基于GBOM的供應鏈合作伙伴選擇

單汨源，蘭海豐，毛 超

（湖南大學 工商管理學院，長沙 410082）

0 引言

20世紀 90年代以來，科技的發展使得企業經營環境從較穩定、可預測的靜態環境向多變、難預測的動態環境發生轉變，企業之間的競爭演變成時間上的競爭和滿足客戶需求的競爭。大規模生產模式在產品種類、響應速度等方面的缺陷和不足逐漸顯露。為此，一種新的生產模式——大規模定制(MC)被提出來[1]。大規模定制的核心是產品品種的多樣化和定制化急劇增加，而不相應增加成本[10]。其借助現代信息技術和柔性制造技術，通過模塊化設計、零部件標準化，敏捷的對客戶需求作出反應。在這種模式下，競爭不僅僅是企業間的競爭，通常是供應鏈間的競爭[2]。Ellram(1991)強調供應鏈中企業的合作伙伴關系，指出供應鏈中的企業與其供應商建立的戰略伙伴關系不同于傳統的買賣關系，其內涵包括了相互信任、彼此承諾、利益共享等多個方面[3]。因此，作為大規模定制的核心內容，供應鏈成員間的產品配置設計是滿足客戶個性化需求、有效支持產品快速定制的重要手段，而對應的產品配置模型則必須能夠描述一個產品族，并具有產生個性化產品的能力。傳統的產品通過樹狀結構來表示，采用傳統物料清單(bill of material，BOM)描述，其節點均為常量。當面對可配置產品時，這種結構可能會引起組合爆炸。而通用物料單 (generic bills of material，GBOM)[4～6]描述了一類具有相同市場定位和需求、相似產品結構和零配件以及相似功能的產品族的樹狀通用數據結構。GBOM樹的各個節點采用了參數形式，每個參數有多種賦值。基于GBOM來選擇供應鏈合作伙伴，構建供應鏈網絡能加快供應鏈對市場需求的反應，降低供應鏈的成本，從而提高供應鏈的整體競爭力。

1 基于GBOM的供應鏈網絡與供應鏈伙伴選擇

1.1 基于GBOM的供應鏈網絡

按照供需雙方對應關系，供應鏈的類型可分為四類[7]。一對一型，即一個上游企業僅向一個下游企業提供產品，并且一個下游企業也僅向一個上游企業繼承產品。一對多型，即一個下游企業至多只能向一個上游企業繼承產品，但一個上游企業可向多個下游企業提供產品。多對一型，即一個下游企業繼承的產品可來自多個上游企業，但一個上游企業僅向一個下游企業提供產品。多對多型，集成了前三種類型，形成供應鏈網絡結構。事實上，供應鏈網絡結構更符合企業運營的實際情況。在目前關于供應鏈的研究中，不少學者引入了BOM/GBOM。陳靜杰等[8]定義了BOM 型供應鏈，在某產品的MBOM樹狀結構中，用生產該節點所表示的配件的供應鏈成員分別替換每個節點分別，得到該產品的供應鏈。杜少甫等[9]提出了基于GBOM的供應鏈網絡。但是相關的研究很少考慮供應鏈合作伙伴關系，從BOM/GBOM的拓撲結構出發來構建供應鏈。而大規模定制要求下的競爭起點就是選擇合適的供應鏈合作伙伴，組建供應鏈網絡，確保既滿足大規模定制的需要，又能提高供應鏈的整體競爭力。此外基于BOM構建的供應鏈，有明顯的缺陷。一方面，研究對象不是產品族，而是某類具體的產品，這樣一來滿足不了大規模定制的需要，并且供應鏈成員的收益會隨市場需求微小的變化產生巨大的波動。另一方面，簡單的將BOM拓撲結構中的節點替換成企業，則將產品與企業間默認為“一對一”的關系，這也是不符合實際情況的。

因此，站在供應鏈合作伙伴選擇的角度，基于GBOM可以構建更加理想供應鏈網絡。假設包括市場需求終端在內，供應鏈總層數為N，生產環節為前N-1層，則對應的GBOM層數為N-1層。圖1是一個N=4的構建供應鏈網絡的GBOM。

圖1 構建供應鏈網絡的GBOM示意圖

圖1中，GBOM的第1層產品族數為7，第2層產品族數為4，第3層產品族數為1。圖中Puv表示第v層上的第u個產品族，P13是最終投向市場的產品族。圖 2是根據圖1中的GBOM構建出的供應鏈網絡，其并不是簡單地將圖1中的節點替換為成員企業，而是包含了層與層節點之間的“多對多”關系的網狀結構。顯然供應鏈網絡中第1層的所有成員所能生產的產品集合就是GBOM第1層所有產品族的并集，且供應鏈第1層的每個成員所能生產的產品均為該層BOM的子集。同樣，供應鏈網絡與GBOM 其他層也有類似的對應關系。

圖2 由GBOM構建的供應鏈網絡示意圖

1.2 基于GBOM的供應鏈合作伙伴選擇

目前，供應鏈合作伙伴的選擇方法大致分為三類。第一類是出于經濟方面考慮，包括采購成本法和ABC法。第二類方法需要建立指標體系，如線性加權法，模糊評價，群決策，人工神經網絡等方法。第三類是模擬自然界的選擇的方法如遺傳算法等。

由于這些方法都存在一定的局限性，各有適用條件，并且沒能突出產品配置設計上的優化以及滿足大規模定制的需求。因此本文試圖基于GBOM來解決供應鏈合作伙伴選擇的問題。具體來講，為了滿足大規模定制的需要，要從原材料到產品這一過程中所涉及的每個環節上選擇合適的成員組成具有競爭力的供應鏈。每一個環節相當于供應鏈的一個層次，而為控制成本和增強企業間的信任，強調供應鏈之間的合作，每層次上加入的企業往往是有限的。而候選的企業的數量之多、企業產品種類的差異、同一產品的成本的不同等使得供應鏈伙伴的選擇變得十分復雜。本文所討論的問題就是，如何在各層的候選企業中選出既定數量的企業以及安排生產，使得既能滿足產品族的GBOM結構，又使供應鏈整體收益最高。

2 基于GBOM的供應鏈伙伴選擇模型

2.1 模型假設

為了方便建立數學模型描述基于GBOM的供應鏈合作伙伴選擇問題，本文做出以下假設：

(1)存在有權選擇企業，并能協調整個供應鏈網絡有效運作的核心成員；

(2)每層企業可生產多種產品，其產品集合是本層BOM的一個子集，不同企業生產的同一產品成本有差異；

(3)每層企業可向多個下游企業供應配件或產品，每個企業也能從多個上游企業采購產品，不同企業采購同一產品的價格有差異；

(4)所有候選企業均有生產能力上限；

(5)候選企業的生產能力可相互轉化，總生產能力可通過標準化生產能力來反映；

(6)每個企業總是在生產能力范圍內，按照其下游企業的需求安排生產的；

(7)不同企業生產同種產品的工藝、技術無差異，用于裝配的配件種類和數量也一致。

2.2 符號說明

n：供應鏈網絡層次編號，n=1,2,…N。

Nn：供應鏈網絡第n層候選企業數。

Nn'：供應鏈網絡第n層計劃選擇企業數。

i：供應鏈網絡各層中候選企業的編號，i=1,2,…N。

En,i：供應鏈網絡第n層中編號為的候選企業被選中情況，其中En,i=1表示被選中；En,i=0表示未被選中。

NEn,i：企業En,i能生產的產品種類數。

En,i,j：企業En,i生產的j產品。

δEn,i：企業En,i生產能力上限。

γEn,i：企業En,i生產j產品的生產能力標準化系數。

τEn,i,j,En+1,i',j'： 企業 En,i生產 j產品向企業 En+1,i'生產的 j'產品的轉化率。

2.3 模型構建

根據前面對問題的分析，建立數學模型如下：

其中，式(1)為目標函數，表示所選的企業組成的供應鏈利益最大化；式(2)表示企業選中后，向下游企業提供產品的總量經標準化后不超過其生產能力；式(3)表示任一企業向其上游企業采購的產品，所能生產的最大產品量不能超出其生產能力上限；式(4)表示除第1層外，任一企業只有從上游企業引進了足夠原料才可以向其下游企業供應足夠的產品；式(5)表示供應鏈網絡總是在各企業生產能力范圍內盡可能滿足市場需求；式(6)表示每層所選企業個數不超過計劃選取數。

2.4 模型求解

該模型屬于混合整數規劃，當規模較小的時候，可用分支定界法求解，但當供應鏈網絡層次較多，各層候選企業較多以及GBOM結構復雜時，可采用啟發式算法進行求解。本文采用遺傳算法進行求解[10]。

表1 候選工廠相關數據表

表2 終端制造商相關數據表

表3 客戶需求相關數據表

(1)用染色體表示各個供應鏈合作伙伴被選中情況，并采用二進制進行編碼，其中0表示候選企業未被選中，1表示候選企業被選中。

表4 候選原材料供應商相關數據表

(2)產生一組初始解，用來組成一定規模的初始種群。

(3)計算每個染色體對應的適應度函數值。這里的適應度函數為供應鏈整體利益最大函數，即模型的目標函數。其計算可先將選中企業數據帶入，計算非整數要求下，即松弛模型的生產計劃，若無解，則該染色體為非可行解。若有最優解，則對最優解進行向下取整，并根據選中各企業的剩余產能和未達到的產能進行微調，最后得出適應度函數值。

(4)按適應度函數值大小對染色體進行重新排序，并采用輪盤賭法則選擇染色體。

(5)對選中的染色體進行交叉操作。

(6)基于一定概率對交叉后的染色體進行變異操作，然后計算對應的適應度函數值，替換原染色體，對種群進行更新。

(7)達到預先設定的進化次數后，停止運算，輸出最優結果。

3 應用算例

本文沿用圖1所示GBOM結構，設計了四層供應鏈合作伙伴選擇的算例，供應鏈第1層為原材料供應商，有8個候選企業；第2層為工廠，有6個候選企業；第3層為終端制造商。其相關數據見表1～7，費用單位均為元，產品(配件)數量單位為個。現在要從中選擇2個原材料供應商，2個工廠成為供應鏈合作伙伴。等例求解結果見圖3。

4 結論

表5 標準化系數表

本文討論了大規模定制需求下的基于GBOM的供應鏈合作伙伴的選擇方法，為企業如何既滿足多變的需求，又降低供應鏈運行成本，使供應鏈收益最大提供了參考方法。但這種基于GBOM 構建的供應鏈網絡，也有一定的局限性。其在某種意義上還只是選擇理想供應鏈合作伙伴的必要條件，事實上，在選擇供應鏈合作伙伴時還有許多指標需要評價，進一步的研究可將基于GBOM構建的供應鏈合作效益作為其中的一個指標，綜合考慮GBOM的產品配置設計和其他重要指標，選擇一組整體上相對較優的供應鏈合作伙伴。

表6 產品轉化率表

表7 標準化系數表

圖3 算例求解結果

[1]陳凈杰,王扶東.基于群決策的供應鏈伙伴選擇與評價過程[J].控制與決策,2002,(11).

[2]邵曉峰,季建華.面向大規模定制的供應鏈驅動模型的研究與應用[J].工業工程與管理,2001,(6).

[3]Ellram L M.Managerial Guideline for the Development and Implementation of Purchasing Partnerships[J].International Journal of purchasing and Materials Management,1991,27(3).

[4]Toffler A.Future Shock[M].New York:Bantam Books,1970.

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[6]大衛 M 安德森,B約瑟夫.派恩二世.21世紀企業競爭前沿——大規模定制模式下的敏捷產品開發[M].北京:機械工業出版社, 1999.

[7]馬士華,林勇.供應鏈管理[M].北京:高等教育出版社,2003.

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[9]杜少甫,梁樑.基于GBOM的供應鏈網絡及其有生產能力約束的集成生產計劃模型[J].管理學報,2006,3(2).

[10]馬祖軍.基于遺傳算法的供應鏈聯盟伙伴選擇[J].系統工程理論與實踐,2003,(9).