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多阶供应链中的响应周期优化研究 摘要 随着市场竞争的激烈，供应链的作用日益凸显，甚至直接关系到企业竞争 力的提高和生存成败。目前供应链的管理、集成、协调和优化是人们关注的热 点。借助信息技术可实现企业对市场需求变化的快速响应，这对企业非常重要； 而对于客户给定交货期限的充分利用，以及给定期限在多阶供应链中的合理优 化分配是问题的另一方面，同等重要。 二层决策是借助二层规划这一数学模型的一种决策机制，将其运用于整体 供应链的决策中，可以很好的协调供应链中整体利益与局部利益的关系 本文首先讨论了供应链响应周期优化在降低成本和提高效益方面的重要意 义：接着，介绍了二层整数规划模型，给出了在特定条件下的基于模拟退火法 和离散搜索法的求解方法；再次，对二层整数规划模型做了一些切合实际的改 进，并详细描述了求解的步骤；最后，以一个具体模具制造企业为例，将该模 型运用到企业中，算出最优生产周期，并和先前生产模式下的生产周期进行对 比分析 本文主要是针对二层规划模型做了一些切合实际的改进，并且将该理论结 合到实际中来把它运用在模具制造业的生产过程中，通过以往的经验数据， 测算出企业的生产周期与利润的具体函数关系，从而为企业以后制定合理的计 划、关键性的决策提供有力的依据。 关键词：多阶供应链；响应周期；二层规划模型；模拟退火算法；离散搜索算法 r e s e a r c ho no p t i m i z i n gr e s p o n s et i m eo fm u l t i - s t a g es u p p l yc h a i n a b s t r a c t w i 血t h ef i e r c ec o m p e t i t i o ni nt h em a r k e t , t h es u p p l yc h a i nh a sb e c o m ei n c r e a s i n g l y p r o m i n e n tr o l e ，e v e nd i r e c t l yr e l a t e dt ot h ec o m p e t i t i v e n e s so fe n t e r p r i s e s a tp r e s e n t , p e o p l ep a ym u c ha t t e n t i o no ns u p p l yc h a i nm a n a g e m e n t , i n t e g r a t i o n , c o o r d i n a t i o na n d o p t i m i z a t i o n n 圮u s eo fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ye n t e r p r i s e st oa c h i e v ec h a n g e si nm a r k e t d e m a n d , r a p i dr e s p o n s e ，w h i c hi sv e r yi m p o r t a n tt oa n t c r p r i s c s ；t h ec u s t o m e rd e l i v e r y d e a d l i n e ss e tf o rt h ef u l lu t i l i z a t i o n , a n df o raf i x e dp e r i o dm u l t i - s t a g es u p p l yc h a i n o p t i m i z a t i o ni nar e a s o n a b l ea u o c a t i o no f t h eo t h e r , e q u a l l yi m p o r t a n t b i l e v e ld e c i s i o ni sad e c i s i o n - m a k i n gm e c h f l l t i s mw h i c hr i s eb i l e v e lp r o g r a m m i n g m a t h e m a t i c a lm o d e la p p l i e dt ot h ew h o l es u p p l yc h a i nd e c i s i o n i tc a l lb ew e l lc o o r d i n a t e d s u p p l yc h a i ro v e r a l la n dp a r t i a li n t e r e s t sr e l a t i o n s h i p t h i sp a p e rf i r s td i s c u s s e st h es u p p l yc h a i no p t i m i z a t i o nc y c l ei nr e s p o n s et ol o w e rc o s t s a n di m p r o v et h ee f f e c t i v e n e s so f i m p o r t a n ts i g n i f i c a n c e ；t h e ni n 仃o d u c e dt h eb i l e v e li n t e g e r p r o g r a m m i n gm o d e l ，g i v e nu n d e rc e r t a i nc o n d i t i o n sb a s e do ns i m u l a t e da n n e a l i n gm e t h o d a n dt h ed i s c r e t es e a r c hs o l u t i o n ；a g a i n , w ed o8 0 m ep r a c t i c a li m p r o v e m e n t s0 nt h eb i l e v e l i n t e g e rp r o g r a m m i n gm o d e la n dd e s c r i b et h es t e p si nd e t a i l ；f i n a l l y , w et a k eas p e c i f i c m o l dm a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e s 笛a ne x a m p l e t h em o d e li sa p p l i e dt ot h ee n t e r p r i s e ， c a l c u l a t eo p t i m a lp r o d u c t i o nc y c l e ，a n dt h ep r o d u c t i o na n dp r e v i o u sm o d eo fp r o d u c t i o n c y c l ew e r ea n a l y z e d t h i sa r t i c l ei sm a i n l yd i r e c t e da g a i n s tb i l e v e lp r o n g m o d e lm a d es o m ep r a c t i c a l i m p r o v e m e n t s ，a n dp u tt h i st h e o r yi n t or e a l i t yw h i c hu s e i ti nt h em o l dm a n u f a c t u r i n g p r o c e s s t h r o u g hp a s te x p e r i e n c e ，w ec a l c u l a t et h ep r o d u c t i o nc y c l ea n dp r o f i ts p e c i f i c f u n c t i o n i tw i l lp r o v i d eas t r o n gb a s i sf o rt h ee n t e r p r i s e st od e t e r m i n er e a s o n a b l eb u s i n e s s p l a na n dm a k et h ek e yd e c i s i o n k e y w o r d s ：m u l t i s t a g es u p p l yc h a i n ：r e s p o n s et i m e ；b i l e v e lp r o g r a m m i n g ；s i m u l a t e d a n n e a l i n gm e t h o d ；d i s c r e t es e a r c hs o l u t i o n 图2 1 图3 1 图3 2 图3 3 图3 4 图3 5 图4 1 图4 2 图4 3 插图清单 模拟退火算法步骤的流程图 簖和砺的正负关系一 蝣和蛎的正负关系二 d t p ，( y o ) 等于零的情况 模拟退火算法具体流程图 ：! ：i ：1 3 。2 6 离散搜索算法具体流程图2 7 三佳公司压机产品生产流程2 9 价格函数p r i c e ( ) 与响应周期x ( o 对应的函数关系3 1 成本函数c o s t ( ) 与响应周期x o ) 对应的函数关系。3 3 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含为获得 金l 墨王些盘堂 或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料与我一同工作的同志对本研究所傲的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示谢意 学位论文作者签名： 签字隰旃钿，7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金胆工些太堂有关保留，使用学位论文的规定有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。允许论文被查阅和借阅本人授权二盒 目王些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 弘 一期：力母6 月j ? 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址； 撇名：铆锨 签字日期：6 2 年月彬目 电话， 邮编： 致谢 值此论文完成之际，衷心地向辛勤培育我的导师钟金宏老师表示崇高的敬意和深 深的感谢三年来，钟老师在学习、生活和工作上给了我无微不至的关心和帮助最 使我难忘的是，即使是钟老师远在法国的时候，也不忘对我的关怀。从论文的选题、 构思到撰写以及修改完成都得到了钟老师的指导、关心和支持。钟老师渊博的知识、 严谨与实事求是的治学态度、高深的学术造诣、敏锐的学术思想、忘我的工作精神、 以及诲人不倦的师者风范是我终身学习的楷模。 我还要特别感谢李兴国教授在我三年读研期间的关心、指导和帮助，李老师严格 要求，悉心指导，使我能够顺利完成毕业论文。衷心地感谢李老师。 在三年的研究生生活中，张羽、沈国强、杨磊、许玉龙、宁平、刘嘉嘉等同学在 学习和生活中也给予了我很大的帮助，在此一并谢过! 还要感谢我的父母和女友张理，祝父亲早日康复，也谢谢女友的父亲对论文中关 键数据的获取提供了莫大的帮助! 感谢合肥工业大学管理学院给我提供那么好的学习环境l 感谢评审专家在百忙之中抽出时间对论文进行了仔细的评审! 作者：丁立 2 0 0 7 年5 月 第一章绪论 本章首先介绍课题提出的背景，包括市场环境和生产环境的变化，尤其是 战后基于时间竞争的观点的提出，对企业生产模式和管理思维方式带来的冲击。 随后，介绍了课题研究的意义，和国内外研究现状。最后，阐述了本文的结构 1 1 课题提出的背景 信息时代已经来临，制造业正在从以使用机器为特征的传统技术时代，向 着以依赖信息为特征的高新技术时代迈进。一方面，由于生产力的高度发展， 使得社会产品极大丰富，社会的总供给能力远大于需求量，因而形成卖方市场 的激烈竞争。另一方面，顾客越来越需要得到满足其多样化、个性化的需求而 价格又相对低廉的产品这就导致了市场竞争焦点的快速转移。在以快交货、 高质量、低成本和重环保争取市场份额的市场竞争中，缩短交货期、快速响应 市场需和满足客户需求，已经成为竞争的第一要素 与以往相比，市场的变化具体表现在以下三个方面： ( 1 ) 客户对交货期的要求和限定不断提高随着市场竞争的加剧，经济活 动的节奏越来越快，客户对时间方面的要求越来越高。客户不但要求厂家要按 期交货，而且要求的交货期越来越短，交货的时间越来越精确。这就需要企业 有很强的产品开发能力。这里不仅指产品品种，更重要的是指产品上市时间， 即尽可能提高对客户需求的响应速度。以在美国本土的日本汽车制造商为例。 当丰田、本田和尼桑等汽车制造商在美国本土开始建立引擎和装配工厂时，他 们带来了大量日本本土的供应商这些供应商已经掌握了精益制造和物流。 然而，在美国政府出台的政策的压力下，这些汽车制造商不得不与本地供应商 合作。这就逼迫日本汽车制造商投资并改善与美国本土供应商的关系，包括教 会他们精益制造。简单看一个丰田汽车和他的一个供应商j o h n s o nc o n t r o l s 的 案例，她能够在座椅被送到装配线之前几小时生产并向丰田交付座椅。在为丰 田汽车工作之前，供应商会保存大量座椅存货他们还是传统的以产定销的推 动式的生产模式。与此形成对比的是，在为丰田工作之后，即1 9 9 2 年将 g e o r g e t o w n 、k e n t u c k y 的工厂转型为精益制造后，库存周转天数从3 2 天下降 到4 1 天这需要许多内部的变革，如将模具安装时间由6 小时压缩到1 7 分钟 【1 1 日本制造商与少量的供应商建立了亲密的合作关系，并通过广泛的信息交 换将这些供应商与工厂生产系统和j i t 交付系统集成起来我们的数据表明日 本汽车制造商对供应商的投资是值得的。同样的供应商工厂，与为美国汽车制 造商服务的生产线相比，为日本汽车制造商供应配件的生产线更精益。可见， 供应链各节点企业合作越来越紧密，而客户对企业的要求也越来越严格。 ( 2 ) 市场上个性化产品和服务的需求越来越多。用户对产品质量、服务质 量的要求越来越高，用户已不满足于从市场上买到标准化生产的产品。他们更 希望得到按照自己要求定制的产品或服务要适应客户这一变化，企业必须尽 可能的提高响应市场的能力，而这需要产品生产方式革命性的变化。传统的标 准化生产方式是一对多的关系，即企业开发出一种产品，然后组织规模化大批 量生产，用一种标准产品满足不同消费者的需求。然而这种模式己不再能使企 业继续获得效益。例如，以生产巴比娃娃著称的玛泰尔公司，从1 9 9 8 年1 0 月 份起可以让女孩子登录b a r b i e c o n l 设计她们自己的巴比娃娃。她们可以选择娃 娃的皮肤弹性、眼睛颜色头发的式样和颜色，以及娃娃的名字当娃娃邮寄到 孩子手上时，女孩子会在上面找到她们娃娃的名字。这是玛泰尔公司第一次大 量制造一个一样的产品。从该事例可以总结出，企业要想在这种严峻的竞争环 境下生存下去，必须具有较强的处理环境的变化弓l 起的不确定性的能力。 ( 3 ) 产品更新换代速度越来越快。随着消费者需求的多样化、个性化的发 展，企业的产品开发能力也在不断提高。目前国外新产品的研制周期大大缩短 而且这一趋势还在不断加强，与此相应的是产品的生命周期缩短，革新换代速 度加快。由于产品在市场上存留时间大大缩短了，企业在产品开发和上市时间 的活动余地也越来越小，生产周期也相应的减少，给企业造成巨大压力 在竞争日益激烈的今天，要真正做到适应市场的这些变化，响应客户的需 求，企业就只有以市场为核心去不断适应这些变化，以较低的成本、更快的速 度，在正确的时间和地点为消费者提供满意的产品和服务。这样，才能在竞争 中占有优势。在决策的制定上，应从供应链整体的战略上着手传统意义上的 响应周期，是针对单一企业和组织。即企业的产品或服务由生产到提交给用户 的时间。在当今的市场环境下，单个企业往往难以单独完成对市场需求变化的 快速响应。在日益趋向个性化的小批量快速生产的条件下，企业主动或被迫接 受供应链这一先进的管理思想，通过供应链整体来应付市场的变化在生产模 式上，传统的以产定销的推动式的生产模式被客户的需求驱动的拉动式的生产 模式所替代。需求不确定性和供应不确定性对企业的决策产生了重要影响。传 统的刚性生产计划决策模式已不适应新的市场环境的要求，取而代之的是能够 即时响应市场变化的生产计划系统【2 l 。市场上需求的变化会导致企业的生产方 式的改变，甚至能够决定企业的生存环境。因此，面对这些变化企业只有主动 出击，才能在市场竞争中处于优势地位 1 2 多阶供应链的响应周期 1 2 1 供应链及供应链管理 企业在执行其营运活动过程中，必须完成一连串的活动，这些活动的不同 功能便称作公司的价值链( v a l u ec h a i n ) 。价值链又包括对内的物流、营运，对 2 外的物流、销售、服务这些活动。为了完成这一系列价值的活动，公司又必须 与其上下游之间，即供应商和销售商进行互动。这整个活动构成了价值链系统， 也被称为供应链( s u p p l yc h a i n ) 。供应链是企业内部的产品研发及设计、原料 取得、生产制造、配销与行销整个完整的活动，甚至进一步与企业有关的活动 均应该视为供应链的一环所以供应链是指一项产品从原材料及零组件的供应 商至制造商、配销商、零售商，乃至最终的消费者之间所有发生的所有的信息 流、物流、资金流的所有活动p 】同一企业可能构成这个网络的不同组成节点， 但更多的情况下是由不同的企业构成这个网络中的不同节点。比如，在某个供 应链中，同一企业可能既在制造商仓库节点，又在配送中心节点等占有位置。 在分工越细，专业要求越高的供应链中，不同节点基本上由不同的企业组成。 在供应链各成员单位间流动的原材料、在制品、库存和产成品等就构成了供应 链上的货物流。 对于供应链管理的发展，它是由客户的需求趋于个性化与市场的多变性， 使得以产品为中心的推式管理模式转变为以顾客为中心的拉式管理模式，面对 这种变化，需要制造商与供应商、客户加强合作，在整体决策上、在利益分配 上不再象以往那样以各自企业利益为出发点，必须从供应链整体的角度进行决 策和管理，并协调好整体与局部的关系。供需关系已由过去的松散式的互逆关 系转变成合作式的双赢关系【4 1 。市场竞争已由企业与企业之间的竞争转变成供 应链与供应链之间的竞争【5 1 。由此，一些学者开始重视供应链管理理论的研究， 从不同的角度定义了供应链管理的概念【6 l 。 供应链管理是一个整合的流程，将供应链上所有节点的运作流程进行优化， 使商品以最快的速度到达消费者手中。它是相互连接的供应链中，上下游企业 形成的网络。对企业而言，供应链管理分两种类型。前者是企业内部的供应链 管理。通过供应链管理将企业内部各个环节进行有机整合，实现企业内部供应 链各节点的物流、信息流、资金流的集合，达到信息和业务资源集成和共享的 效果；后者是企业外部的供应链管理，即不同企业之间的供应链管理。随着市 场日益多变和消费者需求日益多元化，市场竞争的主要方面已由单个企业之间 的竞争转向企业集团和企业供应链之间的竞争。组成供应链的节点有数量众多 类型复杂的特点，他们可以是属于不同的行业，可以是不同地域的企业，甚至 是多国企业。对这种涉及多种企业的庞大复杂的企业网络，就要求在整个行业 中建立一个环环相扣的供应链，使供应商、制造商、批发商、零售商及最终用 户消费者等环节在一个整体的管理下实现协作经营和协调运作，实现供应链物 流、信息流及资金流的内外集厶i 。、 供应链管理把产品在满足客户需求的过程中对成本有影响的各个节点企业 都考虑在内了，包括从原材料供应商、制造商到仓库再经过配送中心到渠道商。 供应链管理的目的在于追求整个供应链的整体效率和整个系统费用的有效性， 3 总是力图使系统总成本降至最低。供应链管理是围绕把供应商、制造商、仓库、 配送中心和渠道商有机结合成一体这个问题来展开的，因此它包括企业许多层 次上的活动，包括战略层次、战术层次和作业层次等。在客户服务方面，越来 越多的供应链成员开始真正地重视客户服务与客户满意度。传统的量度是以“订 单交货周期”、“完整订单的百分比”等来衡量的，而目前更注重客户对服务水平 的感受，服务水平的量度也以它为标准。客户服务的重点转移的结果就是重视 与物流公司的关系，并把物流公司看成是提供高水平服务的合作者。 1 2 2 供应链的响应周期 随着世界范围内统一市场的形成，世界市场对产品需求呈饱和趋势以及科 学技术的迅速发展。环境因素变化、企业经营环境的不确定性等，使得人们消 费方式和消费观念也发生了深刻的变化。竞争优势已逐渐转移到品种与时间上， 于是时问已经成为能够在竞争中取得优势的一种新的重要资源。优化和缩短供 应链多阶响应周期，是供应链缩短产品上市周期、快速响应市场需求的有效途 径，更是提高这种竞争优势的最基本的手段。供应链多阶响应周期【l o l 被定义为： “在一个包括供应商、制造企业、分销商物流、服务提供商零售商等在内的供 应链中，每一个具有独立功能的节点企业所消耗的时间为一个子周期。如某制 造企业消耗的时间为生产周期，某物流企业消耗的时间为物流周期等等。一个 供应链的不同层次上有许多不同的企业，从站在满足最终用户需求的角度看， 要经过整个供应链的所有阶段，才能向最终用户提供其所需要的产品。多阶响 应周期就是由供应链上不同阶段的子周期所构成的全供应链的周期。” 基于时间的竞争优势受到了广泛的关注，人们也深刻认识到，判断一个企 业是否成功再也不能局限于单个孤立的企业了，而是上升到整个供应链的层面。 在供应链与供应链的竞争中，对市场需求变化的做出快速反应能力已经成为供 应链内部企业是否成功，是否具有竞争力的标准。这样，响应时间就成为了供 应链最核心的竞争要素了。 1 3 课题研究的意义 目前，企业面临着激烈竞争的市场环境，客户的需求快速变化，且呈现出 多样化、个性化，如何快速地响应和满足客户需求，对于提高企业的竞争力至 关重要现有的文献大多从技术保障方面研究，在响应周期的优化和合理利用 方面研究较少。即使是关于生产周期优化的文献，也是对供应链响应周期影响 因素方面的分析，或者是单纯就供应链中节点企业的生产周期或物流周期的优 化问题进行研究，未能从供应链整体上对多阶响应周期中各节点企业的响应子 周期，以及企业内生产周期与物流周期的协调优化问题进行探讨。 本文的研究成果可以指导这方面的实践，并有较强的理论和实际意义建 4 立多阶供应链响应周期的二层整数规划模型，在有特殊条件的约束下，运用模 拟退火算法以及离散搜索算法实现响应周期的优化和合理分配。进而实现供应 链整体的利益最大化，并有效的协调各节点企业的利益。 供应链竞争力是指某一供应链在市场竞争中所表现的一种外在市场力量， 是与竞争对手抗争、赢得市场份额、获取利润时所表现出来的力量或能力，它 是供应链外部资源与内部资源实力、能力、素质综合作用，最终在市场竞争上 所体现的力量。t h o m a s 认为响应时间是影响供应链竞争力形成的一个最重要因 素之一他对北美、欧洲和日本汽车供应链关于供应链的响应时间对供应链竞 争力形成的影响进行调查和分析，结果发现缩短供应链响应时间促使供应链所 有重要的绩效指标有了显著的提高。基于时间绩效指标与供应链竞争力的各个 评价指标有很好的正相关性，甚至存在直接的因果关系响应时间对交货可靠 性、交货速度和顾客响应性有着决定性的影响，所以，供应链的响应时间与供 应链系统的r o a 、r o i 市场份额也存在着直接的因果关系。同时，响应时间的 缩短对供应链的生产率、库存水平、市场份额、r o a 、r o i 等的影响非常显著。 因此。可以得出一个结论：响应时间与供应链竞争力形成存在直接因果关系， 而且优化响应时间能够形成强有力的供应链竞争力。 是什么原因让优化响应时间形成了供应链竞争力呢? 响应时间的优化，提 高了供应链创新发展的能力、创造利润的能力和占有市场的能力，正是这三个 方面能力的提高最后共同形成了供应链竞争力于是，缩短响应时间形成供应 链竞争力的原因主要包括以下四点： ( 1 ) 缩短响应时间提高了供应链创新发展的能力； ( 2 ) 缩短响应时间提高了供应链占有市场的能力； ( 3 ) 缩短响应时间提高了供应链创造利润的能力； ( 4 ) 由供应链绩效状况的变化极性对系统进行控制。 1 4 国内外研究动态 1 4 1 关于二层规划模型的研究 二层规划方法的研究起源于经济问题，应用的需求推动了二层系统最优化 研究的发展。1 9 7 3 年在j b r a c k e n 和j m c g i l l 在文章【1 1 】中首次提出了二层规划 的数学模型。在1 9 7 7 年，w c a n d l e r 和r n o r t o n 在科技报告【1 2 】中正式出现了 二层规划和多层规划这个名词。从上世纪8 0 年代起，二层规划引起大家的注意， 在数学规划领域尤为突出，例如，c a n d l e r 和t o w n s l e y 1 3 l 于1 9 8 2 年提出了一个 一般条件下的二层规划模型。b c n s i o n 1 4 1 1 9 8 9 年、阮国桢【” 1 9 9 4 年上，把上述 数学模型推广到容许集是无界的情形，使二层规划应用的束缚大大减少，应用 的领域进一步扩大。 5 二层规划理论与方法在管理问题中的应用取得了很好的进展。 的文献中包括资源分配问题文献【1 6 ，1 7 、价格问题文献【1 8 - 2 0 、 题文献 2 1 ，2 2 】。 本文就是针对一类特殊形式的二层整数规划问题的进行求解。 特定的条件下，通过模拟退火和离散搜索算法对其求解。 1 4 2 有关多阶供应链响应周期的研究 近年来出现 生产计划问 在符合一些 关于生产周期的研究，主要有基于时间竞争( t i m e b a s e dc o m p e t i t i o n ，t b c ) 的研究。t b c 是由s t a l k 第一次明确提出的，s t a l k 在文献 2 3 】中首次提出了基 于时间的竞争一词。该文发表于哈佛商业评论并获得了1 9 8 9 m c k i n s e y 最佳论 文奖。文章描述了竞争模式的演变过程，并重点讨论了时间作为竞争优势关键 资源的重要性。近期国内外也有大量的关于t b c 的文献，文献【2 3 】提出：时间 因素，作为企业竞争新的竞争武器，与质量、成本样具有同等重要的地位。 在竞争日益激烈、消费者需求快速变化的今天，实施基于时间因素的竞争战略， 实现对市场和消费者的快速响应，带来成本节约与效益增加，已成为企业获得基 于时间因素的持久竞争优势的主要途径 2 4 】 文献 2 5 】中提出，在变革时代，企业内外部环境变化巨大，不确定性增加， 竞争规则已经由传统的竞争成本、质量变为现在的竞争成本、质量和反应能力。 基于时间竞争的价值链模式是在波特的价值链模式的基础上增加了时间因素。 它既保留了波特的价值链模式的优点，又充分考虑了时间因素，是变革时代评 价和分析企业竞争优势的重要战略工具。 马士华，文胜和李莉在文献 2 6 】中，提出了优化和缩短供应链多阶响应周 期是供应链快速响应市场需求、缩短产品上市周期的有效途径，也是供应链管 理总体目标之一。阐明了供应链多阶响应周期的概念。以核心企业作为协调中 心，建立了供应链整体计划决策机制，并运用二层规划方法对供应链多阶响应 周期进行了建模研究。通过该模型能够协调管理供应链整体利益和节点企业局 部利益、合理分配生产时间与物流时间，为供应链优化和缩短多阶响应周期提 供了一个有效的决策工具。 在供应链管理方面，随着市场全球化进程的快速推进和竞争环境的急剧变 化，越来越多的企业认识到供应链管理的重要性。如何使企业与供应商紧密合 作以达到双赢的目的，成为一个热点研究问题。建立二层规划模型，以各成员 企业利润最大化为下层目标，以供应链的综合绩效为上层目标，来进行优化研 究，具有重要的应用价值和现实意义。 1 5 本文主要研究内容和章节结构 本文主要描述了优化供应链响应周期的意义，并介绍了前人提出的二层整 6 数规划模型接着，对二层整数规划模型进行了改进，以及用模拟退火法和离 散搜索法对其求解的具体方法。最后，以一个具体模具制造企业的为例，将该 模型运用到制造企业中去，算出最优生产周期，从而为企业以后制定合理的计 划、关键性的决策提供有力的依据 本文结构安排如下； 第一章绪论说明课题提出的背景，课题研究的目的和意义，国内外研 究动态，以及本篇论文的结构。 第二章供应链周期优化和算法的介绍。介绍了多阶供应链响应周期优化 的意义，描述了二层决策机制与二层规划模型，模拟退火算法，以及离散搜索 算法 第三章二层整数规划模型在优化供应链周期的应用。阐述了前人建立的 二层规划的不足，改进新的二层规划，并用模拟退火算法，以及离散搜索算法 对其求解。 第四章基于二层整数规划模型的周期优化在模具制造业中的应用。把改 进后的二层规划运用到具体的模具制造业中，并与企业原先生产模式进行对比。 第五章总结与展望。总结论文研究的主要工作以及展望。 7 第二章供应链周期优化和算法的介绍 本章介绍了供应链周期优化的意义，即在生产中，优化生产周期可以提高 企业的竞争力、削弱牛鞭效应以及减少成本。随后，说明了二层决策机制在供 应链计划中的协调、调度和控制的作用。接着介绍了模拟退火算法和离散搜索 算法的具体步骤。 2 1 多阶供应链响应周期优化的意义 微软总裁比尔盖茨【2 7 】曾经说过，速度是企业成功的关键所在。英特尔总 裁安德鲁葛罗夫也引以为豪地指出，对于成功，速度是我们拥有的唯一武器。 在今天这样一个“时间制胜，速度决定未来”的大时代里，要更快速地响应多 变的市场环境和多样化的消费者需求，这就需要缩短响应周期、提高响应能力、 获取基于时间因素的竞争优势，才能适应不可预测的市场环境，取得优势地位 传统意义上所定义的响应周期的概念通常是针对单一企业和组织的。然而， 在现今的市场环境下，单个企业往往难以单独应付对市场需求变化。这样，整 条供应链的周期优化就显得由为重要了。因此，通常所研究的基于某个节点企 业的单一环节的快速响应是没有实际意义的，必须从整体生产和物流过程出发， 研究响应周期。 多阶响应周期这一概念，由华中科技大学马士华教授首先提出来。即在一 个包括供应商、制造企业、分销商、物流服务提供商、零售商等在内的供应链 中，每一个具有独立功能的节点企业所消耗的时间为一个子周期，他包括生产 周期和物流周期，等等；站在最终用户的角度看，要经过整个供应链的所有阶 段才能得到他所需要的产品。因此，多阶响应周期就是由供应链上不同阶段的 子周期所构成的全供应链的周期 i o l 。 优化多阶供应链响应周期的目的，简而言之就是： ( 1 )可以缩短供应链的响应周期、取得市场竞争中基于时间因素的竞争优 势； ( 2 ) 削弱牛鞭效应； ( 3 )降低成本、提高供应链上各节点企业效益。 2 1 1 缩短响应周期 发现市场机会，把握市场机会是企业进行市场竞争的必要条件。对于供应 链而言，要抓住市场机会，就要改进整个供应链的物流流程，提高供应链的柔 性和敏捷性。现代的竞争，从传统的企业与企业之间的竞争，已经发展到供应 8 链与供应链之间的竞争，而缩短供应链的响应周期、取得市场竞争中基于时间 因素的竞争优势是提高供应链运营效率的有效方法 2 1 1 1 国外关于响应周期的研究 基于时间竞争( t i m e - b a s e dc o m p e t i t i o n ，t b c ) 由s t a l k 第一次明确提出根 据s t a l k 研究，战后日本经过了劳动力密集、资金密集、集中生产、柔性生产 四次竞争优势战略转变，使得日本一直保持着低成本与高生产率。t b c 来自于 日本2 0 世纪8 0 年代汽车制造业，并在1 9 9 0 年成为日本和西方企业主导竞争优 势。t b c 与其他管理理念存在本质的不同，它与质量竞争、成本竞争一起主导 着快速推出新产品战略，t b c 实质是缩短产品从创造到发送过程每一阶段时 间。 战后日本汽车制造业最大的两个特点或者说两个优势就是j i t ( 准时交付) 和精益制造。精益制造是制造业的至理名言，它强调准时的以最小的成本交付 最高质量的产品这是一个生产系统而且也是价值流的系统。而精益制造的一 个关键部分是j i t 在恰当的时间将恰当数量的配件送到恰当的地方。在美 国运作的日本制造商与他们的供应商共同工作发展精益能力。有数据表明，在 美国，同样的供应商工厂里，为日本汽车制造商服务的生产线，比为美国汽车 制造商供应配件的生产线更“精益”在拥有美国本土的供应商的情况下，日本 汽车制造商把精力集中在保持低库存水平，维持生产水平以及质量一体化上。 日本汽车制造商在宏观的策略上，提倡供应商以小批量、高频率的配件运 送，这样既能缩短物流的响应周期，提高响应能力，又能有效的降低库存的费 用。利用精益运输系统来处理混合装载、批量小的交货。有时建立一个交叉码 头( c r o s s - d o c k ) 来将大批量货物重新划分为更小批量。日本工厂鼓励供应商在 某一特定时间点只运送装配工厂需要的配件，即使这意味着卡车部分未装满。 在微观的细节上，日本的制造商也尽可能的节约一切能节约的时间，以达 到缩短响应周期的目的。日本制造商在装货的细节上尤其值得关注。以下三个 具体的例子可以说明： ( 1 ) 从侧装载货车卸货。从侧装载货车卸货可以花费更少的时间。因为 在尾装货车中，只有一个很小的空间供移动配件而且，工人在装卸靠近驾驶 室的部件前，首先必须移动尾部的配件。很明显，比起从尾部装卸比从侧面装 卸有更大的空间，也更能节省时间。日本客户的供应商装一车货只需要3 8 分钟， 而美国客户的供应商需要花费5 8 分钟。这种工作方式缩短的是物流响应周期； ( 2 ) 使用顺序装载也可以提高效率。出于方面生产线上工人工作的需要， 按装配线上被建造的汽车的要求，以工序上的顺序被运到装配工厂装配线工 人只需要走向一个地方，按顺序拿起下一个配件。而不是在生产线上无序的为 9 下一个流向下游生产线的汽车到处寻找座椅。这就提高了工作效率，并且这也 降低了为一个特定汽车选错配件的几率相比美国同行，日本汽车制造商更倾 向于使用顺序装载。美国汽车制造商只3 ，日本制造商总共有1 9 的货物使 用顺序装载，丰田公司供应商取得最高评分，3 4 这种方式缩短的是制造响 应周期： ( 3 ) 将货车司机与装货工人的职责区分开。这种方式能提高装货效率。供 应商可以在司机到达码头之前装载货物，货车司机到达后可以立即开着满载的 货车离开，而不是象传统的方式那样等待它被装满。为日本制造商服务的供应 商更倾向于使用这种货车司机与装货工人任务严格区分开的货车或者挂车装 货，尤其是本田的供应商，他们中间6 6 都这样做的。这种方式同样可以缩短 物流响应周期。 以上这些大的策略和小的细节都是在基于时间竞争的环境下，各个企业积 极对的策略。 2 1 1 2 国内关于响应周期的研究 在国内，对于基于时间竞争的研究，今年也逐渐成为热点文献【2 5 】中，指 出两种可以缩短物流的方式，即推迟或集并。推迟，是指大多数的后勤工作在 预计或预测用户的未来需求的基础上运行的，而推迟是指延迟物流以加快响应 行动。我们可以使产品尽可能长时间地处于中性或未利用状态，从而延缓或推 迟生产；集并，是指采用大批量地运输方式可以减少运输成本。这种方式可以 通过预测物流系统地方式解决。在响应基础上地物流系统可以满足小批量地频 繁送货要求。 关于基于时间竞争的领域和基于时间竞争的方法。文献【2 9 】指出，基于时间 竞争的领域包括基于时间创新( t i m e - b a s e di n n o v a t i o n ) 、基于时间制造 ( t i m e - b a s e dm a n u f a c t u r i n g ) 、基于时间销售( t i m e b a s e ds a l e sa n dm a r k e t i n g ) 、基 于时间服务( t i m e b a s e ds e r v i c e ) ；对于基于时间竞争的方法，有准时生产制 ( j u s t i n t i m e ) 、全面质量管理( t o t a lq u a l i t ym a n a g e m e n t ，t q m ) ，并行工程 ( c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ，c e ) 、快速成型( r a p i dp r o t o t y p e ，r p ) 、信息技术 ( i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y ，i t ) 、交叉功能团队( c r o s s - f u n c t i o n a lt e a m ，c f t ) 这 些方法或技术并不是独立工作，而是相互结合渗透在一起，压缩产品过程( 研发、 生产、销售) 各个阶段的时间，缩短产品整个周期，从而使得产品质优价廉地快 速进入市场，并到达顾客手中。 今天，时间就是这一竞争优势的前沿，即比竞争对手更快地识别、适应客 户需求的改变并对此做出快速响应的能力，这种竞争优势就是基于时间因素的 竞争优势。因此，供应链上各节点企业从研发、生产、配送与销售等环节入手， 通过获得基于时间因素的产品研发优势、基于时间因素的生产制造优势以及基 于时间因素的配送与销售优势等，不断改进，不断创新，缩短响应周期、提高 快速响应能力、快速响应市场变化，最终构建起基于时间因素的竞争优势。 2 1 2 削弱牛鞭效应 优化多阶供应链响应周期能够提高供应链响应市场的能力，取得市场竞争 中基于时间因素的竞争优势。从物流的角度来看，由于提倡减少库存数量、增 多进货频率，库存周期就缩短了。这样一方面可以削弱牛鞭效应、尤其是优化 订单周期为预防牛鞭效应提供了一种解决途径；另一方面，由于供应链的周期 缩短了，产品在供应商和客户之间迅速流动，随之而来的库存成本就下降了， 效益也就提高了。 库存的存在完全是为了防范“缺货成本”的发生。无论是为生产服务的制造 业库存，或者为商业服务的商业库存，其首要的目标无一不是缺货成本。库存 的存在解决了缺货成本问题，但是却引发了另一些问题。这些问题经过整个供 应链的放大( 所谓牛鞭效应) ，变得更加引人注目。整条供应链的库存可以被分 为企业内部库存与企业之间库存两种。传统组织方式是按照从供应到生产再到 销售的推动生产方式进行的。企业内部缺乏后工序拉动的按单即时生产能力， 很容易造成企业内部大量库存堆积。在企业与企业之间，由于供应链上游企业 缺少相邻下游企业的即时信息，结果难以逃脱需求被逐级放大，即牛鞭效应， 导致企业间库存不断翻升【3 0 】。客户工厂进度表的一个微小变化会导致供应商工 厂更大的失调，而对供应商的供应商来说，波动甚至更大。 一般来说，削弱牛鞭效应主要的手段有信息透明、缩短订货提前期等手段。 就供应链库存的管理而言，以成本为中心，以缩短周期为手段，尽可能的消除 牛鞭效应带来的不确定性，实现从点到链，从链到面的优化。 2 1 3 降低库存成本 库存成本是物流总成本中极为重要的一个部分从1 9 7 7 年到2 0 0 0 年，国 际上高科技公司的库存绩效成倍增长，其周转次数从2 5 次增长到了5 次。苹 果和戴尔，现今库存的周转次数分别为6 1 次和4 6 次。这意味着，相比二十年 前，这两个公司运营其业务的库存减少了5 0 。是什么驱使这些公司纷纷在降 低库存，提高库存周转率方面不断寻求更优的呢? 表2 1 是美国和加拿大的大 公司2 0 0 0 年物流成本中各部分所占的比例。 从表2 1 可以看出西方发达国家库存在物流成本中占有相当高的比例。这 就是大 公司纷纷降低库存成本的原因。美国制造业中，平均库存占库存价值的 3 0 一3 5 。 表2 1 美国加拿大公司2 0 0 0 年物流成本构成情况 客房服务仓储运输管理库存搬运 美国公司 8 2 5 3 7 9 2 l 加拿大公司8 2 5 3 6 8 2 3 例如，如果一个公司的年库存产品价值是2 0 0 0 万美元，每年其库存成本将 超过6 0 0 万美元。这些成本由过时、保险、机会成本等原因引起如果库存量 可减少到1 0 0 0 万美元，直接在账面上的反映，该公司可以节约3 0 0 多万美元。 也就是说，减少库存而节约的成本可看作是利润的增加。当今，在发达国家全 年流通费用的支出也占到g d p 的l o 而我国由于流通技术低，效率差，物 流成本高，每年的流通费用约占g d p 的比例高达2 0 ，达1 7 8 8 0 亿元这种 做法在我们发展中国家尤其值得借鉴。 2 2 二层决策机制与二层规划模型 2 2 1 供应链的二层决策机制 两层规划问题可看作是具有多种组织结构的两层决策问题的数学模型，这 类决策问题包括一个上层决策者和多个下层决策者，当上、下层决策者的目标 出现不一致时，存在一定的冲突。在进行决策时，上层决策者首先向下层宣布 一个决策，下层决策者根据自身的利益对此做出合理的反应，根据下层决策者 的反应上层决策者对其宣布的决策进行修正，最终使上级决策者找到使上级目 标达到最优的决策。 在社会经济、工程技术、军事指挥等许多领域中存在着各种形式的两层决 策问题在管理领域，两层决策也越来越多的得到运用。供应链实质上是建立 在一系列自利的经济人间的契约之上的委托代理关系链，供