基于多主体的供应链分布式决策模型研究

1、基于多主体的供应链分布式决策模型研究张英轩1（1同济大学经济与管理学院，上海，中国，201804）【摘要】：供应链是一类典型的多主体分布式决策系统，本文建立了一个基于多主体的供应链分布式决策模型，论述通过各主体自主决策建立供应链多主体模型的方法与步骤，并以生产商-批发商系统为例，构建供应链中多主体分布式决策模型实例，着重描述此模型中各主体信息交互过程。最后，本文对此模型进行了整体的分析与评价。【关键词】：供应链；分布式决策；多主体收稿日期：2009-08-01 修订日期2009-09-01作者简介：第一作者姓名 张英轩（1984），性别：男，民族：汉籍贯：广东省汕头市，工作单位：同济大学经济与

2、管理学院，职务职称：硕士研究生，研究方向：物流与供应链管理：1 引言在当今的决策理论研究领域，分布式决策日益受到了研究者的关注并在近年得到了很快的发展。它主要包括以下这些领域的研究：多代理理论、分布式人工智能、拍卖机制、合同机制、多层次随机规划、多阶段确定性规划、递阶优化等。在这些研究领域中，往往包括了许多不同的决策主体，这些决策主体可以自主地根据自身的利益和约束做出不同决策，而不同主体间的决策往往相互产生影响，它们有可能能够产生协同作用而达到整体最优，也可能由于利益互相冲突而产生某种次优的均衡状态。供应链管理是目前受到国际学术界和企业界普遍关注的一种增强企业竞争力的管理思想和方法 而供应链涉

3、及到供应商、制造商、配送中心、零售商、消费者等各类主体及其相关的一系列业务活动，呈现复杂的网络结构、因此供应链是一类典型的复杂适应系统，而分布式决策问题在供应链管理中的许多领域也非常常见，如运输能力分派问题，最优批量问题、设施选址问题和生产能力平衡问题等，运用分布式决策理论，能够对此类相关问题做出较好的解决，使供应链整体趋于最优。2 分布式决策基本问题2.1 分布式决策系统的分类根据分布式决策系统中决策主体的相互关系和协作意愿，可以将分布式决策系统分为团队型分布式决策系统和非团队型分布式决策系统。团队型分布式决策系统的运作与单决策主体系统较为类似，其中各主体的决策往往具有较低的冲突性。非团队型

4、分布式决策系统中，各决策主体具有利益竞争性，并且根据自身的资源约束和利益做出决策，这时，决策主体间的信息传递就显得非常重要，适量的信息传递可以有效地缓解决策主体自利行为对系统整体所造成的不利影响，而定价机制、拍卖机制等手段也可以对决策主体产生激励，使它们相互妥协并做出有利于系统整体最优的决策。12.2 分布式决策系统的特点相对于集中式决策，分布式决策具有如下三个最主要的特点：(1) 信息具有不对称性，各个决策主体所拥有的信息不尽相同，往往于局限于自身的相关领域，缺乏对全局性信息的掌握；(2) 信息具有私有性，由于各个决策主体间的利益可能存在冲突，所以各决策主体往往不愿意将自己所拥有的信息与其它

5、决策主体进行共享，这也是导致信息的不对称性的一个重要原因；(3) 需要对决策模型进行分解，分布式决策模型往往将主体模型分解为若干个子模型，这些子模型中的决策者可以根据自身拥有的相关信息和存在的约束，对子模型进行分析和求解；基于如上的特点，可以将分布式决策问题定义为对相关决策群的协调决策机制的设计和求解问题。2.3 分布式决策问题基本模型在大多数对分布式决策的研究中，研究者往往将分布式决策问题限定为两个层次的模型，即上级决策者和下级决策者，如图1所示2。在此模型中，上级决策者和下级决策者各自代表着一个子决策模型，它们所做出的决策彼此相互关联，并且这种关系影响了对模型的求解能够达到整体最优与否。在

6、一个子决策模型m中，决策域f、决策主体的偏好p（即做出决策所依据的标准）和决策主体所拥有的信息i是子模型m中的三个最重要的因素，因此，可以将子模型表示为：,其中和分别表示上级决策子模型和下级决策子模型，和分别表示上级决策子模型的决策标准和下级决策子模型的决策标准，和分别表示上级决策子模型的策略集和下级决策子模型的策略集， 和分别表示，在k阶段和k+1阶段各决策子模型所拥有的信息。此模型中协调机制的主要步骤如下：(1) 上级决策子模型在向下级决策子模型发出决策信息之前，上级决策子模型将运用预测模块预测下级决策子模型对此决策信息可能产生的反应。上级决策子模型中的预测模块，是根据对下级决策子模型的预

7、测和模拟而产生的一个模型。根据这个预测模型，上级决策子模型将计算出当下级决策子模型接收到来自上级决策子模型的信息时，所会做出的最优决策，并据此计算出它所应做出的决策。(2) 上级决策子模型所做出的最优决策信息即，将传递给下级决策子模型。下级决策子模型将接收此信息并将其纳入到其决策模型中。(3) 下级决策子模型将利用类似的预测模块，预测上级决策子模型对其决策信息可能产生的反应，并据此计算出它所应做出的决策。(4) 下级决策子模型所做出的最优决策信息即，将传递给上级决策子模型，至此，本周期的协调将结束，并进入下一周期的协调。图1 分布式决策问题基本模型3 供应链中的分布式决策问题3.1 供应链分布

8、式决策问题概述供应链是一个典型的分布式决策系统，它是由众多自主决策主体所构成的物流网络，这个网络可以被分解为各个具有不同特点的部分，如原材料供应商、生产商、批发商、零售商和最终用户等，供应链的各个部分之间通过物流和信息流相互联结，供应链管理正是通过对供应链中的各个部分的管理和协调来实现供应链整体优化的。很明显，在这种管理和协调中，供应链中存在的各个决策主体具有不同的利益取向和能力约束，这使得它们做出的决策，往往基于自身的利益出发，而没有考虑到供应链整体的利益，供应链中信息的不对称性，加剧了这种自利性决策对供应链整体绩效所产生的不良影响。因此，需要有一个协调机制，在供应链中各决策主体之间进行协调

9、，使各个决策主体能够做出有利于供应链整体最优的决策。3.2 供应链分布式决策问题的产生原因大体上说，在上文所述的供应链中的分布式决策问题是由以下几个方面的因素所造成的：(1) 供应链所特有的多层次、多对象特点(2) 供应链各主体间的利益相关性和对立性(3) 供应链网络中的协调的复杂性(4) 供应链网络中的信息的不对称性和延时性3.3 供应链分布式决策问题的分类供应链中的分布式决策问题，往往存在于三个层面上：战略层面、战术层面和操作层面，基于此，可对供应链分布式决策问题作如下分类3：(1) 战略层面的供应链分布式决策问题，主要是关于供应链网络设计的问题，包括产品开发与对长期供应商和客户的选择。4

10、(2) 战术层面的供应链分布式决策问题则主要与关于中长期的投资、长期合同的制定等相关。(3) 操作层面的供应链分布式决策问题主要包括配送路线的选择、生产和配送批量制定等问题。5在这些层面上，以及这些层面之间，分布式决策问题都可能产生，因此必须对供应链中的独立决策主体进行协调，而这正是传统物流所忽视的。3.4 供应链分布式决策基本模型3.4.1 模型概述在典型的生产商-批发商二级供应链中，一个生产商往往对应着多个规模各异、地区不同、具有不同资源、能力约束，且利益存在此消彼长关系的批发商。生产商和批发商都是具有自主决策意愿和能力的主体，它们可以自主地做出其订货决策和发货决策。而各个决策主体做出的决

11、策，虽然都是基于对自身利益的最大化，但这样的决策往往导致供应链整体的次优化，也使生产商和各批发商都不能得到利益的最大化。例如，批发商在向生产商发出订货的时候，除了要考虑这些货物是否能够以最小的库存成本和销售成本向下游批发，还要考虑与其存在各种竞争关系和利益冲突的其它批发商可能做出的订货决策，因此，它所做出的决策，往往会偏离潜在的最优订货量，而且，由于与生产商缺乏交互沟通，它所做出的订货决策往往导致生产商的生产成本和库存成本的上升。而生产商在面对各批发商所做出的订货决策时，更需要对它们进行分析和协调，平衡对各供应商的发货量，达到供货量和批发商实际需求量的吻合，并尽可能地降低自身的成本。为对此类的

12、供应链分布式决策问题进行研究，下文将以供应链操作层面的供货批量问题为背景，提出一个基于上文分布式决策基本模型的供应链分布式决策双层模型，这个模型包括：一个生产商、由同一生产商供货的三个批发商、和。模型中的生产商生产单一产品并从其供货策略集选择供货策略向下游的三个批发商供货，三个批发商则根据本期的供货量和它们的偏好，从它们的订货策略集中选择订货策略并在向生产商提出订货要求。那么，本模型将包括四个子模型，分别为：(1) 生产商决策子模型 (2) 批发商1决策子模型(3) 批发商2决策子模型(4) 批发商3决策子模型其中，代表生产商决策子模型对批发商i的供货策略集，代表生产商决策子模型的决策标准（即

13、做出供货决策所依据的标准），代表生产商决策子模型在阶段k掌握的信息，代表第i个批发商决策子模型的决策标准（即做出订货决策所依据的标准），代表第i个批发商决策子模型的策略集，代表第i个批发商决策子模型在阶段k+1掌握的信息。图2 供应链分布式决策模型3.4.2 协调步骤模型优化的目的，是使生产商的供应和批发商的需求尽可能的吻合，而协调机制将在生产商和批发商之间发挥作用，协调订货量和发货量，以提高供应链整体的效用。具体的步骤如下：(1) 生产商决策子模型在向下游批发商决策子模型发出供货决策信息之前，生产商决策子模型将运用预测模块预测各个批发商子模型对此决策信息可能产生的反应。生产商决策子模型中的预

14、测模块所采用的信息，来源于对各个批发商决策子模型进行预测和模拟而产生的一个模型。根据这个预测模型，生产商决策子模型将计算出当各个批发商决策子模型接收到来自生产商决策子模型的供货信息时，所会做出的最优决策，并据此计算出它所应做出的供货决策，即。(2) 生产商决策子模型所做出的最优供货决策信息即，将传递给下游各批发商决策子模型，各批发商决策子模型将接收此信息并将其纳入到其决策模型中。(3) 各批发商决策子模型将利用类似的预测模块，预测生产商决策子模型对其订货决策信息可能产生的反应，并据此计算出它所应做出的决策。(4) 各批发商决策子模型所做出的最优订货决策信息即，将传递给生产商决策子模型，至此，本

15、周期的协调将结束，并进入下一周期的协调。3.4.3 决策主体策略选择此模型中各决策主体的策略选择过程如下：(1) 生产商决策子模型即，其中决策标准又可分解为和，为独立性标准，即与批发商决策子模型无关的标准;为相关性标准，即与批发商决策子模型相关的标准，它取决于预测函数,即。那么,生产商决策子模型的决策标准可以详细写成。生产商决策子系统运用预测函数预测当批发商i接收到供货决策信息时，所会做出的最优决策生产商决策子模型将运用这个标准和预测的结果进行最优化求解,最优函数可表示为 其中,表示生产商决策子模型在拥有信息量为时效用的数学期望值。最优解将取决于预测模型、决策标准、策略集等因素。(2) 批发商

16、决策子模型即，其中决策标准又可分解为和，为独立性标准，即与生产商决策子模型无关的标准;为相关性标准，即与生产商决策子模型相关的标准，它取决于预测函数。那么,批发商决策子模型的决策标准可以详细写成。批发商决策子系统运用预测函数预测当生产商决策子系统接收到订货决策信息时，所会做出的最优决策批发商决策子模型将运用这个标准和预测进行最优化求解,最优函数可表示为当这四个子模型求得最优解时，本周期的协调将结束，并进入下一周期的协调。3.4.3 对此模型的分析和评价(1) 在这个模型的信息交互中，生产商和各个批发商之间的信息流动是双向的，生产商可根据上一阶段各批发商订货信息和自己预测模块对批发商下一阶段可能

17、的订货量进行预测，对本阶段的供货量做出修正；而批发商也可以根据生产商的供货信息和自己的预测模块对生产商下一阶段可能的供货量进行预测，对本阶段的订货量做出修正。通过这样的机制，生产商和批发商之间形成了具有自组织性质的协调。(2) 各个批发商只向它的上游生产商发出订货信息，其它批发商对它的订货信息并不了解，而生产商和批发商之间所传递的信息也仅限制于订货信息和供货信息，各决策主体的其它内部信息并没有泄露。因此，其信息的私有性也能够得到一定保证。(3) 在这个模型中，各个决策主体所采用的预测函数，都是基于它们自身所掌握的信息。因此，各决策主体掌握信息的数量和准确性，对它们所作决策的质量有很大的影响。(

18、4) 在这个模型中，虽然各决策主体都具有自主决策的意愿和能力，但生产商在其中仍占有一定的主导地位，在供应链的实际问题中这种情况具有一定的代表意义，但也存在许多其它类型的供应链，在各决策主体中，并没有某个主体占有相对的主导地位。4 结语供应链作为一个典型的分布式决策系统，是由供应商、制造商、配送中心、零售商、消费者等各类主体等众多自主决策主体所构成的物流网络，供应链中存在的各个决策主体具有不同的利益取向和能力约束，这使得它们做出的决策，往往基于自身的利益出发，而忽视了到供应链整体的利益，因此，需要有一个协调机制，在供应链中各决策主体之间进行协调，使各个决策主体能够做出有利于供应链整体最优的决策。

19、本文设计的生产商-多批发商二级分布式供应链决策模型，对这种类型的供应链各主体决策过程进行模拟，使生产商和批发商在保证自身信息私有性的同时，减少各决策主体基于自身利益的决策给供应链带来的负面作用，使供应链整体趋于最优。references (参考文献)1 sunil chopra, peter meindl. supply chain management: strategy, planning and operationm 北京：社会科学文献出版社 139-1572 christoph schneeweiss. distributed decision makinga unied approa

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