供应链网络的复杂性解析课件

1、第八章 供应链网络的复杂性内容供应链复杂性供应链网络的特性供应链复杂性Milgrate从管理的角度认为供应链复杂性包括：1）供应链信息不确定性（上游信息不确定性和下游信息的不确定性）；2)供应链管理技术复杂性（包括产品复杂性和流程复杂性）3)供应链组织的复杂性（包括企业内部机构和供应链外部机构的复杂性）4)供应链系统的动态复杂性供应链复杂性从系统工程和控制理论的观点出发，我们认为，供应链作为一个系统，首先，它是由一定数量的相互不同的基本单元或者组成构成的；其次，这些组成之间存在复杂的非对称的关系或者交互性行为；第三、系统所处在的环境因素、系统的目标等因素构成系统的输入；第四，系统在运行过程中表

2、现出的一系列行为构成系统的可观测输出。供应链复杂性系统工程观点 输入输出供应链系统组成1组成2组成3组成4环境观测变量 供应链不确定性供应链中存在大量的不确定性，这些不确定性被公认为是供应链复杂性的主要原因之一。Wilding 认为供应链中存在确定性混沌、供应链中的纵向信息放大效应以及供应链中同级之间的平行交互性，它们之间相互作用和相互影响，构成了供应链复杂性的三角关系，并共同导致了供应链中的不确定性。供应链动态性从供应链系统的内部看，供应链系统的产生、运作、最终消亡一直到重新形成等等就是一个动态变化的过程，供应链组成和供应链组织中都存在复杂的动态性行为；从供应链的外部环境来看，供应链处于一个

3、动态变化的复杂环境中，社会、经济、政治、环境、技术因素都实时地影响供应链本身的构成和运作发展。供应链是一个具有自组织、自适应的网络, 供应网络存在自组织的内部机制、和动态变化的环境之间存在协作演化过程，存在拟均衡、非线形变化和非随机性预期。 供应链复杂性的度量熵理论最早由Shannon引入信息理论,并应用于信息编码熵定义为描述系统状态或系统不确定水平所需要的信息总量。 供应链复杂性的度量针对一个复杂系统进行复杂度的研究，其主要目的是发现复杂性与系统性能之间的关系。比如复杂性与供应链柔性、供应链的成本等因素之间存在怎样的关系问题等等。复杂性是一个双面刃，一方面，复杂性越高，说明系统越难以认识和表

4、达、控制，另外一方面，系统的复杂性也不能太低，太简单的系统反而在某些情况下难以控制。因此发现特定系统的一个合适的复杂度水平是重要的。另外针对太复杂的系统，研究降低其复杂性的措施也是一个重要的研究方向。网络数学家和物理学家在考虑网络的时候，往往只关心节点之间有没有边相连，至于节点到底在什么位置，边是长还是短，是弯曲还是平直，有没有相交等等都是他们不在意的。在这里，我们把网络不依赖于节点的具体位置和边的具体形态就能表现出来的性质叫做网络的拓扑性质，相应的结构叫做网络的拓扑结构。 复杂网络确定网络随机网络复杂网络 确定网络：点与边之间的连接是确定的 随机网络：两个节点之间连边与否不再是确定的事情，而

5、是根据一个概率决定。 既不是确定网络，又不是随机网络。首先，它是大量真实复杂系统的拓扑抽象；其次，它至少在感觉上比规则网络和随机网络复杂，因为我们可以很容易地生成规则和随机网络，但就目前而言，还没有一种简单方法能够生成完全符合真实统计特征的网络；最后，由于复杂网络是大量复杂系统得以存在的拓扑基础，因此对它的研究被认为有助于理解“复杂系统之所以复杂”这一至关重要的问题。 复杂网络复杂网络的统计特征 小世界效应（small-world effect） 无尺度、无标度特性（scale-free property） 小世界效应网络的平均距离： （average distance）在网络中，两点间的距离

6、被定义为连接两点的最短路所包含的边的数目，把所有节点对的距离求平均，就得到了网络的平均距离。簇系数：clustering coefficient，专门用来衡量网络节点聚类的情况。 研究表明，规则网络具有大的簇系数和大的平均距离，随机网络具有小的簇系数和小的平均距离。只有复杂网络具有大的簇系数和小的平均距离小世界效应 左边的网络是规则的，右边的网络是随机的，中间的网络是在规则网络上加上一点随机的因素而形成的小世界网络，它同时具有大的簇系数和小的平均距离。小世界效应在人类社会中：“你和任何一个陌生人之间所间隔的人不会超过六个，也就是说，最多通过六个人你就能够认识任何一个陌生人”。 说明社会中普遍存

7、在一些“弱链接”关系，但是却发挥着非常强大的作用。 世界上许多其他的网络也有极相似的结构。比如，人际网络和WWW的架构几乎完全一样，通过超文本链接的网络、经济活动中的商业联系网络、生态系统中的食物链，甚至人类脑神经元、以及细胞内的分子交互作用网络，有着完全相同的组织结构。 交通运输网络：航空网络、地铁网络、公路网络、铁路网络、城市公交系统具有幂律分布性质的“无尺度”网络。无尺度网络： 有一些节点和很多节点相连， 点度很高， 是重要的交通枢纽。剩余的大量节点只和附近少数的点连接。无尺度特性复杂网络上的物理过程 复杂网络上的传播行为与规则网络相比确实存在根本上的不同。 逾渗模型与疾病传播动力学网络

8、上的疾病传播动力学问题传统的网络模型不能解释疾病在网络的传染问题。复杂网络可以针对上述问题进行很好的近似。 混沌同步 沙堆模型与自组织临界性 复杂网络的鲁棒性复杂网络的鲁棒性：复杂网络可靠性无标度网络的双重性生机勃勃：无标度网络在随机打击下，生机勃勃，抗毁能力很强脆 弱：在智能打击下，无标度网络显得异常脆弱 美加电网的大崩溃事故已经过去一年了，或许瞬间的黑暗并没有使远在亚洲的我们感受到纽约人的惊栗，但是网络中无意或有意生成的安全隐患却令人无法逃避。面对与生活日渐亲密的网络，我们不禁要问： “网络到底有多可靠？” 例：复杂电网的鲁棒性问题 北美电力网是一个由大型发电厂为集散节点，以主干电力网相互

9、连接起来的类似无标度网络的高度集群电网。由于他们使用的是同步交流电网，只要一家电厂出事，频率异动就会瞬间波及全网。美加电网的崩溃清楚地解释了“集群现象”，并且极其吻合无标度网络理论对集散节点的定义和因此而形成的对于网络安全特性的估计。虽然所有对电力网络的研究工作还不能确定美加电网就是一种“无标度网络”，但有一点已经明确，那就是电力网是一个复杂的网络系统，对网络中一定数量集散节点的蓄意攻击，就能破坏整个网络的正常运行，而且如果这些集散节点之间的松散联系一旦相互影响、交叉感染，整个网络的安全性就将大大降低。例：互联网的鲁棒性问题互联网中，我们几乎都使用着微软的Windows开放式操作平台，针对单一

10、安全漏洞的病毒就足以感染大部分网络连接，几位美国网络安全专家在最近的一份联合报告中极力呼吁，过分依赖微软软件可能导致“大规模、雪崩式故障”。例：生物、食物链的鲁棒性问题对于食物链网络，由于规模限制，食物链网络的度分布没有得到最终研究结果，度分布存在幂律分布、均匀分布、以及指数分布等多种形式。在这样的网络上，如果发生个别物种的衰落或死亡会对整体生态系统产生什么影响呢？野战地域通信网是由25-30个干线节点组成的拓扑结构为栅格状的大型无线通信系统，为陆军作战部队之间的信息传递提供迅速、安全和可靠的通信。综合保障网络是为了保障战争、抗洪抢险等重大行动所需，以物资贮存点等保障实体为依托，把各种保障资源

11、按一定的要求和原则合理部署，在空间上形成网络化布局的保障体系。在这个体系中，仓库、医院、工厂、供应站等构成保障实体，铁路、公路、水路、管线、航线等构成连接网络的纽带，在网络中运行的有信息、物资、人员、技术实体等。相对于日常通信、运输等问题，这些军用网络更强调网络在恶劣环境下的抗毁能力。例：军事网络的鲁棒性问题 什么样的拓扑结构可靠性更好？抗毁性更强？ 这四个图有完全相同的点数和连接数， 但面对危机时网络稳定性各不相同。图 是标准的无尺度网络， 通过偏好依附机制生成； 图 是通过对图 的随机重连生成的随机网络； 图 没有中心枢纽； 图 有一些点度虽然不高但是作用很重要的枢纽节点， 来代替图 和图

12、中的点度很高的枢纽节点的作用。这四个图中图 和图 在面对有意攻击中心枢纽节点时， 非常脆弱， 意味着某一个重要企业出现停产或者灾难时， 整个网络都会停顿。而图 的脆弱性最低， 图中有一群枢纽节点， 承担了企业间的供应中间环节， 效率高， 面对风险的抵抗力强。 （复杂）网络可靠性： 是指网络系统在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力，可靠性的概率度量称为可靠度。这个定义包含了五个方面的内容 :对象、条件、时间、功能和能力。 网络的抗毁性（Invulnerability）网络在人为破坏作用下的可靠性，它假定“破坏者具有关于网络结构的全部资料，并采用一种确定的破坏策略”。对于一个网络，网络的抗毁

13、性是指至少需要破坏几个节点或几条链路才能中断部分节点之间的通信，即指出破坏一个网络的困难程度。抗毁性通过两个可靠性的确定测度粘聚度和连通度来表示。 抗干扰性系统在受到敌方电磁干扰和攻击环境下，在规定时间内，完成规定功能的能力。换个角度看，这个定义实际是在说：系统中的部件在电磁攻击环境下，其能力在不同程度上失效，性能指标在量的方面下降。但由于系统具有结构上的容错性，能在一定程度上承受环境的恶化。 网络生存性网络生存性是基于概率论和图论的知识提出来的，它描述了随机性破坏（主要是网络部件的自然失效）以及网络拓扑结构对网络可靠性的影响。生存性是网络可靠性研究的重要内容之一，它是网络运行过程中的网络连通

14、度的量度，它包括节点连通度、节点粘聚度、业务性能等，这些测度指标只能通过对具体网络运行破坏发生时统计得到或通过计算机仿真实验得到。网络的有效性有效性也称为完成性基于网络业务性能的可靠性测度网络在部件失效下满足业务性能要求的程度包括网络的吞吐量、传输时延等 网络安全性为减少敌方对网络的确定性破坏，研究网络中的信息抗搜索、抗截取、抗定向分析、抗欺骗的能力以及网络保密能力。安全性是基于事故的角度（也即遭受破坏，产生意外事件）研究网络的风险和危害防御问题。 网络的品质因素网络的品质因素是表征网络在已知使用环境和网络状态下主要性能特征的度量。（能力）用户方面：信息时延、信息的丢失率、话务的呼损率，等网络管理者方面：网络的容量、拥塞测度与控制、在最大通信距离上通信网络各种状态下的连通概率等。（网络的结构）网络品质因素在执行任务的过程中，随着网络的使用环境和所处的不同“任务剖面”的变化而变化。 供应链网络的设计和优化：什么样的网络结构更好？链式？中心分支结构？树状其它？什么样的运作模式更好？好的概