多供应链间同级与非同级混合的多级双向跨链库存协作

颜 波，石 平

（华南理工大学 经济与贸易学院，广东 广州 510006）

一、引 言

随着市场竞争环境的变化，企业渐渐意识到仅仅依靠自身的资源很难在激烈的市场竞争中立于不败之地，市场竞争已经由企业与企业之间的竞争向供应链与供应链之间甚至是整个供应链网络与供应链网络之间的竞争发展。在基于中小微企业所组成的产业集群中形成了许多结构相同、平行的供应链。由于这种产业集群的产业相关性和地域临近性，以及位于集群中各企业之间的专业化分工和相互合作的特点，集群式供应链中的各链节企业同自身单链式供应链中的上下游企业之间存在竞合关系，位于不同单链式供应链上的同级或非同级的各链节企业之间也存在着跨链间的竞合关系，正是由于这些竞合关系的存在，集群企业能够更好地适应市场需求的变化，提高整个集群系统的效率［1-3］。

在集群系统还不够完善的背景下，为促进产业集群中各企业之间的库存协作与互补，减少产业集群中企业的库存成本，提高集群式供应链系统的顾客满足率，国内外很多学者进行了相关的研究。国外学者Tagaras和Vlachos［4］以及Chiu和Huang［5］对多级紧急库存互补进行了分析，但是这里的库存紧急补充泛指模糊化的外部来源，没有考虑紧急库存补充的任何外部约束。Braun和Rivera针对Intel公司产销链内的多个平行企业相互紧急库存互补的环境，运用模型预测控制（MPC）对各节点企业进行统一的订货决策，利用前、反馈控制提高了需求网络性能，这些性能最终在减弱牛鞭效应的同时也降低了安全库存水平，并提高了顾客满意度［6］。国内学者黎继子等研究了两单链的供应链跨链间库存应急互补，分析了跨链间库存协作的三种策略模型，即单链库存补充、跨链间的单边库存补充和跨链间的双边库存补充［7-8］。施国洪和钟颢利用系统动力学方法，分别对相同链节之间的库存互补模型和不同链节之间库存互补模型做了分析［11］。李柏勋和周永务以两条或多条由生产商、批发商和零售商组成的三级供应链为研究对象，分别建立了两条供应链背景下零售商、批发商和生产商各同级节点企业之间库存应急互补的系统动力学仿真模型，然后把两链间库存应急互补问题扩展到多供应链间的库存应急互补［12］。

本文从库存应急互补优化的角度出发，综合对比目前国内外学者在产业集群背景下集群式供应链多供应链间跨链库存协作方面的研究成果，考虑到产业集群网络系统中多供应链间跨链库存应急互补的实际运作情况，使得所建立的库存应急互补模型能够更加清晰地描述产业集群的运作实践，构建了产业集群中供应链网络系统的同级与非同级混合的多级双向跨链间库存应急互补模型，从而在理论的角度上将集群式供应链跨链间库存协作的研究向前推进了一步，同时也为产业集群中各节点企业之间库存应急互补的实践提供了一些决策依据及启示。

二、产业集群网络系统描述

总体上来看，产业集群网络系统是由多个平行的单链式供应链组合而成的网络状结构，并且每条供应链上的同级链节企业相互联系构成了相应的企业群，如制造商企业群、批发商企业群等。这个产业集群网络系统是在信息网络、物流网络以及动态竞合关系的基础上运行的，对市场需求具有非常敏捷的反应速度，其组织架构如图1所示。

图1 产业集群网络系统的组织架构图

每条供应链上的各链节企业以正常的供货方式为各自的下游成员企业提供货物，在各个不同的单条供应链中流动的货物是可以相互替代的，而且只有当市场需求变化导致一条供应链发生缺货而本条供应链的上游企业又不能够及时补货时，才会向另一条供应链上的同一链节的企业申请相应货物的应急补货。在多级的同级节点跨链间库存应急补货机制中，两条供应链上所有同级链节企业之间都能进行同链节的应急货物互补，当同级的链节企业出现缺货问题或者库存不足时，另一条供应链中的同级企业会尽量提供应急库存补充以保证整个产业集群网络系统的客户需求满意度，而且这种货物的应急补充是相互的，即所谓的双边互补。在多级的非同级节点跨链间库存应急补货机制中，两条供应链上所有应急货物的补充都是由发生缺货问题企业的上游企业在另一条供应链的同级企业来提供。当某一个链节企业出现缺货问题或者库存不足，就说明同一条供应链的上游企业已经无法提供库存补充，因此向另一条供应链的上游企业求助是一个比较好的选择。而另一条供应链的上游企业也会尽量提供应急库存补充以保证整个产业集群网络系统的客户需求满足率。相比多级的同级节点跨链间库存应急互补机制而言，多级的非同级节点跨链间库存应急互补机制更加容易得到应急库存补充，因为上游企业相比下游企业一般都会具有更大量的货物库存，而同级企业在规模差不多的情况下则很难实现大量的应急补货。

当供应链的某一个节点企业发生缺货时，一般是由于上游企业供给不足造成的，而这时候的库存应急补货只能由两个方向得到补充：一是向另一条供应链的同级链节企业发出应急补货请求，二是向另一条供应链的上游链节企业发出应急补货请求。这两个方向恰好是前面所讲到的两种库存应急补货机制，我们将这两种应急补货方式结合起来提出了一种新的集群式供应链跨链间库存协作方式，即多供应链间同级与非同级混合的多级双向跨链库存应急互补协作机制，具体的库存应急互补协作结构如图2所示。本文的多级双向跨链间库存应急互补协作机制同时考虑了同链节企业之间跨链应急补货和另一条供应链的上游链节企业对本条供应链下游缺货企业的应急补货，大大保证了整个产业集群网络系统的缺货补给，保证了整个产业集群网络系统的客户需求满足率，减少了整个集群系统的缺货损失。

图2 多供应链间同级与非同级混合的多级双向跨链库存应急互补结构图

根据图2可以看到集群式供应链中多供应链间同级与非同级混合的多级双向跨链库存应急互补协作机制的运作模式，但是仔细分析该库存应急互补协作机制的运作过程，会发现其中有两个最为关键的问题：①当另一条供应链上的批发商和零售商同时向本条供应链的批发商申请应急补货时，应该优先向谁发货；②当一条供应链的链节企业发生缺货时，优先向另一条供应链的同级企业申请应急补货还是优先向另一条供应链同级企业的上游企业申请应急补货。

上述两个关键问题的解决不仅是库存应急互补运作机制的关键，也是建模过程中逻辑关系建立的关键。以图2为例，当制造商2和批发商2同时缺货，由于批发商2是制造商2的主要需求者，如果制造商1补货给制造商2，制造商2也会将大部分或者全部货物供给批发商2，因此制造商1在满足自身需求的基础上应该优先向批发商2补货。当批发商1发生缺货的时候，首先向批发商2申请补给，如果批发商2满足不了批发商1的应急补货请求，则批发商1再向制造商2申请应急补货。因为同级批发商之间的联系比较紧密且小批量的应急库存互补在实际情况下也是经常会出现的，只有当应急库存补充量较大时才会向另一条供应链同级企业的上游制造商企业申请应急补货。

三、系统动力学模型的构建

按照上述系统的基本描述，运用系统动力学仿真软件Vensim进行建模。为了便于系统动力学模型的理解和建立，对模型中所涉及到的符号及其所代表的含义进行如下说明：

ERMXMY/ERMXWY：制造商X向制造商（批发商）Y的应急补货；

ERWXRY/ERRXRY：批发商（零售商）X向零售商Y的应急补货；

EINVMX/EINVWX/EINVRX：制造商（批发商、零售商）X的期望库存量；

INVMX/INVWX/INVRX：制造商（批发商、零售商）X的库存量；

DRMX/DRWX：制造商（批发商）X的发货率；

RRMX/RRWX/RRRX：制造商（批发商、零售商）X的收货率；

SRRX：零售商X的销售率；

ASLAERX：零售商X的平均销售率；

PRMX：制造商X的生产率；

ORDERWX/ORDERRX：批发商（零售商）X的订货量；

AORDERWX/AORDERRX：批发商（零售商）X的平均订货量；

SCRRX：供应链X的顾客需求满足率；

INVRMX/INVRWX/INVRRX：制造商（批发商、零售商）X的库存调节率；

IATMX/IATWX/IATRX：制造商（批发商、零售商）X的库存调节时间；

OSTWX/OSTRX：批发商（零售商）X的订货平滑时间；

SSTRX：零售商X的销售平滑时间；

EITMX/EITWX/EITRX：制造商（批发商、零售商）X的期望库存覆盖时间；

DELMX/DELWX/DELRX：制造商（批发商、零售商）X的生产（发货）延迟时间；

TINVDSC：两条供应链的总体库存量；

TINVSCX：供应链X的总体库存量；

TESTCX：供应链X的顾客需求函数。

（一）系统流图

根据前面一节的分析，运用系统动力学仿真软件Vensim绘制多供应链间同级与非同级混合的多级双向跨链库存应急互补协作机制的系统流图（见图3所示）。

图3 多供应链间同级与非同级混合的多级双向跨链库存应急互补系统流图

（二）系统内部因果关系动态分析

下面根据系统流图中各变量及变量之间的关系，构造多供应链间同级与非同级混合的多级双向跨链库存应急互补协作模型的动态方程（在系统动力学仿真软件Vensim上运行的DYNAMO语言方程）。

四、本文所构建的库存应急互补协作模型与已有模型仿真对比分析

综合分析比较目前国内外学者在集群式供应链中多供应链间跨链库存应急互补协作机制方面的研究成果，相对具有优越性的库存应急互补协作机制是多级的同级节点间库存应急互补和多级的非同级节点间库存应急互补这两种跨链间库存应急互补协作机制［8-12］。本文考虑到产业集群网络系统中多供应链间跨链库存应急互补协作的实际运作情况，考虑到更多的具体情境，使得所建立的库存应急互补模型能够更加清晰地描述产业集群网络系统库存协作的运作实践，在这里我们将本文所构建的多供应链间同级与非同级混合的多级双向跨链库存应急互补协作机制与前面两种已有的库存协作模型进行对比分析，证明本文所构建的库存应急互补协作机制更具优越性。

（一）模型初始参数设定

（1）每个链节企业的期望库存覆盖时间为1.5周；

（2）两条供应链中的顾客需求函数假定服从［50，100］的均匀分布；

（3）订货平滑时间从制造商、批发商到零售商依次为3周、2周、1周；

（4）库存调节时间从制造商、批发商到零售商依次为3周、2周、1周；

（5）生产（发货）延迟时间从制造商、批发商到零售商依次为3周、2周、1周；

（6）模型仿真模拟时间设定为100周，步长为1周；

（7）各个链节企业的初始期望库存量为200。

下面用系统动力学仿真软件Vensim对这三种跨链库存应急互补协作机制在相同的初始条件下进行模拟仿真，并根据三种模型的仿真结果，主要从顾客满足率、两条供应链的整体库存量以及应急补货量几个方面对三种库存应急互补协作机制进行对比分析。

（二）仿真结果对比分析

图4、图5和图6显示了100周的模拟仿真时间内两条供应链上的顾客满足率、库存量及需求状况的仿真结果。图4和图5分别是多供应链间多级同链节双向跨链库存应急互补模型和多供应链间多级非同级节点企业双向跨链库存应急互补模型的仿真结果，而图6则给出了本文所构建的多供应链间同级与非同级混合的多级双向跨链库存应急互补协作模型的模拟仿真结果。

图4 多供应链间同级的多级双向跨链库存应急互补模型仿真结果

图5 多供应链间非同级的多级双向跨链库存应急互补模型仿真结果

图6 多供应链间同级与非同级混合的多级双向跨链库存协作模型仿真结果

将用系统动力学仿真软件Vensim在三种不同的库存应急互补协作机制下模拟仿真得到的结果数据进行统计分析，计算出每种库存应急互补协作机制下集群式供应链系统的总体库存量和供应链1、供应链2的顾客满足率的平均值和方差如表1所示。

表1 三种模型下模拟仿真所得到的结果数据统计分析对比

通过对三种不同的库存应急互补协作机制进行模拟仿真所得到仿真图形的对比分析以及对仿真结果数据的统计对比分析，我们可以得出以下结论：①从顾客需求满足率的均值来看，多供应链间同级的多级双向跨链库存应急互补协作机制的顾客需求满足率明显低于本文所构建的多供应链间同级与非同级混合的多级双向跨链库存应急互补协作机制，并且前者供应链上顾客需求满足率的波动较大；②从顾客满足率的均值来看，本文所构建的同级与非同级混合的多级双向跨链库存应急互补协作机制的顾客满足率的均值要高于多级非同级跨链间库存应急互补协作机制，并且顾客满足率的方差也小于多级非同级跨链间库存应急互补协作机制；③从集群式供应链系统总体库存量的均值来看，本文所构建的跨链间库存协作机制下的总体库存量的均值要低于多级双向同链节跨链库存协作机制和多级双向非同级跨链库存协作机制，并且库存的方差也小于多级双向非同级跨链库存协作机制，说明本文所构建的跨链间库存协作机制不仅能减少整个集群系统的总体库存量，降低库存成本，还能使得库存量波动比较稳定，降低了库存管理的难度。

综上所述，本文所构建的多供应链间同级与非同级混合的多级双向跨链库存应急互补协作机制，一方面能够带来较高的顾客满足率，同时还能比较稳定地保持这种高水平的顾客满足率；另一方面能够降低整个集群系统的总体库存量，同时还能降低总体库存量的波动幅度，从而也降低了由于库存波动所带来的库存管理的难度。因此，无论是从顾客需求满足率还是从整个集群系统的总体库存量方面来考虑，本文所构建的多供应链间同级与非同级混合的多级双向跨链库存协作机制比目前已有的两种相对来说比较优越的跨链间库存应急互补协作机制更具优越性。

五、结束语

本文在研究过程中假设每条单链式供应链由一个制造商、一个批发商和一个零售商所组成，以两条单链式供应链的跨链间库存应急补充作为研究对象，以期对产业集群中集群式供应链网络系统的库存协作机制进行建模仿真。并且将本文所构建的多供应链间同级与非同级混合的多级双向跨链库存协作机制与目前已有的两种相对来说比较优越的跨链间库存协作机制进行了对比分析，证实了本文所构建的跨链间库存协作机制相对于目前国内外该领域已有的理论研究成果有了更进一步的提高，本文的研究是对集群式供应链跨链间库存应急互补领域已有研究的进一步扩展和深入。

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