考虑冲突与中断的的供应链网络协调和弹性决策研究

1、2021年7月25日1 考虑冲突与中断的的供应链网络考虑冲突与中断的的供应链网络协调和弹性决策研究协调和弹性决策研究 2021年7月25日2 研究背景研究背景 研究思路与框架研究思路与框架 研究内容研究内容 研究结论与展望研究结论与展望报告内容报告内容2021年7月25日3研究背景研究背景SCNs成员冲突成员冲突首先由于供应链网络（Supply Chain Networks，SCNs ）成员的合作是建立在不同企业所拥有的核心竞争力基础上的，相互依赖程度十分明显；其次，SCNs成员目标不一致；再次，企业在信息和认识上的差异；最后，SCNs绩效评价和激励机制不合理。SCNs中断风险中断风险SCNs

2、的多参与主体、跨地域、多环节的特征，使SCNs容易受到来自外部环境和网络中各成员内部不利因素的影响，形成SCN中断风险。随着SCNs规模日益扩大，结构日趋复杂，网络中任何环节出现问题，都将引起剧烈的连锁反应，后果将不堪设想。 SCNs风险风险SCNs成成员冲突员冲突SCNs中中断风险断风险2021年7月25日4研究思路与框架研究思路与框架 第五章 考虑中断的SCNs弹性决策研究最优化理论第二章 考虑冲突的两级SCNs协调研究第三章 考虑冲突的完全信息三级SCNs协调研究第四章 考虑冲突的不完全信息三级SCNs协调研究演化博弈纳什均衡Stackelberg博弈模型第一章 绪论第六章 结论与展望S

3、CNs弹性决策研究SCNs冲突风险SCNs中断风险SCNs风险SCNs协调研究章节递进关系内容包含关系方法应用关系研究背景关系2021年7月25日5研究内容研究内容1. 考虑冲突的两级考虑冲突的两级SCNs协调协调2. 考虑冲突的完全信息三级考虑冲突的完全信息三级SCNs协调协调3. 考虑冲突的不完全信息三级考虑冲突的不完全信息三级SCNs协调协调4. 考虑中断的单源和双源采购弹性决策考虑中断的单源和双源采购弹性决策5. 考虑中断的供应商选择和订单分割弹性决策考虑中断的供应商选择和订单分割弹性决策 2021年7月25日61.考虑冲突的两级考虑冲突的两级SCNs协调协调 由于SCNs是一个网络，

4、网络内部各成员的自私行为与信息拥有的不对称，使得网络成员的活动与决策往往与SCNs的整体利益相冲突，协调有助于确保SCNs成员都能够采取提高整体利益的措施，避免出现局部利益提高而整体利益受损的现象。因此研究了两级SCNs协调问题，首先研究了一个含有多供应商和多分销商含有多供应商和多分销商的两级SCNs协调问题，在此基础上运用演化博弈的思想重点研究了一种特殊的两级SCNs供应商管理库存供应商管理库存（Vendor-Managed Inventory，VMI）SCNs的协调问题，建立了SCNs中考虑冲突的考虑冲突的VMI协调模型协调模型，回答了如何实施VMI并使VMI逐步发展并成熟的问题。2021

5、年7月25日7考虑冲突的考虑冲突的SCNs协调分析协调分析 首先分析出SCNs成员个体效个体效用最大化用最大化 和有限有限理性理性是SCNs成员冲突的内在根源，在此基础上，给出了内力与外力的共同作用下SCNs协调发展的协调发展的过程过程 示意图示意图。内力外力外力输出实现自身价值激励机制外部环境因素运行效率结构有序度供应链网络 图 SCNs协调过程克服冲突2021年7月25日8多供应商和多分销商的两级多供应商和多分销商的两级SCNs协调协调 考虑由m个供应商和个供应商和n个分销商构成的两个分销商构成的两级级SCNs的协调的协调问题。在两级SCNs中，首先分销商之间面对给定的需求函数和价格需求函

6、数和价格通过选择销售量选择销售量展开竞争，总的数量同销售价格相关联。然后提供估算的需求函数给上游供应商，上游供应商面对给定或者估算的需求给定或者估算的需求函数函数进行数量协调。通过分析分销商和供应商的利润最大化决策，得到命题2-1：两级SCNs成员的平均成本平均成本是整个网络协调均衡利润的关键因素。总产量随着各总产量随着各层的平均成本的递增而线性递减层的平均成本的递增而线性递减；上游供应商和下游分销商成员的平均利润随着各层的平均利润随着各层的平均成本的递增而递减平均成本的递增而递减。2021年7月25日9VMI协调协调 VMI是一种在SCNs中上游成员和下游成员之间的协调机制，以对双方来说都是

7、最低的成本优化产品的可获性，在一个相互同意的目标框架下由供应商（上游成员）管理客户（下游成员）库存，这样的目标框架被经常性监督和修正，以产生一种连续改进的环境。制造商 客户零售商 分销商 信息流物流图 VMI结构示意图2021年7月25日10 考虑包含一个上游供应商和一个下游分销商的两级SCNs，来分析其实施VMI前后的库存情况。其中，下游分销商从上游供应商采购产品并在市场中销售，因此，客户的产品销售数量与采购数量相等，或者是采购数量的一部分。同时，下游分销商在此两级SCNs占有领导地位，下游分销商根据与供应商交易的产品数量来决定交易的契约价格。一旦契约价格给定，上游供应商可以根据他的利润函数

8、选择是否采取VMI协调机制。通过分析上下游成员采取VMI协调机制前后的利润函数，得到两级SCNs的协调博弈支付矩阵，如表2-2所示。 VMI协调协调2021年7月25日11 运用演化博弈理论中两个最基本的概念演化稳定策略和复制动态方程分析SCNs成员个体的利润改变情况和VMI协调的演化机制得到VMI协调的5个演化均衡（Evolutionary Equilibrium，EE）。进一步基于Friedman的方法，用Jacobi 矩阵分析EE的演化稳定性得到短期和长期VMI协调的ESS。命题命题2-2：短期：短期VMI协调阶段，当不考虑惩罚成本时，仅有协调阶段，当不考虑惩罚成本时，仅有E1是是ESS

9、。即。即SCNs成员将拒绝实施成员将拒绝实施VMI。命题命题2-3：当且仅当上游供应商的惩罚成本满足如下关系时，短期：当且仅当上游供应商的惩罚成本满足如下关系时，短期VMI协协调的演化趋势是调的演化趋势是E4是是ESS，即，即SCNs成员接受成员接受VMI协调。协调。命题命题2-4：长期：长期VMI协调阶段，当不考虑惩罚成本时，协调阶段，当不考虑惩罚成本时，VMI协调有五个协调有五个EE，而且有而且有E1和和E4是是ESS。VMI协调协调22121212121221112221IIssysIu2021年7月25日12VMI协调协调2021年7月25日132.考虑冲突的完全信息三级考虑冲突的完全

10、信息三级SCNs协调协调 在前面研究两级SCNs协调的基础上，对两级SCNs协调进行扩充扩充，研究对象变为由单供应商、单制造商和单分销商构成的三级SCNs。研究考虑冲突的完全信息三级SCNs协调问题。首先给出了研究框架，然后分两部分对呈现完全信息情况下的三级SCNs协调进行研究。第一部分研究不考虑不考虑SCNs成员企业投资成员企业投资的协调，比较不同决策下SCNs的利润，进而优化SCNs协调；第二部分研究考虑三级SCNs中分销商通过广告投资等非价格策略刺分销商通过广告投资等非价格策略刺激需求激需求，同时供应商和制造商会通过研发投资来降供应商和制造商会通过研发投资来降低可变成本低可变成本，从而最

11、大化整个SCNs的利润，同时优化各个成员企业的利润,最终达到优化SCNs协调机制的目的。完全信息三级SCNs协调不考虑投资考虑投资2021年7月25日14不考虑投资的完全信息三级不考虑投资的完全信息三级SCNs协调协调 竞争与合作在现实中是共同存在的，企业从提升SCNs整体利润而使得自身利润有所增长的目的出发，会关心其他成员企业的利润，当然，关注其他成员利润的本质还是为了追求自身利润的增加，只是程度不同而已。因此，引入合作偏好度的概念分别给出了分销商、制造商和供应商的效用函数。2021年7月25日15 如果SCNs成员的合作偏好度等于1，实际上对应着SCNs分散决策的情形，即SCNs成员独立决

12、策以最大化自身利润。通过计算分析得到，分散决策时整个SCNs的纳什均衡为 。如果SCNs成员的合作偏好度取值在区间1/2,1)内，这说明SCNs成员间是合作竞争的关系，同样得到整个SCNs的纳什均衡为 。不考虑投资的完全信息三级不考虑投资的完全信息三级SCNs协调协调 在SCNs协调的过程中，除了上述情形，还有一种特殊情况集中决策。各成员企业通过联合决策使SCNs系统整体利润最优。同样得到集中决策下SCNs的总利润和市场需求分别为bCCbapMSR4)()(22)(21MSRCCbabpaQ),(111111RMSppp),(313131RMSppp2021年7月25日16 比较三种决策下SC

13、Ns中成员的相关价格和销售数量也就是市场需求，以及SCNs系统整体利润的关系，得到如下结论。命题3-1：三种决策下SCNs中分销商、制造商和供应商的相关价格满足如下关系： 。命题3-2：三种决策下SCNs市场需求之间大小关系为： 。推论3-1：采取竞争合作决策的初期，分销商、制造商和供应商的利润降低，但随着竞争合作决策的长期执行，市场需求逐渐增大，制造商和供应商的利润也逐渐增加。命题3-3：三种决策下SCNs系统整体利润满足如下关系： 。不考虑投资的完全信息三级不考虑投资的完全信息三级SCNs协调协调2021年7月25日17 借鉴Wang 和Gerchak（2001）的模型，需求随着分销商广告

14、投资的增加而增加，但投资的边际需求递减，所以假设消费者总需求函数为： 同样，对于供应商和制造商而言，单位产品的生产和加工成本随研发投资的增加而降低，但研发投资的边际成本递减，因此供应商和制造商的单位产品生产和加工成本函数分别为：考虑投资的完全信息三级考虑投资的完全信息三级SCNs协调协调 同样假设 ，分别表示SCNs中分销商、制造商和供应商的合作偏好度。可以得到分销商、制造商和供应商的效用函数。1111)(bRRbRRIabpaIaQIQ2)(/)(2bRSSSIQIaCIC3)(/)(3bRMMMIQIaCIC 1 ,21,2021年7月25日18 当SCNs成员的合作偏好度取值为1时，也对

15、应着SCNs分散决策的情形，同样根据逆向归纳的思想求解，得到整个SCNs投资的纳什均衡 ， 再考虑集中决策的情形，得到集中决策下整个SCNs投资的纳什均衡 。通过比较得到命题命题3-5：集中决策下：集中决策下SCNs中分销商的最优广告投资大于分散决策下分销中分销商的最优广告投资大于分散决策下分销商的最优广告投资，同时制造商和供应商的最优研发投资也满足类似关商的最优广告投资，同时制造商和供应商的最优研发投资也满足类似关系。系。考虑投资的完全信息三级考虑投资的完全信息三级SCNs协调协调 推论推论3-2：采取集中决策后，：采取集中决策后，SCNs系统整体利润增大。系统整体利润增大。 虽然集中决策环

16、境下的SCNs系统整体利润最大，但是由于SCNs成员的有限理性，集中决策仅是理想状态。现实中SCNs成员多采用竞争合作决策，SCNs成员和系统整体的利润与成员的合作偏好密切相关。2021年7月25日193.考虑冲突的不完全信息三级考虑冲突的不完全信息三级SCNs协调协调 在SCNs管理中，信息不完全的现象比较普遍。不完全信息是导致SCNs不协调的主要原因。对于SCNs系统，不完全信息主要体现为上下游成员信息的不对称。前面已经提出市场需求和SCNs成员企业成本是影响SCNs协调的重要变量，因此研究主要侧重于市场需求信息不完全和SCNs成员企业成本信息不完全两个方面，把前面完全信息三级SCNs协调

17、研究的假设放宽，进一步研究考虑冲突的不完全信息三级SCNs协调。研究的过程也分成两部分进行，第一部分研究需求信息不完全下三级SCNs协调；第二部分研究成本信息不完全下三级SCNs协调。不完全信息三级SCNs协调需求信息不完全成本信息不完全2021年7月25日20需求信息不完全的三级需求信息不完全的三级SCNs协调协调 对于三级SCNs，这里假定需求信息不完全是指供应商、制造商不知道市场具体的需求信息，而分销商知道市场需求信息的概率分布，即市场需求的分布函数和密度函数。 集中决策下的SCNs，供应商、制造商和分销商之间是完全合作的。因此，可以得到集中决策下需求信息不完全SCNs的总利润，同样可以

18、得到分散决策下SCNs中供应商、制造商和分销商各自的利润函数。2021年7月25日21需求信息不完全的三级需求信息不完全的三级SCNs协调协调 SCNs协调的一个重要方面就是使得SCNs成员的订购量与作为一个整体的SCNs利润最大时的订购量一致。因此，供应驱动性SCNs分散决策时的订购量与集中决策时SCNs系统整体的订购量相等时，可以使得SCNs系统整体期望利润最大。命题命题4-3：供应驱动型三级：供应驱动型三级SCNs协调时，折价参数必须满足下列等式协调时，折价参数必须满足下列等式时，时，SCNs系统整体的期望利润最优。系统整体的期望利润最优。 )()()22(RSSSMSMRMSMSMCp

19、CpCppppCCpp 不管是集中决策还是分散决策，不管是需求驱动还是供应驱动，SCNs系统整体最优订购量与成员各自最优订购量都与成员的折价参数和失销成本密切相关。如果要使得SCNs协调，SCNs成员的折价参数和失销成本还必须满足一定的条件，在实际操作中，参数满足条件的过程，实际上就是SCNs协调的过程，就是SCNs成员企业重复博弈的过程。2021年7月25日22成本信息不完全的三级成本信息不完全的三级SCNs协调协调 对于三级SCNs，成本信息不完全是指供应商、制造商、分销商互相不知道对方的生产成本。因此，占有主导地位的SCNs成员企业为了获得自身利润最优，会利用信息优势，影响其他成员的决策

20、。从供应驱动和需求驱动两种类型的SCNs展开研究，得到下面的命题。 命题命题4-4：成本信息不完全的供应驱动型三级：成本信息不完全的供应驱动型三级SCNs协调时，供应商的最协调时，供应商的最优谎报参数与供应商的折价参数相关。如果供应商的折价参数为优谎报参数与供应商的折价参数相关。如果供应商的折价参数为0，那，那么供应商的最优谎报参数也为么供应商的最优谎报参数也为0，即完全诚信。如果供应商的折价参数，即完全诚信。如果供应商的折价参数不为不为0，那么供应商的最优谎报参数可以由供应商的折价参数、制造商，那么供应商的最优谎报参数可以由供应商的折价参数、制造商的折价参数以及制造商的谎报参数唯一确定。的折

21、价参数以及制造商的谎报参数唯一确定。 2021年7月25日23成本信息不完全的三级成本信息不完全的三级SCNs协调协调 命题命题4-5：成本信息不完全的供应驱动型三级：成本信息不完全的供应驱动型三级SCNs协调时，制造商的协调时，制造商的最优谎报参数与供应商的折价参数和制造商的折价参数相关。如果折最优谎报参数与供应商的折价参数和制造商的折价参数相关。如果折价参数都为价参数都为0，那么制造商的最优谎报参数也为，那么制造商的最优谎报参数也为0，即完全诚信。反之，即完全诚信。反之，制造商为了追求自身期望利润最优存在谎报成本的可能，即最优谎报制造商为了追求自身期望利润最优存在谎报成本的可能，即最优谎报

22、参数不为参数不为0，而且制造商的最优谎报参数由供应商的折价参数、制造商，而且制造商的最优谎报参数由供应商的折价参数、制造商的折价参数以及供应商的谎报参数唯一确定。的折价参数以及供应商的谎报参数唯一确定。命题命题4-6：成本信息不完全的需求驱动型三级：成本信息不完全的需求驱动型三级SCNs协调时，制造商的最协调时，制造商的最优谎报参数与供应商和制造商的折价参数、以及分销商的失销成本、优谎报参数与供应商和制造商的折价参数、以及分销商的失销成本、分销商订购量对制造商批发价格的敏感系数密切相关，并可由上述参分销商订购量对制造商批发价格的敏感系数密切相关，并可由上述参数唯一确定。数唯一确定。2021年7

23、月25日24SCNs弹性演化框架模型弹性演化框架模型 SCNs运作过程中，成员不仅要进行协调以应对内生风险即成员冲突风险，还要制定合理的弹性决策来应对外生风险即外部环境中断的风险。因此在分析SCNs弹性演化框架和决策原则的基础上，重点研究了SCNs下游制造商节点面对SCNs中断风险时单源和双源采购弹性决策问题和SCNs供应商选择和订单分割弹性决策问题，为SCNs成员提高利润，增加弹性提供了决策参考。SCNs弹性SCNs弱点SCNs中断弹性决策弹性缓解弹性恢复_弹性适度弹性不足弹性过度绩效改进风险增大损害绩效+图 SCNs弹性演化框架模型演化弹性测度_2021年7月25日254.考虑中断的单源和

24、双源采购弹性决策考虑中断的单源和双源采购弹性决策问题提出问题提出2021年7月25日26弹性决策模型弹性决策模型 假定供应商没有产量能力限制，可以得到正常状态和中断状态下单源和双源采购策略时的利润函数，进而得到单源和双源采购策略的期望利润函数。2021年7月25日27弹性决策模型分析弹性决策模型分析 命题5-3：选择最合适的采购策略，有两个关键阈值 ，而且有如下结论：2021年7月25日28弹性决策模型仿真弹性决策模型仿真00.10.20.30.40.50.60.70.80.910123456x 105中断概率期望利润函数单源 双源基准图 采购策略的期望利润函数图2021年7月25日29弹性决

25、策模型仿真弹性决策模型仿真图 制造商节点期望利润与 关系示意图),(xp图 制造商节点期望利润与 关系示意图),(Mp2021年7月25日30弹性决策模型仿真弹性决策模型仿真再进一步的分析订单分配比例和SCNs中断导致的市场波动对采购决策的影响。从表中可以得到两个结果，首先，在给定订单分配比例的前提下，不考虑中断概率的大小，制造商的期望利润随着市场波动的增加而减少。其次，当中断概率小于关键阈值（实例中的1/3）时，对于固定的d，制造商的期望利润随着订单分配比例的增加而减少。这意味着制造商应当尽可能少的分配订单给次要供应商，甚至采用单源供应策略。相反的，如果中断概率大于关键阈值（实例中的1/3）

26、时，采购商应当采用双源采购策略。2021年7月25日315.考虑中断的供应商选择和订单分割弹考虑中断的供应商选择和订单分割弹性决策性决策 问题提出问题提出 目前已经有大量文献研究供应商选择和订单分割问题，但是这两个问题通常被分作战略决策和优化问题两方面来考虑。在上一节研究中断环境下的供应商数量选择问题的基础上，把这两个问题捆绑为一个问题，并放在存在中断风险的多源采购环境下进行研究。在假设供应商有应对中断的弹性能力基础上，通过分析存在供应商中断时SCNs供应商选择和订单分割的期望总成本，研究在什么条件下应该选择哪几个供应商以及他们具体的订单分割决策，来提高SCNs弹性。2021年7月25日32

27、模型的焦点是在考虑供应商数量限制和弹性努力成本的情况下，制造商如何选择供应商和分割总的订单Q，使决策最优化。SCNs存在供应商中断情况时，供应商选择和订单分割弹性决策的期望总成本函数可以分为供应商维持成本，期望损失成本，弹性努力成本和周期采购成本四部分。弹性决策模型弹性决策模型 )()()()()(MCMCMCMCMCCPREELSMET 根据期望总成本表达式，供应商选择和订单分割的弹性决策依赖于参数：最大交付数量，中断概率，弹性成本参数，单位产品的期望金融损失和单位产品的供应商弹性努力成本。 根据上述参数把供应商分成同质供应商和异质供应商，分别进行仿真分析。2021年7月25日33 同同质质

28、供供应应商商仿仿真真结结果果表表 当中断概率较大时，单位期望金融损失较高，弹性决策方案会采用多源供应商，反之，则会采用单源供应商方案。弹性努力成本参数从0向1变化也会导致弹性决策方案中供应商数量的增加，因此SCNs中应该选择弹性程度高的供应商来尽可能减少弹性决策方案中的供应商数量。仿真与仿真与分析分析 2021年7月25日34 异异质质供供应应商商仿仿真真结结果果表表 类同同质供应商的情况，当中断概率较大时，单位期望金融损失较高，弹性决策方案会采用多源供应商，反之，则会采用单源供应商方案。但不同的是，由于异质供应商增加了供应商交付能力的约束，所以最优方案中单源供应商的比例从通知供应商的50%减少到异质供应商的33%。弹性努力成本参数从0向1变化也会导致弹性决策方案中供应商数量的增加，因此SCNs中应该选择弹性程度高的供应商来尽可能减少弹性决策方案中的供应商数量。另一个结果就是由于供应商3的最大交付产量最小，所以供应商3很少在最优方案中出现。 2021年7月25日35研究结论研究结论（1）VMI协调博弈研究表明，VMI的长期实施会带来SCNs成员交易数量的增加，进而导致VMI参与双方利润的增加。但是，VMI实施的早期阶段，上游供应商由于库存成本的增加会导致利润一定程度的降低。为了获得长期实施VMI带来SCNs整体和自身利润的增加，在早期阶段需要VMI双方通过契约等形式协调以使