供应链网络突变及控制策略研究，本文主要内容关键词为：突变论文,供应链论文,策略论文,网络论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、引言
新技术的发展以及产品标准化、模块化的趋势使企业的发展变得更加容易，许多企业可在一夜间成长和壮大。通过合作，企业可以利用便捷的通讯网络、交通运输资源和较为完善的市场保护机制以较低门槛进入某一领域。同时，为满足顾客多样化和个性化的需求，企业需要在某个专业化领域内获得生存和发展，由此组成了复杂的供应链网络体系。通过研究发现，现实世界中的供应链大多表现出无尺度网络的特征。比如Walter等在对美国生物制药行业的商业关系研究中发现，从1988年到1991年，行业中的企业数量从79家发展至123家。网络的演化表明，企业间的数量在不断增加，但是企业之间的合作增速则更为迅速，涌现出少数如Merck、Pfizer、Myers等大型的集散节点，这些企业与小型生物制药企业相比，拥有更多的合作链接关系，成为这一领域中的供应链核心[1]。
李守伟等在对产业网络的复杂性研究中发现，中国的半导体产业的供应链网络同样符合无标度网络的特征[2]。企业之间的关联是复杂的，其所处的地位也不同，可以用节点的“度”来对其加以衡量，一个节点的度越大，意味着这个节点在某种意义上越重要。供应链网络符合无标度网络的一般特征，能够利用无标度网络的基本理论来揭示供应链的诞生、发展及演化特征[3]。
近年来，随着供应链管理理论和应用研究的日益深入，供应链突变管理已经成为学术界和管理者关注的焦点。特别是随着一些大规模突发事件的发生，如“9·11”恐怖事件、重大公共卫生事件(如非典、禽流感)和重大自然灾害(如雪灾、地震)等，人们意识到突发事件对供应链系统造成的负面影响是巨大的，严重时将造成供应链全面瘫痪甚至坍塌崩溃，致使供应链网络中所有企业蒙受巨大损失。因此，当环境突然变化时，如何采取措施完成预定的任务或如何减少灾害造成的损失便成为供应链管理者非常关心的问题。
Qi等研究了线性需求情形下需求发生突变时的供应链协调问题并建立了模型[4]。Xu等将该模型推广到非线性需求情形[5]。随后，于辉等分析了运用数量折扣协调突发事件环境下的单个供应商—单个零售商供应链[6]。而Xiao等将单个供应商—单个零售商结构推广到一个供应商—两个零售商情形，并分析了这种系统结构下需求发生突变时的协调策略[7]。Xu等考虑了生产成本发生突变时的供应链策略[8]。同时，于辉等考虑运用回购契约和批发价契约来协调突发事件环境下的供应链系统[9-10]。Xiao等分析了生产成本和需求同时发生突变情形下的供应链系统[11]。上述研究都是分析二级供应链系统，与这些文献不同，胡劲松和王虹考虑了三级供应链系统应对突发事件的价格折扣契约[12]。
由于供应链系统大多是一个由众多供应商、制造商、分销商、零售商以及最终用户等组成的复杂网络，并且供应链网络中的企业覆盖范围也越来越广，所以，一旦内外部环境中存在突发事件，小则影响系统的运行和效率，大则沿整个供应链系统扩散，导致供应链系统的部分或全部功能丧失(系统崩溃)。这种由点及面的突变现象在供应链管理中比较常见，严重时同样会极大影响供应链网络的结构和功能。因此，研究供应链整体层面的结构稳定性便具有十分重要的理论和现实意义。本文主要运用复杂网络分析方法研究供应链网络的宏观统计特征、结构稳定性以及影响结构稳定性的一些重要因素，并在这些分析的基础上，给出一些能有效提高供应链网络结构稳定性的管理建议。
二、问题描述
供应链网络结构稳定性是指供应链系统在遭遇突发事件、企业之间供应关系频繁变化等因素的影响时，供应链系统的某些主要宏观统计量(如最大连通子图的大小、平均最短路径和最大距离等)的波动幅度仍然保持在某一设定的目标范围内。显然，在一定时间范围内，若这些宏观统计量波动较大，此时系统的结构稳定性显然偏低；反之亦然。在供应链管理中，主要存在以下几类突发事件：①随机性突发事件，即随机地破坏供应链成员企业的生产或企业之间的供应关系；②蓄意攻击性突发事件，即蓄意破坏供应链网络中的核心企业或关键供应关系；③混合性突发事件，此类突发事件同时具有随机性和蓄意攻击性的特征，即突发事件不仅有可能破坏供应链成员企业的生产或企业之间的供应关系，同时也可能破坏供应链网络中的核心企业或关键供应关系。
对于上述不同类型的突发事件，一般运用复杂网络模型分析供应链网络的结构稳定性，主要是运用去点或去边来模拟突发事件对供应链系统稳定性的影响，并观察整个供应链网络结构稳定性和响应性随着去点(或去边)数目的增加会产生怎样的变化。本文主要运用随机性去点和蓄意性去点两种去点方式进行分析。在运用去点方法分析突发事件对供应链 结构稳定性的影响时，主要分析最大连通子图包含的企业数目随着去点数目的增加如何变化。如果最大连通子图内部的企业数目在较短时间内急剧下降，则表明此时供应链网络的结构稳定性很低，反之，则表明供应链网络具有较高的结构稳定性。而在分析突发事件对响应性的影响时，主要观察最大连通子图的平均最短路径和最大连通子图的最长距离随着去点数目的增加如何变化。如果最大连通子图的平均最短路径和最长距离快速下降，则此时供应链系统在遭遇突发事件后的响应性比较低，否则供应链系统具有较高响应性。
三、模型构建及结构突变分析
1.供应链网络构建
供应链网络是一类典型的复杂经济网络，特别是随着电子商务的出现，更加剧了供应链网络结构的复杂性。与传统销售方式不同，借助电子商务，每个企业可以与其他任何企业进行信息交流和贸易往来。有效的供应链管理需要充分协调各成员企业之间的相互关系，因此，研究者经常运用多主体系统来描述供应链网络，进而将此多主体系统描述为复杂网络。本文根据影响供应链网络结构演化的一些重要因素，建立供应链网络结构演化的动态模型，进而考虑供应链网络的结构稳定性。
假定u，v表示供应链中的企业，边(u，v)则表示供应链中企业u和v之间的供应关系。当然，这些关系包括传统意义上的分销和供应关系，也包括电子商务模式下的网络销售方式。根据以上描述，一个企业在选择其他目标企业并与之建立供应关系时，通常会考虑以下一些重要因素：
①首先分析每个目标企业的综合能力，包括价格、质量、交货准时性、财务状况等，然后在综合评价的基础之上进行选择，并与之建立供应关系。在以下复杂供应链网络模型中，用势
表示企业i的综合能力，用权
表示具有供应关系的两个企业之间的交易量；
②每个新加入的企业在选择目标企业并与之建立供应关系时，不但会考虑目标企业的势，而且还会考虑自身与目标企业之间的空间距离；
③每个企业在建立供应关系时，通常在一些关键领域与其他强势企业建立长期的战略合作伙伴关系，而在一些非关键领域通过频繁的竞标降低成本从而获得成本优势。因此，在一些非关键领域经常只是与其他目标企业建立短期合约关系。
2.网络演化模型
根据以上影响供应链网络演化的重要因素，运用复杂网络理论的相关术语，给出具有如下演化算法的供应链网络演化模型：
①初始条件 假设初始时，在一个半径为L的二维圆盘中随机均匀地分布着
个全连通的节点企业，且每条边的权为
。
上面的供应链网络演化模型与三个参数相关：第1个为度量标准与整
由于上述网络演化算法比较复杂，很难得出统计特征量的解析表达式，可以通过仿真来分析供应链网络的宏观统计规律。首先分析供应链网络演化到一定规模时具有的宏观统计特征量，然后分析整个供应链网络在遭遇突发事件时的结构稳定性。
3.宏观统计特征分析
根据演化算法，运用计算试验方法进行分析，试验过程中参数取值如下：网络中的节点总数n=1 000，=2，初始网络的节点数=10，δ=1，经过统计分析，可以得出如下重要结论。
结论1：按上述规则演化生成的供应链网络的度分布、势分布、权分布为典型的幂律分布，即
其中度分布指数1.70与Parhi的实证数据1.82比较接近[14]。这说明本文的模型能够有效模拟一些实际领域的供应链网络。从上述指数可见，供应链网络是一类典型的无标度加权网络，即少数成员企业具有数量巨大的供应关系和非常明显的竞争优势，而大多数成员企业只具有少数的供应关系和很小的竞争实力。而且由图1(c)可知，在整个供应链网络中，只有少数供应关系的贸易量非常大，而大多数供应关系的贸易量相对较小。同时，图1(d)表示，在上面生成的供应链网络中，节点度与节点势之间几乎具有线性关系，即节点度较大的核心企业拥有的贸易量通常比其他非核心企业大很多。在供应链网络中，这些度和势都很大的企业便成为网络中的核心企业。
图1 供应链网络的度分布、势分布、权分布和度—势分布
那么具有无标度统计特征的供应链网络是否具有快速的响应能力和很高的柔性呢？从图2可知，供应链网络具有类似于BA网络的平均最短路径和集聚系数，即供应链网络具有比随机网络更短的平均最短路径和更高的集聚系数。平均最短路径较短的特性表明了很多供应链网络通常具有快速响应能力，能够根据顾客需求的变化迅速组织生产，并把适当数量的产品在适当的时候运送到合适的消费者手中，这符合供应链网络发展的要求。随着顾客的需求呈现多样化，顾客对产品和服务的要求越来越高，其耐心和忠诚度也越来越低，通常很短时间的延迟交货就有可能导致订单的流失和客户的离开。因此，所有这些变化要求供应链网络具有快速反应的能力。更高的集聚系数则说明供应链网络具有很高的柔性，即供应链网络中大多数供应关系具有很多可替代的供应关系。因此，每个企业都力争在具有替代关系的企业中选择运作成本最低的供应关系。
图2 平均最短路径和集聚系数图
4.结构稳定性分析
众所周知，供应链网络经常会遭遇到一些突发性事件的攻击，严重时会造成供应链网络的瘫痪甚至解体。那么供应链网络到底具有怎样的结构稳定性？又有哪些重要因素影响供应链网络的结构稳定性？在下面的分析中，主要分析两类突发事件：即随机型突发事件和蓄意攻击型突发事件。同时运用随机攻击和蓄意攻击分别进行模拟，其中随机攻击是指随机删除供应链网络中的节点，而蓄意攻击则是每次删除供应链网络中势最大的点(图3、图4)。
图3 遭遇蓄意攻击事件后网络的结构稳定性
图4 遭遇随机性突发事件后网络的结构稳定性
①当供应链网络遭遇到蓄意攻击后，整个供应链网络在一个临界值之后全部坍塌解体(图中的临界值大致在0.35左右)，即最大连通子图中包含的节点数几乎为零，而且最大连通子图的平均最短路径和最长距离在上升到最大值后急剧下降到零，这表明开始时供应链网络的响应速度和柔性随着删除节点数目的增加急剧下降，然后在一个临界值后，网络完全解体，此时供应链网络的响应速度和柔性也几乎为零。
②当供应链网络遭遇到随机攻击后，整个供应链网络缓慢解体，即最大连通子图中包含的节点数以较慢的速度下降到零；而且最大连通子图的平均最短路径和最大距离在达到最大值后开始缓慢下降，这表明开始时供应链网络的响应速度和柔性缓慢下降，在达到一个临界值后快速下降到零。
③当遭遇突发事件攻击后，供应链网络的平均最短路径和最长距离在一定时间范围内都快速上升，表明供应链网络的反应性在遭遇攻击后变得越来越差。但两类攻击的影响有很大区别，当遭遇蓄意攻击后，网络的反应性在短期内逐渐下降，在短时间达到一个临界值后，整个网络完全坍塌，此时供应链网络的反应性也降为零。而当网络遭遇随机性突发事件攻击后，虽然网络的反应性逐渐变差，但整个网络在较长时间内依然具有一定的响应能力和柔性。
结论2：供应链网络结构对于随机攻击具有很高的结构稳定性，而对于蓄意攻击则具有很低的结构稳定性。
这主要是由供应链网络中成员企业之间的非均质性所造成的。从前面供应链网络的宏观统计特性可知：供应链网络中大多数企业具有很低的势，而只有很少的企业具有非常大的势，因此导致了供应链网络对于蓄意攻击的脆弱性和对于随机攻击的强抵御能力。因此，应该对核心企业加以重点保护，以防止各类突发事件对供应链网络造成毁灭性的打击。从图3和图4还可以看出：在供应关系的建立过程中，当距离敏感参数和局部世界范围的值不断变化时，整个供应链网络的抗攻击能力也会存在很大不同。
结论3：距离敏感参数η和局部世界范围N对供应链网络结构稳定性有着强烈的影响。
随着距离敏感参数η不断增大，供应链网络的抗蓄意攻击能力也逐渐变强，而对于网络抗随机攻击能力的影响却不明显。
四、控制策略
从上述理论分析可得到一些能有效提高供应链抗突发事件能力的供应链管理建议：
第一，应该尽量避免在局部范围内选择过多的企业建立供应关系，因为，局部地区的政治、经济、文化以及自然环境等因素非常类似。因此，相同地区的企业比较容易受到同一突发事件的影响，由此造成供应链网络的抗突发事件能力变得很低。比如2008年初发生在全国范围内的大雪灾使得很多灾区企业的供应链和物流系统近乎瘫痪，很多企业遭受了损失。而沃尔玛和家乐福通过与个体农户、种植户或种植基地签订协议直接采购蔬菜和鲜食等产品，从而极大地减少了损失。此外，不少零售商也都在有计划地建立采购基地，补充区域资源，从而完善整个供应链。
第二，尽量避免在少数的企业范围内选择过多企业建立战略伙伴关系(特别是长期供应契约)，而应在大范围的目标企业中进行选择。当企业越来越追求精益结构时，供应链网络的成本得到有效控制，并且有效性逐渐得到显著提高，但供应链结构的稳定性却逐渐变低。因此，企业应该在供应链网络的结构稳定性和有效性之间做出权衡，根据自身供应链网络的特点以及内外部环境，决定供应链网络所需要的结构稳定性和有效性的程度，不能一味
地强调结构稳定性或有效性。很高的稳定性要求与很多企业建立供应关系，其相应的成本会大幅度升高。然而，有效性的提高意味着与较少的企业建立长期的战略合作关系，这样结构稳定性变得较低，一旦遭遇蓄意攻击型的突发事件，企业的损失便会很大。
供应链网络是一类典型的无标度加权网络，不仅供应链网络节点的势分布服从幂律分布，而且所有供应关系的权也服从幂律分布，即只有少数的企业和供应关系为核心企业和核心供应关系，而大多数企业为非核心企业。供应链网络中供应关系数量较多的企业通常也具有雄厚的企业势力。供应链网络对于随机性突发事件来说具有很大的结构鲁棒性，而对于蓄意攻击来说，却显得非常脆弱，这主要是由供应链系统的无标度特性决定的。因此，在供应链管理中应该尽可能地采取一切措施保护好网络中的核心企业和关键供应关系。