟实验，用来模拟每阶段只有一名参与者的供 应链运营，为我们较好地再现了长鞭效应产生的过程。游戏中共有五个角色，分 别是顾客、零售商、批发商、分销商及制造商。游戏是这样进行的：顾客一零售 商一批发商一分销商一制造商c 从左到右下订单，从右到左满足订单) 。在经营一段 时间以后，首先消费者需求出现微小调整，随后零售商、批发商、分销商的订单、 库存量相继出现波动，并且沿供应链波动幅度越来越大，长鞭效应的痕迹越来越 明显。 1 4 2 啤酒游戏的实施 笔者曾经在课堂上参与了一次啤酒游戏，该游戏分两个小组，每个小组有4 个成员来模拟供应链，他们分别代表着供应链中的制造商、经销商、批发商和零 售商。顾客由老师扮演，老师给出顾客需求量的信息。第一个小组中成员之间不 允许互相交流库存和订单信息，用以模拟信息不共享的情况；而在第二个小组中， 通过零售商公布真实的顾客需求信息使供应链中其他阶段的成员均能获取真实的 需求信息，来模拟的信息共享的情况。 每个成员将根据本期从各自下游成员收到的订单发出货物，并以此为依据参 考销售的历史纪录预测未来需求的变化，结合本期末库存量向上游的成员发出订 单。任何两个成员从发出订单到得到该订单的订货需要个经营期，货物的运送 第1 章供应链中的长鞭效应 也需要一个经营周期，换句话讲：每个成员从发出订单到得到该订单的订货需要 两个经营周期。假定总经营周期是2 0 。为了游戏的方便起见，我们假定供应链中 各阶段处不允许缺货。为了使两组的结果更具有可比性，假定两个小组的零售商 接受顾客的订货数量的变化是相同的。 图1 5 中显示了第一组供应链各成员的库存变化。从图中可见，在经营一段时 间后，当零售商处需求量发生微小波动时，随后批发商、分销商和制造商的库存 量相继出现波动，并且沿着供应链的上游波动的幅度越来越大，这说明了供应链 中的长鞭效应越来越明显。从图中比较一下在9 1 2 这段经营周期中，零售商和制 造商之间的库存量的差距，就可以明显地看出，长鞭效应的发生所带了的库存积 压的严重性。 图1 5 第一组供应链的库存变化图 f i g 1 5i n v e n t o r yv a r i a t i o n a lo r a p ho ft h ef i r s ts u p p l yc h a i n 图1 6 中显示了第二组供应链中各成员的库存变化。从图中曲线的变化情况可 见，在信息共享的情况下，供应链上各阶段库存的波动幅度大大减少，比较一下 零售商和制造商之间库存变化量可知，虽然两者之间仍然存在一些波动，但较第 一组的情况而言，其变动幅度已远远的小于第一组的波动幅度。这说明供应链中 供应链中长鞭效应的理论分析与研究 各阶段信息的共享可以显著的减弱长鞭效应的发生。如图1 6 所示： 图1 6 第二组供应链的库存变化图 f i g 1 6i n v e n t o r yv a r i a t i o n a lg r a p h0 f 吐幛s e c o n ds u p p l yc h a i n 1 4 3 啤酒游戏的结论分析 在供应链中，从零售商到制造商，每一个成员对需求的预测都是基于下游成 员中获得的订货信息，因此，通过需求信息的共享，提高了供应链中上游企业对 需求预测的准确性，并通过每一个供应链成员减少对需求信息的放大来改善对整 个供应链需求信息的放大和波动。 根据图1 5 和图1 6 的比较可知，由于需求信息的共享，供应链中各成员的库 存量变化都有显著的改善，但是供应链上游成员( 制造商、分销商) 的改善程度 要明显的好于下游成员( 批发商、零售商) ，因此，需求信息的共享对供应链中上 游企业更为有利。这也造成了许多零售商不愿意共享销售数据，一方面是担心自 己的商业信息保密问题，另一方面是因为共享数据对自身利益的改善不大。因此， 对于供应链上游企业而言，为了保障信息共享能顺利实施，应对下游企业采取相 应的激励措施来促进供应链下游成员共享销售数据。 最后，由于订货提前期的存在，供应链中交货时间滞后于订货的时间( 在上 第1 章供应链中的长鞭效应 面的啤酒游戏中，订货提前期是2 个经营周期) ，供应链中的成员在采购决策时基 于当前库存的状态，对已订购但还没有运到的货物数量估计不足，导致了供应链 中仍然会有一定的信息放大和库存波动，如果能采取j r r 补货措施将很好的降低长 鞭效应的发生。因此，信息的共享并不能完全的消除长鞭效应的发生。所以还需 要相应的采取一些其他措施与信息共享并重，最大程度的消除长鞭效应。 供应链中长鞭效应的理论分析与研究 第2 章供应链中长鞭效应的博弈分析 供应链是一个多层次结构，协调配合是供应链管理的根本特点。但是长期以 来，处于供应链下游和上游的企业之间，一直都是短期竞争性的对立关系，这是 因为上游企业为了满足下游企业的订货量，不得不保有更多的库存，使得库存成 本的增加，其竞争是一种“零和博弈i 刎”，即下游企业的额外收益等于上游企业的 损失。 在供应链管理当中，每个节点企业在决策时都是利用下游企业的信息进行预 测，并向上游企业传递信息。每个节点企业都既是信息的接收者和受益者，同时 又是信息的制造者和传播者。在这一信息传递过程中，长鞭效应的发生是常见的 现象。 2 1 供应链中长鞭效应的博弈模型的引入和建立 在供应链各节点企业之间的信息传递过程中，往往存在这样的一个问题：信 息传递的非真实性和非可靠性，信息拥有方存有故意隐瞒和欺骗的动机，以期获 得自身最大的利益；而信息接受方却缺乏完整的信息，很难辨别信息的真伪。从 博弈论的角度而言，这种信息传递问题，可以理解成一种不完全信息动态博弈问 题。我们采用信号博弈理论来分析长鞭效应的产生原理。 2 1 1 信号传递博弈模型理论的介绍 信号传递博弈【2 1 倒是不完全信息动态博弈模型中一类简单、重要的博弈模型。 在信号传递博弈中，假定有两个参与人i = 1 ，2 。参与人1 称为信号发送者s e n d e r ， 参与人2 称为信号接收者r e c e i v e r 。参与人1 具有私人类型护，口的概率分布是共 同的知识。海萨尼转换下的信号传递博弈时序如下： ( 1 ) “自然”首先按概率分布p ( o ) 选择参与人1 的私人空间o e o ，此时 0 一 岛，岛，铂是参与人1 的类型空间。自然将口的值告诉参与人1 。参与人2 不知道日值，但是了解0 的概率分布p ( p ) 。 ( 2 ) 参与人1 在了解口值后，选择信号m ( 口) m ，这里m 一 m 。，m2 ”m ，) 表 第2 章供应链中长鞭效应的博弈分析 示参与人l 的行动空i 司，称其为信号空间。 ( 3 ) 参与人2 在观察到参与人1 的发出的信号m ( o ) c m 后，形成他对参与人 l 的私人类型口的推断后验概率p - v ( o l 肌) 。然后选择行动a ( m ) e a ，这里 a _ a 。，a ：，a 。) ，表示参与人2 的行动空间。 ( 4 ) 对于给定的类型日0 ，信号m e m ，行动a a 。参与人i 获得支付 u i ( m ，a ；p ) ，i 一1 2 。 在信号传递博弈中，信号发送者的策略s l 是o 到m 上的映射： s 1 ：o m ，s l ( 们i m 信号接收者的策略s 2 是m 到a 的映射：s 2 ：m as 2m ) - a 。 从图2 1 中可以看到对一个简单的信号传递博弈的表述，在这里假定i = j = h = 2 ， p ，= p ( o 。l m 。) ，p ：一p ( o l l m ：) ，此处省略可支付向量。 _ p 图2 1 信号传递博弈 f i g 2 1s i g n a l i n gg a m e a 2 2 2 1 2 供应链中长鞭效应下博弈模型的建立 信号博弈的基本特征是博弈方分为信号发出方和信号接收方两类。先行为的 信号发出方的行为对后行为的信号接收方来说，具有信息传递的作用。这种传递 信息的行为称为“信号机制”。很明显，供应链中任何两相邻节点企业之间的信息 供应链中长鞭效应的理论分析与研究 传递具有这种信号机制博弈的特点。 在这里我们建立供应链中零售商和批发商之间的信号博弈模型【2 4 1 ，如下： 用m 表示信号发出方( 零售商) ，用s 表示信号接收方( 批发商) 。用 t = t 。，t ：，t 0 表示m 的类型空间，即零售商实际观测到的市场需求信息；用 m 一 m 1 ，1 1 ：，舶0 表示m 的行为空间( 信号空间) ，即m 向上传递的信息，或 者说是零售商向批发商发出的订货量。它有可能等于t ；，也有可能根据预测模型对 t 做出某种转化并加上修正增量a t ，即：零售商可能按照市场的实际需求信息直 接向批发商发出订货单，也有可能是在市场实际需求信息的基础上增加安全库存 量后向批发商发出订货单；用s - s ，s ：，s 。 的表示s 的行为空间，即s 采取的 行为，或者说是批发商对零售商所发出的订货单做出的反应。用v 。和u 。分别表示 零售商m 和批发商s 的收益；引进“自然”博弈方，它为m 选择类型的概率分布 为 p ( t 一) ，p ( t z ) ，p ( t 一) ) 并且艺p ( t i ) 一1 根据以上所定义的符号，信号博弈可以如下表示： ( 1 ) “自然”首先选择m 的类型t ；e t ，m 知道t ；，但是s 不知道，只知道属 于t ；的先验概率是p = p ( t 。) ；表示只有零售商了解市场的需求，而批发商无法得知 市场需求信息； ( 2 ) m 在观察到类型t ；后选择行为是m ；表示零售商在获取市场需求信息后， 根据自身的情况，向批发商发出了自己的订单量； ( 3 ) s 看到m 选择的m 之后，选择行为s l ；表示供应商在获取零售商的订单 后，供应商做出的选择； ( 4 ) m 和s 的收益u m 和u s 都取决于t ，、m i 、s k ，是这三个因素的函数； 在该信号博弈中，完美贝叶斯均衡的条件是： ( 1 ) 批发商观察到零售商所发送的信号m e m + 之后，批发商根据所接收到的 信号，对零售商的类型进行推断，即形成一个后验概率p ( t i m ) ； ( 2 ) 对于信号m m - 与推断p ( t ；i m ，) ，批发商应该采取行动s m ) ，使得它 第2 章供应链中长鞭效应的博弈分析 的期望支付最大化，即： s ( m ，) 印罂a x 善u “m p s k ) p ( i m ) 这符合批发商s 的完全理性经济人的假设。 ( 3 ) 给定s 的策略s ( m j ) 时，m 的选择m ( ) 必须使m 的收益最大，即： m ( t ) e a r g m a x u 。t i ，m j ，s * ( m ，) 1 m o j 这也符合零售商m 的完全理性经济人的假设。 从该抽象模型我们可以看出：信号发出方m ( 零售商) 、信号接受方s ( 批发 商) 都是从自身最大的利益的角度出发，选择使得各自利益最大化的行为m ：和s ：， 发送对自己有利的需求信息( 如条件2 和3 所建立的模型) 。上述博弈过程就可以 理解成供应链中长鞭效应的产生过程。理由是：零售商m 要使自己获利最大，就 必须持有一定的安全库存，以应对特殊的情况，表现在数学公式上就是m ；，t ， 而对于批发商s 为了获取最大的利益，在不了解客户实际需求量的时候，当然会 满足零售商提出的所有订货单，同时它也为了保有一定的安全库存，就会向上一 级传递更大的订货单即：s 。，m ；，t ；。这样供应链中各节点企业都会不断地增加 库存，有意或无意地保存或增加了不真实的需求信息。在信息流的逐级向上传递 过程中，就必定发生需求信息的曲解，导致长鞭效应的发生。 2 2 供应链中长鞭效应的博弈模型的求解 根据以上建立的模型，可以求出纯策略意义下信号传递博弈的精炼贝叶斯均 衡，很多参考书上都提供了这种博弈的解法，因此我将不再做赘述，考虑到在多 级供应链下使得整体效益最大化，这里介绍另一种博弈“显示原理”。 在供应链中处于上、下游阶段的两个企业，他们对信息的掌握程度不同，由 于下游企业更贴近与市场，对市场的变动更加敏感，所以他们处于一种信息不对 称的状态，即委托一代理机制，委托人选择一个满足代理人