供應(yīng)鏈風險傳播BSR-RP模型仿真研究

趙 蒙，潘 堅

(中國航天系統(tǒng)科學與工程研究院，北京 100037)

0 引 言

隨著全球化進程的不斷加深，供應(yīng)鏈也面臨著全球化帶來的便利和挑戰(zhàn)，特別是由于供應(yīng)鏈的復(fù)雜性和不確定性進一步增加，供應(yīng)鏈面臨的風險與日俱增。在形成全球供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的大背景下，傳統(tǒng)的供應(yīng)鏈風險管理方法已經(jīng)不足以解決供應(yīng)鏈風險問題，需要結(jié)合計算機仿真技術(shù)，對供應(yīng)鏈的風險傳播情況進行仿真，探究供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)和供應(yīng)鏈要素對風險傳播的影響，明確風險傳播機理，進而實現(xiàn)對供應(yīng)鏈風險的控制。晏春平等建立了一種基于HLA的分布交互式供應(yīng)鏈仿真平臺，體現(xiàn)出了供應(yīng)鏈上企業(yè)的自主性特點[1]；Mizgier K J等研究了全球供應(yīng)鏈的風險敏感性，并提出了對多產(chǎn)品供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)品配置方法[2]；楊康等引入了SIS模型分析供應(yīng)鏈風險傳播閾值和擴散速度[3]；Azadeh等采用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法對供應(yīng)鏈上供應(yīng)商選擇進行了研究[4]；Zegordi等利用Petri網(wǎng)對供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)物流風險的跟蹤進行仿真[5]；辛玉紅等對風險傳導(dǎo)中的供應(yīng)鏈魯棒性進行了仿真[6]。除了對供應(yīng)鏈風險的總體研究外，王文利等對企業(yè)間信息共享風險進行了仿真，認為小世界型供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)上的企業(yè)信息共享風險更小[7]；錢奕凡等則對供應(yīng)鏈上企業(yè)間的信息共享過程進行了分析，認為控制共享風險可以增強企業(yè)間信息共享效率[8]。也有學者對不同產(chǎn)品的供應(yīng)鏈進行了細化研究，如田小意等針對通訊類電子商品進行了供應(yīng)鏈風險仿真[9]，雷勛平建立了決策模型，對國內(nèi)汽車制造業(yè)供應(yīng)鏈進行了風險評價[10]，李遠遠等基于ANP-Fuzzy模型對農(nóng)業(yè)供應(yīng)鏈進行了風險評價等[11]。

上述研究的內(nèi)容主要表現(xiàn)在供應(yīng)鏈設(shè)計、風險評估、組合優(yōu)化等項目，對風險在供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)中的傳播研究較少。文中針對供應(yīng)鏈上的風險，構(gòu)建能夠反映企業(yè)供應(yīng)鏈風險傳播特點的BSR-RP(breakout-susceptible-recovery-risk propagation)模型，并基于復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)視角，利用計算機仿真方法，進行多主體建模仿真，研究企業(yè)影響力、風險模糊度等要素對風險傳播的影響。

1 相關(guān)概念辨析

1.1 供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)及特性

供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)是圍繞核心企業(yè)，與其他企業(yè)通過信息流，物流，資金流等相連接，從原材料制成中間產(chǎn)品并組合為完整產(chǎn)品，最后通過銷售與消費者相連接的功能性網(wǎng)狀系統(tǒng)，具有復(fù)雜性、開放性、協(xié)調(diào)性、自適應(yīng)性[12]等特點。供應(yīng)鏈在實際運行中，并沒有改變企業(yè)在市場中的獨立法人屬性，也沒有消除潛在的利益沖突。

1.2 供應(yīng)鏈風險及特性

目前供應(yīng)鏈風險尚沒有統(tǒng)一定義，如馬士華從風險源角度將供應(yīng)鏈風險分為內(nèi)生風險和外生風險兩類[13]。丁偉東認為供應(yīng)鏈風險是種潛在的威脅，風險會利用供應(yīng)鏈系統(tǒng)的脆弱性，對供應(yīng)鏈系統(tǒng)造成破壞，給上下游企業(yè)以及整個供應(yīng)鏈帶來損害和損失[14]。文中將風險定義為供應(yīng)鏈上企業(yè)在生產(chǎn)經(jīng)營過程中，由于各種不確定因素產(chǎn)生影響，導(dǎo)致供應(yīng)鏈企業(yè)實際情況與預(yù)期情況偏離。

1.3 企業(yè)風險脆弱性

脆弱性一般指資產(chǎn)能被威脅利用的弱點，分為兩大類，即：資產(chǎn)本身的脆弱性和安全控制措施的不足。二者都是企業(yè)的自身特性，可以用來衡量企業(yè)抵抗風險的能力。在供應(yīng)鏈風險評估中關(guān)注的是企業(yè)風險脆弱性。脆弱性本身不引起風險，但正由于企業(yè)具有風險脆弱性的性質(zhì)，因此風險最終會產(chǎn)生和爆發(fā)。文中將風險脆弱性定義為企業(yè)易受到風險影響的程度。

1.4 風險模糊性

企業(yè)風險作為一種信息，具有信息模糊性特質(zhì)。信息模糊性用于表征不夠清晰的模糊測度。文中用風險初始模糊性和模糊程度下降參數(shù)表征風險模糊性。

1.5 風險傳播特性

風險在供應(yīng)鏈上的傳播與病毒傳播有相似性，表現(xiàn)在如下四個方面：

(1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

病毒在人類社會網(wǎng)絡(luò)或計算機網(wǎng)絡(luò)中進行傳播，其中個人和計算機單機作為節(jié)點，人與人的社會關(guān)系、計算機與計算機間的通訊連接作為邊。在供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)中，企業(yè)作為節(jié)點，企業(yè)間資金流、物資流、信息流作為邊。二者都具有類似的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

(2)存在主體。

與病毒傳播中作為存在主體的人類個體或計算機單機類似，供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的存在主體是企業(yè)。對每個企業(yè)而言，存在自身不同的戰(zhàn)略目標、利益訴求和管理方式，也存在風險控制能力的差異。與病毒傳播中的人類個體具有不同特性且免疫能力不同、計算機單機性能不同且防火墻性能不同類似，在存在主體上，風險在供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)中的傳播行為與病毒傳播有相似性。

(3)傳播過程。

在病毒的傳播中，病毒感染者將病毒傳播給與感染者產(chǎn)生接觸的人或計算機，實現(xiàn)了病毒傳播。在供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)中，風險爆發(fā)的企業(yè)會將風險傳遞給供應(yīng)鏈相連的企業(yè)，最終影響供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)。二者在傳播過程上表現(xiàn)出了相似性。

(4)傳播方向。

病毒在社會網(wǎng)絡(luò)或計算機網(wǎng)絡(luò)中的傳播呈無向的輻射狀；風險在供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)中的傳播也會將風險傳播給與其相鄰的上下游企業(yè)，最終呈現(xiàn)無向的輻射狀。因此，病毒和風險的傳播方向是相似的。

2 模型建立

主體是復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)中的研究對象，具有自主性、社會性、反應(yīng)性和主動性，能夠與其他主體、環(huán)境、信息等要素進行交流，并不斷適應(yīng)整個系統(tǒng)，改變自身結(jié)構(gòu)和行為。Choi T Y等指出，供應(yīng)鏈具有自組織、自適應(yīng)、擬均衡、協(xié)作演化、非線性變化等特點，需要將供應(yīng)鏈系統(tǒng)作為復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)(complex adaptive system，CAS)去研究和管理[15]。作為一種復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)，很難通過理論推導(dǎo)得出系統(tǒng)演化方程式，但復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)本身常常能夠達到類似的平衡狀態(tài)，因此通過計算機對系統(tǒng)中的每個主體進行定義，并設(shè)定簡單的演化規(guī)則，通過仿真實驗結(jié)果對系統(tǒng)的統(tǒng)計特性進行描述就很有必要。文中選擇多主體建模方法構(gòu)建仿真模型。

2.1 模型描述

隨著復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論和系統(tǒng)動力學理論研究的發(fā)展，出現(xiàn)了很多傳播模型，其中就包括SIR(susceptible-infected-removed)病毒傳播模型。文中在SIR模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合制造業(yè)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)特征，建立BSR-RP模型，對供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)中的風險傳播的機制和影響因素進行研究。BSR-RP模型中，主體是供應(yīng)鏈上的企業(yè)，主體間的邊代表主體間的資金流、物資流、信息流等。當某企業(yè)風險爆發(fā)時，風險會通過各類供應(yīng)關(guān)系傳導(dǎo)至其他企業(yè)。

在BSR-RP模型中，企業(yè)具有三種狀態(tài)：企業(yè)風險爆發(fā)(B)、企業(yè)易受風險影響(S)、企業(yè)已解決風險影響(R)。當風險從初始傳播源爆發(fā)后，通過計算傳播者對企業(yè)影響函數(shù)，將病毒傳染給與之相鄰的易受影響企業(yè)(S)，易受影響企業(yè)(S)一旦爆發(fā)風險，就會成為傳播源，但其本身有一定的抗風險能力和修復(fù)能力，通過計算其爆發(fā)閾值和自身狀態(tài)變化函數(shù)，企業(yè)有一定機會解決風險，成為解決風險影響的企業(yè)(R)，不會再被此風險影響，也不會將風險再次傳播。最終，易受影響企業(yè)數(shù)量會減為0，風險被解決。

2.2 模型假設(shè)

結(jié)合BSR-RP模型和供應(yīng)鏈特點，對模型做如下基本假設(shè)：

(1)每個企業(yè)i具有企業(yè)受到風險影響、企業(yè)未受風險影響、企業(yè)已解決風險影響三種狀態(tài)，但是在某一時刻，企業(yè)i只能呈現(xiàn)其中一種狀態(tài)。

(2)供應(yīng)鏈上爆發(fā)風險時，通過物資流、資金流、信息流的變化，對上下游企業(yè)都產(chǎn)生影響，故文中將供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)視為無向網(wǎng)絡(luò)。

(3)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)中的企業(yè)僅可能受到與其有相關(guān)關(guān)系的企業(yè)影響，即風險必須通過節(jié)點間相連的邊傳播。

2.3 主體屬性

作為供應(yīng)鏈風險傳播過程中的主體，企業(yè)和風險分別具有以下的性質(zhì)，見表1。

表1 主體屬性

2.3.1 企業(yè)屬性描述

狀態(tài)：Si(t)表示企業(yè)i在t時刻的狀態(tài)。其中Si(t)=1,0,-1分別表示企業(yè)風險爆發(fā)、企業(yè)易受風險影響、企業(yè)已解決風險影響三種狀態(tài)。

影響力：影響力代表了企業(yè)在供應(yīng)鏈中的地位，以及風險爆發(fā)時企業(yè)能夠影響的范圍，與相關(guān)聯(lián)企業(yè)的數(shù)量正相關(guān)。用Ini(t)表示企業(yè)i在t時刻的影響力大小。

風險脆弱性：由于不同企業(yè)的抗風險能力不同，其風險脆弱性并不相同。用Di(t)表示企業(yè)i在t時刻的風險脆弱性，其中Di(0)∈[0,1]。但隨著時間發(fā)展，企業(yè)會采取風險管理措施，使得企業(yè)的風險脆弱性下降。用式1表示為：

Di(t)=Di(0)-α1*(t-t0)

(1)

其中，Di(0)為企業(yè)風險脆弱性初始值，α1為常數(shù)，表示企業(yè)風險脆弱性的下降程度。

2.3.2 風險屬性描述

重要性：風險的重要性不能一概而論，用I(t)表示t時刻風險的重要程度，I(t)∈(0,1)。

模糊性：風險出現(xiàn)之初存在一定的模糊性，用A(t)表示風險在t時刻的模糊程度，A(t)∈(0,1)，隨著時間的推移，風險模糊程度隨之下降，用式(2)表示：

A(t)=A(0)-α2*(t-t0)

(2)

其中，A(0)為風險模糊性初始值，α2為常數(shù)，表示風險模糊性的下降程度。

傳播強度：表示風險在供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)中傳播速度的快慢，用式(3)表示：

CI(t)=β*I(t)A(t)

(3)

其中，β∈R+。

2.4 演化規(guī)則

在風險傳播過程中，傳播者對企業(yè)的影響情況與企業(yè)風險脆弱性和風險的傳播強度有關(guān)。t時刻傳播者i對企業(yè)j的影響函數(shù)為：

f(i,j,t)=a1Ini(t)+a2Dj(t)+a3CI(t)

(4)

其中，Ini(t)、Dj(t)、CI(t)分別為t時刻傳播者i的影響力，企業(yè)j的風險脆弱性和風險傳播強度，a1、a2、a3∈R+，且a1+a2+a3=1。

2.4.1 新被影響企業(yè)

當企業(yè)j是新受傳播者i的影響時，根據(jù)狀態(tài)變化閾值，企業(yè)j的狀態(tài)為：

若f(i,j,t)∈[0,θ)，則Sj(t)=0；

若f(i,j,t)∈[θ,1]，則Sj(t)=1。

其中，θ∈[0,1]。

2.4.2 已受影響企業(yè)

當企業(yè)j為已經(jīng)存在的易受到風險影響企業(yè)時，在受到傳播者i影響后，根據(jù)狀態(tài)變化閾值，其狀態(tài)為：

若f(i,j,t)∈[0,λ)，則Sj(t)=-1；

若f(i,j,t)∈[λ,μ)，則Sj(t)=0；

若f(i,j,t)∈[μ,1]，則Sj(t)=1。

其中，λ、μ∈[0,1]。

2.4.3 企業(yè)自身狀態(tài)變化

企業(yè)在不受其他企業(yè)影響的情況下，其狀態(tài)會隨著自身風險脆弱性下降和風險傳播強度的變化而變化。企業(yè)j狀態(tài)轉(zhuǎn)變函數(shù)為式(5)：

f(j,t)=a4Dj(t)+a5CI(t)

(5)

若f(j,t)∈[0,η1)，令Sj(t)=-1；

若f(j,t)∈[η1,η2)，令Sj(t)=0；

若f(j,t)∈[η2,1]，令Sj(t)=1。

a4、a5∈R+且a4+a5=1，η1、η2∈[0,1]且η1<η2。

全過程如圖1所示。

圖1 企業(yè)風險傳播仿真算法流程

3 仿真分析

3.1 參數(shù)設(shè)置

研究表明具有若干家強勢企業(yè)的供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)形式一般是小世界網(wǎng)絡(luò)。因此文中構(gòu)建供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)為小世界網(wǎng)絡(luò)。設(shè)置參數(shù)如下：網(wǎng)絡(luò)規(guī)模為300，重連概率為0.25，平均度為6。

在風險的相關(guān)參數(shù)設(shè)置中，將風險重要性設(shè)為0.9，風險模糊性初值設(shè)為0.9，模糊程度遞減參數(shù)設(shè)為0.04，脆弱性遞減參數(shù)設(shè)為0.1；在風險傳播強度的計算中，權(quán)重β取1；在傳播者對企業(yè)影響函數(shù)計算中，設(shè)置傳播者i的影響力權(quán)重為0.3，企業(yè)j風險脆弱性權(quán)重為0.3，風險傳播強度影響權(quán)重為0.4；在企業(yè)狀態(tài)轉(zhuǎn)變函數(shù)計算中，設(shè)置企業(yè)風險脆弱性權(quán)重為0.5，風險傳播強度影響權(quán)重為0.5。

各狀態(tài)改變界限θ、λ、μ、η1、η2分別設(shè)為0.7、0.4、0.7、0.45、0.75。

3.2 影響因素分析

3.2.1 總體趨勢

在仿真平臺上運行模型，各類型企業(yè)數(shù)量在仿真過程中的變化如圖2所示，從上到下分別為企業(yè)風險爆發(fā)、企業(yè)易受風險影響、企業(yè)已解決風險影響、風險波及的全部企業(yè)數(shù)量。從圖中可以看出風險爆發(fā)的企業(yè)數(shù)量最高值為33，而最終波及到的供應(yīng)鏈企業(yè)數(shù)量達到120?？梢钥吹?，即使企業(yè)存在一定的解決風險能力，但供應(yīng)鏈上任何一家企業(yè)爆發(fā)風險后，都會引發(fā)風險在供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)中的傳播和擴散。

圖2 風險傳播總體趨勢

3.2.2 企業(yè)影響力

在供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)中，存在著核心的企業(yè)，其影響力比供應(yīng)鏈上其他企業(yè)影響力更大。文中設(shè)置傳播源的初始影響力為10和50，其他參數(shù)設(shè)置不變，來考察企業(yè)影響力在供應(yīng)鏈風險傳播中所起的作用。在仿真平臺上運行模型，各類型企業(yè)數(shù)量在仿真過程中的變化如圖3、圖4、圖5所示。

圖3 企業(yè)數(shù)量變化(初始傳播源企業(yè)影響力為10)

圖4 企業(yè)數(shù)量變化(初始傳播源企業(yè)影響力為50)

圖5 風險爆發(fā)企業(yè)數(shù)量對比

由圖3、圖4、圖5可知，風險傳播趨勢是一致的。但由于企業(yè)影響力變大，風險傳播的范圍在不斷擴大，最終風險波及企業(yè)數(shù)量達到271，且風險爆發(fā)企業(yè)數(shù)量最多達98。高影響力的企業(yè)爆發(fā)風險也加速了風險擴散，在更短的時間步長內(nèi)風險擴散達到最大值。

3.2.3 風險模糊程度

調(diào)整風險模糊度遞減參數(shù)為0.08，研究風險模糊度下降速度對供應(yīng)鏈風險傳播的影響。在仿真平臺上運行模型，各類型企業(yè)數(shù)量在仿真過程中的變化如圖6所示。

由圖6可知，風險爆發(fā)企業(yè)數(shù)量最高為7，最終風險波及企業(yè)數(shù)量為101，與調(diào)整前的運行結(jié)果(圖3)相比，風險傳播周期縮短了2個時間步長，風險波及范圍也減小?？梢钥闯鲲L險模糊程度對風險傳播有一定影響，能夠降低風險模糊程度，可以在控制風險傳播過程中起關(guān)鍵作用。

調(diào)整風險初始模糊程度為0.5，研究風險初始模糊程度對供應(yīng)鏈風險傳播的影響。在仿真平臺上運行模型，各類型企業(yè)數(shù)量在仿真過程中的變化如圖7所示。

圖6 企業(yè)數(shù)量變化(風險模糊度遞減參數(shù)0.08)

圖7 企業(yè)數(shù)量變化(初始模糊程度調(diào)整為0.5)

由圖7可知，風險波及到的企業(yè)數(shù)量很少，為19家。模糊程度低的風險更難在供應(yīng)鏈中傳播。風險能夠傳播擴散，與其具有高不確定性相關(guān)，若能確定其風險，則風險在供應(yīng)鏈中能夠得到較好的解決，不容易傳播開來。

4 結(jié)束語

首先基于復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論構(gòu)建了BSR-RP供應(yīng)鏈風險傳播模型，對主體的屬性進行了描述，明確了主體間的交互規(guī)則；其次，在Netlogo軟件平臺上進行了建模仿真，通過模型中企業(yè)影響力、信息模糊程度等參數(shù)的變化，分析其對供應(yīng)鏈風險傳播的影響情況，得出如下結(jié)論：

(1)爆發(fā)風險的企業(yè)影響力越強，風險傳播波及的企業(yè)數(shù)量就越多，引起的其他企業(yè)爆發(fā)風險的可能性就越強，企業(yè)需要的解決風險的時間越長。因此，越是供應(yīng)鏈上的核心企業(yè)，越應(yīng)該完善風險處理機制，提高對風險處理能力，才能促進整個供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性提升。

(2)當風險爆發(fā)后，可以看出風險的模糊程度對風險傳播的范圍有重要影響。作為風險爆發(fā)企業(yè)應(yīng)當快速明確風險的類型和原因，降低風險模糊程度，這樣能夠?qū)︼L險在整個供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)上的傳播起到更好的控制作用。

(3)初始傳播源的風險爆發(fā)后，在較短的時間里就會引起其他企業(yè)的風險爆發(fā)。因此，企業(yè)的風險識別和防范尤為重要；在風險發(fā)生后，企業(yè)應(yīng)盡快解決風險，防止風險爆發(fā)對其他企業(yè)產(chǎn)生影響。

文中所開展的研究反映了風險在供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)中的傳播行為，并明確了供應(yīng)鏈中的一些要素對風險傳播的影響，但很多主體的要素仍需要進一步深化研究。如目前作為系統(tǒng)主體的企業(yè)的特性同質(zhì)化，節(jié)點狀態(tài)只有0、1、-1三種，受到的風險類型也是單一的。但在實際供應(yīng)鏈中，各企業(yè)在供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)中具有不同的風險管理水平(體現(xiàn)在應(yīng)對風險的演化規(guī)則中)，受風險影響后的處理方式和最終狀態(tài)也存在更進一步細分的可能(體現(xiàn)在主體狀態(tài)中)，風險也需要進一步劃分且存在風險間互相轉(zhuǎn)化的可能(包括資金風險、物流風險及風險之間的轉(zhuǎn)化等)。下一步工作可以在進一步細化主體屬性，建立更完善的演化規(guī)則，構(gòu)建符合實際情況的供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)模型方面進行探索。