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不确定需求条件下的供应链决策分析 (zt)

原创 Linux操作系统 作者:hpj168 时间:2019-03-12 18:42:04 0 删除 编辑
1 供应链与不确定性

1.1供应链关系的特征
供应链关系不应简单理解为是由产品制造上的相关关系(即从原材料到半成品再到最终产品的转换过程)而形成的企业之间的相关关系,供应链关系强调企业之间的主动合作和企业管理模式的转变,因而具有如下特征:
(1)供应链关系的确立是企业战略从“纵向一体化”(Vertical Integration)到“横向一体化”(Horizontal Integration)的转变。企业实行“纵向一体化”能够加强其对原材料供应、产品制造、分销及销售全过程的控制,从而增加其利润。但随着市场环境越来越多变且难于预测,“纵向一体化”的经营模式日益显得缺少灵活性和适应性,容易给企业带来风险。“横向一体化”将原来企业内部的交易关系转变成为市场的交易关系,专业化的企业之间按照相互协作的原则进行交易、共享收益,从而提高各自运行的有效性。
(2)企业通过“业务外包”(Outsourcing)的形式建立起供应链关系。借助于业务外包这种形式,企业能够专注于自身具有核心竞争力的领域,而将非核心的本企业业务“外包”给其他企业完成。业务外包能够帮助企业通过交易实现彼此之间的比较优势,从而帮助企业降低成本,形成竞争优势。
3)供应链关系的基础是企业之间在信息共享之上的战略合作和协同作业。供应链的有效集成是供应链管理的关键问题,只有当企业之间的信息共享及相互合作达到一定的高度,供应链关系才能够为企业带来新的收益。
1.2 供应链中存在的不确定性
企业之间要建立起有效的供应链关系就必须使供应链实现一定程度的有效集成,从而使供应链企业之间原来就存在的产品制造转换的关系转变成为真正的供应链关系。集成就是要在各个企业原本相对独立的生产、流通过程之间建立起相互的联系,使其协调一致、相互配合。然而,由于供应链中的企业是相互平等的市场主体,彼此之间并非从属关系,各自有着不同的“目标函数”,并谋求自身利益的最大化,因而企业之间的信息共享是不完全的,相互合作也是有限的,由此导致了供应链中存在若干的不确定性。这些不确定性反过来又给供应链的有效集成造成了障碍,使企业之间难以相互配合,无法建立起有效的供应链关系。
从供应链的结构角度来看,供应链中存在的不确定性可以概括为三种类型:供应的不确定性、需求的不确定性和企业运作的不确定性。第一类和第二类不确定性来源于企业之间合作上的缺陷,可概括为衔接的不确定性,这类不确定性将给企业决策造成困难,导致无效作业和企业成本的增加。其中,需求的不确定性集中表现为客户需求量的不确定,以及需求分布在时间、空间上的差异性,需求结构的变动等,“牛鞭效应”是供应链中需求不确定性的典型表现;供给的不确定性主要表现为供应提前期的不确定,还包括货物的可得性、供应量的不确定性等。第三类不确定性主要来源于企业控制的失效,如生产设备故障、库存货物遗失、产量与生产计划不符等,这类不确定性将由于引起提前期、供货量等方面的不确定而使不确定性在供应链中传递并被逐渐放大。
在这些不确定性中,最终产品市场上需求量的不确定是供应链不确定性集中的和突出的表现。市场需求的不确定将给供应链企业的生产决策和物流决策造成障碍,企业为了实现对不确定需求的及时响应不得不保持大量库存,从而导致过高的物流成本,若将库存量维持在低水平则又可能使客户服务水平降低,并给企业生产系统带来风险。
为了描述不确定市场需求条件下的供应链决策过程,下文将先对确定性需求情况下的供应链决策模型进行分析,之后再引入不确定的需求进行讨论。

2 多点网状供应链决策模型

如前文中的定义,供应链是具有特定功能的网链结构模式。在大多数研究中,供应链被抽象为是由单一的供应商、生产商、分销商、零售商和顾客群体所组成的线型结构,而事实上网状供应链才是贴合现实的供应链形式。Gupta和Maranas在其研究中提出了多点中期决策模型(Multisite midterm planning model)的基本结构和解法,此模型也适合于解决多点网状供应链的决策问题。在本文所描述的网状供应链(如图1所示)中,结点厂商拥有多个上、下游厂商,每个厂商的产品既可用作供应下游厂商的中间产品,也可作为最终产品直接销售给最终的顾客。
基于供应链的计划和决策其前提必然是供应链已经实现适当程度的有效集成,供应链结点企业之间能够共享信息并协同作业。在此基础上供应链的计划和决策从供应链整体最优的目标出发来使整个供应链的资源得到优化配置。任何一个供应链的运作都包括两个相互联系的过程:生产过程和流通过程,因此供应链的决策问题也相应的由两个方面组成:生产阶段的决策和流通阶段的决策。前者的目标变量包括原材料(半成品)的投入量、设备运行时间、产量等,这类决策主要解决生产多少、何时生产、何地生产的问题;后者的目标变量则包括供应量、库存量、安全库存水平几个方面,主要解决如何高水平、低成本的满足顾客要求。这两个阶段的决策也与供应链的集成程度有关,一般而言只有当供应链的有效集成达到相当高的水平,跨企业的生产决策才有可能实现,而在一般情形下供应链企业之间的合作只能局限于流通过程的协调,供应商管理库存(VMI)、协同规划预测和自动补货(CPFR)等都是这一层次上的典型形式。基于此,本文使用如下描述供应链流通阶段决策的基本模型。
min tisSis+hisIis+ξisI△is+uiI-i
s.t. Sis≤θi
Iis=Ais-Sis
θi-Sis≤I-i≤θi
ILis-Iis≤I△is≤ILis
Sis,Iis,I△is,I-i≥0
该模型表达了以下基本思想:在市场需求和整个供应链可供给的商品数量一定的条件下,通过对供应量、库存量、安全库存水平的决策,使供应链的供应总成本和客户服务水平达到最优。
模型中,供应链所有商品的集合为?i?,所有厂商的集合为?s?。外生变量(参数)包括: tis(厂商s将产品i运至客户的单位运输成本),his(厂商s处商品i的单位库存持有成本),ξis(厂商s处商品i的单位安全库存短缺成本),μi(单位商品的销售缺货损失,也可认为是商品i的单位销售收益),θi(市场对商品i的需求量), Ais(厂商S对商品i的最大可供应量)。根据前文中对网状供应链的描述,商品i既可作为中间产品进入下游厂商的生产过程,也可作为最终产品销售至顾客,因此一旦商品发生短缺,可能造成下游厂商和最终用户两方面的缺货损失,ξis和μi即是对这两类缺货损失的描述。由于本文研究的模型将生产决策视为各厂商的独立行为,因而与供应链产量直接相关的Ais也被作为固定的参数处理。
该模型的内生变量包括Sis(厂商s对最终用户的商品i的供应量),Iis(厂商s处商品i的库存量,Iis=Ais-Sis),ILis(厂商s 处商品i的安全库存水平), I△is(库存量低于安全库存水平的差值,I△is=max(0?ILis-Iis)), I-i(商品i面向最终用户销售中的短缺量,I-i=max(0?θi-Sis))。
在供应链的决策中,成本与服务水平之间存在相互替代的关系,提高服务水平意味着成本增加,最优化必须综合考虑这两个方面的因素。在模型的目标函数中,服务水平由厂商供应中的缺货量来表达,缺货越少则服务水平越高。由于供应中的缺货会导致销售利润损失或者给下游厂商的生产带来风险,因而这两个部分的损失都可以间接视为供应厂商的成本,从而可将服务水平最优转变为缺货损失最小。目标函数中的μiI-i表示销售中的缺货损失,ξisIis△则可理解为由于库存量低于安全库存给下游厂商的生产造成风险而导致的外部惩罚成本。tisSis和hisIis分别为运输成本和库存成本。

3 不确定需求条件下的最优供应决策

上述模型可借助于线性规划的理论方法求解。在不确定的需求条件下模型中的θi将被作为可变的参数,供应链的最优供应策略仍然来源于模型所包含的基本关系和逻辑框架。
在网状供应链结构下,厂商s对商品i的供应需满足其下游厂商和最终用户(市场)的需求,在本文中不确定的需求单指市场需求,故可假定对于所有厂商有μi>ξis,其原因可解释为销售中发生缺货不仅直接导致销售收益的减少,更会带来消费者忠诚度的降低和客户损失,因而μi相对供应下游厂商缺货的外部惩罚成本ξis要高。该假定也隐含了厂商将优先满足市场需求的策略。
由于模型中安全库存水平ILis是为响应下游厂商的需求而设置的,根据ILis与Ais的关系可将所有厂商划分为两类:内部供应盈余的厂商(IS)和内部供应短缺的厂商(ID),表示为 IS=?s∈S|Ais-ILis≥0?,ID=?s∈S|Ais-ILis≤0?
由于当库存量低于安全库存水平时,厂商将承担额外的成本ξis,因此可将厂商对最终用户的单位供应成本也划分为两种情况:
当Iis>ILis时,γis=tis-his
当Iis≤ILis时,ωis=tis-his +ξis
在后一种情况下,厂商增加一单位商品i的供应可减少相应的库存成本his,但同时会增加对应的外部惩罚成本ξis。
供应链中需求的不确定性事实上表现为需求量与供给量的差异性,也即Sis总与θi存在偏差,因而不确定的需求可依其与供应量的差异归纳为不同的需求水平,与之相应的也是不同的供应链最优供应策略。
3.1 低度需求水平
对于商品i而言,当市场对该商品的市场需求量为θi时,供应链应当寻求以最经济的方式尽量满足该需求,此时供应链的决策是以整个供应链的最小供应成本为目标的。对于供应链中所有可以供应商品i的厂商,其供应成本互有不同,故应当优先选择供应成本较低的厂商进行供应。从库存量的角度来看,整个供应链所保持的商品i的库存实际上可视为两个部分:一部分是安全库存水平ILis,商品i作为中间产品用于满足对下游厂商的供给;第二部分是在安全库存水平以上的额外库存量(Ais-ILis),商品i作为最终产品满足市场需求。当市场需求θi能够完全由这部分额外库存量满足时可称之为低度的市场需求水平。
在低度市场需求水平下,内部供应盈余厂商(IS)的额外库存总和就能满足需求,也即θi≤(Ais-ILis),故可将所有内部供应盈余的厂商按其供应成本γis的大小由小到大排序,优先选择成本较低、位序靠前的厂商进行供应。则必可找到某一厂商s?1,有
(Ais-ILis)≤θi≤(Ais-ILis)
即s?1与其前序的所有厂商的额外库存就可满足市场需求。整个供应链的最优供应策略可表述为
Sis=
在低度需求水平下,任何一个厂商都不会发生销售中的缺货损失,所有的内部供应盈余厂商(IS)也不承担外部的惩罚成本。
3.2 中度需求水平
在中度需求水平下,整个供应链的额外库存不足以满足市场的需求,而必须动用部分或全部提供商品i的厂商的安全库存,由于供应链的决策按优先满足市场需求的原则执行,因此这些厂商将不得不承担由于供应下游厂商缺货而导致的外部惩罚成本。中度需求水平可表达为(Ais-ILis)<θi≤Ais。
由于部分或全部厂商的库存量都将低于安全库存水平,故将所有可供应商品i的厂商按低于安全库存水平时的供应成本ωis的大小从小到大排列,而不区分厂商是内部供应盈余还是内部供应短缺。优化的供应策略应当是先用供应链中内部供应盈余厂商的额外库存进行供应,之后优先选择成本位序靠前的厂商完成供应。即存在某厂商s?1,有
(Ais-ILis)+Ais+ILis≤θi≤(Ais-ILis)+Ais+ILis
对应的最优供应策略表达为
Sis=
在中度需求水平下,s?1之前的所有厂商将用其全部库存供应市场,从而承担最大数额的外部惩罚成本。s?1之后的厂商中,属于内部供应盈余的用其全部额外库存供应市场,不承担外部惩罚成本,属于内部供应短缺的不参与供应。中度需求水平的极端情况即θi=Ais,此时整个供应链的库存水平将下降为0,外部惩罚成本为最大值。
3.3 高度需求水平
高度需求水平意味着整个供应链的存货“倾其所有”也无法满足需求,即Ais<θi。在优先满足市场需求的前提之下,供应链的最优供应策略是Sis=Ais,所有商品i的供应厂商将其全部可得库存用于供应市场,并承担最大数额的外部惩罚成本。同时,与前两种情况相比,高度需求水平还意味着供应链无法满足最终用户的需求而需要承担相应的缺货损失,这其中包括销售收益和客户忠诚度的双重损失。

4 结论

通过对三种需求水平的分类分析可以看到,不确定的市场需求会给供应链的运作带来风险。库存是为了应对不确定性而设置的,因而库存控制是供应链对不确定性进行控制的关键环节。
库存水平与需求水平是相对而言的,对库存水平的不同控制将使供应链相对的处于低度、中度和高度的需求水平下。当供应链面对高度的需求水平时其运作会有较大风险,由于供应数量严重不足,下游厂商的生产可能因缺货而停滞,对最终用户市场的供应不足则会导致销售利润萎缩,以及客户忠诚度和产品市场占有率的下降。因此,供应链库存控制的关键是将出现高度需求水平的概率保持在较低范围内,或使P(θi≤ Ais)≥α,概率α也可以直接的作为衡量客户满意度的指标。理想的情况是使供应链处于低度需求水平下,库存量能同时满足下游厂商和最终用户的需求,供应链能实现平稳的运作,当需求发生波动时供应链能适当的在中度和低度需求水平之间移动。
---摘自物流技术

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