《供需不确定下基于MOI和VMI模式的供应链协同比较研究.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《供需不确定下基于MOI和VMI模式的供应链协同比较研究.pdf（11页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第 卷第期 年 月 中国管理科学 ，文章编号：（）供需不确定下基于 和 模式的供应链协同比较研究于建红，马士华，周奇超（江汉大学商学院，湖北 武汉 ；华中科技大学管理学院，湖北 武汉 ）摘要：为分析供应链运作机制对降低随机供应商产出和随机需求的影响，对比研究了两供应商单制造商系统在 和 两种模式下的供应链协同模型。模式下，制造商管理并持有库存，提出了供应风险共享的协同机制；模式下，供应商管理并持有库存，提出了收益共享与额外惩罚的协同机制。分析了集中决策、和 模式下的最优批量决策，证明了 模式下存在唯一的纳什均衡。研究还发现，模式更容易协调供应链，有效降低供需不确定的影响。模式下的供应链可实现帕
2、累托改进，但不能实现协调；而当参数满足一定关系时，模式下供应链的期望利润可达到集中决策。关键词：随机产出量；随机需求；制造商持有库存；供应商管理库存；协同模型中图分类号：文献标识码：收稿日期：；修订日期：基金项目：国家自然科学基金资助项目（）作者简介：于建红（），女（汉族），河北唐山滦县人，江汉大学商学院，教师，研究方向：物流与供应链管理引言供需不确定是企业所面临的两大外部风险，是企业通过自身努力难以克服或改变的。供应商产出量不确定是供应随机的一个重要方面。在半导体等电子行业中，由于复杂的制造过程和工艺及高质量要求等，常导致其有效产出量是随机的，平均有效产出甚至低于。特别是在装配供应链中，供应
3、商与制造商的收益不仅与制造商的需求有关，还与配套供应商的实际交付量有关。供应商为减少过剩生产造成的损失，常常以小批量进行生产和交付，不利于提升供应链整体绩效。因此，在供需不确定条件下，研究装配供应链的协同问题具有重要的意义。现有关于供需不确定的供应链协同问题多是基于制造商管理库存（，），即下游客户确定产品订购量并持有相应的库存。和 首次对供应商产出量随机下的单一产品供应链的运作问题进行了全面综述，分析了批量订货下的单周期和多周期模型，比较了集中决策和独立决策对供应链的影响。从集中决策，即由单一决策者决策以最大化系统期望利润或最小化系统期望成本的角度，研究供应商产出量随机下供应链协同问题的典型研
4、究主要有 ，和 和 等。研究了供应商产出量和需求随机下使得期望总成本最小的装配 供 应 链 的 协 同 问 题。和 则 在 的基础上，分别研究了供应链期望利润最大化下的批发价格、回购、回购收益共享及改进的回购收益等契约。然而，当供应链中存在多个利益主体时，集中决策并不能最大化供应链中每个主体的收益。分散决策下关于供需不确定条件下供应链协同问题的研究，主要集中在单供应商单零售商供应链的协同策略上。和 考虑了供应商随机产出大于和小于零售商订货量的两种情况，研究了风险共享和不共享对供应商和零售商最优决策的影响。和 研究了供应商和零售商具有不同的 议 价 能 力 下 的 供 应 链 协 同 问 题。和
5、 考虑 了 由原 始 设 备 制 造 商（，）、一个制造商和一个分销商组成的三级供应链系统的协同问题。在供需随机下，制造商主动与 协同能提高自身期望利润；而只有当制造商、和分销商三方协同时，的期望利润才能有所增加。分散决策下关于多供应商单制造商系统协同问题的研究，主要集中于需求不确定和供应商产出量确定的情况，少数学者研究了供应商产出量不确定和需求确定的情况。关于需求不确定和供应商产出量确定的典型研究主要有 和 、等、和 和 等。和 考虑了多供应商单制造商装配系统，研究了基于收益共享的 系统及单一批发价格契约的 系统的协同问题，分别提出了基于收益共享与剩余补贴的混合契约和基于批发价格与回购来实现
6、供应链的协同。等 利用批发价格与收益共享的混合契约来协调多供应商单制造商系统。和 考虑了允许供应商自由联盟的多供应商单制造商系统，分析了 和 模式 下 供 应 链 的 协 同 问 题，指 出 模 式 比 模 式 更 容 易 实 现 供 应 商 间 的 产 量 协 同。则研究了价格敏感性随机需求下多供应商单制造商系统的协同问题，对比分析了供应商静态博弈和序列博弈对供应链的影响。和 与马士华和李果 研究了供应商产出量不确定和需求确定情况下装配供应链的协同问题。和 考虑了两供应商单制造商系统，分析了独立决策和集中决策下供应链的最优策略，提出了基于缺货惩罚成本和额外惩罚成本的协同策略；马士华和李果 在
7、 和 的基础上，构建了基于溢出库存惩罚的决策模型，提出了风险共享的协同策略。然而，近年来，越来越多的企业采用按单生产按单装配（）和供应商管理库存（，）的方式来提高分散供应链的有效性，从而以较低成本来满足顾客的高要求。而上述供需不确定的协同问题的研究均是基于 模式，少有学者在 模式对该问题进行研究。据我们所知，只有 研究了 模式下单制造商单零售商系统的供需不确定性问题。分别构建了传统的零售商持有库存和 模式下的优化模型，提出制造商通过选择恰当的批发价格能够使 模式下供应链总利润高于零售商持有库存的模式。然而，在多供应商单制造商的装配系统中，模式能否有效改善供需不确定的负面影响是值得深入研究的问题
8、。本文考虑了两供应商单制造商的装配系统，在供应商产出量和需求均随机下，分别构建了基于 和 的供应链协同模型。模式下，提出基于供应风险共享的供应链协同机制；模式下，提出基于收益共享与额外惩罚成本的供应链协同机制。分析了 和 下的供应链协同机制对供应链及各参与方利润的影响，及抵抗供需不确定性影响的效果。模型描述与集中决策 模式描述与参数定义本文考虑了由两个配套供应商和一个制造商组成的两级装配系统。制造商面临不确定的市场需求和随机的供应商产出量。其中，供应商的产出量是随机的，其有效产出量为，是随机因子，是其生产量；而供应商的产出量是确定的，即其有效产出量等于生产量。令（）和（）分别为随机市场需求的概
9、率密度函数和累计概率密度函数，为市场需求均值；（）和（）分别为随机供应量因子的概率密度函数和累计概率密度函数。销售季节开始之前，需首先决定零部件的生产量和；销售季节末，未满足的需求产生单位缺货惩罚成本，未售出产品的残值为，而未使用的零部件无残值。其中，和分别为零部件和的单位生产成本，和分别为零部件和的批发价格，为单位产品的价格。令上标、和分别表示集中决策、模式和 模式。本文的主要假设如下：（）该系统的所有参与者均是风险中性的，且系统中信息对称，决策者是完全理性的。（）零部件的订购提前期很长，并忽略制造商产品的装配时间。（）每个供应商仅供应一种零部件，且各零部件按照的比例装配成产成品。这一假设只
10、是为了简化推导，当装配比例为时，可将其转化为。因而该假设也不失一般性。（）产品装配过程不会产生不良品，且产品的装配成本低于其残值。为简化，令单位产品的装配成本为零。则制造商将把所有配套零部件装配成产品以获得残值收入。（）模式下，制造商确定零部件的订购量并承担相应的库存成本，供应商确定零部件的生产量并采用 供货方式，且供应商的交货数量不大于制造商的订购量。（）模式下，供应商确定零部件的库存策略并承担相应的库存成本，制造商不持有库存，即采第期 于建红等：供需不确定下基于 和 模式的供应链协同比较研究用寄售库存（）的方式，只有当零部件被消耗时供应商才能得到支付。集中决策集中决策下，依据需求和供应不确
11、定性，由一个决策者共同确定两种零部件的生产量，其目标是供应链总利润最大。则在集中决策下供应链的利润函数可表示为：（，）（，）（，）式中，第一项为制造商销售收入，第二项为缺货成本，第三项为产成品的残值，第四、五项为两个供应商的生产成本。命题：集中决策下供应链 期 望利润 函 数 是关于（，）的联合凹函数，存在唯一最优解（，）使得集中决策下供应链利润最大，满足（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）证明：集中决策下供应链期望利润函 数可表示为：（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）分别对式（）求关于和的一阶导数和二阶导数，可得：（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）
12、（）（）（）（）（）（）（）（）显然恒存在，易知 和 矩 阵。由 此 得 证，是 关 于（，）的联合凹函数，并在一阶导数为零处取得最优解。基于供应风险共享协同机制的 模式 模式下，制造商作为博弈主方，首先确定订购量；供应商作为博弈的从方，确定其最佳生产量，且供应商的最佳生产量满足，供应商的最佳生产量满足。当存在供应不确定时，供应商不但会担心有效产出量低于制造商订货量而引起的缺货惩罚成本，也会担心因有效产出量大于制造商订货量时而引起的过高的生产成本；制造商则更担忧供应商交付量小于订购量时，不但引起更大的缺货成本，也将会造成配套零部件的浪费。因而，为减少供应不确定的影响，本文采用了基于供应风险共享
13、的供应链协同机制。当供应商的有效产出量大于制造商订购量时，即，制造商以的单位价格补偿超过其订购量的有效产出量，且；当 时，制造商以的单位价格进行惩罚。则在供应风险共享协同机制下，供应商的利润函数为：（，）供应商的利润函数为：（）制造商的利润函数为：（，）（，）（，）（，）供应链的利润函数为：经整理，供应商和制造商的期望利润函数可分别为：（）（）中国管理科学 年（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）供应商的最优生产量决策命题：供应商的期望利润函数是关于其生产量的凹函数，且存在唯一最优解使得供应商的期望利润最大化，其中满足：（）（）（）（）证明：式（）关于的一
14、阶导数和二阶导数分别为：（）（）（）（）（）由此可证供应商的期望利润是关于的凹函数，且在 时，可得到最优解使得供应商的期望利润最大化。由此可见，模式下，供应商根据制造商的订购量、批发价格、惩罚成本和补贴价格来决定最优的生产量，以最大化其自身期望利润。由式（）易知，供应商的最优生产量决策随、和的增大而增大；当（）（其中，为供应商产出量随机因子的均值）时，随的增加而增加，否则随的增加而减小。命题：供应商的最优解与制造商订货量线性相关。证明：令（，）（）（）（）分别求（，）关于的一阶导数和二阶导数，可得：（，）（，）；（）其中，表示了供应商的最优决策对制造商订货量的反应函数。显然恒为大于零的常数，则
15、与线性相关得证。令 ，其中为大于零的实数。并将之带入式（）中，可得满足：（）（）（）（）制造商的最优订购量决策将 带入式（）中，可得制造商的期望利润函数为：（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）命题：制造商的期望利润函数 是关于其订货量的凹函数，且存在唯一最优解使得制造商的期望利润最大化，其中满足：（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）证明：分别求式（）关于的一阶导数和二阶导数分别为：（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）由此可证制造商的期望利润函数是关于的凹函数，且在 时，可得到最优解使第期 于建红等：供需不确定下基于 和 模式的供应
16、链协同比较研究得制造商的期望利润最大化。从式（）中，我 们 可 以 发 现 ，；当 （）（）时，反之 ；当）（）时，反之 。易知，通过调整参数可以改变制造商的订购量。此外，制造商的订购量和供应商的生产量是线形相关的，满足，且满足式（），制造商的订购量决策满足式（）。因此三式联立可得到该系统的最优决策（，）。在给定批发价格和时，通过选择恰当的参数（，）可以改变供应商和制造商的最优决策，至少可以实现供应链的帕累托改进。基于收益共享与额外惩罚协同机制的 模式 模式下，供应商确定各零部件的生产库存决策，而只有当零部件被使用时才能得到支付，该模式又被称为寄售（，）模式。已在供应链实践中得到了广泛应用 。
17、在 供应链运作中，制造商一般采用收益共享契约来协调供应链 。但这些研究只考虑需求不确定性。当供应链成员企业间信息对称时，各供应商能推断出其他供应商的生产量决策，并以所有供应商中最小的生产量作为该供应商的生产量，因而在需求不确定下制造商不需要担心各配套零部件数量是否匹配的问题。然而，本文考虑了需求和供应商产出量两种不确定因素。而零部件产出量不确定会造成配套零部件的供应量不匹配，导致配套供应商利润降低，因而供应商间将存在生产量的博弈问题。故而，单一的收益共享契约难以协调供需均不确定下的供应链。因而本文在收益共享契约的基础上，引入额外惩罚成本来约束供应商生产决策，以尽量达到配套零部件数量匹配。模式下
18、，制造商作为博弈主方，首先确定供应商和的收益共享比例、，以及额外惩罚成本、。其中，且。供应商作为博弈从方，依据契约参数，选择最佳的零部件生产量和。则在这种机制下，供应链各方的利润函数可分别表示如下。供应商的利润函数为：（，）（，）（，）（，）（，）供应商的利润函数为：（，）（，）（，）（，）（，）制造商的利润函数为：（）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）供应链的利润函数为：经整理，供应商和供应商的期望利润可分别表示为：（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）命题：供应商的期望利润函数 是关于
19、供应商生产量的凹函数，且存在唯一最优解使得供应商的期望利润最大，满足：（）（）（）（）（）证明：分别求式（）关于的一阶导数和二阶导数分别为中国管理科学 年 （）（）（）（）（）（）（）（）（）（）显然存在 ，由此得证是关于的凹函数，且在一阶导数为零处取得最优解。命题：供应商的期望利润函数 是关于供应商生产量的凹函数，且存在唯一最优解使得供应商的期望利润最大，解满足：（）（）（）（）（）证明：式（）关于的一阶导数和二阶导数分别为 （）（）（）（）（）（）（）（）（）（）显然有 ，由此可证是关于的凹函数，且在一阶导数为零处取得最优解。由命题和命题可知，供应商依据收益共享比例、额外惩罚成本、生产成本
20、，以及产品销售价格、缺货成本和残值选择最优的生产量决策，以最大化其期望利润。供应商的最优决策随、和的增加而增大，随的增加而减小。通过设置恰当的参数和，可以实现供应链的帕累托改进，特别是当和时，可实现供应链的协调。命题：基于收益共享与额外惩罚协同契约的 模式存在唯一的纳什均衡。证明：分别将式（）和（）变形为：（，）（）（）（）（）（）（，）（）（）（）（）（）分别对以上两式求关于的一阶导数，可得：（，）（）（）（）（）（）（）（）（，）（）（）（）（）因为，（，）和，有（，）和（，）。则，对于所有的和，存在（，）（，）。因而，该系统存在唯一的纳什均衡。算例为进一步对比分析供应商随机产出量和随机需
21、求对基于供应风险共享的 模式及基于收益共享与额外惩罚的 模式的影响，本节应用算例分析了供应商产出服从均匀分布和需求服从正态分布的情况。假设市场需求（，）产出量随机因子（，）。令其他参数分别为：，和。将此组参数作为基本数据，并在此基础上，首先分析 和 模式下协同机制参数对两种模式协同效率的影响；随后再进一步讨论供需不确定因素对两种模式及其协同效率的影响。协同机制参数的影响分析为更接近于实际运作，各成员参与供应链运作的前提是各方所获得的利润不低于其保留利润，分别令、和为供应商、供应商和制造商的保留利润，有 、。模式下，令零部件批发价格分别为 和，分析参数（，）对最佳的订货量和生产量决策，以及对供应
22、链期望利润的影响，如表所示。第期 于建红等：供需不确定下基于 和 模式的供应链协同比较研究表（，）参数组合对 模式的影响分析（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，），（，）（，）（，）（，），表（，）参数组合对 模式的影响分析（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）从表中可以看出，供应风险共享协同机制的参数影响了供应链的最优决策以及供应链与各参与方的期望利润。供应商的期望利润随缺货惩罚成本的增加而增大
23、，随补贴价格的增大而增大；在一定范围内，制造商和供应链的期望利润均随和的增加而增大。但是，供应风险共享契约只是使供应商和制造商共同分担随机产出量风险，而需求不确定风险仍由制造商一人承担。因而，该协同机制对供应商的生产量决策影响显著，且随和的增加而增大，但对制造商订购量决策影响较小。此外，供应风险共享契约下，我们找不到恰当的和（本例中必须同时满足等式 和 ）使得 模式下最优决策等于集中决策。因此，该契约不能协调供应链，但恰当的契约参数可以实现供应链的帕累托改进。然而，当契约参数选择不当时，可能使供应链参与方的利润低于无协同时，如参数组合（，）、（，）、（，）和（，）。本例中参数组合（，）能较好地
24、协调供应链，该组合将在后续算例中使用。表对比分析了 模式下不同契约参数组合（，）对供应链最优决策及供应链期望利润的影响。由表可知，协同机制的参数影响了供应链及成员的期望利润。其中，供应商的期望利润随收益共享比例的增大而增加，随额外惩罚成本的增大而减少；制造商期望利润的变化情况则与供应商期望利润的变化情况相反，即随的增大而减中国管理科学 年表供应不确定对三种模式的影响分析变化范围（，）集中 集中比较 （，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）
25、（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）少，随的增大而增大；而供应链整体的期望利润则随和的增大而增加。通过调整恰当的参数，可以使得 模式下供应链的期望利润与集中决策相等。为与 模式进行对比分析，后续算例中 模式下的参数组合为（，）。供应不确定的影响在选定的参数组合下，分别讨论供应不确定对三种模式的影响，如表和图，所示。图 模式下，供应不确定的影响表分析了供应不确定性对三种模式下的最佳生产量（，）及供应链的利润 的影响。从表中可以看出，零部件和零部件的生产量随供应不确定性的降低而减小，且的变化非常显著，而变化幅度较小，当不存在供应不确定性时；供应
26、链的利润均随供应不确定性的降低而增大。另外，模式下，供应不确定性对风险共享图 模式下，供应不确定的影响协同机制的协同效率的影响较小；而 模式下，供应不确定对收益共享与额外惩罚协同机制的协同效率的影响很大，且协同效率随供应不确定性的降低而提高。这主要是因为 模式下供应商和及制造商三方共同分担供应风险和需求风险，而 模式下只有供应商和制造商分担供应风险。因而，随供应风险的降低，模式下供应链成员间共担需求风险使得收益共享与额外惩罚契约的协同效率高于供应风险共享契约，模式下供应链及各参与方的期望利润也高于 模式。图和则在表的基础上，进一步分析了供应不确定性对 模式和 模式下供应链及各成员利润的影响。研
27、究表明，供应不确定性对 模式下供应商的利润及 模式下制造商的利润的影响非常不显著；当供应商供应不确定性较低时，制造商采用 模式能获得比 模式更高第期 于建红等：供需不确定下基于 和 模式的供应链协同比较研究表需求标准差的影响标准差，（，）集中 集中比较 （，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）表需求均值的影响均值（，）集中 集中比较 （，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）的利润，而供应商在 模式下能获得较高的利润。因而，当供应商供应不确定性很高时，制造商更倾向于选择 模式；而
28、当供应商供应不确定性很高时，他可以采用 或 模式。需求不确定的影响在给定的协同参数组合下，分别分析需求均值及需求方差对各模式最优决策就供应链期望利润的影响，如表和所示。表和表表明，零部件的最优生产量随需求标准差的增加而减小，随需求均值的增加而增大；零部件的最优决策则随需求标准差的增加而增大，随需求均值的增加而增大；供应链期望利润则随需求均值的增加而增大，随需求标准差的增加而减小。图和图说明了供应商、和制造商的期望利润随需求标准差的增加而减小，随需求均值增加而增大，且制造商期望利润对需求的变化更为敏感。与需求均值相比，需求标准差的变化对各参与方期望利润的影响更为显著。对比 和 模式，可以发现 模
29、式下制造商的期望利润随需求标准差的变化更为显著。产生这一现象的根本原因在于：模式下制造商承担全部的需求风险，则需求风险越大，制造商的期望利润将越小。图需求标准差的影响图需求均值的影响中国管理科学 年结语本文考虑了供应商产出量随机需求随机下两供应商单制造商两级装配系统，研究了基于供应风险共享的 模式和基于收益共享与额外惩罚成本的 模式下生产批量及订货批量的协同问题，分析了不同决策模式对降低供需不确定性的影响。通过证明和分析，得到如下结论：（）集中决策下，供应链期望利润是关于零部件生产量的联合凹函数；模式下存在唯一一组最优解以最大化供应商和制造商的期望利润，模式下供应商间存在唯一的纳什均衡。（）基
30、于供应风险共享的 模式不能协调供应链，但通过选择恰当的参数，可以实现供应链的帕累托改进。（）基于收益共享与额外惩罚的 模式更能有效改进供应链绩效，且当参数满足一定关系时，可以实现供应链的协调。（）基于收益共享与额外惩罚的 模式能够使供应链成员间共担供应风险和需求风险，更有效地降低供需不确定的影响。参考文献：，：，（）：，：，：，（）：，（）：，（）：，（）：，：，（）：，：，（）：，：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：马士华，李果 供应商产出随机下基于风险共享的供应链协同模型计算机集成制造，（）：，（）：，（）：，第期 于建红等：供需不确定下基于 和 模式的供应链协同比较研究 ，（）：，：，（）：，（，；，）：，（）（），：；中国管理科学 年