信息共享對樹形供應鏈中的實體影響研究

李卓群

(華東交通大學信息工程學院，江西南昌330013)

有效的供應鏈管理需要供應鏈中各個成員(包括供應商、制造商、零售商及中間環節)的相互合作。信息共享是供應鏈成員合作的重要方法。通過信息共享可以降低訂單的處理周期和成本，提高需求預測準確性，加快市場響應速度等。

有關信息共享對供應鏈的價值國外的研究較早。文[1]研究了在按庫存生產和按訂單生產兩種情況下需求預測信息共享的價值，研究了在不同情況下，預測的準確性對信息共享價值的影響。文[2]量化證明了在二級供應鏈中需求信息共享的價值，而且結果顯示信息共享使得庫存降低，成本減少。文[3]研究了在一個供應商和多個同等零售商之間共享需求和庫存信息的價值，并發現信息共享可以大量節省前置時間和減少批次生產量。近年來，國內很多學者也進行了這方面的研究。文[4]通過建立一種簡單的牛鞭效應的數量模型，對供應鏈管理中的信息共享對于牛鞭效應的影響進行數量分析。文[5]研究了簡單供應鏈下信息共享不僅可以提高整條供應鏈的利潤水平，而且也可以分別提高制造商和零售商的利潤水平。文[6]從信息協調的角度提出供應鏈信息協調框架，并分析其中的信息協調層次和信息協調要素。

從研究內容上看，前人的研究一般從供應鏈整體出發，研究信息共享是否可以降低整個供應鏈的成本。然而由于企業的短視行為，企業之間缺乏信任，以及信息共享中前期投入和后期利潤分配上的分歧使信息共享的實現遭遇到了重重障礙。本文從供應鏈中的各個實體角度出發，研究信息共享對供應鏈中的成員的影響，從而為企業在決策是否信息共享以及共享后利潤分配時提供理論支持。

從研究方法上看，由于研究工具的限制，前人的研究都對供應鏈模型進行了簡化，研究模型大多數只考慮一個制造商、一個批發商、一個零售商的供應鏈。盡管簡化的模型有助于將重點集中到重點內容的研究上，但是，簡化模型得出的結論是否適用于復雜模型，這是一個值得進一步研究的領域，也是很多學者提出的新的研究方向[7，8]。而用傳統的建模方法建立復雜的供應鏈模型有一定難度，本文另辟蹊徑，在參考大量供應鏈建模文獻的基礎上，考慮影響供應鏈性能的各項參數，建立基于WEB的供應鏈模擬平臺，模擬在實際運作中常見的三階樹形供應鏈，研究樹形供應鏈下信息共享對供應鏈中各實體的影響。

1 供應鏈模擬平臺

該平臺的基本設計思想來源于著名的“啤酒游戲”。國外很多學者設計了各種計算機版本的“啤酒游戲”，也有很多學者應用這些計算機版本的“啤酒游戲”對供應鏈中的牛鞭效應開展研究[10，11]，國內從這個方向進行研究的較少。筆者吸取各種版本“啤酒游戲”的優點，結合供應鏈研究的發展方向，設計供應鏈模擬平臺。該平臺采用B/S結構，不同于前人只能模擬線形供應鏈的設計，平臺允許通過參數設置模擬多種結構的供應鏈。除此之外，平臺還允許對影響供應鏈的各種輸入參數進行靈活的設置，為進行更廣泛的研究提供支持。

1.1 平臺參數設置

供應鏈的性能以及供應鏈上各實體的利益受到各種供應鏈因素的影響。如市場需求量、缺貨成本、訂貨時間延遲等。根據文獻[12，13]，為平臺設計輸入參數，如圖1如示。這些參數都有多種選擇，研究者可以根據需要，為實驗設置合適的輸入參數。

(1)市場需求量:有兩種市場需求量的產生方法，分別是獨立需求模式和相關需求模式。

(2)提前期:提前期是指供應鏈實體從訂貨到收到貨的時間間隔。提前期是產生供應鏈牛鞭效應的重要因素，在平臺中可以手動輸入實驗的提前期，提前期的取值范圍為0～8。

(3)成本結構:平臺考慮供應鏈的成本，把供應鏈上各實體的成本分為3種，分別是庫存持有成本、缺貨成本和訂貨成本。在實驗開始前，需要設置這3種成本。

(4)供應鏈結構:此項參數決定每個供應鏈上的人數。每個供應鏈上有1個制造商、m個分銷商、每個分銷商下有n個零售商組成，即一個樹形結構。每個供應鏈上有m×n+m+1個人組成，m和n由研究者自行設置。通過調整m和n的值可以模擬出不同結構的供應鏈。

(5)信息共享策略:可以共享的信息包括庫存信息、訂單信息和市場需求信息。研究者可以設置很靈活的信息共享策略，決定每種可共享的信息是否共享和向哪些實體共享。

(6)分配機制:分配機制指當供應鏈中的實體如制造商或分銷商庫存不能滿足訂貨時，如何分配訂貨量的方法。根據文獻[14]，設計了5種分配機制，分別為隨機分配機制、均勻分配機制、按比例分配機制、線性分配機制、歷史分配機制。

(7)初始訂單和庫存:為保證實驗正常進行，必須設置一定量的歷史訂單;另外，也必須為供應鏈中的各個實體設置初始的庫存量。

圖1 供應鏈模擬平臺的輸入與輸出

1.2 平臺的運行

不同于其他研究，參考國外文獻，考慮供應鏈上的人為因素，該平臺上供應鏈各個角色的實際操作決策是由人來進行的。基于WEB結構的供應鏈模擬平臺，由實驗組織者設置各項輸入參數，為實驗者分配所屬供應鏈及供應鏈中的角色。實驗開始后，每個實驗者在自己的電腦上進行操作，由組織者控制實驗的開始與結束。實驗以周為單位，在每個周期t，供應鏈上的角色都要進行如下操作。

(1)首先收到其供應商向其發送的產品，放入庫存;

(2)零售商滿足實際市場需求，其它角色向其下游角色發貨;

(3)盤點庫存，制定新的期望庫存水平，向上游發出訂單。

實驗以供應鏈之間的競爭展開，以每個供應鏈的總成本評價各隊的表現。在實驗中，可以設置各種獎勵政策以鼓勵實驗者的參與熱情，使供應鏈模擬更加真實。

1.3 輸出

平臺的輸出包括兩部分，一部分是每個參加者都能看到的自己經營的角色的各種輸出，包括每個周期的庫存成本、銷售成本和銷售收入;另一部分是實驗的組織者可以查看到的數據。組織者除了可以查看到各個角色的各種輸出外，還可以查看到各種統計數據，包括供應鏈的總成本、總利潤、以及訂單的波動情況。組織者根據這些數據，對實驗結果進行比較與分析，此部分將在下一節進行詳細介紹。

2 實驗設計

本文利用供應鏈模擬平臺，研究樹形供應鏈下信息共享對供應鏈中實體的影響。根據此研究目的，對實驗參數進行了設計并對實驗數據進行了處理與分析。

2.1 基本實驗環境設置

實驗考察的供應鏈為三階樹形供應鏈，如圖2所示，即供應鏈上有1個制造商，2個批發商，每個批發商下有2個零售商。此供應鏈為二叉樹結構，若設供應鏈上每個角色用i表示，i=(1，2，…，7)，則i的上游角色為i/2取整記做?i/2」，下游角色為2i和2i+1。

圖2 實驗中的供應鏈結構

根據以上供應鏈結構，每個供應鏈應由7個人組成。把實驗人群分為2組，每組8個供應鏈，即每組56人，共112人。第一組模擬的供應鏈不會共享庫存信息，但是會共享市場需求信息，供應鏈成員各自控制自己的庫存，供應鏈中的實體都依據自己的預測做出訂貨決策;第二組模擬的供應鏈則會共享庫存信息，即供應鏈上的每個角色可以實時了解其

上下游角色的實際庫存情況，并根據這些信息做出決策。

實驗的其他設置如下:

(1)市場需求:采用一階自回歸需求過程。這種需求模型是目前供應鏈研究領域較常見的模型。根據一階自回歸模型公式，第t周的市場需求Dt表示為

其中:表示平均需求量;ρ為自相關系數，表示相鄰兩期需求變量之間的相關系數;εt為誤差項，表示市場需求變量的波動誤差。

(2)提前期:2周。

(3)成本結構:庫存持有成本1元/單位產品;缺貨成本0.5元/單位產品;產品轉換成本0.5元/單位產品。

(4)初始庫存:設置零售商初始庫存為4;批發商初始庫存為8;制造商初始庫存為12。

(5)分配機制:根據文獻[14]，實驗采用不會對牛鞭效應有影響的均勻分配機制，其規定可以描述如下，將下游角色的訂貨量Xi升序排列{X1≤X2≤…≤Xn}，按照以下公式進行分配

其中:ai為零售商i分的貨物量，m為使的的最大整數。這種分配方式使得訂貨量少的下游角色能夠得到滿足。

2.2 實驗數據處理

參加實驗的人群為電子商務專業本科四年級的學生，他們已經了解供應鏈牛鞭效應等基本知識，并且都有使用該供應鏈模擬平臺的經歷。實驗人群在實驗室每人使用單獨的電腦，角色由實驗指導者統一隨機分配。要求實驗者在模擬過程中不能交流，模擬的指導思想是使所在供應鏈的總成本最低。

角色i第t周的庫存量公式可以表示為

每個供應鏈T周的總成本計算公式如下

圖3 供應鏈中角色的訂貨量曲線

2.3 實驗數據分析

本文把供應鏈中各實體的訂單波動情況作為數據分析的對象。表1和表2中的統計數據為每個角色40個周期的訂單方差，表示為(i=1，2，…，7)。

表1 第一組實驗數據——不共享庫存信息

表2 第二組實驗數據——共享庫存信息

對這兩組數據進行比較，比較結果如表3所示。

表3 兩組數據的比較

從表1可以看出，在沒有信息共享時:制造商的訂單波動＞批發商的訂單波動＞零售商的訂單波動;從表2可以看出，共享庫存信息后，供應鏈中各實體的訂單波動有所減少，但波動仍然存在。這些結果與對簡單的供應鏈模型的研究文獻的結果是相似的。而從表3中，我們可以得出一些新的結論。表3對兩組實驗結果供應鏈上各個實體的平均方差進行了比較。比較發現，雖然共享庫存信息后，各實體的訂單方差都減小了，但他們減小的程度是不相同的，制造商和批發商的減小程度較大，而零售商的減小程度較小。

3 結論

通過以上分析，在多階樹形供應鏈結構下，市場需求采用一階自回歸過程，分配機制采用均勻分配機制時，可以得出以下結論。

(1)分享庫存信息后，訂單波動仍然存在，說明共享信息并不是產生牛鞭效應的唯一原因。

(2)共享庫存信息對供應鏈上游的影響大于對供應鏈下游的影響。分析此結論，其原因應該是由于供應鏈中的實體通過了解其下游的庫存情況，能夠對下游實體的訂貨策略進行理性分析，從而有效防止了其對下游訂單波動產生的過度反應。

(3)在供應鏈管理的信息系統中，上游實體與下游實體的庫存信息共享價值是不同的。信息共享的關鍵是上游實體要了解其下游實體的庫存信息。而反過來，上游實體的信息是否共享對供應鏈的影響不大。

以上分析為供應鏈中的企業整合與實施信息系統提供了有力的參考。為保證供應鏈整體利益，供應鏈的下游實體，要分享自己的信息，但得到的利益卻沒有上游實體大。因此，上游實體應該分擔更多的信息共享成本投入，在利益分配上也應充分考慮這一因素。分擔成本與利益分配的比例是需要進一步研究的重點。

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