机械设备供应商网络复杂性分析

颜继鹏 赵清华

摘要：为了提高制造企业对设备供应商的管理水平，提出了基于复杂网络理论的设备供应商网络分析方法。首先，将功能相对独立的设备子模块和设备供应商抽象为网络的节点，它们之间的关系抽象为边，构建了供应商网络。其次，定义了网络的相关度量指标，如度、介数等，作为网络分析得依据。最后，以数控加工中心为例，验证了本方法的可行性。

关键词：设备供应商；复杂网络；复杂性分析

中图分类号：F407文献标识码： A

Complexity Analysis of Mechanical Equipment Suppliers

Author

Abstract: In order to improve the management level of equipment suppliers, an analysis method of equipment suppliers based on complex network theory. Firstly, the supplier network is constructed, in which the nodes are abstracted from the equipment and suppliers and the edges are abstracted from the relationship between nodes. Then, some characters of network are defined, such as degree and betweenness. Finally, a NC is studied as an example to illustrate feasibility of the method.

Key Words: Equipment supplier; Complex network theory; Complexity analysis

引言

机械设备向着精密化、复杂化的角度发展，因此在设备制造过程中需要多家供应商协同参与，共同完成制造过程。如何充分利用外部资源，通过对供应商的整合来提高供应商管理水平，提升企业的整体效率、降低运行成本，对于企业发展具有重要意义。目前对于设备供应商管理的研究集中在供应商管理模式、管理绩效评价、管理策略和特定行业的应用研究等几个方面[1-4]。以上的研究多是着眼于整体供应链，从整体的角度构建、分析供应链的性能指标。从具体设备的角度出发，构建设备供应商网络，进行复杂性分析，对于精确控制设备供应商网络性能，提高设备设计制造过程可靠性，具有一定的意义。

设备供应商网络的构建

机械设备可以依据功能独立原则分解为多个相对独立的子模块。其中，一个子模块可以由多家供应商进行供应，一家供应商也可以提供多个子模块，因此供应商和设备模块可以形成一个网络，称之为设备供应商网络。

从复杂网络角度，网络可以表示为，其中表示网络内的节点，表示网络内的节点间的边，表示网络内的节点间边的权重[5]。下面将从这几个方面论述设备供应商网络的生成。

节点

网络中的节点有两类，设备节点和供应商节点。设备节点是指在制造过程中，对设备进行合理划分后得到的子单元，一般作为一个独立部分处理，比如机床的床身等。对于设备节点的划分层次有粗有细，取决于制造的实际需要，一般要考虑功能和结构正交的原则。供应商节点是指为设备节点提供设备的节点，是由实际供应商抽象而来的。一个供应商节点可以供应多个设备节点，同理，一个设备节点也可以由多个供应商节点进行供应。

边

边也有两类，设备节点间的边和设备节点与供应商节点间的边。设备节点间的边表示设备间的装配关系，而设备节点与供应商节点间的边则表示供应关系。目前没有考虑供应商之间的关系。

权重

本文中权重取0-1，即节点间有边的，权重为1，反之为零。

供应商网络构建方法

在获得网络的元素后，网络的构建可以根据如下顺序进行：

Step：1 对选定的设备依据功能独立原则进行分解，得到子模块；

Step：2为每个子模块分配合适的设备供应商；

Step：3 构建网络；

Step：4 检查网络。如果符合要求，则结束。否则转向Step1。

网络分析指标

从抽象网络的角度看，所有的网络都可以用一些特定的指标进行描述，如度、介数、聚集系数、平均聚集系数和鲁棒性等。通过这些指标可以反映网络的某些特性，为我们了解和改进网络性能提供帮助。

典型拓扑特性指标

拓扑指标是指描述网络自身特性的指标，对于复杂网络来说，一些指标是通用的，比如度、介数等。这些指标从不同的 角度描述了网络的特性，可以通过这些指标来发现和控制网络的质量，已达到提高供应商管理的目的。

表 1 复杂网络拓扑指标

指标名称 表达式 意义

度 网络中与该节点相连的节点的数目

介数 节点在网络中的重要性

聚集系数 量化网络中节点聚集成团的趋势

平均聚集系数 网络中所有节点的聚集系数的平均值

鲁棒性 网络中一个或数个节点发生随机故障或者遭受蓄意攻击后，网络仍能保持联通的特性

需要指出的是，上表中的意义是指节点在网络中的抽象意义。结合具体的网络语境，可以对其进行扩展，得到新的物理意义。

下面以节点的度为例，描述拓扑指标的物理意义。节点度的基本意义是指与该节点相连的节点的数目，分为出度和入度。结合供应商网络的具体意义，可以将度的意义拓展。针对设备节点来说，重点考察的是节点的入度，即该节点可以由多少节点供应，表示该设备可以由多少供应商提供；对于供应商节点来说，重点考查的是其出度，即该节点可以为多少节点提供服务，表示该供应商可以提供多少设备。

其余指标的意义在此不再赘述，可参照该方法进行扩展。

算例

为了验证本文提出的方法，下面以某型号的数控加工中心为例，构建了供应商网络，并对其中的指标进行了讨论。

图 1 数控加工中心及供应商网络

该数控中心的三维模型如图1中的（a）所示，可以分解为基础部分、自动换刀装置、主传动系统、伺服进给系统等功能相对独立的子模块。各个子模块的供应商包括西门子、德玛吉、三菱等，如图1中（b）部分所示。因为供应商较多，这里只给出了部分。根据文中提出的建模方法，可以构建出数控加工中心的供应商网络，如图1中的（c）部分所示，一共80个节点，包括21个设备节点，59个供应商节点。

通过计算，可以得到设备节点的入度，如图2所示。从图中可以看出，大部分设备的供应商较为充足，可以满足制造过程需要。节点12,9和15的入度较小，说明所对应的设备模块的供应商较少，存在一定的供应风险，应该提高这些节点的供应商数量，以保证制造过程的顺利进行。

图 2 设备节点入度

供应商节点的出度如图3所示。从图中可以看出，节点29对应的供应商出度最高，说明该供应商的供应能力更强，可以为设备制造过程提供更多的支持。而节点38到节点43，节点61到节点80所对应的供应商的出度较低，说明这些供应商的功能应能力较弱，只能为制造过程提供部分支持。在供应商管理过程中，要注意出度高的节点的管理，适当扩大出度低节点的数量，一方面可以保证设备的供应，另一方面可以扩大选择的范围。

图 3 供应商节点出度

网络节点的介数如图4所示。从图中可以看出，只有少量节点具有较大的介数，大部分节点的介数都非常小。该现象的物理解释就是，该网络是一个严重异质的网络，少数节点起到非常重要的作用，大部分节点起的作用都很小。

图 4 网络节点介数

网络节点的聚集系数如图5所示。聚集系数表征的是网络中节点的交汇和合作程度，从图中可以看出，设备节点的聚集系数较高，供应商节点的聚集系数很低。通过网络的物理意义可以给出相应的解释：所有供应商节点的都指向设备节点，因此设备节点的聚集系数较高；而供应商节点间不存在合作关系，因此聚集系数较低。

图 5 网络节点聚集系数

网络的鲁棒性如图6所示，给出了随机出错和蓄意攻击情况下的网络效率。通过图中可以看出，在随机出错情况下，大约25%的节点出错后，网络的效率会下降至原来的一半。在蓄意攻击情况下（按照节点介数高低进行删除），在15%的节点出错是，效率就会下降为原来的一半，因此该网络具有一定的鲁棒性。

图 6 网络鲁棒性

结论

本文从复杂网络理论出发，提出了机械设备供应商网络的概念，并对网络的生成、常规指标计算等进行了详细讨论，并以某型号数控加工中心为例对本文提出的方法进行了验证。通过以上研究，可以得出如下结论：

1）从产品角度出发，采用复杂网络理论构建供应商网络，可以更好地发现设备供应过程中的薄弱环节，提高供应商管理水平

2）网络的拓扑指标具有特定的物理意义，在不同的语境下可以进行扩展，得到新的物理意义，用来指导网络研究

3）通过某型号数控加工中心的算例，表明了本文方法的可行性。

参考文献

[1] 周梅芳. 中小企业供应商管理指标体系研究[J]. 中小企业管理与科技, 2014,(1):27-28.

[2] 汤传毅, 万融. 论现代企业供应商管理的新模式—生态型供应商管理[J]. 企业经济, 2004,(3):21-22.

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[4] 程红彦. 供应商管理绩效综合评价模型研究[J]. 物流科技,2012,(10):74-78.

[5] Newman M E J. The structure and function of complex networks [J]. SIAM Review, 2003(02):.