基于動態(tài)規(guī)劃的供應鏈協(xié)同開發(fā)產(chǎn)品可靠性研究

尤妙娜，羅如學

（廣東海洋大學寸金學院，廣東 湛江 524094）

基于動態(tài)規(guī)劃的供應鏈協(xié)同開發(fā)產(chǎn)品可靠性研究

尤妙娜，羅如學

（廣東海洋大學寸金學院，廣東 湛江 524094）

針對供應鏈制造商與供應商之間的節(jié)點企業(yè)，利用供應鏈企業(yè)之間的合作機制協(xié)同開發(fā)產(chǎn)品，基于動態(tài)規(guī)劃的方法，研究供應鏈協(xié)同開發(fā)的產(chǎn)品可靠性。以供應鏈企業(yè)協(xié)同合作各方的產(chǎn)品開發(fā)技術能力為基礎，運用動態(tài)規(guī)劃的方法對供應鏈企業(yè)協(xié)同開發(fā)的產(chǎn)品可靠性進行了探討。理論研究和數(shù)值模擬結果表明：供應鏈協(xié)同開發(fā)能力提升，產(chǎn)品可靠性較高；但是隨著協(xié)同企業(yè)數(shù)量達到一定的程度，協(xié)同開發(fā)能力在達到峰值后，反而降低，而開發(fā)成本也增加。

動態(tài)規(guī)劃；供應鏈協(xié)同開發(fā)；產(chǎn)品可靠性；開發(fā)成本

1 引言

隨著社會的發(fā)展，人們對產(chǎn)品的要求越來越高，產(chǎn)品復雜性增加，產(chǎn)品更新的平均時間也越來越短，企業(yè)必須以更優(yōu)質、更有競爭力的產(chǎn)品去爭取客戶。在推出新產(chǎn)品的時間上，周期要求更短、更快捷。企業(yè)要更好地滿足社會的需要，就必須在供應鏈管理模式下，發(fā)揮供應鏈的價值及其特有的優(yōu)勢。供應鏈企業(yè)協(xié)同開發(fā)產(chǎn)品的價值和優(yōu)勢在于使各個節(jié)點企業(yè)密切配合、各程序無縫對接。

從供應鏈管理的產(chǎn)生看，供應鏈本身就是一條廣義的價值鏈，協(xié)調供應鏈上各個節(jié)點企業(yè)之間的優(yōu)勢，加強供應鏈節(jié)點企業(yè)之間的合作，使得供應鏈企業(yè)能夠充分利用供應商的技術能力和設計資源優(yōu)化產(chǎn)品開發(fā)和設計過程，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，提高供應鏈企業(yè)運作的效能和產(chǎn)品質量，使供應鏈企業(yè)的核心競爭力得到進一步提升，使供應鏈整體價值和利潤實現(xiàn)最大化，并進一步加強供應鏈企業(yè)的戰(zhàn)略合作伙伴關系[1-2]。

協(xié)同的概念是1965年H.伊戈爾.安索夫在《公司戰(zhàn)略》一書中首次提到的，1996年Jim Hepplemann提出以人為本的協(xié)同工作，同時認為這將成為今后衡量企業(yè)是否真正具有競爭力的核心，指出協(xié)同的最基本含義是多人、多部門相互配合完成同一目標，并明言這將成為今后衡量企業(yè)競爭力的核心指標。供應鏈協(xié)同概念出現(xiàn)后，許多學者圍繞供應鏈協(xié)同進行有意義的研究。Heather(2001)認為,供應鏈的協(xié)同包括內部協(xié)同和外部協(xié)同[3]。朱曉寧等[4]建立了供應商與制造商協(xié)同進行產(chǎn)品設計與開發(fā)模型。黃敏鎂[5]提出了供應鏈協(xié)同產(chǎn)品開發(fā)合作機制。Chu-Hua Kuei等[6]提出供應鏈質量的驅動力包括五種驅動因素。紀雪洪等[7]提出產(chǎn)品模塊化與供應鏈協(xié)同設計決策。齊旭高等[8]認為制造業(yè)供應鏈協(xié)同產(chǎn)品創(chuàng)新影響因素較多，提出識別供應鏈協(xié)同產(chǎn)品創(chuàng)新影響因素是提高供應鏈協(xié)同產(chǎn)品創(chuàng)新管理效率的關鍵。肖群和馬士華[8]主要討論信息共享的供應商協(xié)同產(chǎn)品設計機制。王丹萍等[9]提出考慮供應鏈設計的產(chǎn)品族配置優(yōu)化中產(chǎn)品族的模塊配置與供應鏈設計是主從關聯(lián)的問題。齊旭高等[10]研究了供應鏈協(xié)同產(chǎn)品創(chuàng)新收益分配。R.Gbasto等[11]提出供應鏈質量建模對供應鏈質量控制的重要作用，并指出供應鏈質量控制的影響因素。

從上述研究文獻可以看出，基于供應鏈協(xié)同的概念和內涵、供應鏈協(xié)同管理與策略以及供應鏈協(xié)同的產(chǎn)品質量控制方法等方面的成果較多，但較少涉及產(chǎn)品的開發(fā)，特別是在供應鏈協(xié)同開發(fā)的產(chǎn)品可靠性方面的研究文獻較少。因此，本文嘗試運用動態(tài)規(guī)劃的方法，利用多階段決策條件，將產(chǎn)品開發(fā)視為多個階段，供應鏈企業(yè)協(xié)同開發(fā)產(chǎn)品，基于各供應鏈企業(yè)的技術能力系數(shù)，測算供應鏈企業(yè)協(xié)同程度對所開發(fā)的產(chǎn)品可靠性的影響。

2 動態(tài)規(guī)劃

動態(tài)規(guī)劃（Dynamic Programming，DP）是20世紀50年代由美國數(shù)學家R.Bellman)提出的，是現(xiàn)代企業(yè)管理中的一種重要決策方法。其決策是將時間和過程的順序分解成若干個相互聯(lián)系的階段，在每個階段都要做出決策，由全部過程的決策形成一個決策序列，并得出決策總結果。其數(shù)學定義為：

由于每個階段的決策可有多種方案選擇，從而形成多種決策策略。根據(jù)決策過程的時間參量是離散的還是連續(xù)的，可以分為離散型和連續(xù)型。

在產(chǎn)品研究過程中，將所要開發(fā)的產(chǎn)品分成幾個模塊，并將不同的模塊設定為不同的階段，各個模塊的設計與開發(fā)既不相互干擾，但是又相互依存，采用動態(tài)規(guī)劃方法對供應鏈協(xié)同開發(fā)產(chǎn)品可靠性進行研究。

隨著科學技術的發(fā)展，現(xiàn)代產(chǎn)品越來越復雜，所以產(chǎn)品的可靠性受到了人們的廣泛重視，所以要提高產(chǎn)品的設計與開發(fā)的可靠，供應鏈企業(yè)之間只有協(xié)同開發(fā)，才能確保產(chǎn)品質量的可靠性。

定義2 多階段決策問題，就是要在允許選擇的那些策略中，選擇出一個最優(yōu)策略，使在預定的標準下，達到最好效果。確定狀態(tài)最優(yōu)策略后得到的指數(shù)函數(shù)數(shù)值，其對應階段的子策略效益量度則為最優(yōu)函數(shù)（Optimal function）。在求出了決策集合中的一組最優(yōu)決策是則 fk最優(yōu)函數(shù)值僅依賴于初始狀態(tài)Sk，記為optfk(Sk)，opt是optmization（最優(yōu)化）的縮寫，以下用*表示最優(yōu)化，依具體問題可表示為min或max?？赏茖С鲆话愕倪f推關系式：

3 基于動態(tài)規(guī)劃的產(chǎn)品協(xié)同開發(fā)可靠性模型

下面主要基于動態(tài)規(guī)劃，建立產(chǎn)品協(xié)同開發(fā)的可靠性模型，以某一目標產(chǎn)品為分析對象，將該產(chǎn)品的結構分成幾個組合模塊，將每個模塊視為一個階段，并要求實現(xiàn)可靠性最大化，由公式（2）可得到：

將所要協(xié)同開發(fā)的產(chǎn)品分為n個模塊，這n個模塊由n個開發(fā)企業(yè)牽頭進行開發(fā)，不同的企業(yè)開發(fā)能力不同，企業(yè)開發(fā)能力則表現(xiàn)為其成果的可靠性，用技術能力系數(shù)表示，能力系數(shù)設為τi(i=1,2,…,n)；供應鏈企業(yè)根據(jù)其能力系數(shù)及開發(fā)的需要與其它企業(yè)協(xié)同，協(xié)同開發(fā)企業(yè)的總數(shù)值為A，設xi(i=1,2,…)表示i協(xié)同企業(yè)數(shù)量，協(xié)同開發(fā)總費用為B。

相關變量和函數(shù)定義：

xi：第i個開發(fā)企業(yè)所承擔的產(chǎn)品開發(fā)占比；

Ri：第i個開發(fā)企業(yè)需要與相關企業(yè)進行協(xié)同的企業(yè)數(shù)量（含開發(fā)企業(yè)本身）；

τi：第i個開發(fā)企業(yè)所負責開發(fā)產(chǎn)品的可靠性；

ai：第i個開發(fā)企業(yè)所負責開發(fā)產(chǎn)品的費用；

vi(xi,ui)=1-(1-ci)ui：階段指標函數(shù)；

xi+1=xi-ui：狀態(tài)轉移方程。

根據(jù)上述分析及開發(fā)要求建立如下數(shù)學模型：

4 數(shù)值分析

下面將進一步通過數(shù)值分析來驗證以上所提出模型的有效性。

假設供應鏈企業(yè)n=5參與產(chǎn)品協(xié)同開發(fā)，其技術能力系數(shù)τ1=0.9,τ2=0.8,τ3=0.7,τ4=0.6,τ5=0.5。

當其他參數(shù)不變時，我們將協(xié)同企業(yè)數(shù)分別取1到5，用MATLAB軟件求出產(chǎn)品可靠性maxz和協(xié)同企業(yè)數(shù)與產(chǎn)品可靠性關系趨勢圖，結果見表1、圖1。

由表1可知，為了研究企業(yè)科研能力與產(chǎn)品開發(fā)協(xié)同的關系，在供應鏈企業(yè)協(xié)同開發(fā)產(chǎn)品的過程中，隨著供應鏈企業(yè)之間協(xié)同數(shù)的增加，產(chǎn)品的可靠程度越高，則產(chǎn)品的可靠性越高，協(xié)同程度與可靠性呈正比關系。由圖1可以看出，隨著供應鏈企業(yè)協(xié)同數(shù)的增加，雖然產(chǎn)品的可靠性不斷地增加，但是其增量則逐漸減少。

由此可見，供應鏈企業(yè)協(xié)同開發(fā)產(chǎn)品，將會大大提升產(chǎn)品開發(fā)能力，并提高協(xié)同開發(fā)產(chǎn)品的可靠性，但是隨著協(xié)同企業(yè)數(shù)的增加，其邊際效用會逐漸減少；當協(xié)同企業(yè)數(shù)增加到一定程度，邊際效用將迅速減少，甚至會出現(xiàn)負效用。

當其他參數(shù)不變時，分別對能力系數(shù)τ1=0.9、τ5=0.5和τ3=0.7的企業(yè)進行測算，對協(xié)同企業(yè)數(shù)分別取1到5時，用MATLAB軟件求出產(chǎn)品可靠性maxz，并得出協(xié)同企業(yè)數(shù)與產(chǎn)品可靠性關系趨勢圖，結果見表2-表4和圖2。

表1 供應鏈企業(yè)協(xié)同數(shù)與產(chǎn)品可靠性趨勢表

圖1 協(xié)同企業(yè)數(shù)與產(chǎn)品可靠性關系趨勢圖

表2 能力系數(shù)τ1=0.9的協(xié)同企業(yè)數(shù)變化趨勢表

表3 能力系數(shù)τ5=0.5的協(xié)同企業(yè)數(shù)變化趨勢表

表4 能力系數(shù)τ3=0.7的協(xié)同企業(yè)數(shù)變化趨勢表

圖2 不同能力系數(shù)τ協(xié)同企業(yè)數(shù)的趨勢圖

比較表2-表4和圖2可得，其它能力系數(shù)項不變的情況下，當其中一個能力系數(shù)的開發(fā)協(xié)同企業(yè)數(shù)增加時，供應鏈協(xié)同企業(yè)數(shù)與產(chǎn)品的可靠性之間呈正比關系。但是，當企業(yè)的開發(fā)能力系數(shù)越小，則其協(xié)同企業(yè)數(shù)增加所帶來的產(chǎn)品可靠性增加值比能力系數(shù)較大的協(xié)同開發(fā)企業(yè)增加程度更大，即企業(yè)的技術能力越低，則協(xié)同開發(fā)帶來的能力系數(shù)的增加越明顯。

在考慮開發(fā)成本的條件下，由于企業(yè)協(xié)同數(shù)量與產(chǎn)品開發(fā)成本成正比關系，隨著企業(yè)協(xié)同數(shù)量的增加，開發(fā)成本也會增加。

由此可見，企業(yè)技術能力越弱，協(xié)同開發(fā)越能夠提升其開發(fā)能力，從而更有利于提升產(chǎn)品的可靠性。

5 結語

本文主要探討在供應鏈管理模式下，以供應鏈企業(yè)協(xié)同開發(fā)產(chǎn)品的可靠性為研究主線，基于離散動態(tài)規(guī)劃，將開發(fā)的目標產(chǎn)品分為多階段，供應鏈制造商與供應商之間的節(jié)點企業(yè)利用相互之間的合作機制協(xié)同開發(fā)產(chǎn)品。由于供應鏈企業(yè)的技術能力參差不齊、開發(fā)產(chǎn)品的可靠性不確定等因素，通過對模型進行數(shù)值分析驗證結果表明，企業(yè)協(xié)同開發(fā)有利于提升企業(yè)的技術能力系數(shù)，進而提高協(xié)同開發(fā)產(chǎn)品的可靠性。

通過數(shù)據(jù)測算分析，當其它能力系數(shù)項不變，其中一個能力系數(shù)的開發(fā)協(xié)同企業(yè)增加時，供應鏈協(xié)同企業(yè)數(shù)與產(chǎn)品的可靠性之間呈現(xiàn)正比關系；企業(yè)的開發(fā)能力系數(shù)越小，則其協(xié)同企業(yè)數(shù)增加，所帶來的產(chǎn)品可靠性增加值比能力系數(shù)較低的協(xié)同開發(fā)企業(yè)增加程度更大，即企業(yè)的技術能力越低，則協(xié)同開發(fā)帶來的能力系數(shù)增加使產(chǎn)品可靠性增加越明顯。

因此，在供應鏈企業(yè)協(xié)同開發(fā)產(chǎn)品的過程中，企業(yè)科研能力與產(chǎn)品開發(fā)協(xié)同程度呈正比關系，供應鏈企業(yè)之間協(xié)同程度越高，則產(chǎn)品的可靠性越高，協(xié)同程度與可靠性呈正比關系；但是隨著協(xié)同企業(yè)數(shù)的增加，其邊際效用會逐漸減少；當協(xié)同企業(yè)數(shù)增加到一定程度，供應鏈協(xié)同數(shù)量到一定程度，再繼續(xù)增加則開發(fā)能力將逐漸降低、開發(fā)成本增加，顯然，其協(xié)同效果并不明顯，所以供應鏈協(xié)同企業(yè)的數(shù)量應控制在一定的合理范圍內。

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Study on Reliability of Supply Chain Collaborative Product Development Based on Dynamic Planning

You Miaona,Luo Ruxue
(Guangdong Ocean University Cunjin College,Zhanjiang 524094,China)

In this paper,using the methodology of dynamic planning,we studied the reliability of supply chain collaborative product development.On the basis of the technical competence of product development of the various parties to the supply chain collaboration,we applied dynamic planning in a theoretical research and numerical simulation to find that the reliability of the product would rise with the collaborative product development competence of the supply chain but only before the latter reached its peak,after which,the reliability of the product developed would lowered and still worse,the development cost would rise.

dynamic planning;supply chaincollaborative development;productreliability;developmentcost

F274;F224.0

A

1005-152X(2017)01-0158-04

10.3969/j.issn.1005-152X.2017.01.034

2016-05-03

湛江市哲學社會科學規(guī)劃項目“‘一帶一路’戰(zhàn)略下湛江區(qū)域物流中心構建研究”

尤妙娜（1979-），女，廣東湛江人，廣東海洋大學寸金學院講師，研究方向：物流管理、管理科學；羅如學（1976-），男，通訊作者，廣東湛江人，廣東海洋大學寸金學院講師，研究方向：物流與供應鏈管理、管理科學。