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海外供应链的那些研究


近些年国外供应链管理建模仿真研究综述
武鑫喆
摘 要:随着全球经济一体化的发展,企业间的竞争已经逐渐演变为供应链之间的竞争,供应链的管理也越 来越受到学术界和企业界的重视。在供应链管理的过程中,经常会遇到中断效应、牛鞭效应等问题,而对 于供应链的风险识别、风险评估和风险管理等得需求也越来越大,这就需要一种有效地方法,能够对不同 类型的供应链系统进行很好地建模和仿真,对其进行研究,从而提出改进的方法。国外特别是美国,在供 应链管理方面走得很前,有着很多的经验,因此,文章对国外近些年供应链仿真的研究成果进行了总结归 纳,并且提出了未来的研究趋势。

概述

供应链是由供应商、生产商、仓库、分销商、运输商、银行、零售商以及用户构成的全球性 的网络系统。原材料通过供应链转化为成品并发送给最终用户,在供应链育英的过程中,信息流、 物流和资金流在供应链管理部门的控制和协调下,使整个供应链在满足用户满意度的前提下达到 最优的运营目标。总而言之,供应链出现的目的,是能够将不同企业之间的业务流程能够同步进 行,具体来说,就是以下五点:(1)获取原材料和零部件;(2)将原材料和零部件转化为成品; (3)在产品中增加价值;( 4)配送商品到最终用户手中;(5)促进信息在供应链企业之间共 享。而供应链管理的目的,就是要提高供应链的效率,使得供应链各利益相关体的获利最大化。 更精确的定义是:“供应链管理是集成从最终用户到原材料供应链的关键业务过程,提供产品、服 务和信息,增加顾客和利益相关者的价值。” 随着顾客需求的多样化和个性化,市场全球化以及信息技术的发展,使供应链运作过程中存 在着大量的不确定因素,例如,市场需求的不确定性,服务质量的不确定性,市场价格的不确定 性,订单数量和时间的不确定性,产量的不确定定性,原材料需求与质量的不确定性,运输时间 的不确定性等,而且这些不确定性会在供应链网络中传递。供应链在运作过程中必须根据不确定 因素的变化进行适时地调整,呈现出动态、复杂的网络特征。而对于供应链的研究,主要集中在 供应链的设计、分析、协调、管理、优化和充足等方面,这些方面都涉及到了相应的决策问题。 供应链的决策是一个非常复杂的过程:供应链网络的大规模特性;决策过程中存在的层次结构; 各种输入和运作的随机性;供应链之间动态交互等特性也都决定了供应链系统决策问题的复杂性。

供应链的建模和仿真
供应链正成为企业提高绩效的核心议题,正是因为供应链系统本身的不确定性,以及供应链管 理决策问题内在的复杂性,在供应链建模仿真方面出现着不断增长的需求,通过建模方法来帮助 识别和改进供应链策略以实现供应链更高的绩效,正成为大量的制造业和服务业企业日以关心的

重要议题,所以各种企业都在寻找更为有效地建模系统来帮助进行不断发展的供应链过程的改进。 供应链在成本与服务方面的全球化竞争中已经使企业更加关注有效地供应链再造。供应链的再造 是一个成本非常昂贵的项目,在实施一个项目之前进行各种可行方案风险效益评估是非常有必要 的,仿真提供了一种有效地方法来评估和分析供应链的设计和其管理策略。通过对供应链进行建 模和分析,来获取对系统复杂性更充分地理解,并且通过建模和分析来预测系统的绩效在系统设 计阶段非常关键,同时可以对系统管理提供非常有价值的策略和方案,因此,供应链建模仿真的 需求将不断增长。 供应链建模仿真的关键问题是仿真模型能否解释和描述系统运行时的各种不确定因素,使得模型 在运行过程中能够很好地表现系统的动态行为。通常,在模型中处理不确定性是使用随机变量的 概率分布,建立供应链的概率模型,或在数据不足的情况下,采用不精确语言进行描述,模糊集 理论是一种较好地选择。供应链系统建模仿真方法有很多选择,比如面向过程的建模方法,基于 系统动力学的建模方法以及基于 Petri 网的建模方法等等。 尽管到目前为止,采用建模仿真的方法来研究供应链决策问题已经有很长一段时间了,而且也 存在着大量的仿真研究的案例,然而现在的仿真建模依然存在在着各方面的问题,比如说:开发 周期长,模型的可重用性差,模型缺乏柔性,更不上供应链动态变化的去求,特别是缺乏统一的 建模框架,工程应用性也很差。针对供应链仿真建模的问题,尤其要说明的是,供应链管理包括 企业内部的供应链管理和多企业之间供应链的管理问题,单个企业内部的供应链管理主要解决的 是决策和优化的问题,而多个企业之间的供应链管理问题主要解决协同共赢的问题,这些都是非 常复杂的决策问题。国内的供应链仿真建模的研究还处于起步阶段,更多地只是强调特定的建模 仿真技术可以实现简单地供应链系统的仿真,而没有将其与复杂的实际应用背景联系起来,比如 说,供应链中的脱销问题,绿色供应链问题,供应链系统中的价值导向问题等等,因此在这篇综 述中,主要总结了近些年国外供应链仿真中的一些研究成果,并且尽量保证每一个模型的建立和 仿真都是基于实际工程中的问题。这篇综述主要包括以下内容:基于 Agent 的供应链系统的建模 与仿真,基于着色 Petri 网的供应链建模与仿真,供应链网络的云计算架构,供应链系统的分布式 仿真,以价值为导向的供应链系统的建模与仿真,供应链中协作交通运输体系,以及系统动力学 建模方法的应用和离散事件建模方法的应用。

不同类型的供应链系统建模仿真方法

基于 Agent 的供应链系统的建模与仿真 对供应链这类复杂系统的研究除了使用传统的数学研究手段和仿真方法外,还出现了一种前景广 阔的研究方法,即基于多 Agent 的建模与仿真。多 Agent 系统主要研究多个 Agent 如何协调各自 的智能行为,能够解决单个 Agent 不能够解决的复杂问题。多 Agent 仿真方法与传统的仿真建模 方法相比,在建模框架和仿真框架上有了很大的发展,它采用智能 Agent 作为仿真系统建模与仿 真的基本元素,而 Agent 本身的交互性、自主性和通讯性等特点使得模型的运行模式、控制模式 和计算模式均发生较大变化,它有效提高了系统的并行计算能力、灵活性和可扩展性,特别是为开

发分布式交互仿真系统提供了很好的支持。多 Agent 仿真方法利用多 Agent 系统与仿真技术的结 合对供应链建模与仿真,是一种从全新的视角研究供应链的协调问题和资源优化配置问题的仿真 方法。供应链系统是一个多 Agent 系统,其成员可以由不同的 Agent 表示,多 Agent 仿真方法是 研究供应链协调问题的一种有效机制和工具。国外近些年来也依然还有较多基于 Agent 建模方法 的研究,但是更多在于对具体实际问题的解决方面,下面我将介绍几个有代表性的例子: 1.作者 Xianshun Chen[]在文章中介绍了基于 agent 的供应链风险管理的仿真和建模的实现,作者 主要是从三个层面来进行研究,包括了供应链管理过程,供应链计划决策水平和供应链设计目标; 然后作者对每一个层面的具体内容进行了定义,供应链管理过程具体包括了:风险鉴定,风险评 估,风险响应和以及风险监测和改善; 供应链决策水平的应用包括了:战略计划,战术计划和操 作计划;最终供应链设计目标水平则主要包括了对于供应链系统不确定性的健壮性以及对于故障 的灵活性。 2. 作者 Mihalis Giannakis[]在其文章中也主要通过基于 Agent 的方法来对供应链中的风险情况进 行研究,但是作者是具体到供应链中的供货中断问题的。作者通过对供应链系统中各个参与方的 属性以及交互机制的定义,试图以此来很好地对供应链系统进行仿真,发现问题的原因,并不断 进 行 适 当 地 调 整 。 作 者 定 义 了 一 套 多 Agent 得 系 统 , 包 括 以 下 几 种 不 同 类 型 的 Agent : communication Agent 主要负责供应链中不同参与者之间的信息传递;coordination Agent 代表的 是供应链系统中一个特殊的组织,用来对整个系统的资源进行协调; monitoring Agent 主要负责 对整个供应链系统的监控,它可以收集和分析整个供应链系统中各个参与方之间交互的数据,如 果出现任何问题,也都可以发出警告,提醒参与者需要注意;Wrapper Agent 提供了不同参与者 之间的信息交互机制;Disruption manager Agent 是整个中断问题风险管理系统中最为关键的一 部分,它内嵌了一个风险仿真和优化机制,和一个自我学习机制,可以不断提升和改善供应链中 供货的问题。 3. 作者 Kamil J. Mizgier[]在文章中介绍了一种基于 agent 的供应链网络模型,主要集中在研究本 地进程对全局经济行的影响,并且研究提出的改变如何影响模型的整体特性。

基于着色 Petri 网的供应链建模与仿真 随着近二十年经济全球化的发展,供应链将面对着越来越多的条件和风险,这些风险中很大的一 个就是供应链中材料流的中断(disruption),这将会对整个供应链系统产生很大的影响,升值可 能会导致最终产品生产的失败,因此,非常有必要去了解材料流中不同类型的中断(disruption) 产生的原因,机制,以及它们之间的相互关系,最终为问题的解决提供可靠的意见和建议。现在 已经有很多的文章在研究系统范围内供应链中断的影响结果,但是很少有人研究这些中断在供应 链系统中的具体行为。但是为了能够提出有效的解决方案来缓解供应链中的中断问题,还是需要 跟踪供应链中中断发生的具体行为及其影响。 Seyed Hessameddin Zegord[] 的文章是基于着色 Petri 网的建模方法来对供应链系统进行建模,跟踪供应链中中断行为发生的具体过程。

供应链风险研究中,常常使用一些仿真的模型来进行研究分析,但是这些方法的前提是基于概略 分布的,主要的假设条件就是可以通过不同的概率分布方程来对不同类型的风险因子进行描述, 这些方程是基于之前的经验的总结或者其他一些现有的机制,但是有些时候,很多供应链中断问 题并不能够一个定义的概率分布函数来进行描述,是不确定事件。因此最好的方法就是跟踪问题 出现的起因及其影响规则,需要使用离散事件的建模仿真方法,作者选择使用了着色 Petri 网的建 模方法。着色 Petri 网能够定义一连串事件之间的优先关系,也可以描述不同事件之间的竞争关系, 另外 Petri 网有着很好的数学模型,可以更好地描述和解决问题。 文章中通过 Petri 网的方法建模了一个较为复杂的供应链系统,基于此模型,可以很到地研究供应 链中中断现象的扩散机制,他们之间的相互关系和影响,这样可以使得研究人员从更广泛地范围 内研究问题的解决方案。

供应链网络的云计算架构 在 Manuel D. Rossetti[]中,作者介绍了一种供应链网络仿真的云计算平台(a Cloud Computing Architecture For Supply Chain Network),来更方便地用树状结构来仿真实现大规模多层次的供 应链结构。如今随着全球经济的不断发展,供应链竞争的优势越来越表现出来了,如何才能很好 地协调各个供应链参与者之间的行为活动,这就需要一个数学模型,而通过对模型的仿真,可以 更好地对供应链系统进行预测,允许用户可以实时跟踪系统状态,对特殊的情况进行研究,以及 对不同的可供选择的模型进行比较。随着供应链系统的参与者越来越多,系统的行为越来越复杂, 作者提出了一种针对供应链系统的云计算平台,可以更好地利用现在云计算的优势,来快速解决 复杂的问题。作者对云计算机制的数据层,数据工具层,云计算系统层,Web 应用层,仿真引擎 层以及原型机系统都进行了详细的定义,并通过两个应用实例,对这套系统进行了验证和分析。

供应链系统的分布式仿真 分布式供应链仿真(Distributed Supply Chain Simulation),就是指通过计算机网络将不同个体 的商业活动和进程的仿真模型整合起来进行共同决策,以求获得最大化的利益。作者 Navonil Mustafee 提出了分布式供应链仿真模型(DSCS)。DSCS 的概念的出现,主要是由于在供应链 管理操作方面,分布式仿真和仿真建模三个方向通过信息交流技术的发展,不同的公司间共同决 策将不只是靠数据的共享,也包括分布式执行进程模型的共享文章对分布式供应链的应用领域, 供应链的阶层,真实世界问题,利益相关者的影响,建模仿真的技术,分布式仿真中间件等方面 做了很好的综述。

以价值为导向的供应链系统的建模与仿真

截至今日,同以往相比,产品的生产设计模式已经发生了巨大的改变,现在的产品设计也需要更 多的考虑到消费者的价值取向,因此,可以考虑实现一种以消费者价值为导向的仿真系统,来加 强车辆制造领域工业领域供应链的协作。 作者 Massimo Panarotto[]在文章中介绍了一种基于计算机的概念设计模式,目的在于研究在车辆 制造领域,面对产品-服务的发展甚至全面革新的时候,如何才能够加强供应链之间的协同发展。 传统的制造业企业着力于他们产品的设计和研发活动,更多地强调的是技术上的实现,但是随着 全球化的经济的发展,市场模式也在一天天发生变化,车辆制造企业在进行产品设计与提供服务 的时候,也越来越以消费者的需求来作为自己的价值导向,产品的设计需求不再是开发一种新型 的,毫无争议的产品,而是更多地与消费者的产品需求紧密结合在一起。这篇文章主要就是帮助 设计团队如何在新形势下应对设计需求中的不同价值的考量。通过一个以价值为导向的供应链系 统,设计团队可以更好地更接近消费者的阶层去了解最新的需求,比如说供应链中的销售者等等。

系统动力学建模方法和离散事件建模方法在供应链仿真中的对比 离散事件仿真(Discrete event Simulation)和系统动力学仿真(system dynamics)是物流和供 应链管理中两种常用的决策支持工具。决策支持工具的使用一般要求的是能够在战略层面,操作 层面和策略层面三个方面提供解决方案。在 Antuela A. Tako []的文章中,对系统动力学建模方法 和离散事件的建模方法进行了比较,作者总结了近 127 篇关于离散事件和系统动力学方法在供应 链仿真领域应用的文献,通过对比,作者发现离散事件更多地是应用在操作和策略层面上,比如 说调度规则(Dispatching Rules),货物的分散和交通运输安排(Distribution & transportation planning ),产品生产计划和安排( Production planning & scheduling )以及计划和需求预测 (Planning & forecasting demand)等领域,而系统动力学主要是应用于战略层面的建模与仿真, 比如供应链结构( Supply Chain structure ),过程重设计( Process redesign ),供应商选择 ( Supplier selection ),供应链融合( Supply Chain integration )以及信息共享( Information sharing)等领域。作者得出的结论是有实质性意义的,它将指导人们在供应链建模仿真的时候, 如何根据自己的不同需求,根据自己需要研究和解决的具体问题,以及问题的应用层面,来选择 正确的建模与仿真工具,以此能够得出更好的结论。

总结和展望 在这篇综述中,主要是对近些年来国外在供应链建模与仿真的领域的发展情况进行总结和归纳。 在之前也阅读了一些国内相关领域的文章,对比之下可以发现国外近些年在供应链仿真领域的研 究主要是针对系统中可能存在的实际问题进行仿真,寻找问题的根源,然后提出改进的策略和方 案,而国内相关方面的研究并不太多,水平参差不齐,很多时候只是对整个供应链系统的泛泛而 谈,没有很大的实际指导意义,举个例子来说,国内 2010 年左右的文章研究内容,大约相当于 国外 2000 年前后的水平,另外近些年国内供应链的研究热点主要也集中在绿色供应链和可持续 发展供应链方面,但是由于这两个方面并没有涉及到太多的建模仿真技术,因此本文中并没有进 行详细介绍。

随着经济的发展,供应链仿真建模的需求也会越来越大,供应链系统的复杂程度也会越来越高, 供应链系统中出现的问题也会越来越多,所以,未来的话希望可以通过供应链的建模仿真技术, 真正能够为供应链的发展提供强大的推动力。 参考文献


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