（运筹学与控制论专业论文）基于群体优化和模糊决策的多目标供应链系统研究.pdf

英文摘要 ab s t r a c t w i t h t h e d e v e l o p m e n t o f g l o b al iz a t i o n , m o re a n d m o r e e n t e r p r i s e s i m p r o v e t h e i r m a n a g e m e n t o f s u p p l y c h a i n , b e c a u s e t h e s u p p l y c h a i n b e c o m e s t h e k e y p o i n t o f t h e d e v e l o p m e n t o f t h e e n t e r p r i s e . t h e d e c i s i o n - m a k e r s h o u l d e v al u a t e t h e s o l u t i o n i n t h e d a t a a n d a n a l y z e t h e r i s k o f t h e d e c i s i o n . t h e n , t h e d e c i s i o n - m a k e r c a n fi n d a b e s t s o l u t i o n t o o p t i m i z e t h e w h o l e p r o c e s s o f t h e s u p p l y c h a i n . h o w e v e r , i n t h e p r o c e s s , t h e m o s t i m p o r t a n t p r o b l e m i s t h e m u l t i - o b j e c t i v e n o n l i n e a r o p t i m i z a t i o n . t o d e a l w i t h t h i s p r o b l e m , w e i n t r o d u c e t h e s w a r m i n t e ll i g e n c e t o h e l p u s fi n d t h e b e s t s o l u t i o n . i n t h e fi e l d o f s w a r m i n t e l l i g e n c e , t h e re a r e t w o k i n d s o f al g o r i t h m s w h i c h i s t h e r e p r e s e n t a t i v e o f t h e c o m p u t a t i o n a l i n t e l l i g e n c e : o n e i s p a r t i c l e s w a r m o p t i m i z a t i o n ; t h e o t h e r i s t h e a n t a l g o r i t h m . b y t h e s e al g o r i t h m s , w e c a n fi n d t h e p a r e t o s e t w h i c h i s m a d e b y t h e f e a s i b l e s o l u t i o n , b u t t h e n e x t s t e p s h o u l d b e f in d i n g t h e b e s t s o l u t i o n i n t h e p a r e t o s e t b y u s i n g t h e t h e o ry o f f u z z y d e c i s i o n . we c a n m a k e 山 e i n p u t 丘 m c d o n fi t t h e f u z z y m e m b e r s h i p t o fi n d t h e f u z z y v a r i a b l e t o a n a l y z e t h e r i s k o f t h e d e c i s i o n . a m o d e l o f s u p p ly c h a i n i s a m a t h e m a t i c a l m o d e l b a s e d o n p r a c t i c al p r o d u c t i o n , t r a n s p o r ta t i o n a n d s t o r a g e . i n t h e m o d e l , m u lt i - o b j e c t i v e a n a l y s i s , i s a d o p t e d t o al l o w u s e o f a p e r f o r m a n c e m e a s u r e m e n t s y s t e m t h a t i n c l u d e s c o s t , fl e x i b i l i ty , c u s t o m e r s e r v e t i m e . f u r t h e r m o r e , t h e a n t al g o r it h m t h a t i s o ft e n a p p l i e d t o d i s c r e t e s p a c e o p t im i z a t i o n p ro b l e m s i s i n t r o d u c e d i n t o c o n t i n u o u s s p a c e t o s o l v e c o n s t r a i n e d m u l t i - o b j e c t i v e o p t i m i z a t i o n p r o b l e m s . t h e i n f e a s i b i l i ty d e g r e e ( i f d ) i s i n t r o d u c e d t o fi l t r a t e t h e p h e r o m o n e t o d i r e c t t h e c h o i c e o f n i c h e a n d l e a d s t h e s w a r m t o m u lt i p l e p a r e t o o p t i m al s o l u t i o n s . a ft e r t h e s o l u t i o n i s c o m p u t e d , t h e s y s t e m w i l l c h o o s e t h e n e x t b e s t s o l u t i o n i n t h e p a r e t o s e t . m e a n w h i l e , t h e f u z z y o p t i m i z a t i o n w i l l o ff e r t h e a n a l y s i s o f m e m b e r s h i p a n d t h e r i s k p r o f i l e , a n d o ff e r t h e s u p p o r t o f d e c i s i o n t o t h e d e c i s i o n - m1 k e. r . t h e i n n o v a t i o n : 1 ) c o m b i n i n g t h e s w a r m i n t e l l i g e n c e a n d t h e r e al m u l t i - o b j e c t i v e s u p p l y c h a i n , i d e s i g n a n e w a n t a l g o r i t h m t o f i t t h i s n o n l i n e a r c o n t i n u o u s s y s t e m . f r o m t h e f i g u r e o f t h e e x p e r i me n t a t i o n , t h e fi t t e d v al u e s h o w s t h e s u c c e s s o f t h i s n e w 英文摘要 2 ) t o fi lt e r t h e b e s t s o l u t i o n , i i n t r o d u c e t h e t h e o ry o f f u z z y d e c i s i o n w h i c h i s b a s e d o n t h e s y s t e m o f f u z z y c o n t r o l , a n d c o m b i n e t h e a n a l y s i s o f ri s k w i t h t h e r e s o u r c e p l a n n i n g ) s y s t e m mu l t i - o b j e c t i v e s u p p l y c h a i n ; p s o ( p a r t i c l e s w a r mk e y wo r d a l g o ri t h m ; n i c h e ; i n f e a s i b i l i t y d e g r e e ( i f d ); f u z z y d e c i s i o n . m 南开大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解南开大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容:按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本;学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、 数字化或其它手段保存论文; 学校有权提供目 录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务; 学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版; 在不以赢利为目的的前 提下，学 校可以 适当 复制论文的 部分 或 全部内 容 用于 学术 学 位 论 文 作 者 签 名 : 夕 网片 百 月 x 日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名: 学位论文作者签名: 解密时间: 年月 各密级的最长保密年限及书写格式规定如下: 内 部 5 年( 最 长5 年， 可 少 于5 年) 秘密1 0 年 ( 最长1 0 年， 可少于1 0 年) 机密2 0 年 ( 最长2 0 年， 可少于2 0 年) 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明: 所呈交的学位论文， 是本人在导师指导下， 进行 研究工作所取得的成果。 除文中已 经注明引用的内容外， 本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、 己公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体， 均己 在文中以明确方式标明。 本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者签名: 年 改月 9日 第一章 绪论 第一章 绪论 在现今的供应链系统冲 ，整体的协调和优化愈来愈显得重要。系统原理认 为，供应链是一个系统，是由相互作用、相互依赖的若干组成部分结合而成的具 有特定功能的有机整体。供应链是围绕核心企业，通过对信息流、物流、资金流 的控制， 把供应商、 制造商、分销商、零售商直到最终用户连成一个整体的功能 网链结构模式。经济系统由生产、流通和消费组成;流通系统又由商流、物流、 资金流、 信息流组成。 物流系统包括运输、保管、 包装、装卸搬运、流通加工、 配送和信息等七个环节构成。 构成物流系统的七大环节相互影响、 相互作用， 形 成一个有机的整体， 发挥综合效益， 总体优势。 七大环节不是简单的组合， 而是 有必然的内在联系，这种七大物流环节的有机组合和集成即为物流的系统性要 求。在需求驱动原理中， 供应链的形成、存在、重构，都是基于一定的市场需求 而发生， 并且在供应链的 运作过程中， 用户的需求是供应链中 信息流、 产品 / 服务 流、资金流运作的驱动源。 在供应链管理模式下，供应链的运作是以订单驱动方 式进行的，商品采购订单是在用户需求订单的驱动下产生的，然后商品采购订单 驱动产品制造订单，产品制造订单又驱动原材料( 零部件) 采购订单， 原材料 ( 零 部件) 采购订单再驱动供应商。这种逐级驱动的订单驱动模式，使供应链系统得 以准时响应用户的需求， 从而降低了库存成本， 提高了物流的速度和库存周转率。 这就形成了后面所提到的成本目 标函数。 在快速响应原理中， 在全球经济一体化 的大背景下， 随着市场竞争的不断加剧， 经济活动的节奏也越来越快， 用户在时 间方面的要求也越来越高。 用户不但要求企业要按时交货， 而且要求的交货期越 来越短。 因此， 企业必须能对不断变化的市场作出快速反应， 必须要有很强的产 品开发能力和快速组织产品生产的能力， 源源不断地开发出满足用户多样化需求 的、 定制的 “ 个性化产品” 去占领市场， 以赢得竞争。 这就形成了后文提到的顾 客服务时间目 标函数。 在要求节约成本为企业内在需求的前提下， 本人设计了这 ， 哈理森 ( h a r ri s o n ) 进而 将供应 链定义为: ” 供应链是执行采购原材料、 将它们转换为中间产品 的成品、井且将成品销售到用户的功能网链” 。 第一章 绪论 个依赖市场订单的系统以供研究和参考。 在本文的优化系统中， 本人运用了大量 的真实数据， 并对整个物流系统进行了 详实的模型构建， 在算法方面也运用了 新 兴的进化算法和模拟输出系统， 在决策支持方面运用了近几年新兴的科研成果模 糊决策技术进行了评估。 第一节 供应链发展的背景 1 . 1 . 1 经济全球化对供应链发展的影响 跨国公司在全世界日 益激烈的竞争过程中发现， 如1 8 世纪的海上运输为基础 的国际贸易这种传统做法， 常常受国际形势和外交政策变幻影响， 受对方国政策 阻挠， 受关税、 反倾销的措施限制， 受局部战争干扰。 2 0 世纪8 0 年代以来， 全球 经济一体化和经济全球化的浪潮不断推进， 资本流动国际化、 跨国界生产和流通、 在消费地生产和组装产品形成一种新趋势。 若贸易对象国建厂， 不仅能解决上述 问题， 还能充分利用当地廉价的土地、 廉价的劳动力资源、 水利、能源等， 好处 甚多， 方便了国际贸易的开展和扩大生产。 在全世界的贸易对象国建厂还有一个 好处， 就是大幅度降低国际物流费用。 于是在全球范围内 寻求合作伙伴， 在众多 的选择对象中择优选择， 尽量缩短产地和仓储地或供应商的距离， 努力做到零库 存， 在广大的合作伙伴中结成广泛的生产、 流通、 销售网 链便形成了一股潮流和 趋势。 1 . 1 . 2跨国企业行为的促进 由 于全球性经济行为趋势的形成;也由于新经济和信息时代的到来，国际 专业分工日 趋明显;同时还因为要降低成本，加强竞争力以及国际贸易竞争、 企业争夺国际市场的激化，越来越多的大企业集团采取保留和加强自身核心业 务，削减多余支出的做法。他们将生产、流通和销售等多种业务外包给合作伙 伴，自己只做自己 最擅长、最专业的部分。这样做既维持了国际贸易份额，又 与贸易对象国紧紧地融合在一起，增强了抗风险的能力，减少了外界干扰。供 应链形成后，他们既达到了预想的目的，又节省了费用，而利润不减少，稳定 第一章 绪论 度加强，风险降低。 1 . 1 . 3信息化的影响 i n t e r n e t 资源共享的实现， 把世界经济带入了 信息化时代。 信息传递打破 国界和行业局限成为现实;信息共享，全球网络化信息传递使世界经济格局和 贸易方式发生了“ 质”的变化。跨国公司、大型企业只要资金雄厚，市场定位 准确就能在全世界无限 制地择优选择合作者， 迅速构筑供应链，并能随时更换 合作对象，永远维持供应链的最优化结构。因为实现了远程化运作，供应链的 管理和决策者能够选择世界任何一个地区最可靠、最积极、最佳质量、最热情 服务、最低廉费 用的合作者，并可以作到随时筛选、随时更换，主动权完全掌 握在供应链主宰者手中。 1 . 1 . 4 学科背景及发展 随着社会经济和科技的不断发展， 学科的分工在不断细化，管理学、系统 学、 运筹学2 和组织学 有了 长足的进步。 在这一趋势下， 很多咨询机构应运而生， 这些机构能够为企业设计出面向实用、灵敏反应的供应链系统。这种社会咨询 机构或组织，拥有一批高精尖的人才队伍，掌握了最新的专业知识和最新的信 息手段。他们充分利用计算机和互联网技术，能为客户设计出最佳供应链组合， 构 筑 一 整 套 高 效 益 、 低 成 本的 供 应 链管 理 方 案 c u x p m mo r s e 与g e . k im b a ll 在 他 们的 奠 墓 作中 给 运 筹 学 下 的 定 义 是 : “ 运 筹 学 是 在 实 行 管 理 的 领 域， 运 用 数 学方法，对需要进行管理的问题统筹规划，作出决策的一门应用科学。” 第一童 绪论 第二节 问题的提出及方法简介 由 于 e r p ( e n t e r p r i s e r e s o u r c e p l a n n i n g ) ， 是从制造资 源计划 m r p i i 发展而 来的，而 m r p ii 又是在物料需求计划 m r p的基础上发展起来的，因此，从 e r p 的发展史我们清楚的看到， e r p 系统始终是与制造业的生产管理密切相关的，同 时制造业的成本控制的关键点除了不断的提高生产效率外还有完备的供应链解 决方案。 在e r p 的实体设计过程中除了具体的对采购系统、 库存系统、 计划管理系统、 j i t 准时生产制造管理系统、 质量监控系统、 财务分析系统、 设备与仪器管理系 统等实际功能模块的具体设计外，整体供应链 ( 包括物流、资金流和信息流) 的优化配比就成为了e r p 系统的重中之重。 进行供应链优化是供应链设计及其进入实用化的基本要求，建立优化模型并 且进行数值仿真是进行优化的关键问题之一。 供应链的优化任务主要是从供应链 的角度出发对所有相关的协作企业进行优选并且对供应链的订货、 生产和库存等 策 略 的 参数 进 行 优 化 2 -s 1 。 有 约 束多目 标 优 化 是 一 个 非 线 性 优 化系 统 ， 而群 智 能 是近几年飞速发展的 解决非线性问题的途径，常见的有粒子群算法 ( p a r t i c l e s w a r m o p t i m i z a t i o n ) 、遗传算法 ( g e n e t i c a l g o r i t h m ) 还有蚂蚁算法 ( a n t a l g o r i t h m ) ， 而这些算法也根据不同的情况而改进。 这些算法有效地提高了解决 非线性问题的效率和准确度， 本文所要介绍的改进蚂蚁算法就是在传统蚂蚁算法 基础上的改进， 使其适于连续空间上的多目 标有约束问题寻优。 而在p a r e t 。 前沿 的解集中，我们还需对其进行隶属度分析从而在解集中找出风险系数最低的解。 第三节 本文的意图和结构安排 1 . 1 . 3本文意图及难点分析 本文以对多目 标供应链系统为实际 应用模型，对进化算法进行了 简介并对粒 子群优化算法和蚂蚁优化算法的改进进行了论述，并运用模糊决策理论对结果进 行了分析和验证。 随着经济全球化的发展， 企业的供应链管理越来越成为企业发 e n t e rp r i s e r e s o u rc e p la n n i n g 企 业资 源 计 划系 统 ， 是 指 建立 在 信 息 技 术 基 础 上 ， 以 系 统 化 的 管 理思 想 ， 为 企业决策层及员工提供决策运行手段的管理平台. 第一章 绪论 展的重要因素， 和成本评估的重要指标。 而决策者需要对自己所做的决策从计算 数据中寻找支持并进行风险分析， 从而确认决策量己达到供应链的最优配比。 但 整个过程存在着两个难点: 1 在整个过程中贯穿始终的是多目 标有约束优化问题， 此种复杂问题的求解成 为了众多学者研究的对象， 而群智能算法正是解决此类问题的关键所在， 但怎样 改进己适用于单目 标优化问题的进化算法使其能够适应新的问题有成为了新的 难点。 2 )在决策者做决策的时候， 决策者往往不能对得到的数据进行定量的描述， 但 可以对其进行定量的描述， 如 “ 大” 、 “ 小” 、 “ 高” 、 “ 低” 等。这就决定了在进行 进一步最优解筛选时我们就不能仅仅提供一个数量来进行风险评估， 而是需要对 输入的具体数值进行模糊化从而使具体的数字对应模糊化后的隶属度函数来对 决策量进行拟合。 对应以 上两个难点， 我将群智能和模糊决策的理论创新性地引入了多目 标供 应量问题中。 群智能 算法作为一种新兴的演化计算技术， 已 成为越来越多研究者 的关注焦点， 它与 人工生命 4 ， 特别是进化策略以 及遗传算法有着极为 特殊的 联 系。 群智能理论研究领域主要有两种算法: 蚁群算法和粒子群优化算法。 蚁群算 法是对蚂蚁群落食物采集过程的模拟， 己成功应用于许多离散优化问题。 粒子群 优化算法也是起源于对简单社会系统的模拟， 最初是模拟鸟群觅食的过程， 但后 来发现它是一种很好的优化工具。而在得到p a r e t o 解集后需要对其运用模糊决策 理论进行进一步寻优， 从而得到模糊的决策变量和风险隶属度。 1 . 3 . 2本文结构简介 本文从第二章开始，先介绍了 供应链系统地基本概念和结构，并对供应链管 理系统的发展进行了 概述。随后又介绍了供应链模型的分类和构建方法并将常见 的结构进行了详细的分析和描述。在第二章的结尾本文用数学公式描述了多目 标 供应链系统的规律并建立模型。本文的第三章介绍了一种群智能算法的代表一粒 子群算法。本文从粒子群的起源开始对粒子群算法的优缺点进行了论证，并提出 了一种改进的粒子群算法以 应用于多目 标投资问 题优化。第四章介绍了另一种群 智能算法一蚂蚁算法，本文将此算法引入了不可行度和小生境算法从而大幅度改 4人下生命是指具有生命特征的人造系统。在信息科学技术领域中的人工生命，是以计算机为研究工具， 模拟自 然界的生命现象，生成表现自 然生命系统行为特点的仿真系统。 第一章 绪论 良 了 算 法。 其 后将 此改进蚂 蚁算法带入了 供 应链系 统 进行运 算求解p a re t o 解集 5 本文第五章为模糊决策系统部分，在此部分中 本文讲述了模糊决策系统的原理， 并构建隶属度函数对应输入函数，从而将整个p a r e t o 解集输入模糊系统进行风险 分析， 最终得出实验结果。第六章为整篇文章的总结和进一步工作展望，通过实 验结果对系统设计进行了评价。 ， 若x e c , r 在c中不存在比x 更优越的解、 则称x 是多目 标最优化模型式的p a r e t o 最优解， 又称为有效 解. 由所有p a r e t o 最优点构成的子空间称为p a r e t o 波阵面 第二章 供应链结构及数学模型 第二章 供应链结构及数学模型 第一节 供应链物流能力的基本概念 图2 . 1基本供应链结构 在图 2 . 1中我们可以 清楚的看到，从供应商、外包物流、制造商直至顾客 的整个过程，这个过程描述了现代意义上的一整条供应链系统的走向和组成部 分。供应链是围绕核心企业，通过对信息流、物流、资金流的控制，从采购原 材料开始，制成中间产品以及最终产品，最后由销售网络把产品送到消费者手 中的将供应商、制造商、分销商、零售商、直到最终用户连成一个整体的功能 网链结构模式。从第三方物流的角度我们可以通过对整个供应链各种能力的统 计从而对其要达成的目 标予以评估。并且我们可以从图论的角度找出在整个工 序 中的 最 小 割 部 分， 即 瓶 颈， 来予以 优先 优 化 4 1 第二节 供应链物流能力的构成及影晌因素分析 2 . . ，供应链优化对象 在设计供应链的原则中，具体的目 标描述是必不可少的。制定目 标是确定 我们预期愿望的一种方法。要优化某个事情或过程，就必须确定怎样才能知道 目 标对象已经被优化了。使用定量的目 标，计算机就可以判断一个物流计划是 否比另一个更好。企业管理层就可以知道优化的过程是否能够提供一个可接受 的投资回报率。比如，一项送货作业可能被确定的目 标是 “ 日常分摊的资产使 用成本，燃料和维修成本，以及劳动力成本之和最小” 。这些成本目 标既定量， 第二章 供应链结构及数学模型 也容易测定。在供应链环境下，敏捷性、柔性成为供应链新的竞争点。供应链 物流能力作为满足供应链运作的必备资源，在提高供应链的敏捷性和柔性，凸 现供 应链的竞争优势中发挥了 重要的作用。文献指出，目 前，国内对供应链的 物流能力还没有开展系统的研究，而国外对物流能力的研究比较多。但是大部 分集中在物流能力的某几个方面 ( 如成本、交付能力、可靠性、对市场的响应 能力等) 指标对物流进行了实证研究，缺乏对物流能力的构成、决定因素等内 容分析，对物流能力的研究也仅仅局限于单个企业，并且主要集中在分销物流 阶段， 而没有深入到整个供应链范畴。供应链物流能力是指在现有的物流固定 设备、物流移动设备和物流组织方法下，单位时间内供应链系统在整体上的最 大物流运作能力。供应链物流能力是由物流要素能力和物流运作能力综合而成， 其外显的表现就是在一定的时间内通过供应链的物流流通量大小。该物流流通 量越大，表明供应链物流能力越强，供应链更加具备柔性和敏捷性特征. 2 . 2 . 2 供应链优化目 标及能力分类 供 应 链 管 理 151 就 是 指 对 整 个 供 应 链 系 统 进 行 计 划 、 协 调、 操 作、 控 制和 优 化 的各种活动和过程， 其目 标是要将顾客所需的正确的产品( r i g h t p r o d u c t ) 能 够 在正确的时间 ( r i g h t t u n e ) 、按照正确的数量 ( r i g h t q u a n t i t y ) 、正确的 质量 ( r i g h t q u a l i t y ) 和正 确的状态 ( r i g h t s ta t u s ) 送到正确的 地点 ( r i g h t p l a c e ) 即“ 6 r 气 并使总成本最小。由于供应链环境下物流活动的种类众多，支配 这些物流活动的各类资源、物流技术手段，管理方法等共同构成了物流能力， 因此， 供应链环境下的物流能力是由物流要素能力和物流运作能力综合而成的。 物流要素能力是指输入物流系统的各种资源，包括各种物流机械设备、物流设 施、劳动力、 资金、信息等。从实际评价性角度来讲，物流要素能力主要是指 物流机械设备、 物流设施等的能力 ( 如 机械或者仓储设施面积的数量、 生产率、 劳动时间 等诸多要素的综合) ，它实际上是一种静态能力或者说是硬能力。物 流运作能力是指物流管理者通过采用物流计划、组织和控制等手段，优化配置 资源，为供应链提高效率，降 低成本的物流服务能力， 它实际上是一种动态能 力或者说是软能力。 从物流的流向角度分析， 物流要素能力包括供 应物流要素能力 ( 从原材料 供应商到生产制造商) 、生产物流要素能力 ( 在生产制造系统内 部) 、分销物流 要素能力 ( 从生产制造商到区域配送中心)和配送能力 ( 从配送中心到客户) 第二章 供应链结构及数学模型 等四大部分。 从供应链角度讲，物流运作的核心目 标是提高服务水平和降低物流成本。 因此，物流运作能力由提供物流服务水平的运作能力和控制物流成本的运作能 力两大部分构成。 2 . 2 . 3供应链优化中的分析要素 由 于 供 应 链 物 流 能 力 包含不 确定 性 和 模 糊 性ce l ，它 不 仅 要 考 虑 各 种物 流设 备的数量及其时空的配置、行业的运营特点以及组织管理模式，而且还要考虑 各种变化条件下能力的可实现性等因素。因此，依据供应链物流能力的管理过 程，可将物流能力分为以下几种类型: 1 )供应链的设计物流能力:它是指在理想的组织方法下，供应链物流系统的设 计最大能力。 2 )供应链的储备物流能力:它是指在一定的时期内，考虑物流需求的波动、供 应链系统的风险等因素，除完成日常供应链物流运作所需的物流能力外，供 应链系统储备的物流能力。 3 )供应链的计划物流能力:它是指在现有的设备、人力、一定的物流需求和组 织方法下，考虑到供应链各个节点的相互协调关系及日常随机因素的影响， 供应链计划使用的物流能力。 4 )供应链的潜在物流能力:也称为计划不使用的物流能力。是指供应链中已经 具备使用条件，但是由于特定的物流需求、组织方法等限制，目 前尚且未使 用的物流能力。它与储备物流能力相关但是有所不同，储备物流能力强调根 据需要而进行的目的性预留，而潜在物流能力是强调的是特定情况下没有被 有效使用的部分能力。 5 )供应链实际使用的物流能力:在供应链实际运作中，根据实际执行中各种环 境的影响和实际执行中物流能力的调节，被实际使用的物流能力。 6 )供应链实际未能使用的物流能力:在供应链实际运作中，根据实际执行中各 种环境的影响和实 际执行中物流能力的调节，实际未能被使用的物流能力。 第三节供应链管理过程分析 第二章 供应链结构及数学模型 在供应链的物流能力管理过程中，供应链物流能力也在动态的变化，继而 产生了各种物流能力类型。由于供应链上不同企业主体在物流能力的管理 过程 中一般都具有 “ 计划执行监督控制” 等基本过程，因此，本文将对供 应 链 物 流 能 力 的 管 理过 程 进 行 概括 分 析 71 2 . 3 . 1实施集成管理的主要内容 1 )管理信息集成。通过网络和数据库将已 经形成的各种模块连接起来。做到将 准确的数据，在正确的时间，以正确的形式，传递给正确的人，并支持人们 做出正确的决策。 2 ) 管 理 功 能 9 7 集成。 通过 系 统 各 项功 能的 有 机集 成， 建 立 面向 过 程 的 组织， 将 过程的相关要素集中在一起，通过合作关系的建立，采用流程管理的方法来 再造过程和组织过程，实现系统快速反应。 3 )管理过程集成。建立面向任务的组织， 对不同的过程实施集成管理，充分发 挥协同效应，实现过程要素的最佳祸合，达到合作共赢。 4 )管理主体集成。将原有的， 独立分散的，各自为政的利益主体集成，在共同 的需求基础上通过企业与企业、企业与用户的集成，实现互补与匹配。 5 )管理理论和方法集成。 由于管理的复杂性， 决定了管理理论和方法的综合性， 管理理论的集成化，表现在它不仅是不同管理分支的集成，而且表现为硬系 统方法与软系统方法的集成， 人脑与电 脑的集成。 总之，通过集成使系统具有: 结构柔性化、运行精益化、边界模糊化和功能 倍增化特点。 2 . 3 . 2计划层中供应链物流能力的管理过程 计划层中供应链管理过程主要是通过供应链物 流能力的计算、物流需求分析和 考虑随机扰动的影响，合理安排供应链物流运作任务，并确定计划使用的物流 能 力 和 潜 在 物 流 能 力 91 1 )供应链物流能力的计算:通过分析供应链物流能力的决定因素 ( 如物流固定 设备、物流移动设备、物流组织模式) ，计算供应链物流的设计能力，为合 理安排供应链物流运作，有针对性地改善和提高物流能力提供基础数据。 2 )物流需求分析:通过分析供应链物流需求的数量和需求的质量 ( 如时间、地 点、运作方式、完成要求等) ，确定具体的物流运作要求。 第二章 供应链结构及数学模型 3 ) 安排物流运作任务:考虑随机扰动因素的影响，在计算供应链物流能力和物 流需求分析的基础上，合理安排运作任务，并确定计划使用的物流能力和潜 在物流能力。 2 . 3 . 3执行层中供应链物流能力的管理过程 执行层中供应链物流能力的管理过程主要是分析实际执行中各种环境影响，并 合理调节实际执行中的物流能力，从而最终确定实际使用的物流能力和实际未 使用的物流能力。 1 )实际执行中各种环境影响:主要是分析供应链各个节点间的 组织协调、 供应 链物流需求的变动、供应链物流设备故障造成的能力损失、 供应链物流作业 组织的 提前与延误、其他外界的随机干扰因素对供应链物流运作的影响。 2 ) 实 际 执 行 中 的 物 流 能 力 : 通 过 加 强自 身 的 物 流 储 备 能 力 g o- u 3 、 加 强自 身 的 物 流整合优化能力、加强应急物流能力、加强物流外包能力等方法来调节实际 执行中的物流能力。 2 . 3 . 4监督控制层中供应链物流能力的管理过程 监督控制层中供应链物流能力的管理过程主要是进行阶段性供应链物流能 力评价和对计划层、执行层的管理过程进行反馈，促进供应链物流管理能力的 提高。 1 ) 阶 段 性 供 应 链 物 流 能 力 12 评 价 : 在 阶 段 性 供 应 链 物 流 运作 完 成 后， 对供 应链 系统进行评价。其评价的方面包括物流能力的适应性评价、 物流能力的协调 性评价、物流能力的利用率评价、物流能力的效益评价四个部分。 z )反馈:在阶段性供应链物流能力完成后，制定一系列的改进与提高策略，促 进供应链的物流能力改进与提高。其反馈主要包括两个部分，第一个反馈是 通过阶段性评价改进物流能力的计划水平， 包括论证供应链物流设计能力 是否达到饱和状态，是否需要进行新的物流能力投资;改进供应链物流运作 任务的安排，更加合理地确定计划使用与计划不使用的物流能力。另一个反 馈 是 通 过 阶 段 性 评 价 改 进 物 流 能 力 的 执 行 水 平 u 3 l ， 包 括 进 一 步 减 少 执 行 过 程 中各种环境因素对物流能力的影响，增强执行中物流能力的调节水平，充分 满足在合理的成本下供应链物流运作的柔性和敏捷性的要求。 第二章 供应链结构及数学模型 第四节 供应链模型的构建分类 2 . 4 . 1供应链库存管理模型 供 应 链 库 存 管 理 的 优 化 模 型 研 究 库 存 是 生 产 运 作 的 重 要 组 成 部 分 (1 4 1 ， 也 是 供应链系统模型和分析工作的基础。国内 外关于库存问 题的建模与优化的研究 也比较成熟。库存系统中定量定货和定期定货是经典的问题;库存系统的动态 问题也是一个经典性问题:多级库存是供应链管理中的一个重要问题，其中包 括离散时间多阶段多场所、集中式分布、随机需求和马尔可夫转变等多级库存 问题，其实质是在服务水平和库存运输成本最小条件下的优化策略。 国外文献 的研究比较集中在联合库存管理的协调问题研究，也有许多关于库存问题的定 量优化模型及求解算法的研究，特别是在联合补货策略、联合库存的利益分配、 库存信息的预测与共享等方面深入探讨了 库存的 优化管理问题。 2 . 4 . 2供应链管理生产模型 供应链管理的生产/ 分销问题优化模型生产销售计划问题主要由两个基本 的重要问 题组成:联合生产计划问 题和多级分销系统问题.生产销售计划是生 产运作和供应链管理的重要组成部分。生产销售计划问题包括供应商、生产厂 和销售三个阶段，生产销售计划就是考虑多个相关阶段和决策以 及整体优化。 生产销售计划问题及其集成化过程，供应商阶段的主要优化问题是如何选择供 应商，在选择过程中采取什么标准;对于物料应该有多少供应商;对多个供应 商应该建立什么样的供应关系:每个供应商的运输量和频次是多少， 应该如何 设计供应中心;每个供应中心应该采取什么样的优化策略:供应商的分配网络 设计问题;供应中心的地址和布局优化设计。生产厂阶段的优化问题是，生产 厂的转换网络问题;生产厂与装配厂的选址布局优化问题;生产厂中的库存问 题。销售阶段的问题是，销售网络的设计问题;分销中心的容量优化设计;分 销中心的库存问题，分销中心的库存容量采取何种准则;在流通渠道如何对于 分销中心实行库存成本管理;分销中心的信息是共享还是分享。供应商阶段、 工 厂 阶 段 、 分 销 销 售 阶 段 的 模 型 通 常 是 混 合 整 数 规 划 模 型 、 动 态 规 划 模 型 等 ( 15 2 . 4 . 3供应链物流配送模型 供应链管理中的物流配送优化模型研究物流配送是供应链运营管理中的核 第二章 供应链结构及数学模型 心问题之一，其优化问题也是供应链优化问题的重要研究领域。物流优化主要 涉 及 到 物 流 系 统的 结 构 优 化， 如 设施 选 址18 ( 配送中 心、 仓 库 等 ) 的 优化问 题、 物流网络的结构优化问题:物流优化的第二个主要方面是物流运营管理的优化 问题，典型问题有装车问题( v e h i c l e f i l l i n g p r o b l e n ,简称 v f p ) 即在货物量 一定的情况下如何最大限度的利用车辆的装载容 量( 最大载重量和最大容积) ， 还有车辆路线问 题( v e h i c l e r o u t i n g p r o b l e m ，简称 v r p ) 等。关于上述问 题的 研究文献很多， 特别是在 v r p 和v f p 方面国内外产生了大量的研究成果，建立 了许多 模型和求解算法，模型包括单目 标和多目 标模型，但以单目标模型为主。 求解算法包括传统的运筹学解法和启发式算法，以各种启发式算法为主，如模 拟退火、 禁忌搜索、 遗传算法等。 2 . 4 . 4供应链质量优化模型 供应链管理中的联合质量控制优化模型及管理策略研究质量控制是生产运作 不 可 或 缺 的 组 成 部 分 训。 质 量 是 一 组 固 有 特 性 及 其 满 足 顾 客 要 求 的 程 度 。 质 量 的 唯一标准就是以 顾客为中心， 令顾客满意。质量水平可以 用一个独立的连续的随 机变量描述。供应链中供应商考虑的目 标质量则是选择质量分布的平均值。为了 保证整个供应链经济、高效地运行， 保证顾客对产品 和服务满意，就必须对产品 和服务的质量进行管理和控制。 供应链管理的质量控制问题己 经引起人们的关注， 如何考虑供应链中的质量控制问题，建立供应链中供应商和购买商的质量成本模 型，以 成本最小作为效用函数来控制供应链中的产品质量，解决质量控制中的惩 罚、 奖励和监督等优化问题， 应该说， 质量控制也是供应链管理中的一个重要理 论 和 应 用问 题18 第五节 供应链数学模型 供应链是贯穿企业核心产品的原材料以及零部件采购、产品制造、销售直 至 运 输 给 最 终 用 户 的 一 个 过 程 1 19 ) 。 供 应 链 优 化 是 供 应 链 设 计 及 其 进 入 实 用 化 的 具体要求，供应链是贯穿企业核心产品的原材料以及零部件采购、产品制造、 销售直至运输给最终用户的过程。这个过程包括了采购、生产、销售和物流四 个过程。依托于第三方物流公司的调配，在供应链系统中，生产规模受订货量 的约束和影响，这样就大大减低了基于生产、运输和库存的成本，并且缩短了 第二章 供应链结构及数学模型 整 个 供 应 链的 供 应和资 金周 转 的 周 期 2 0 1 。 现在 跨国 企 业内 已 经 看 到 竞 争的 严酷 性，如果一个企业的竞争力在供应链上不能反映，它会直接影响到企业的生死 准则，它不仅仅是绩效或是利润的问题，甚至有可能影响到整个企业的生存。 企业只有将把各个部门很好地串起来，形成整合高效并能够满足顾客要求的供 应链，才是所谓的供应链。同时供应链有可能影响到企业的客户，甚至影响到 将来潜在的客户，如果能同企业的供应商形成战略联盟的关系。这样才能够真 正地让企业在不断的变化中得以发展。 2 . 5 . 1控制对象 在优化执行过程中供应链物流能力受到各种环境的影响，而供应链物流运 作的决策必须充分考虑这些影响因素，并加以合理的控制。在后面的数学模型 中，此部分的各种因素将转化为模型中的约束条件，对变量进行约束。以下五 个 部 分 便是 我 们 所 要 控 制的 对象 2 11 1 )供应链各个节点间的组织协调。 供应链由各个节点组成，其节点之间的组织协调好坏对供应链物流能力有巨 大的影响。例如，由于某些节点间物流协作的不协调，导致上游与下游的物 流能力阻塞，造成物流能力在时间和空间上的滞后，给供应链物流运作带来 严重影响。 2 )供应链物流需求的变动。 供应链物流需求变动也是影响物流能力的重要因素之一。由于物流需求的各 种不确定性 ( 如时空需求的变动、完成标准的变化等) 导致物流能力必须及 时、 合理地进行相应调整， 从而改变执行过程中实际使用的供应链物流能力。 3 )供应链物流设备故障造成的能力损失。 物流设备故障主要有固定设备故障、移动设备故障和其他辅助设备故障等。 如仓储设施、运输车辆、流通装卸加工设备、通讯线路等故障不仅造成设备 的损坏，而且也造成物流能力的损失。 4 )供应链物流作业组织的提前与延误。 供应链物流从起点到终点经历了多项环节，每一个环节中均有可能因为作业 组织不当， 造成实际 作业过程与计划作业过程的偏离， 如提前与延误等.这 些作业组织的提前与延误都将造成物流设备空转或超负 荷运行，导致物流能 第二章 供应链结构及数学模型 力的损失。 5 ) 其他外界的随机干扰因素。 主要是指气候、环境、人为因素等对供应链物流的影响，造成供应链物流运 作的中断，影响物流的正常运作。 2 . 5 . 2执行过程中供应链物流能力的调节策略 供应链由核心企业和其他相关企业组成，核心企业必须与它的战略联盟 企业、战略伙伴企业、普通合作伙伴等进行相互组织协调与决策，利用供应链 上的管理权限差异实现有机的统一组织，从而有利于物流能力的管理。执行过 程中供应链物流运作的决策必须充分考虑上述影响因素，并采取必要的能力调 节 策 略 加以 合理 的 控 制 ， 增 强 供 应 链 物 流能