基于GBOM的供應(yīng)鏈合作伙伴選擇

單汨源，蘭海豐，毛 超

（湖南大學(xué) 工商管理學(xué)院，長沙 410082）

0 引言

20世紀(jì) 90年代以來，科技的發(fā)展使得企業(yè)經(jīng)營環(huán)境從較穩(wěn)定、可預(yù)測的靜態(tài)環(huán)境向多變、難預(yù)測的動態(tài)環(huán)境發(fā)生轉(zhuǎn)變，企業(yè)之間的競爭演變成時間上的競爭和滿足客戶需求的競爭。大規(guī)模生產(chǎn)模式在產(chǎn)品種類、響應(yīng)速度等方面的缺陷和不足逐漸顯露。為此，一種新的生產(chǎn)模式——大規(guī)模定制(MC)被提出來[1]。大規(guī)模定制的核心是產(chǎn)品品種的多樣化和定制化急劇增加，而不相應(yīng)增加成本[10]。其借助現(xiàn)代信息技術(shù)和柔性制造技術(shù)，通過模塊化設(shè)計、零部件標(biāo)準(zhǔn)化，敏捷的對客戶需求作出反應(yīng)。在這種模式下，競爭不僅僅是企業(yè)間的競爭，通常是供應(yīng)鏈間的競爭[2]。Ellram(1991)強(qiáng)調(diào)供應(yīng)鏈中企業(yè)的合作伙伴關(guān)系，指出供應(yīng)鏈中的企業(yè)與其供應(yīng)商建立的戰(zhàn)略伙伴關(guān)系不同于傳統(tǒng)的買賣關(guān)系，其內(nèi)涵包括了相互信任、彼此承諾、利益共享等多個方面[3]。因此，作為大規(guī)模定制的核心內(nèi)容，供應(yīng)鏈成員間的產(chǎn)品配置設(shè)計是滿足客戶個性化需求、有效支持產(chǎn)品快速定制的重要手段，而對應(yīng)的產(chǎn)品配置模型則必須能夠描述一個產(chǎn)品族，并具有產(chǎn)生個性化產(chǎn)品的能力。傳統(tǒng)的產(chǎn)品通過樹狀結(jié)構(gòu)來表示，采用傳統(tǒng)物料清單(bill of material，BOM)描述，其節(jié)點均為常量。當(dāng)面對可配置產(chǎn)品時，這種結(jié)構(gòu)可能會引起組合爆炸。而通用物料單 (generic bills of material，GBOM)[4～6]描述了一類具有相同市場定位和需求、相似產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和零配件以及相似功能的產(chǎn)品族的樹狀通用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。GBOM樹的各個節(jié)點采用了參數(shù)形式，每個參數(shù)有多種賦值。基于GBOM來選擇供應(yīng)鏈合作伙伴，構(gòu)建供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)能加快供應(yīng)鏈對市場需求的反應(yīng)，降低供應(yīng)鏈的成本，從而提高供應(yīng)鏈的整體競爭力。

1 基于GBOM的供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)與供應(yīng)鏈伙伴選擇

1.1 基于GBOM的供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)

按照供需雙方對應(yīng)關(guān)系，供應(yīng)鏈的類型可分為四類[7]。一對一型，即一個上游企業(yè)僅向一個下游企業(yè)提供產(chǎn)品，并且一個下游企業(yè)也僅向一個上游企業(yè)繼承產(chǎn)品。一對多型，即一個下游企業(yè)至多只能向一個上游企業(yè)繼承產(chǎn)品，但一個上游企業(yè)可向多個下游企業(yè)提供產(chǎn)品。多對一型，即一個下游企業(yè)繼承的產(chǎn)品可來自多個上游企業(yè)，但一個上游企業(yè)僅向一個下游企業(yè)提供產(chǎn)品。多對多型，集成了前三種類型，形成供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。事實上，供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更符合企業(yè)運營的實際情況。在目前關(guān)于供應(yīng)鏈的研究中，不少學(xué)者引入了BOM/GBOM。陳靜杰等[8]定義了BOM 型供應(yīng)鏈，在某產(chǎn)品的MBOM樹狀結(jié)構(gòu)中，用生產(chǎn)該節(jié)點所表示的配件的供應(yīng)鏈成員分別替換每個節(jié)點分別，得到該產(chǎn)品的供應(yīng)鏈。杜少甫等[9]提出了基于GBOM的供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)。但是相關(guān)的研究很少考慮供應(yīng)鏈合作伙伴關(guān)系，從BOM/GBOM的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)出發(fā)來構(gòu)建供應(yīng)鏈。而大規(guī)模定制要求下的競爭起點就是選擇合適的供應(yīng)鏈合作伙伴，組建供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)，確保既滿足大規(guī)模定制的需要，又能提高供應(yīng)鏈的整體競爭力。此外基于BOM構(gòu)建的供應(yīng)鏈，有明顯的缺陷。一方面，研究對象不是產(chǎn)品族，而是某類具體的產(chǎn)品，這樣一來滿足不了大規(guī)模定制的需要，并且供應(yīng)鏈成員的收益會隨市場需求微小的變化產(chǎn)生巨大的波動。另一方面，簡單的將BOM拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的節(jié)點替換成企業(yè)，則將產(chǎn)品與企業(yè)間默認(rèn)為“一對一”的關(guān)系，這也是不符合實際情況的。

因此，站在供應(yīng)鏈合作伙伴選擇的角度，基于GBOM可以構(gòu)建更加理想供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)。假設(shè)包括市場需求終端在內(nèi)，供應(yīng)鏈總層數(shù)為N，生產(chǎn)環(huán)節(jié)為前N-1層，則對應(yīng)的GBOM層數(shù)為N-1層。圖1是一個N=4的構(gòu)建供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的GBOM。

圖1 構(gòu)建供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的GBOM示意圖

圖1中，GBOM的第1層產(chǎn)品族數(shù)為7，第2層產(chǎn)品族數(shù)為4，第3層產(chǎn)品族數(shù)為1。圖中Puv表示第v層上的第u個產(chǎn)品族，P13是最終投向市場的產(chǎn)品族。圖 2是根據(jù)圖1中的GBOM構(gòu)建出的供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)，其并不是簡單地將圖1中的節(jié)點替換為成員企業(yè)，而是包含了層與層節(jié)點之間的“多對多”關(guān)系的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。顯然供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)中第1層的所有成員所能生產(chǎn)的產(chǎn)品集合就是GBOM第1層所有產(chǎn)品族的并集，且供應(yīng)鏈第1層的每個成員所能生產(chǎn)的產(chǎn)品均為該層BOM的子集。同樣，供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)與GBOM 其他層也有類似的對應(yīng)關(guān)系。

圖2 由GBOM構(gòu)建的供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)示意圖

1.2 基于GBOM的供應(yīng)鏈合作伙伴選擇

目前，供應(yīng)鏈合作伙伴的選擇方法大致分為三類。第一類是出于經(jīng)濟(jì)方面考慮，包括采購成本法和ABC法。第二類方法需要建立指標(biāo)體系，如線性加權(quán)法，模糊評價，群決策，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法。第三類是模擬自然界的選擇的方法如遺傳算法等。

由于這些方法都存在一定的局限性，各有適用條件，并且沒能突出產(chǎn)品配置設(shè)計上的優(yōu)化以及滿足大規(guī)模定制的需求。因此本文試圖基于GBOM來解決供應(yīng)鏈合作伙伴選擇的問題。具體來講，為了滿足大規(guī)模定制的需要，要從原材料到產(chǎn)品這一過程中所涉及的每個環(huán)節(jié)上選擇合適的成員組成具有競爭力的供應(yīng)鏈。每一個環(huán)節(jié)相當(dāng)于供應(yīng)鏈的一個層次，而為控制成本和增強(qiáng)企業(yè)間的信任，強(qiáng)調(diào)供應(yīng)鏈之間的合作，每層次上加入的企業(yè)往往是有限的。而候選的企業(yè)的數(shù)量之多、企業(yè)產(chǎn)品種類的差異、同一產(chǎn)品的成本的不同等使得供應(yīng)鏈伙伴的選擇變得十分復(fù)雜。本文所討論的問題就是，如何在各層的候選企業(yè)中選出既定數(shù)量的企業(yè)以及安排生產(chǎn)，使得既能滿足產(chǎn)品族的GBOM結(jié)構(gòu)，又使供應(yīng)鏈整體收益最高。

2 基于GBOM的供應(yīng)鏈伙伴選擇模型

2.1 模型假設(shè)

為了方便建立數(shù)學(xué)模型描述基于GBOM的供應(yīng)鏈合作伙伴選擇問題，本文做出以下假設(shè)：

(1)存在有權(quán)選擇企業(yè)，并能協(xié)調(diào)整個供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)有效運作的核心成員；

(2)每層企業(yè)可生產(chǎn)多種產(chǎn)品，其產(chǎn)品集合是本層BOM的一個子集，不同企業(yè)生產(chǎn)的同一產(chǎn)品成本有差異；

(3)每層企業(yè)可向多個下游企業(yè)供應(yīng)配件或產(chǎn)品，每個企業(yè)也能從多個上游企業(yè)采購產(chǎn)品，不同企業(yè)采購?fù)划a(chǎn)品的價格有差異；

(4)所有候選企業(yè)均有生產(chǎn)能力上限；

(5)候選企業(yè)的生產(chǎn)能力可相互轉(zhuǎn)化，總生產(chǎn)能力可通過標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)能力來反映；

(6)每個企業(yè)總是在生產(chǎn)能力范圍內(nèi)，按照其下游企業(yè)的需求安排生產(chǎn)的；

(7)不同企業(yè)生產(chǎn)同種產(chǎn)品的工藝、技術(shù)無差異，用于裝配的配件種類和數(shù)量也一致。

2.2 符號說明

n：供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)層次編號，n=1,2,…N。

Nn：供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)第n層候選企業(yè)數(shù)。

Nn'：供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)第n層計劃選擇企業(yè)數(shù)。

i：供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)各層中候選企業(yè)的編號，i=1,2,…N。

En,i：供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)第n層中編號為的候選企業(yè)被選中情況，其中En,i=1表示被選中；En,i=0表示未被選中。

NEn,i：企業(yè)En,i能生產(chǎn)的產(chǎn)品種類數(shù)。

En,i,j：企業(yè)En,i生產(chǎn)的j產(chǎn)品。

δEn,i：企業(yè)En,i生產(chǎn)能力上限。

γEn,i：企業(yè)En,i生產(chǎn)j產(chǎn)品的生產(chǎn)能力標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)。

τEn,i,j,En+1,i',j'： 企業(yè) En,i生產(chǎn) j產(chǎn)品向企業(yè) En+1,i'生產(chǎn)的 j'產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化率。

2.3 模型構(gòu)建

根據(jù)前面對問題的分析，建立數(shù)學(xué)模型如下：

其中，式(1)為目標(biāo)函數(shù)，表示所選的企業(yè)組成的供應(yīng)鏈利益最大化；式(2)表示企業(yè)選中后，向下游企業(yè)提供產(chǎn)品的總量經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化后不超過其生產(chǎn)能力；式(3)表示任一企業(yè)向其上游企業(yè)采購的產(chǎn)品，所能生產(chǎn)的最大產(chǎn)品量不能超出其生產(chǎn)能力上限；式(4)表示除第1層外，任一企業(yè)只有從上游企業(yè)引進(jìn)了足夠原料才可以向其下游企業(yè)供應(yīng)足夠的產(chǎn)品；式(5)表示供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)總是在各企業(yè)生產(chǎn)能力范圍內(nèi)盡可能滿足市場需求；式(6)表示每層所選企業(yè)個數(shù)不超過計劃選取數(shù)。

2.4 模型求解

該模型屬于混合整數(shù)規(guī)劃，當(dāng)規(guī)模較小的時候，可用分支定界法求解，但當(dāng)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)層次較多，各層候選企業(yè)較多以及GBOM結(jié)構(gòu)復(fù)雜時，可采用啟發(fā)式算法進(jìn)行求解。本文采用遺傳算法進(jìn)行求解[10]。

表1 候選工廠相關(guān)數(shù)據(jù)表

表2 終端制造商相關(guān)數(shù)據(jù)表

表3 客戶需求相關(guān)數(shù)據(jù)表

(1)用染色體表示各個供應(yīng)鏈合作伙伴被選中情況，并采用二進(jìn)制進(jìn)行編碼，其中0表示候選企業(yè)未被選中，1表示候選企業(yè)被選中。

表4 候選原材料供應(yīng)商相關(guān)數(shù)據(jù)表

(2)產(chǎn)生一組初始解，用來組成一定規(guī)模的初始種群。

(3)計算每個染色體對應(yīng)的適應(yīng)度函數(shù)值。這里的適應(yīng)度函數(shù)為供應(yīng)鏈整體利益最大函數(shù)，即模型的目標(biāo)函數(shù)。其計算可先將選中企業(yè)數(shù)據(jù)帶入，計算非整數(shù)要求下，即松弛模型的生產(chǎn)計劃，若無解，則該染色體為非可行解。若有最優(yōu)解，則對最優(yōu)解進(jìn)行向下取整，并根據(jù)選中各企業(yè)的剩余產(chǎn)能和未達(dá)到的產(chǎn)能進(jìn)行微調(diào)，最后得出適應(yīng)度函數(shù)值。

(4)按適應(yīng)度函數(shù)值大小對染色體進(jìn)行重新排序，并采用輪盤賭法則選擇染色體。

(5)對選中的染色體進(jìn)行交叉操作。

(6)基于一定概率對交叉后的染色體進(jìn)行變異操作，然后計算對應(yīng)的適應(yīng)度函數(shù)值，替換原染色體，對種群進(jìn)行更新。

(7)達(dá)到預(yù)先設(shè)定的進(jìn)化次數(shù)后，停止運算，輸出最優(yōu)結(jié)果。

3 應(yīng)用算例

本文沿用圖1所示GBOM結(jié)構(gòu)，設(shè)計了四層供應(yīng)鏈合作伙伴選擇的算例，供應(yīng)鏈第1層為原材料供應(yīng)商，有8個候選企業(yè)；第2層為工廠，有6個候選企業(yè)；第3層為終端制造商。其相關(guān)數(shù)據(jù)見表1～7，費用單位均為元，產(chǎn)品(配件)數(shù)量單位為個?，F(xiàn)在要從中選擇2個原材料供應(yīng)商，2個工廠成為供應(yīng)鏈合作伙伴。等例求解結(jié)果見圖3。

4 結(jié)論

表5 標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)表

本文討論了大規(guī)模定制需求下的基于GBOM的供應(yīng)鏈合作伙伴的選擇方法，為企業(yè)如何既滿足多變的需求，又降低供應(yīng)鏈運行成本，使供應(yīng)鏈?zhǔn)找孀畲筇峁┝藚⒖挤椒?。但這種基于GBOM 構(gòu)建的供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)，也有一定的局限性。其在某種意義上還只是選擇理想供應(yīng)鏈合作伙伴的必要條件，事實上，在選擇供應(yīng)鏈合作伙伴時還有許多指標(biāo)需要評價，進(jìn)一步的研究可將基于GBOM構(gòu)建的供應(yīng)鏈合作效益作為其中的一個指標(biāo)，綜合考慮GBOM的產(chǎn)品配置設(shè)計和其他重要指標(biāo)，選擇一組整體上相對較優(yōu)的供應(yīng)鏈合作伙伴。

表6 產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率表

表7 標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)表

圖3 算例求解結(jié)果

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