非线性和复杂动态供应网络研究：系统文献综述

毛翠云，钱 舟

（江苏大学 管理学院，江苏 镇江 212013）

一、引言

随着经济全球化的发展，企业面临着日益激烈的市场竞争和复杂多变的市场环境。竞争不只是发生在企业之间，如今更多的竞争已然是在供应链甚至供应网络之间[1]。为了应对挑战，企业通过其供应网络的竞争来获得优势已成为全球的趋势。因此，如今供应链系统中增加了更多的交互性和连接性元素，供应网络作为物流系统的概念已经从“线性结构”发展到“复杂系统”[2]，它的结构、表现、状态和行为会随着时间的推移而不断发展。在与信息技术相结合后，供应网络几乎变得与生物系统一样复杂，具有了不确定性、可变性、开放性和动态性等非线性特征[3]。从市场角度分析来看，虽然供应网络复杂性的增加可能有利于公司业绩提升，但同时它也可能导致整体网络负担更高的成本[4]。因此，企业也需要及时调整战略以应对供应网络中的自适应、灵活性和连贯性集体行为[5]。

为了更好地设计、分析和管理供应网络，使供应网络在复杂、动态和不确定的环境中更加敏捷、有适应性和有竞争力，可以应用系统动力学和复杂性科学的知识来丰富目前的研究。同时Surana 等（2005）[5]认为，解决系统复杂性问题的关键是将供应网络视为“复杂自适应系统”（CAS）。本综述的目的是探究复杂性理论在供应网络中的应用，以及它如何影响供应链管理的发展。由于供应网络的复杂性是一个新兴主题，未来还有很多工作要做，因此对领域内已经取得的进展，以及存在的缺漏进行系统的整理是非常有必要的。本综述旨在为在该领域工作的研究人员和从业人员提供一个清晰和合乎逻辑的供应网络复杂性框架。

具体而言，本综述主要回答了以下三个研究问题：（1）复杂性理论在供应网络的应用中解决了哪些方面的问题？（2）如何表示和测量供应网络的复杂性？（3）供应网络复杂性的主要发现是什么？

二、研究方法

（一）系统文献综述

在管理学研究中，文献综述是对于特定学术探究中管理知识多样性的关键工具。通过进行文献综述，研究人员能够绘制和评估现有的知识领域，并产生研究问题以进一步发展现有的知识体系[6]。传统的叙事性综述可以总结文献，但它无法提供强有力的证据来证明这些发现的科学性。与传统综述相比，系统综述更适合当前情况（见表1）。正如Tranfield（2003）所说，“系统综述与传统的叙述性综述不同，它采用了可重现的、科学的和透明的过程，换句话说，系统综述旨在通过对已发表和未发表的研究进行详尽的文献检索，并通过提供检索者的决定、程序和结论的审计过程，来最大限度地减少偏见”[6]。

表1 传统综述和系统综述的对比

（二）检索策略

制定本综述检索策略的目标是将非线性、复杂性理论与供应链管理联系起来，并收集与此主题相关的文献。以下是关于数据来源、检索字符串和检索结果的详细信息。

对于文献检索过程，选择了三个数据库，ABI/INFORMComplete（ProQuest），Business Source Complete（EBSCO）和Scopus 作为文献的主要来源。其中，ABI/INFORM Complete（ProQuest）包括约2500 种国际商业期刊，Business Source Complete（EBSCO）是许多顶级商业和管理期刊的综合数据库，Scopus 几乎涵盖了科学，技术和人文学科的所有领域。此外，谷歌学术数据库也被用作为三个主要数据库的补充。

在查阅该领域的一些权威论文后，决定了如表2 中所呈现的检索关键词。

表2 检索关键词

使用逻辑运算符“OR”和“AND”可以形成以下检索字符串：TITLE-ABS-KEY（（“non-linear”OR“nonlinear*”）AND（“complex*”OR“complex systems”OR“complex adaptive system”OR“chaos theory”）AND（“supply chain”OR“supply network”）），将检索字符串分别输入三个数据库并检索，通过重复项删除可得到493 篇原始文献。

（三）筛选流程和结果

采用上述检索策略后得到了493 篇的原始文献资料，分四个阶段去筛选出满足综述要求的相关文章，分别是标题筛选、摘要筛选、全文内容筛选和文献质量评估。前三个阶段的目的是通过分别阅读文献的标题、摘要和全文内容去评估目标文献与研究主题的相关性，以及综述的其他一些标准。最后通过采用标准质量评估程序对全文筛选后的文献进行评估，加上从Google 学术中检索获得的4 篇补充文献，从而得出供系统综述的样本文献列表。每个阶段的筛选标准和筛选后剩余文献数量N 如图1 所示。

图1 文献筛选标准和结果

在得到51 篇样本文献后，对照第一部分提出的三个研究问题审阅样本文献，从中提取与研究问题和主题有关的数据并进行整合。整合过程包括对过去学者提出的理论或论点的更新拓展、识别来自不同行业或细分市场的复杂性概念，以及总结不同文章的研究结论，以便进行后续的相关分析。

三、描述性分析

（一）时间分布

图2 显示了每年发文数量的分布情况，某研究领域的历年发文数量能够体现该领域的受关注程度。由图2 可看出样本文献发表的时间跨度为20年，第一篇文章可以追溯到2001 年，最新的出版物是在2021 年。通过时间分布，可以将文献发表趋势分为三个阶段。

图2 文献发表时间分布图

（1）2001—2007 年为萌芽阶段，出现在学术期刊上的文献较少，有些年份还存在零发文的现象。这个阶段虽然成果不多，却是复杂供应网络研究的起源，为后续复杂供应网络的深入研究奠定了理论基础。

（2）2008—2016 年为平稳发展阶段，这个阶段的发文数量逐渐增加，彻底摆脱了零发文的状况。这表明学术界对复杂性科学的关注度正在逐年增加，明确了复杂供应网络的研究意义。

（3）2017—2021 年为快速发展阶段，出现在学术期刊上的文献明显增加，2018 年的发文数量达到峰值。对于2019—2021 年发文数量的减少可能是由于权限问题，数据库还无法访问最新的文章。当然，也有可能是由于全球新冠疫情的影响，学者们对该领域的关注度有所下降。

（二）地理分布

图3 显示了样本文献来源国家的分布情况，通过分析某研究领域的主要来源国家，可以帮助学者们找到研究该领域最成熟的国家。由图3 可知，中国和美国贡献了大部分的研究成果，其发文占比分别为33.3%和17.6%。对此现象较为合理的解释是，中国和美国是世界上最大的两个经济体，这导致其国内和国际市场上出现了更为复杂的供应网络。因此，中国和美国的从业者和研究人员将更有机会接触到日常操作中的实际问题，所以进行了更多的研究，以应对复杂性的挑战。

图3 文献发表地理分布图

同时，可以看到世界上许多来自不同大洲的国家也参与了供应网络复杂性的研究。这表明由于经济全球化对国际供应网络的影响，复杂供应网络已经是一个全球性的话题。

（三）期刊分析

表3 提供了样本文献来源期刊的相关信息。如表3 所示，48 篇文章（3 篇文章来自会议）来自34种不同的期刊。大多数期刊只有一到两篇文献入选了本综述的样本文献，这表明复杂供应网络的研究才刚刚起步，具有权威性的核心期刊网还未形成，目前该领域的文献分布具有广泛性。其中，唯一的例外是《运营管理杂志》（Journal of Operations Management），它为本综述贡献了6 篇文章。

表3 来源期刊信息

此外，就入选本综述的样本文献的质量而言，有23 篇文章的来源期刊在“2000—2015 年期刊质量列表”（Journal Quality List 2000—2015）上拥有质量等级排名。其他25 篇文章的来源期刊虽然不在排名中，但它们的质量也相当不错，例如《应用数学建模》（Applied Mathematical Modelling），其影响因子（IF）为5.129。

（四）理论基础和研究方法分析

图4 和图5 列举了样本文献中的理论基础和所采用的研究方法。可以发现，“混沌理论”是样本文献中使用最广泛的基础理论。据统计，共有14 篇文章涉及这一理论。引用较多的第二个的基础理论是“自适应系统理论”，共有10 篇文章涉及这一理论，然后依次是“运筹学”和“系统动力学”，分别有9 篇和8 篇文章涉及。此外，根据样本文献的出版年份，可以发现，“自适应系统理论”在近一年的研究中正在逐渐成为研究热门。这或许意味着，将现代供应网络视为复杂的自适应系统正在成为学者们的共识。

图4 理论基础

图5 研究方法

至于所采用的研究方法，大多数文章都使用了实证研究和建模仿真的方法，也有一些纯理论类文章采用了文献综述作为他们的研究方法。因为在实践中，有时实验的成本太高，或者由于道德原因而不可行，又或者由于决策及其后果在空间和时间上相差较大[5]。在此类情况下，仿真可以使得一些理论化的研究得到认证。

四、专题分析

（一）供应网络复杂性的驱动因素

当前文献对于供应网络复杂性的见解都各抒己见，就哪些维度可以最好地表征供应网络的复杂性这个问题，学者们暂时还无法达成共识。其部分原因是，由于不同学者研究的范围不同，导致研究结论的不统一。一部分研究人员对供应网络整体复杂性的研究较为感兴趣，而另一部分研究人员则可能更注重部分供应网络的复杂性[7]。例如，Bozarth 等（2009）[8]从上游、内部、下游三个维度研究了供应网络的复杂性，而Bode 和Wagner（2015）[9]从水平、垂直、空间三个维度分析了复杂性的驱动因素。此后，Lu 和Shang（2017）[10]在Bode 等人的研究基础上还增加了消除复杂性和协助复杂性这两个不明显可见的维度。本文通过综合样本文献中不同维度的分析，可以在供应网络层面总结出以下四个复杂性的驱动因素。

驱动因素1：供应网络中不同代理商（企业）各自的业务能力和规模的差异[10]。供应网络由各个领域的许多不同类型的行业组成。从上游供应商到下游分销商甚至客户群体，他们都有许多不同类型的业务流程，每个企业都有自己特定的业务。它们构成的复杂价值网络打破了地理位置的限制，分布于世界各个角落，在文化、管理、技术和规模等方面存在显著差异。

驱动因素2：供应网络每个节点的公司之间的关系是竞争与合作的统一[8]。在供应网络中的每个本地网络中，都有一定数量的公司。这些公司共同服务于整个供应网络的核心公司，并满足他们在生产计划，物流和采购方面的要求。这是供应网络的协作性能。同时，本地网络中的公司将尽可能地确保自己的利益，同时满足供应网络的整体利益，并将与其他公司竞争。因此，供应网络中成员公司的互动使整个供应网络具有一定程度的复杂性。

驱动因素3：供应网络始终处于动态演变状态[11]。在整个供应网络的增值过程中，市场正在发生变化且不可预测。供应链将根据市场需求不断重组。因此，新公司将继续加入，旧公司将退出。一些公司通过合作变得更强大，而另一些公司在竞争中逐渐衰落。为了在这种动态中保持平衡，整个供应网络不可避免地会出现这种波动，这也加深了供应网络的复杂性。

驱动因素4：环境的复杂性[10]。在当前高度发达的互联网环境下，供应链中的节点企业不仅要面对更加困难的产品开发和全球售后问题，还要时刻准备应对互联网冲击带来的销售和技术问题。外部环境的这种变化不断影响着供应网络的演进，使供应网络更加复杂。

根据复杂性的四个驱动因素和学者们的研究维度，可以得到供应网络复杂性的两个基本来源，即结构复杂性和行为复杂性。前者涉及了定义供应网络的元素的数量和种类，后者则是指这些元素的相互作用。这两个复杂性的来源在现实中通常是密切相关的，因为供应网络中的代理数量越多，可能产生的交互数量就越多，因此系统可能会出现各种行为和状态[9]。根据两个基本来源，可以反映复杂供应网络的相应特征。

（二）复杂供应网络的特征

复杂供应网络通常由许多元素以非线性的相互作用方式组成，一个新组织的涌现大于其各部分的简单总和，这就是我们所说的复杂供应网络。先前对供应网络的研究是将其中的复杂性视为一个多维概念，本文通过整合Wycisk 等（2008）[2]和Surana等（2005）[5]的研究，将复杂供应网络的特征分为结构特性和行为特性两部分。

1.复杂供应网络的结构特性

（1）层次结构。层次结构是复杂供应网络的多维属性。在复杂的供应网络中，分层结构的表现形式是许多不同的元素在许多不同的层面上相互作用，即一个复杂的系统由许多元素组成，同时这个系统还是其他较大系统的组成部分。通过这种方式，许多不同标度的元素形成了一个复杂的供应网络，这些元素相互作用形成更多不同层次但相互联系、相互依存的供应网络。因此在分析复杂网络时，不能将特定部分完全隔离或将整个网络扁平化为一个级别，因为层次结构之间的连接和依赖关系是复杂性的主要来源。由此可得，复杂供应网络的第一个属性是层次结构。

（2）连接性。随着复杂系统中元素交互性的增加，定义系统的将会是这些元素的连接形式和结构，而非元素的属性。系统中重要的不再是元素，而是网络间的连接。如今，所有复杂的网络，如全球航运系统、网络信息系统和金融系统，由于其拓扑结构中连接的复杂性，都拥有了新的定义。因此，在评估某公司在供应网络中的重要性时，其在网络结构中的位置和连接程度将会是关键的考虑因素。由于复杂网络中元素之间的连接数量呈指数级增长，因此即使是少量的元素也可以有数千甚至数百万种不同的连接方式。由此可得，复杂供应网络的第二个属性是连接性。

2.复杂供应网络的行为特性

（1）非线性。“非线性”这个术语几乎出现在了所有复杂系统的公式化定义中，这是一个在复杂的供应网络中不断重复出现的热门话题，非线性描述了复杂系统中输入与输出不成比例的现象，即通过反馈循环对输入值进行小幅度更改时，其输出值可能会发生巨大变化，这表明非线性复杂系统可以以指数速度增长或衰减。一个经典的案例可以反映复杂供应网络的非线性特点：2006 年11 月4 日，大量风电涌入德国电网，导致欧洲电网中东西向的电力大量涌动。彼时假如德国的一条双回路输电线路断开，就会导致西欧大部分地区的停电。这种极端情况下，网络结构的微小局部变化通过反馈回路，可能会导致全局崩溃。此外，添加一条新的链接也可能会与断开一条现有链接一样致命[12]。由此可得，复杂供应网络的第三个属性是非线性。

（2）自主性和适应性。一些复杂的供应网络并没有一个自上而下的集中式系统来协调自身，它们通过遵循自己的一套指令来适应当前环境的能力，这表明元素具有一定程度的自主性。由于高度的自主性和少量的集中协调，元素通常具有自我组织的能力，它们可以通过同步状态或相互协作，从而引发自下而上的组织模式。例如，在市场环境中，客户会选择质量好的产品，并将有缺陷的产品从市场上淘汰。因此，供应网络中的制造商能够在不需要集中协调的情况下适应其环境，其中一些甚至发展出高水平的差异化和一体化。元素具有的自主性和适应性越强，供应网络就越复杂。由此可得，复杂供应网络的最后一个属性是自主性和适应性。

（三）供应网络复杂性的测量

在弄清楚了供应网络复杂性的驱动因素和特征之后，下一个问题是如何在供应网络中测量复杂性。Surana 等（2005）[5]指出，逆向工程的难度是设计供应链网络或任何大规模系统最大的挑战，即很难确定哪些个体代理策略会导致预期的集体行为。通过阅读样本文献，可以总结出先前学者们的研究模型和方法。Sun 等（2016）[11]通过一种将基于代理的模型（ABM）与离散事件建模方法相结合，从复杂网络和复杂自适应系统两个角度对仿真模型进行分析。Wang 和Gunasekaran（2017）[13]基于非线性动态系统的数学模型，针对设计生产能力、环境成本、需求率三个参数进行性能分析。Norouzi Nav 等（2018）[14]基于啤酒分销模型的四级连续供应网络进行建模，使用移动平均法（MA）和指数平滑法（ES）对供应网络中的不确定需求进行预测。Jiang 和Liu（2019）[15]基于系统动力学理论的风险传染模型建模，应用MATLAB 软件仿真了供应网络中风险传染的演化机制。

在对各种模型的研究中，可以总结出两种复杂供应网络的建模方法，即基于系统动力学的模型和基于代理的模型（ABM）。然而系统动力学模型由于其结构特性，并不能适用于所有研究。这便使得高度灵活、一体化和分层次的ABM 模型在最近的研究应用中变得尤为普及。ABM 是一种自下而上的方法，可以适应不断变化的条件[11]。此外，一些研究人员还提出了一种混合建模，即以上两种方法的结合，使用ABM 帮助系统动力学模型变得更加灵活。尽管不同的研究人员有不同的方法来建立他们的模型，但他们中的大多数人都把仿真作为他们分析模型的首选。此外，Surana 等（2005）[5]提出可以用数学规划（MP）和仿真两种方法同时分析复杂供应网络模型。其优势在于，数学规划主要考虑供应网络的静态方面，而仿真则侧重研究供应网络中的动态方面，并且通常基于系统动力学和基于代理的方法。

表示和测量供应网络复杂性的另一种方法是将供应网络概念化为复杂自适应系统（CAS）[16]。复杂自适应系统被定义为由许多动态元素组成的网络，其中节点和边缘的状态都可以改变，并且网络本身的拓扑通常以非线性和异构的方式随着时间的推移而演变[5]。将供应网络视为复杂自适应系统可以更系统地去分析供应网络的复杂性，因为复杂自适应系统的概念是基于复杂性科学的，因此在进行相关研究时可以应用该领域的理论，例如系统理论、混沌理论、网络理论和自适应系统理论等。此外，还能在不同的复杂自适应系统中可以找到一些共同的特征。因此，可以通过参考其他复杂自适应系统（例如生物系统）来研究供应网络，并且一些特定问题也可以借鉴其相关的研究思想。

五、总结

根据系统文献综述的总结归纳，可以对本文开头的三个研究问题做出回答。问题1：复杂性理论在供应网络的应用中解决了哪些方面的问题？答：学者们运用复杂性理论从行业和网络角度解释了供应网络中的众多复杂性行为。例如，复杂性对制造业和农业的影响，复杂性行为对公司创新和财务绩效的影响，以及预测或控制供应网络中的复杂性行为。问题2：如何表示和测量供应网络的复杂性？答：本综述归纳了复杂供应网络的结构和行为两个基本特征，体现出了复杂供应网络“层次结构”“连接性”“非线性”“自主性和适应性”的属性。此外，可以通过基于系统动力学的模型或基于代理的模型（ABM）的建模仿真来测量供应网络的复杂性。问题3：供应网络复杂性的主要发现是什么？答：复杂供应网络可以被概念化为复杂自适应系统（CAS）来进行研究和分析。

本综述认为，并非所有供应网络中的复杂性都是坏事，并不是所有的复杂性都必须消除或降低到尽可能低的水平。虽然供应网络的复杂性会及其相关的性能优势往往会增加企业管理成本，但其依旧是当今企业获得竞争优势的必要条件，因此企业必须正确掌握复杂性才能获得更好的绩效。