需求突變下的供應(yīng)鏈應(yīng)急管理研究

張道海 ,盛昭瀚 ,杜建國

（1.南京大學(xué) 工程管理學(xué)院，江蘇 南京 210093；2.江蘇大學(xué) 社會科學(xué)計算實驗中心，江蘇 鎮(zhèn)江 212013）

一、引 言

近些年來，供應(yīng)鏈管理方式的采用產(chǎn)生了很多具有網(wǎng)絡(luò)關(guān)系的相互依賴的組織和企業(yè)，這給他們帶來巨大利潤的同時，也導(dǎo)致了供應(yīng)鏈嚴(yán)重脆弱性[1]。雖然突發(fā)事件發(fā)生概率小，但影響很大，往往給脆弱性的供應(yīng)鏈組織造成嚴(yán)重影響[2-3]，因此突發(fā)事件下的供應(yīng)鏈風(fēng)險管理已經(jīng)成為學(xué)術(shù)界和企業(yè)界關(guān)注的熱點問題。

自從Clausen等[4]（2001）提出突變管理（Disruption Management）概念以來，國內(nèi)外學(xué)者將突變管理的思想引入到供應(yīng)鏈中，從不同角度對供應(yīng)鏈需求突變下的風(fēng)險管理進(jìn)行了研究。Xu等[5]（2003）假設(shè)市場需求是零售價格的非線形函數(shù)，研究了一個供應(yīng)商和一個零售商在集中決策和分散決策下如何有效處理需求不確定問題，以更好協(xié)調(diào)供應(yīng)鏈。比較早對需求突變進(jìn)行研究的是Qi等[6]（2004）在Omega上發(fā)表的一篇文章“Supply chain coordination with demand dis?ruptions”，考慮由一家制造商和一家零售商組成的供應(yīng)鏈，研究需求突變對供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)機(jī)制的影響，后來很多研究成果都基于這一研究進(jìn)行深化和擴(kuò)展。Xiao等[7]（2005）將其推廣到有兩家零售商的情形，零售價格不變，兩零售商進(jìn)行產(chǎn)品促銷投資博弈。

于輝等[8]（2005）研究了突發(fā)事件對于經(jīng)典的利用數(shù)量折扣協(xié)約協(xié)調(diào)的供應(yīng)鏈所造成的影響，給出了供應(yīng)鏈對突發(fā)事件的最優(yōu)應(yīng)對策略，建議了新的具有抗突事件的數(shù)量折扣協(xié)約。Xiao等[9]（2007）進(jìn)一步研究了需求突變下一個制造商和兩個競爭零售商供應(yīng)鏈的數(shù)量折扣契約設(shè)計。滕春賢等[10]（2009）建立了零售商處面臨隨機(jī)需求的供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)均衡模型，設(shè)計了具有抗突發(fā)事件性的數(shù)量折扣契約，并指出由于突發(fā)事件的發(fā)生使得需求規(guī)模突然變化時，供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)中各成員的決策就不再是最優(yōu)的，在制造商和零售商交易之前，建立關(guān)于二次訂購數(shù)量折扣契約可以協(xié)調(diào)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的抗突發(fā)事件性。

除了使用數(shù)量折扣契約來應(yīng)對突發(fā)事件，還有使用收益共享契約。曹二保等[11]（2010）分析一個供應(yīng)商和兩個Cournot競爭零售商組成的供應(yīng)鏈系統(tǒng)的協(xié)調(diào)問題，首先證明收益共享合約在穩(wěn)定條件下能實現(xiàn)該供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)；當(dāng)突發(fā)事件導(dǎo)致零售商面臨的需求規(guī)模和供應(yīng)商的生產(chǎn)成本同時與其預(yù)測值發(fā)生偏差時，為使供應(yīng)鏈?zhǔn)找孀畲螅岢隽苏{(diào)整生產(chǎn)計劃和零售價格的協(xié)調(diào)策略，進(jìn)一步證明了改進(jìn)的收益共享合約可協(xié)調(diào)需求和成本偏差的分權(quán)供應(yīng)鏈。龐慶華等[12]（2010）在隨機(jī)市場需求下，收益共享契約可以實現(xiàn)由制造商、分銷商、零售商組成的三級供應(yīng)鏈系統(tǒng)的協(xié)調(diào)，當(dāng)突發(fā)事件導(dǎo)致市場需求分布發(fā)生變化時，原有的協(xié)調(diào)將被打破，改進(jìn)了收益共享契約，使其能協(xié)調(diào)應(yīng)對突發(fā)事件，即建改進(jìn)后的收益共享契約具有抗突發(fā)事件性，并討論了系統(tǒng)利潤在供應(yīng)鏈成員之間分配的情況。

這些研究成果豐富了供應(yīng)鏈突發(fā)事件風(fēng)險應(yīng)急管理研究內(nèi)容，總體來說，在定量研究方面大多采用基于一定的契約機(jī)制來協(xié)調(diào)優(yōu)化供應(yīng)鏈，使其具有一定的彈性，達(dá)到整體的抗風(fēng)險能力，但大多是基于一定簡化基礎(chǔ)上展開的理論研究，這些簡化可能使得研究成果與現(xiàn)實之間有較大距離，影響了方案的現(xiàn)實可操作性[13]。供應(yīng)鏈突發(fā)事件風(fēng)險是典型的不確定型風(fēng)險，發(fā)生具有很大的偶然性。在第一時間內(nèi)如何進(jìn)行評估識別，并能夠正確應(yīng)急，在應(yīng)急后能實時評價并及時調(diào)整應(yīng)急策略尤為重要。采用計算機(jī)模擬便于采用多學(xué)科綜合方法，可以以更快的計算速度有效地再現(xiàn)典型的干擾情景，統(tǒng)計出大批的運營績效指標(biāo)，為風(fēng)險管理和應(yīng)急響應(yīng)計劃提供必要的工具，而鮮有文獻(xiàn)采用多主體演化建模的計算實驗方法來研究這些問題?；诖耍疚年P(guān)注于供應(yīng)鏈中突發(fā)事件造成的市場需求突變，嘗試采用計算實驗方法，結(jié)合風(fēng)險管理的研究范式，進(jìn)行風(fēng)險評估、識別、控制和評價研究。

二、需求突變下的供應(yīng)鏈應(yīng)急管理模型

（一）研究框架

本文以案例推理為基礎(chǔ)，基于計算實驗方法，對供應(yīng)鏈中需求環(huán)節(jié)進(jìn)行實時監(jiān)測，提出基于案例推理的應(yīng)急管理總體框架、模型和算法，為供應(yīng)鏈企業(yè)應(yīng)對突發(fā)事件風(fēng)險提供新的思路和方法?；诎咐评矸椒ǖ暮诵乃枷胧峭ㄟ^訪問案例庫中過去的同類案例的最優(yōu)解決方案而獲得當(dāng)前問題的最優(yōu)應(yīng)對策略。它充分利用案例中隱含的隱性知識和信息，即通過對關(guān)鍵指標(biāo)的監(jiān)測，從案例庫中查找相似案例，從而在第一時間對可能存在的風(fēng)險進(jìn)行評估和判斷，進(jìn)而得到最優(yōu)的應(yīng)急策略，并通過事后評價將案例庫不斷更新，使得應(yīng)急策略不斷優(yōu)化，為后續(xù)可能發(fā)生的相似突發(fā)事件風(fēng)險提供更優(yōu)解決方案。

考慮具有n個時間步長的銷售期，供應(yīng)鏈主體可以每一期對當(dāng)期需求、現(xiàn)有庫存和銷售價格進(jìn)行監(jiān)測；然后對監(jiān)測的結(jié)果采用相似案例檢索算法從案例庫中找到最相似案例，根據(jù)歷史案例的統(tǒng)計結(jié)果，進(jìn)行風(fēng)險評估，以識別是常規(guī)風(fēng)險還是突發(fā)風(fēng)險；再次根據(jù)歷史案例應(yīng)急處理的評價結(jié)果，調(diào)整本次應(yīng)急策略，應(yīng)急策略包括接收風(fēng)險策略、訂貨量調(diào)整策略、價格調(diào)整策略、供應(yīng)商選擇策略；最后對本次應(yīng)急處理的運行結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計，根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果對本次應(yīng)急處理效果進(jìn)行評價，并將案例庫進(jìn)行更新。總體研究框架如圖1所示。

（二）研究問題和假設(shè)

我們對模型做了一些基本假設(shè)。

（1）由市場和零售商、制造商和供應(yīng)商組成的供應(yīng)鏈，各層主體默認(rèn)按訂單預(yù)測方式生產(chǎn)；

（2）以耐用性產(chǎn)品為對象，假設(shè)正常的市場需求服從均勻分布；

圖1 需求突變下的供應(yīng)鏈應(yīng)急管理研究框架

（3）供應(yīng)鏈中提供一種產(chǎn)品，庫存策略采用(S,s)策略，每周期的剩余產(chǎn)品轉(zhuǎn)為下一周期庫存量；

（4）同類主體之間將基于產(chǎn)品的價格進(jìn)行競爭；

（5）主體以追求自身利潤和客戶服務(wù)水平（訂單滿足率）為目標(biāo)，進(jìn)行應(yīng)急效果評價；

（6）實驗情景設(shè)置，考慮由4個相互競爭的零售商、1個處于主導(dǎo)地位的制造商和2個供應(yīng)商組成供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，假設(shè)由面向市場的零售商可選擇是否對市場進(jìn)行需求監(jiān)測管理，除了零售商2，其它零售商均對市場需求進(jìn)行監(jiān)測管理。實驗結(jié)構(gòu)模型描述如圖2所示，分別用Y表示主體采用需求監(jiān)測管理，N表示主體未采用需求監(jiān)測管理，來觀察相互競爭的主體在同一市場環(huán)境下的不同策略會對各自的績效帶來何種影響。

圖2 模型結(jié)構(gòu)圖

（三）模型描述

1.需求突變模型

現(xiàn)實社會中，比如非典事件造成人們對口罩和消毒劑的需求突變，日本核泄漏事件中謠言的傳播造成人們對鹽的需求突變等，這些事件對需求造成的影響，從共性來看，都大致經(jīng)歷從初期發(fā)生，到上升，再下降到恢復(fù)的幾個過程，我們歸納這幾個階段，用下面的模型來刻畫。

其中y(t)為發(fā)生突發(fā)事件后的t（t≥k）時刻市場額外需求量；A＞0，為突變波動幅度系數(shù)；0＜B＜1，為突變時間緩慢程度系數(shù)；k＞0，為突變時間開始發(fā)生點。

2.案例檢索模型

設(shè) P={P1,P2,…,Pm}是源案例集，其中Pi(i=1,2,…,m)是第i個源案例，設(shè)Z={Z1,Z2,…,Zn}是案例的屬性集，其中Zj(j=1,2,…,n)是第 j個屬性。構(gòu)成如式（2）所示矩陣：

式中Xij代表第i個案例的第 j個屬性值。

不同因素的指標(biāo)取值量綱不同，為了消除量綱的影響，數(shù)據(jù)處理上需要對原數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化公式如式（3）所示。

記wj為因素Zj的權(quán)重，為了消除主觀因素的影響，采用機(jī)器學(xué)習(xí)來分配特征權(quán)重，計算公式如式（5）所示。

記目標(biāo)案例為T={T1,T2,…,Tn}，則有屬性矩陣如式（6）所示。

經(jīng)過計算得到標(biāo)準(zhǔn)得分矩陣如式（7）所示。

將計算后的得分矩陣，采用歐式距離計算相似度，公式（8）所示。

得到目標(biāo)案例和各個源案例的相似度矩陣D=(D1,D2,…,Dm)。

3.風(fēng)險評估模型

通過案例檢索得到的初步風(fēng)險估計結(jié)果，即以往相似事件處理的結(jié)果。風(fēng)險事件發(fā)生的情景發(fā)生了變化，必須根據(jù)新事件與案例之間的差異對風(fēng)險估計的初步結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整如式（9）所示。

4.風(fēng)險識別模型

根據(jù)謝比雪夫經(jīng)驗法則，若指標(biāo)值服從均勻分布，約有95%的數(shù)據(jù)在平均數(shù)加減2個標(biāo)準(zhǔn)差的范圍之內(nèi)。模型即以此為基礎(chǔ)作為風(fēng)險推理的依據(jù)。將風(fēng)險評估結(jié)果ET和結(jié)果統(tǒng)計中的歷史均值和標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行比較，確定為常規(guī)擾動，還是突發(fā)風(fēng)險。若為異常風(fēng)險，再根據(jù)下游所有主體訂貨量和方差，按相同方法判斷所有下游主體訂單是否異常，若滿足所有下游訂單均異常，判斷為需求突變風(fēng)險，否則是由于下游競爭引起的需求異常（圖3）。

5.風(fēng)險控制模型

主體對需求進(jìn)行監(jiān)測，通過相似案例，對可能的風(fēng)險進(jìn)行評估和識別后，根據(jù)歷史案例應(yīng)急策略的處理評價采取有針對性的應(yīng)對策略是降低風(fēng)險影響的關(guān)鍵。在銷售期初，主體根據(jù)風(fēng)險評估結(jié)果，若為常規(guī)擾動，即接收風(fēng)險，不做處理；否則為突發(fā)風(fēng)險，則在應(yīng)急成本與銷售價格之間進(jìn)行權(quán)衡，決定是接受風(fēng)險還是應(yīng)急處理；若需應(yīng)急處理，再針對相似案例檢索結(jié)果，根據(jù)歷史案例處理效果值選擇應(yīng)急策略并對應(yīng)急策略進(jìn)行調(diào)整。記歷史案例處理效果變量為evaluate，策略調(diào)整流程如圖4所示。

圖3 風(fēng)險識別流程

圖4 策略調(diào)整流程

6.應(yīng)急處理評價模型

風(fēng)險處理評價以單位產(chǎn)品平均利潤增長率和訂單滿足率增長率為主要依據(jù)，即在取得利潤率增長的同時，將風(fēng)險帶來的影響降低，即認(rèn)為處理效果好；否則，記錄下處理情況，在下次處理時能有針對性的調(diào)整。具體來說，若當(dāng)前單位產(chǎn)品平均利潤和訂單滿足率均大于檢索案例的單位產(chǎn)品平均利潤和訂單滿足率，則認(rèn)為處理效果好，作為備選案例；否則處理效果差，記錄下具體處理結(jié)果，或是單位產(chǎn)品平均利潤增長率應(yīng)急處理效果差，或是訂單滿足率增長率應(yīng)急處理效果差，為下個周期應(yīng)急調(diào)整提供借鑒。記當(dāng)前單位產(chǎn)品平均利潤率為 profitT，源案例單位產(chǎn)品平均利潤率為profitP，記當(dāng)前訂單滿足率為 fulfillRateT，源案例訂單滿足率為 fulfillRateP，處理流程如下：

三、實驗結(jié)果與分析

（一）初始參數(shù)設(shè)置

本文實驗中，沒有對制造商和供應(yīng)商績效進(jìn)行檢測，設(shè)制造商和供應(yīng)商供應(yīng)能力無限，制造商批發(fā)價設(shè)定為20，目的是考察零售商績效，因此給出市場與零售商的主要參數(shù)初始設(shè)置，同時為了刻畫各零售商競爭主體之間的差異性，將零售價格和庫存成本設(shè)置為區(qū)間內(nèi)的隨機(jī)整數(shù)，如表1所示。

表1 初始參數(shù)設(shè)置

（二）需求突變的過程及應(yīng)急處理

根據(jù)突變模型，我們將突變過程分為引入期、高峰期、衰退期和恢復(fù)期，如圖5所示，以觀察不同時期主體對突發(fā)事件進(jìn)行應(yīng)急處理的歷史演化過程。

圖5 需求突變的過程

首先對本文設(shè)置的需求監(jiān)測管理方式進(jìn)行分析，目的是看基于本文設(shè)置的需求監(jiān)測管理方式是否能為應(yīng)對需求突變風(fēng)險帶來好的應(yīng)急效果。將零售商1設(shè)置為需求監(jiān)測管理，零售商2設(shè)置為不采用需求監(jiān)測管理（暫不考慮其他零售商），決策方式和參數(shù)設(shè)置相同。我們從零售商1和零售商2向市場送貨量、向上游訂貨量以及自身利潤水平的波動情況三個指標(biāo)觀察，在系統(tǒng)運行開始時，由于缺少歷史記錄，零售商1學(xué)習(xí)不明顯，隨著需求突變的再次發(fā)生，處理效果明顯。在需求波動正常狀態(tài)下，零售商1和零售商2運行曲線波動情況相似，并且隨著需求突變的持續(xù)，它們都有一定的自適應(yīng)性，但零售商2受到一定程度的約束，零售商1根據(jù)突變的情況，對自身訂貨量進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整，以能夠和市場突變進(jìn)行同步，零售商1的訂貨量比零售商2訂貨量在突變情況下調(diào)整幅度更大，給市場的送貨量在突變情況下也能夠得到較大滿足，而且沒有出現(xiàn)斷貨情況。零售商1的利潤水平在市場突變情況下，明顯也高于傳統(tǒng)的零售商2。從上面對具有相同水平和能力的零售商采取的對比實驗分析，本文設(shè)置的需求監(jiān)測管理應(yīng)急處理方式，能較好的應(yīng)對市場需求突變風(fēng)險。

（三）需求監(jiān)測管理的策略選擇

為了考察多個相互競爭的主體在同一市場條件下如何進(jìn)行需求監(jiān)測管理，我們將零售商1、零售商3、零售商4設(shè)定為需求監(jiān)測管理，零售商2未采用需求監(jiān)測管理，對某個突變周期的利潤進(jìn)行統(tǒng)計得到如圖6所示趨勢圖。

圖6 零售商主體利潤趨勢圖

實驗發(fā)現(xiàn)：在突變引入期和高峰期，進(jìn)行需求監(jiān)測管理的零售商，利潤上升幅度明顯高于不進(jìn)行需求監(jiān)測管理的零售商2，但到衰退期和恢復(fù)期，由于前期各主體的訂貨量增加，在衰退期和恢復(fù)期得不到消化，造成庫存成本上升，利潤的下降幅度都很明顯，但我們看到，不采用需求監(jiān)測管理的零售商2下降幅度明顯要低于其他主體。即在需求突變周期內(nèi)，多個企業(yè)在同一個市場條件下均進(jìn)行需求監(jiān)測管理，可能會引起對市場的過度反應(yīng)，在需求突變的后期帶來整體利潤的降低，因此在同一市場多個主體競爭情況下，零售商應(yīng)該與制造商進(jìn)行信息共享，由制造商主導(dǎo)聯(lián)合決策，制定統(tǒng)一管理方案，才能更好應(yīng)對需求突變帶來的影響。

四、結(jié)束語

本文構(gòu)建了需求突變下的供應(yīng)鏈應(yīng)急管理模型，供應(yīng)鏈上的成員均可以決定是否采用需求監(jiān)測管理來應(yīng)對突發(fā)事件。我們構(gòu)建了三階段供應(yīng)鏈實驗?zāi)Ｐ?，借以觀察供應(yīng)鏈中如何進(jìn)行需求監(jiān)測管理才能更好應(yīng)對需求突變帶來的影響。實驗表明，在需求突變周期內(nèi)，多個企業(yè)在同一個市場條件下均進(jìn)行需求管理，可能會引起對市場的過度反應(yīng)，帶來整體利潤的降低，因此零售商應(yīng)該與制造商進(jìn)行信息共享，由制造商主導(dǎo)聯(lián)合決策，制定統(tǒng)一管理方案。本文未考慮突發(fā)事件對供應(yīng)造成的影響，實際上突發(fā)事件不僅僅影響需求，同時也會影響到供應(yīng)，下一步我們將結(jié)合需求突變和供應(yīng)中斷兩種影響進(jìn)行進(jìn)一步深入研究，探索供應(yīng)鏈突發(fā)事件管理更加實用性的方法和手段。

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