基于多主体的供应链分布式决策模型研究

来源:用户上传      作者: 张英轩

　　摘要:供应链是一类典型的多主体分布式决策系统,文章建立了一个基于多主体的供应链分布式决策模型,着重论述通过各主体自主决策建立供应链多主体模型的方法与步骤,并以生产商-批发商系统为例,给出了供应链中多主体分布式决策模型实例,最后对此模型进行了分析和评价。
　　关键词:供应链;分布式决策;多主体
　　
　　一、引言
　　
　　供应链管理是目前受到国际学术界和企业界普遍关注的一种增强企业竞争力的管理思想和方法,涉及到供应商、制造商、配送中心、零售商、消费者等各类主体及其相关的一系列业务活动,因此供应链是一类典型的复杂适应系统,而分布式决策问题在供应链管理中的许多领域也非常常见,如运输能力分派问题,最优批量问题、设施选址问题和生产能力平衡问题等,运用分布式决策理论,能够对此类相关问题做出较好的解决,使供应链整体趋于最优。
　　
　　二、供应链中的分布式决策问题
　　
　　(一)供应链分布式决策问题概述
　　供应链是一个典型的分布式决策系统,它是由众多自主决策主体所构成的物流网络,这个网络可以被分解为各个具有不同特点的部分,如原材料供应商、生产商、批发商、零售商和最终用户等,供应链的各个部分之间通过物流和信息流相互联结,供应链管理正是通过对供应链中的各个部分的管理和协调来实现供应链整体优化的。很明显,在这种管理和协调中,供应链中存在的各个决策主体具有不同的利益取向和能力约束,这使得它们做出的决策,往往基于自身的利益出发,而没有考虑到供应链整体的利益,供应链中信息的不对称性,加剧了这种自利性决策对供应链整体绩效所产生的不良影响。因此,需要有一个协调机制,在供应链中各决策主体之间进行协调,使各个决策主体能够做出有利于供应链整体最优的决策。
　　(二)供应链分布式决策问题的产生原因
　　供应链中的分布式决策问题是由以下几个方面的因素所造成的:供应链所特有的多层次、多对象特点;供应链各主体间的利益相关性和对立性;供应链网络中的协调的复杂性;供应链网络中的信息的不对称性和延时性。
　　(三)供应链分布式决策问题的分类
　　供应链中的分布式决策问题,往往存在于3个层面上:战略层面、战术层面和操作层面,基于此,可对供应链分布式决策问题作如下分类:战略层面的供应链分布式决策问题,主要是关于供应链网络设计的问题,包括产品开发与对长期供应商和客户的选择;战术层面的供应链分布式决策问题则主要与关于中长期的投资、长期合同的制定等相关;操作层面的供应链分布式决策问题主要包括配送路线的选择、生产和配送批量制定等问题。在这些层面上,以及这些层面之间,分布式决策问题都可能产生,因此必须对供应链中的独立决策主体进行协调,而这正是传统物流所忽视的。
　　(四)供应链分布式决策基本模型
　　1、模型概述
　　在典型的生产商-批发商二级供应链中,一个生产商往往对应着多个规模各异、地区不同、具有不同资源、能力约束,且利益存在此消彼长关系的批发商。生产商和批发商都是具有自主决策意愿和能力的主体,而各个决策主体做出的决策,虽然都是基于对自身利益的最大化,但这样的决策往往导致供应链整体的次优化,也使生产商和各批发商都不能得到利益的最大化。例如,批发商在向生产商发出订货的时候,除了要考虑这些货物是否能够以最小的库存成本和销售成本向下游批发,还要考虑与其存在各种竞争关系和利益冲突的其他批发商可能做出的订货决策,因此,他所做出的决策,往往会偏离潜在的最优订货量,而且,由于与生产商缺乏交互沟通,他所做出的订货决策往往导致生产商的生产成本和库存成本的上升。而生产商在面对各批发商所做出的订货决策时,更需要对他们进行分析和协调,平衡对各供应商的发货量,达到供货量和批发商实际需求量的吻合,并尽可能地降低自身的成本(见图1)。
　　为对此类的供应链分布式决策问题进行研究,下文将以供应链操作层面的供货批量问题为背景,提出一个基于上文分布式决策基本模型的供应链分布式决策双层模型,这个模型包括:1个生产商MT、由同一生产商供货的3个批发商M1B、M2B和M3B。模型中的生产商MT生产单一产品并从其供货策略集选择供货策略向下游的3个批发商供货,3个批发商则根据本期的供货量和它们的偏好PB,从它们的订货策略集DB中选择订货策略并在向生产商提出订货要求。那么,本模型将包括4个子模型,分别为:
　　生产商决策子模型:MT=MT(PT,ST,ITK);批发商1决策子模型:M1B=M1B(P1B,D1B,IB1,k+1);批发商2决策子模型:M2B=M2B(P2B,D2B,IB2,k+1);批发商3决策子模型M3B=M3B(P3B,D3B,IB3,k+1)。
　　其中,ST=ST(S1T,S2T,S3T),SiT代表生产商决策子模型对批发商i的供货策略集,PT代表生产商决策子模型的决策标准(即做出供货决策所依据的标准),ITk代表生产商决策子模型在阶段k掌握的信息,PiB代表第i个批发商决策子模型的决策标准(即做出订货决策所依据的标准),DiB代表第i个批发商决策子模型的策略集,IBi,k+1代表第i个批发商决策子模型在阶段k+1掌握的信息。
　　2、协调步骤
　　模型优化的目的,是使生产商的供应和批发商的需求尽可能的吻合,而协调机制将在生产商和批发商之间发挥作用,协调订货量和发货量,以提高供应链整体的效用。具体的步骤如下:
　　(1)生产商决策子模型在向下游批发商决策子模型发出供货决策信息DLi*之前,生产商决策子模型将运用预测模块AFT(DLi)预测各个批发商子模型对此决策信息可能产生的反应。生产商决策子模型中的预测模块AFT(DLi)所采用的信息,来源于对各个批发商决策子模型进行预测和模拟而产生的一个模型 iB= iB( iB, iB, Bi,k+1)。根据这个预测模型,生产商决策子模型将计算出当各个批发商决策子模型接收到来自生产商决策子模型的供货信息DLi=DLi(siT)时,所会做出的最优决策 iB∈ iB,并据此计算出它所应做出的供货决策st∈St,即sT(s1T,s2T,s3T)∈ST(S1T,S2T,S3T)。
　　(2)生产商决策子模型所做出的最优供货决策信息即DLi=DLi*,将传递给下游各批发商决策子模型,各批发商决策子模型将接收此信息并将其纳入到其决策模型中。
　　(3)各批发商决策子模型将利用类似的预测模块AFiT(ODi),预测生产商决策子模型对其订货决策信息ODi可能产生的反应,并据此计算出它所应做出的决策dib∈Dib。
　　(4)各批发商决策子模型所做出的最优订货决策信息即ODi=ODi*,将传递给生产商决策子模型,至此,本周期的协调将结束,并进入下一周期的协调。
　　3、决策主体策略选择
　　(1)生产商决策子模型:即MT=MT(PT,ST,IkT),其中决策标准PT又可分解为PTT和PTB,PTT为独立性标准,即与批发商决策子模型无关的标准;PTB为相关性标准,即与批发商决策子模型相关的标准,它取决于预测函数,即PTB=PTB(AF)。那么,生产商决策子模型的决策标准PT可以详细写成:
　　PT(sT)=PT[PTT(sT),PTB(AF(DL(sT)))]
　　生产商决策子系统运用预测函数:

　　AFT(DL)≡ iB*(DL)=arg opt E{ BDL( iB)|IBi,IDLi}
　　预测当批发商i接收到供货决策信息DLi=DLi(siT)时,所会做出的最优决策 iB∈ iB。
　　生产商决策子模型将运用这个标准和预测的结果进行最优化求解,最优函数可表示为:
　　siT*=argoptE{PT[PTT(siT),PTB(AF(DLi(siT)))]|IkT}
　　其中,argf(x)≡x,E{...|Itk}表示生产商决策子模型在拥有信息量为IkT时效用的数学期望值。最优解siT*∈SiT将取决于预测模型、决策标准、策略集等因素。
　　(2)批发商决策子模型:即MiB=MiB(PiB,DiB,IBi,k+1),其中决策标准PiB又可分解为PiBT和PiBB,PiBB为独立性标准,即与生产商决策子模型无关的标准;PBT为相关性标准,即与生产商决策子模型相关的标准,它取决于预测函数PBT=PBT(AF)。那么,批发商决策子模型的决策标准PiB可以详细写成:
　　PiB(diB)=PiB[PiBB(diB),PiBT(AF(ODi(diB)))]
　　批发商决策子系统运用预测函数AF(OD)≡ iT*(OD)=arg opt E{ ODT( iT)|ITOD},预测当生产商决策子系统接收到订货决策信息ODi=ODi(diB)时,所会做出的最优决策为 iT∈ iT。
　　批发商决策子模型将运用这个标准和预测进行最优化求解,最优函数可表示为:
　　diB*=argoptE{PT[PBB(diB),PBT(AF(REi(diB)))]|IBi,k+1}
　　当4个子模型求得最优解时,本周期的协调将结束,并进入下一周期的协调。
　　4、对此模型的分析和评价
　　(1)在这个模型的信息交互中,生产商和各个批发商之间的信息流动是双向的,生产商可根据上一阶段各批发商订货信息和自己预测模块对批发商下一阶段可能的订货量进行预测,对本阶段的供货量做出修正;而批发商也可以根据生产商的供货信息和自己的预测模块对生产商下一阶段可能的供货量进行预测,对本阶段的订货量做出修正。通过这样的机制,生产商和批发商之间形成了具有自组织性质的协调。
　　(2)各个批发商只向其上游生产商发出订货信息,其他批发商对它的订货信息并不了解,而生产商和批发商之间所传递的信息也仅限制于订货信息和供货信息,各决策主体的其它内部信息并没有泄露。因此,其信息的私有性也能够得到一定保证。
　　(3)在这个模型中,各个决策主体所采用的预测函数,都是基于其自身所掌握的信息。因此,各决策主体掌握信息的数量和准确性,对其所作决策的质量有很大的影响。
　　(4)在这个模型中,虽然各决策主体都具有自主决策的意愿和能力,但生产商在其中仍占有一定的主导地位,在供应链的实际问题中这种情况具有一定的代表意义,但也存在许多其它类型的供应链,在各决策主体中,并没有某个主体占有相对的主导地位。
　　
　　三、结束语
　　
　　供应链作为一个典型的分布式决策系统,是由供应商、制造商、配送中心、零售商、消费者等各类主体等众多自主决策主体所构成的物流网络,供应链中存在的各个决策主体具有不同的利益取向和能力约束,这使得它们做出的决策,往往忽视了供应链整体的利益,因此,需要有一个协调机制,在供应链中各决策主体之间进行协调,使各个决策主体能够做出有利于供应链整体最优的决策。本文设计的生产商-多批发商二级分布式供应链决策模型,对这种类型的供应链各主体决策过程进行模拟,使生产商和批发商在保证自身信息私有性的同时,减少各决策主体基于自身利益的决策给供应链带来的负面作用,使供应链整体趋于最优。
　　
　　参考文献:
　　1、Sunil Chopra,Peter Meindl.Supply Chain Management:Strategy,Planning and Operation[M].社会科学文献出版社,2006.
　　2、Zhou Qing,Chen Jian.Swarm-Based Aggregation Model and Simulation of Multi-Agent in Supply Chain[J].Journal of System Simulation,2004(16).
　　3、周根贵,曹振宇.遗传算法在逆向物流网络选址问题中的应用研究[J].中国管理科学,2005(3).
　　4、聂兰顺,徐晓飞,战德臣.基于拉格朗日松弛和遗传算法的供应链协同计划[J].计算机集成制造系统,2006(11).
　　(作者单位:同济大学经济与管理学院)
　　注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文

转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-435180.htm