供應鏈企業的演化分析

[摘 要] 供應鏈是連接“供應”和“需求”的橋梁，它通過物流、信息流、資金流等把供應商、制造商、分銷商、零售商直到最終用戶連成了一個整體，它與生態鏈有著一定程度的相似。供應鏈可以看成一種特殊的群落，其成員就是不同類形的種群，供應鏈及其所處的環境則構成生態系統。當環境發生變化時，供應鏈的結構與其成員在供應鏈中的重要性也將隨之發生變化，可能發生核心種群移動、鏈條斷裂、供應鏈消亡等多種情況。供應鏈的生存與發展依托于供應鏈成員的演化和成員間的相互作用。

[關鍵詞] 供應鏈;生態系統;系統動力學模擬

doi : 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2009 . 21 . 019

[中圖分類號]F272.3 [文獻標識碼]A[文章編號]1673 - 0194(2009)21 - 0062 - 04

1945年英國生態學家A.G.Tansyl首先提出生態系統的概念，即在一定空間和一定時間，由生物群落與其環境組成具有一定大小和機構的整體，其中各生物借助物質循環、能量流動、信息傳遞而相互聯系、相互影響、相互依賴，形成具有自適應、自調節和自組織功能的復合體。與生態系統類似，對于由供應鏈和市場及所處自然、社會和經濟環境構成的系統稱之為供應鏈生態系統。它以整個供應商、生產商、分銷商系統為中心，研究供應鏈成員之間、供應鏈與供應鏈生態環境之間的相互作用機制、供應鏈生態系統的自組織演化與發展機制以及外界活動對供應鏈生態系統的影響。

供應鏈生態系統是動態的，其內部成員的相互作用是非線性的，使得系統內部發生自催化反應的超循環，由于增加了單獨要素所沒有的相互作用，使系統在整體上產生非加和的突現性，亦即整體大于部分之和。在供應鏈生態系統的運行過程中，企業從環境中吸納資源，在生態系統中傳遞、加工、轉換以及增值，緊緊圍繞顧客需求而不斷創新、發展壯大。所以只有充分考慮系統的動態性和企業間的相互作用，才能使整條供應鏈達到最優的狀態。當供應鏈系統的資源與環境遭到破壞時，供應鏈條的原始平衡狀態可能被打破，供應商、生產商、分銷商相互的關系也可能發生變化，整個鏈條的結構與性質也會隨之改變，系統需要經過長時間的擾動才會重新達到新的平衡。本文運用生物學中的Tilman-n種集合種群模型對供應鏈成員及環境進行分析，運用Matlab進行系統動力學模擬，研究供應鏈生態系統的環境資源與供應鏈企業成員間的演化過程。

1模型應用

本文運用生態學的Tilman-n種集合種群模型(如公式(1)所示)來研究供應鏈生態系統，當環境發生變化時，供應鏈上的各個企業如何保持平衡。

公式(1)如下:

■ = ci pi(1 - D - ■pj) - mi pi -■pi cj pj，

i=1，2，…，n;D>0(1)

定義如下參數:

i為某種群在供應鏈中的排序;

pi為供應鏈的成員i對市場資源占有的比率;

ci為種群i的遷移率;mi為種群i的平均消亡率;

D為已消失的資源占總資源比率。

根據種群初始對資源占有率的多少將供應鏈群落的不同種群排成強弱序，即將系統里對資源占有率最大的種群，也就是最優勢的種群定義為最強種群;而對資源占有率最小的種群定義為最弱的種群。n-集合種群里的共存是不同種群間的競爭能力、遷移擴散能力以及自然死亡率之間的動態平衡。公式(1)的右端3項分別表示:種群i對資源的成功占有;種群i消亡對資源占有的減少;強種群入侵導致弱種群對資源占有的減少。

使公式(1)右端等于0，建立平衡態方程:

■ = ci pi(1 - D - ■pj) - mi pi -■picj pj = 0(2)

其定態解為:

pie = ■

= ■i，if■i > 0，■i = 1 - D - ■pi-■pje(1 + ■)i =1 ，2，…，n0，if ■i ≤ 0

為了對此方程進行更好的解析，假設系統里各種群具有相等的消亡率m，而現存的資源上的平衡態的各種群占有資源的比率pi0和遷移率ci均為幾何級數分布，即

mi = m;pi0 = q(1 - q)i-1;ci = mi/(1 - q)2i-1(3)

q為n-集合種群里最強種群對資源的占有率。

當i = 3時，可以得到8個平衡態解:

A(p1(1) = 0;p2(1) = 0;p3(1) = 0);

B(p1(1) = 0;p2(1) = 0;p3(2) = (1 - D) - m/c3);

C(p1(1) = 0;p2(2) = (1 - D)-m/c2;p3(1) = 0);

D(p1(2) = (1 - D) - m/c1;p2(1) = 0;p3(1) = 0);

E(p1(1) = 0;p2(2) = (1 - D)-m/c2;p3(3) = -(1 - D)c2/c3 + m/c2);

F(p1(2) = (1 - D)-m/c1;p2(1) = 0;p3(4) = -(1 - D)c1/c3 + m/c1);

G(p1(2) = (1 - D) - m/c1;p2(2) = (1 - D) - m/c2;p3(1) = 0);

H(p1(2) = (1 - D) - m/c1;p2(3) = -(1 - D)c1/c2 + m/c1;p3(5) = (1 - D)c1/c2 - mc2/c3c1)。

平衡態A說明供應鏈成員1、2、3都無法適應新環境而消亡;平衡態B說明供應鏈成員1、2無法適應新環境而消亡，而成員3適應了新環境而生存下來。平衡態H說明供應鏈成員1、2、3都適應了新環境而生存下來。

由平衡態A～H可知，3個種群組成的集合種群系統可能存在的平衡態數如公式(4)所示

M(3) = C■■ + C■■ + C■■ + C■■ = 1 + 3 +3 + 1 = 8 = 23(4)

此時，盡管集合種群系統可能存在平衡態數為8個，但其中7個平衡態的種群多樣性減少了，只有一個平衡態的種群多樣性不變。

本文所研究的對象是供應鏈，如果要保證供應鏈條的完整則只有一個平衡態H。

當■ < 1 - D < ■時，供應鏈中成員依照競爭能力的排序不變，也就是供應鏈的核心類種群不發生變化，否則供應鏈的核心類種群將發生移動。

當c2 > 3c1，且1 - D < ■c2 < 3c1，且1 - D < ■時，供應鏈種群排序變化如下:1→3，2→1，3→2;

當■ < 1 - D < ■時，供應鏈種群排序變化如下:1→2，2→1，3→3;

當■ < 1 - D < ■ 時，供應鏈種群排序變化如下:1→2，2→3，3→1;

當■ < 1 - D < ■時，供應鏈種群排序變化如下:1→3，2→2，3→1。

由3個種群組的集合種群系統可能存在的平衡態數類推n個種群組成的集合種群系統可能存在的平衡態數為:

M(n) = C■■ + C■■ + C■■ + C■■ + … + = C■■= 2n(5)

在眾多的平衡態中，只有一個平衡態的種群多樣性是不變的。所以當市場嚴重萎縮時，盡管集合種群系統的種群分布可以出現眾多可能，但絕大多數新的平衡態是以減少種群多樣性為代價的。而核心種群的移動會給整個供應鏈帶來本質的改變，當核心企業由生產商轉變為供應商時，也就意味著此時是原材料市場起主導作用，控制著生產和銷售。當核心企業由生產商轉變為分銷商時，也就意味著此時是賣方市場，消費者掌握著整條供應鏈的生產節奏。研究供應鏈成員與環境之間的關系對維持供應鏈生態系統的平衡與穩定是十分重要與必要的。

2 Tilman-n種集合種群模型的系統動力學模擬分析

假設在供應鏈中有10個成員，4個供應商、3個生產商、3個分銷商。他們在供應鏈系統中的排序如表1所示。Tilman-n種集合種群模型的參數設定如下所示，供應鏈成員的演化分析模擬通過Matlab軟件來實現。

(1) Tilman-n種集合種群模型的參數是D = 0.3，q = 0.046，n = 10，m = 0.02，進行系統動力學模擬(如圖1所示)。當資源和環境發生巨大的變化時，n-集合種群的優勢種群將不可避免地滅絕。伴隨著最強種群走向滅絕的種群依次是第二、第三、第四強的種群，n-集合種群的優勢者將依次先于弱勢者而滅絕。系統內的幸存種群將經歷以下3個進化過程:①強迫適應階段。在環境遭到破壞的初級階段，所有種群對資源的占有率都會急劇下降。但最弱者的下降幅度相對最小，即系統里最弱種群具有最強的抵抗能力。②恢復階段。這是一個非常復雜的多種群非線性相互作用過程，具體表現為n-集合群內的多平衡態共存和最優種的不斷演替。③穩定階段。經過較長的演化過程，系統達到新的平衡態。原來4個強種群依次滅絕，n5則成為集合群內最優勢的種群。強種群的滅絕與供應鏈結構的變化沒有使這條供應鏈滅亡，而是系統形成了新的平衡態的強弱序P5， P7， P9， P6， P8， P10，如表2所示。

表1 原始的供應鏈系統中企業的排序

表2 隨著參數變化，供應鏈系統中企業的排序變化

圖1 進行系統動力學模擬(D=0.3，q=0.046，n=10，m=0.02)

(2)當D由0.3下降至0.2時，其他參數不變，進行系統動力學模擬(如圖2所示)。由于資源破壞程度有所下降，對整個系統的危害也隨之減少，供應鏈系統中種群消亡數量也由原來的4個降至2個，系統新的平衡態的強弱序為:n4，n6，n8，n10，n9，n7，n5，n3。

圖2 進行系統動力學模擬(D=0.2，q=0.046，n=10，m =0.02)

(3)當m由0.02下降至0.01時，其他參數不變，進行系統動力學模擬(如圖3所示)。只縮小m的值，即種群的遷移率降低，圖像整體結構不發生變化，只是系統達到平衡的時間增加了，即系統的恢復期增加，這說明系統內種群如果有著較高的遷移率等同于擁有較好的靈活性，本文所說的遷移率m是供應鏈系統內各企業的一種特質，即擁有快速反應的能力，當資源與外界環境發生變化時，系統會較快地做出反應，從而使系統達到穩定。只有當外界條件發生變化并且積累到一定的程度時，才會導致供應鏈系統中的不適應種群的消亡和各種群成員在供應鏈生態系統中排序的變化。

圖3 進行系統動力學模擬(D=0.3，q=0.046， n=10，m=0.01)

(4)當D = q = 0.3時，其他參數不變，進行系統動力學模擬(如圖4所示)。雖然系統資源與環境發生了劇烈的變化，使得整個系統的結構——供應鏈生態系統的成員排序發生了變化，但整個系統的種群數目沒有減少，所以，只有當D > q時，即系統的資源與環境發生了嚴重變化時，強種群無法抵抗環境的巨大變化，才使其不得不走向滅亡的道路。

可見，當資源與環境破壞的比例D大于某值時，首先是最強競爭力的種群滅絕，而不是傳統所認為的最弱的先滅絕。供應鏈中各種群存在都有其特定的道理:從n-種群競爭來看，系統里具有較強競爭力的種群的拓殖能力弱，而那些競爭力弱的種群具有較強的拓殖能力，因此它們可以在剩余資源上生存下去。

圖4進行系統動力學模擬(D=0.3，q=0.3，n=10，m=0.01)

3結 論

當供應鏈的環境發生變化且在一段時間內破壞情況不斷積聚時，將會使供應鏈的結構發生改變，可能出現核心企業移動、部分供應鏈成員消亡、供應鏈鏈條斷裂，甚至整個供應鏈的消亡。供應鏈經過一段時間的擾動才能重新建立平衡，并且只存在一個平衡態可以保持供應鏈的完整性，不會出現成員的消亡。當環境發生突變，系統里具有較強競爭力的種群的應變能力差，而那些競爭力弱的種群卻具有較強的適應能力，因此它們可以在剩余資源上生存下去。供應鏈的生存與發展依托于供應鏈成員的共生與協同演化。

此系統分析僅是簡單地對供應鏈進行了生物模擬，現實中企業的消亡率不可能是一致的，此模型僅考慮了供應鏈中的幾個方面，還需要進一步地研究與完善。對于模型的系統動力學分析還有許多情況，還可以從其他側面進行探討。

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注:本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文