新產品開發供應商管理在新能源汽車鋰電池行業中的應用

□ 胡曉帆 □ 周炳海

同濟大學 機械與能源工程學院 上海 200092

電池、電控與電機，是新能源汽車三個關鍵系統，其中鋰電池組系統的研發和生產過程，沒有既定的技術路線可循，是一個極其復雜的新產品開發系統工程。

在新產品開發初期 （概念設計和初步設計階段），該階段與傳統產品生產過程不同，存在著各種不確定性因素，使開發企業在產品開發的初期，很難提出零部件的具體功能要求和提出對供應商的具體要求，沒有清晰的指標權重劃分，只能根據專家的經驗得到指標間權重的可能變化范圍。針對這一時期的決策，筆者采用兩種方差最大化決策方法。在新產品開發流程后三個階段（詳細設計、工藝流程、試制批產），傳統供應商選擇評價指標體系所考慮的因素已不能滿足現實需求，要采用模糊層次分析法來進行供應商的選擇與評估，選擇供應商不僅僅是入圍資格的選擇，而是一個連續可累計的選擇過程，直至甄選出能與企業協同開發新產品的合格供應商。這樣既充分考慮到新產品開發初期各種外界不確定因素導致無法對供應商給出明確要求，也能在明確了新產品具體功能和對供應商要求的情況下，根據事先確定的指標權重給出精確的供應商評價結果，由此構成了完整的供應商評價指標體系。

1 兩種方差最大決策法

原理介紹。 設 X=（x1，x2，...，xn）為案集，G=（f1，f2，...，fn）為屬性集，yij=f1（x1）（i=1，2，...，m；j=1，2，...，n）是方案屬性f1下的屬性值。屬性類型包括，效益型是指屬性值越大越好的屬性；成本型是指屬性值越小越好的屬性；固定型是指屬性值越接近某個固定值αi越好的屬性；偏離型是指屬性值越偏離某個固定值βi越好的屬性；區間型是指屬性值越接近某個固定區間 ［q1i，q2i］（包括落入該區間）越好的屬性；偏離區間型是指屬性值越偏離某個固定區間［q1i，q2i］越好的屬性。 I=∪6i=1Ii且 Ii∩Ij= ，i，j=1，2，3，4，5，6，i≠j，其中 Ii代表效益型、成本型、固定型、偏離型、區間型、偏離區間型6種屬性的下標集合，為空集。為了消除不同物理量綱對決策結果的影響，可按下述公式將決策矩陣Y=（yij）m+n轉變為規范化矩陣［1］：R=（rij）m+n，M=｛1，2，...，m｝，N=｛1，2，...，n｝。

設屬性的權重向量為：w=（w1，w2，w3，...，wm）T，wi≥。 構造加權規范化決策矩陣 z=（wirij）m+n，則方案rj的綜合屬性值為：

顯然，綜合屬性rj值越大，其所對應的xj方案越優，在權重向量w已經確知的情況下，由式（7）可以很容易對方案進行排序。方案屬性值偏差越大的屬性（無論其本身的重要性程度如何），應該賦予越大的權重。若所有決策方案在屬性fi下的屬性值沒有差異，則屬性fi對方案排序將不起作用，其權重恢復為零。對于屬性fi，若決策方案xj與其它所有決策方案的屬性值偏差用方差σij（w）表示，則可以定義為：

令:

對屬性 fi，σij（w）表示所有決策方案與其它決策方案的總方差，權重向量w的選擇應使所有屬性對所有決策方案的總方差最大。構造偏差函數如下：

求解權重向量w等價于求解單目標最優化問題：

解此模型，作拉格朗日（Lagrange）函數：

由式（11）式和式（13）可得：

若能提供屬性權重可能的變化范圍，即屬性權重向量 w=（w1，w2，w3，...，wm）T滿足約束條件， 0≤ai≤wi≤wi＝1，wi≥0，i∈M。 ai、bi分別是 wi的上、下界。在這種情況下，利用另一種方差最大化排序方法，即求解權重向量w等價于求解如下線性規劃問題：

解此線性規劃模型，得到權重向量的最優化。

2 模糊層次分析法

模糊層次分析法是在傳統層次分析法的基礎上發展起來的，通過構造模糊判斷矩陣實現對權向量的估算。筆者采用的是基于模糊一致矩陣的FAHP方法。

步驟1，建立層次結構。最高層：表示解決的問題，即應用FAHP所要達到的目標。中間層：考慮的因素，決策的準則，表示采用某種措施和政策來實現預定目標所涉及的中間環節。最低層：表示解決問題的措施。

步驟2，構造模糊判斷矩陣。模糊矩陣R表示針對上一層某元素與本元素之間的重要性的比較，假定上一層元素 L 與下層元素 m1，m2，...，mn有聯系，rij表示元素mi與元素mj相對于元素L的重要程度。為了使任意兩個方案關于某準則的相對重要程度得到定量描述，可采用0.1～0.9標度給予數量標度。

步驟3，一致性檢驗。對于不一致的模糊判斷矩陣，就需要將其調整成模糊一致矩陣，這時可根據以下權重公式，予以調整。

步驟4，單層次排序。層次單排序是指，根據模糊一致矩陣計算，對于上一層某因素而言，本層次與之有聯系因素的重要性排序，即確定權重。由模糊互補判斷矩陣求元素 m1，m2，...，mn的權重值 w1，w2，...，wn， 當模糊互補判斷矩陣具有一致性時，權重公式為：

步驟5，合成權重確定。各元素相對于最項層的相對權重，特別是最底層元素相對于最頂層元素的相對權重，這也是元素的絕對權重（或合成權重）。合成權重的計算是自上而下的，依據遞推規則，最低層的指標因素相對于目標層的合成權重為：

步驟6，評價給分并計算。根據上述運算所得到的分指標權重進行求和運算，假如分指標評分集X=（x1，x2，...，xn）T, 其對應的合成權重集為 W=（w1，w2，...，wn）,供應商考評成績為S，它與因素集、權重集三者之間的關系為：S=WTX=Σwixi。

3 應用實例

▲圖1 新能源汽車鋰電池零部件成本分布

作為全球傳統的車載鉛酸電池領頭羊，S公司加快與國內國際整車廠商新能源汽車零部件的配套業務步伐，在中國開展新能源汽車鋰電池業務。S公司深刻地意識到，建立起適合新產品開發流程的供應商選擇與評估體系，將能力出眾的供應商甄選出來，然后讓其參與到關鍵零部件的開發中，這樣就能與供應商之間實現資源共享和風險共擔，縮短開發時間，提高新產品品質，提升自身核心競爭力。

3.1 問題定義

S公司為整車廠商配套進行開發的新能源汽車鋰電池系統，可以拆分成四大類零件，從中挑選出關鍵零部件，然后根據商品采購特性矩陣對于關鍵零部件所制定的供應商關系管理策略，從適合新產品開發流程出發，借助兩種方差最大決策法與模糊層次分析法，建立起能夠甄選出核心供應商的供應商選擇與評估體系，是本文實例需要解決的問題所在。

3.2 項目定義

S公司的鋰電池組系統，基本物理結構包含四大部分。分別是：電芯與電芯模組、機械結構、電子電氣、熱管理系統，與之對應的采購成本如圖1所示。

有兩個指標可以被用來篩選關鍵零部件，一是零部件供應的風險程度，這是影響采購績效的外部因素，它決定了采購零部件是否充分供應，風險程度大就加大了采購管理的難度，使采購方的談判力和支配權下降。二是采購零部件的成本價值比重，這是衡量所購零部件對企業產品的貢獻程度，對于公司采購金額貢獻越大的零部件，理應在采購戰略上給予高度重視。

如圖2所示的鋰電池零部件的采購商品特性矩陣（橫軸為采購風險影響大小，縱軸為制造難易）分別是關鍵類商品、挑戰類商品、杠桿類商品、非關鍵類商品。采購風險大以及制造難度高所在的象限對應的就是挑戰類商品。

▲圖2 鋰電池零部件采購特性矩陣

表1 鋰電池零部件供應商評價指標

明確了零部件采購特性矩陣，然后定義鋰電池組四大零部件性質，最終確定關鍵零部件。根據零部件采購成本占比以及加工制造工藝，確定關鍵零部件是電芯與電芯模組。該物料采購金額很大，加工制造工藝非常復雜，要求供應商在財力上要有雄厚資本和較大的生產規模，在技術上擁有相當專業的新產品設計研發以及知識創新能力，俗稱為“黑箱供應商”。在市場上這種合格的供應商數量有限，所以導致供應商轉換成本很高，在新產品概念產生階段讓“黑箱”供應商參與到新產品開發，不斷加深供應商對S公司新產品的理解，讓供應商共同承擔新產品開發風險，建立起長期穩定共同發展的新型供應鏈關系。基于對支持新產品開發的供應商評價問題的連續性分析，框架性地構建了三個層次的綜合評價指標體系，見表1。

3.3 問題分析

由于在新產品開發的概念設計與初步設計階段，很難提出零部件的具體功能要求和提出對供應商的具體要求，無法對指標之間的權重有明確分配，所以采用兩種方差最大決策方法，進行早期供應商的選擇與評估，而到了后面三個開發階段，明確了零部件具體功能和對供應商要求的情況下，根據事先確定的指標權重，能夠給出精確的供應商評價結果，采用模糊層次分析決策方法選出最終的黑箱供應商。S公司從供應商隊伍中挑選了6家業績比較好的供應商進行評價。

表2 概念設計階段（決策系統矩陣）

步驟1，概念設計階段的供應商選擇評估。

（1）根據表2中數據建立決策矩陣。

（2）將決策系統矩陣Y轉化成規范化決策矩陣。

rij=（yij-minyy）/（maxyy-minyij），i∈1，...，5，j=1，2，...，6，由式（1）得到：

（3）對各個指標之間的權重估計，由式（14）可得：

其中：w1==0.225,同理可得：w2=0.213，w3=0.193，w4=0.205，w5=0.179。

w=（0.225，0.213，0.193，0.205，0.179）T。 由式（7）得各供應商 xj（j=1，2，...，6）綜合屬性分別是 r1=0.494，r2=0.533，r3=0.193，r4=0.205，r5=0.179。

（4）按照rj值從大到小排序排列，得到方案 xj（j=1，2，...，6）的排序為：供應商 6>供應商 3>供應商 4>供應商2>供應商1>供應商5，淘汰排名最后的供應商5，其它供應商進入下一輪的篩選。

步驟2，初步設計階段的供應商選擇評估。

有5家供應商入圍到該階段的供應商評價，再作進一步聯系與實地供應商調查，得出在初步設計階段的各指標的評價結果，見表3。

現場評審人員根據開發管理的經驗，分別對各指標進行權重的估計，用w來表示：

表3 初步設計階段（決策系統矩陣）

0.20 ≤w1≤0.35，0.15≤w2≤0.25，0.15≤w3≤0.25，0.15≤w4≤0.25，0.10≤w5≤0.20

初步設計階段供應商的選擇評估，計算過程與步驟1相同。

（1）根據表3中的數據建立決策矩陣。

（2）建立規范決策舉證。

（3）最優權重計算。

（4） 排序，求得各供應商 xj（j=1，2，...，6）綜合屬性值：r1=0.675，r2=0.333，r3=0.525，r4=0.863，r5=0.725；按照rj值從大到小順序排列得到方案 xj（j=1，2，...，5）的排序為：x4＞x6＞x1＞x3＞x2； 供應商對應的排序也就出來了：供應商4＞供應商 6＞供應商 1＞供應商3＞供應商2；從中選擇了排名靠前的四家供應商（供應商4、供應商6、供應商1、供應商3）進入到下一階段詳細設計階段的供應商選擇評估之中。

步驟3，詳細設計階段的供應商選擇評估。

新產品開發到了這一階段，對供應商評價的各個指標權重都已經十分明確清晰，將采用第二種模糊層次分析決策法對供應商進行選擇與評估。

（1）初步分析建模。隨著詳細設計階段的展開，資料會越趨精確與復雜。此階段是由企業提出所需零部件的需求界面及功能等相關規格，然后與供應商協商討論。此階段供應商承擔的設計開發部件之責任應與企業是相等的，該階段會決定現產品的最終功能。

表4 模糊判斷矩陣1（詳細設計階段）

表5 模糊判斷矩陣2（詳細設計階段）

▲圖3 評價指標層次結構（詳細設計階段）

表6 模糊判斷矩陣3（詳細設計階段）

（2）詳細計算選擇。

①建立層次結構如圖3所示。

② 構造各模糊判斷矩陣見表4～表6。

④層次單排序，以矩陣RA為例，根據權重計算公式,其中 n為 R的階數，a=（0.5+0.6）=0.6；同理計算得：W2=0.4。由此得出：開發進度 （B1）、開發平臺（B2）對上級指標設計開發階段的供應商選擇評價（A）而言，它們之間的相對權重為WA＝｛0.6 0.4｝。

⑤合成權重的確定，計算出一組指標對其相鄰上一層的相對權重后，可以根據各評價指標的從屬關系，得出評價指標相對于總評價目標的綜合權重。公式表達： vij=wi×wij（i=1，2，...，n；j=1，2，...，n），其中：vij為下層評價指標的綜合權重；wi為其上層的綜合指標的相對權重；wij為下層指標的相對權重。計算出詳細設計階段的供應商選擇評價指標體系的綜合權重見表7。

由表7可得詳細設計階段供應商的綜合權重值為 ：W=｛0.0690 0.1098 0.0870 0.0702 0.2400 0.1600｝。

表7 評價指標綜合權重表（詳細設計階段）

表8 各評價指標的取值（詳細設計階段）

表9 無量綱化各供應商得分（詳細設計階段）

⑥評價給分并計算。對照評價指標體系，收集入圍階段4家供應商在該階段評價指標的原始數據 （見表8），并對原始數據進行處理，然后進行橫向比較。

對各供應商的得分進行無量綱化處理，見表9。

將表9中數據構成的矩陣與W相乘，得到4個供應商的最后評價值，計算得到，Vi=｛0.52 0.47 0.48 0.43｝，由此可見，4家供應商的評價值得分順序為：供應商1>供應商4>供應商3>供應商6，保留前3名作為開發設計階段的核心潛在供應商。

步驟4，工藝流程階段的供應商選擇評估。

新產品開發基本定型，供應商依照認可后的零部件設計圖紙與標準制造零部件。對工藝流程階段的供應商進行選擇評估，仍將采用模糊層次分析法，同上所述。

無量綱化后排列順序為:供應商2>供應商4>供應商1>供應商3，順序靠前的（供應商2、供應商4）進入下一個階段的供應商評價。

步驟5，試制批產階段的供應商選擇評估。

產品技術要求以及生產參數都已確定，供應商任務是及時供貨并且長期保持質量穩定。對試制批產階段的供應商進行選擇評估，仍將采用模糊層次分析法，同上所述。

▲圖4 評價指標層次結構（工藝流程階段）

▲圖5 評價指標層次結構（試制批試階段）

無量綱化后排列順序為:供應商2>供應商4。

3.4 問題解決

通過運用兩種多目標系統的決策方法,針對新產品開發的五個不同階段（見表1），對6家潛在供應商進行選擇與評估，選出供應商2是能夠滿足S公司全流程開發要求的黑箱供應商。

4 結束語

鋰電池作為車載能源存儲，相比其它新汽車零部件，是全新的產品開發設計生產的過程。因此兩種方差最大決策和模糊層次分析方法特別適用于新能源汽車鋰電池的零部件開發供應商管理活動中。筆者概述了兩種方差最大決策和模糊層次分析方法以及它在鋰電池零件實際生產中的運用，希望能夠對于兩種方差最大決策法和模糊層次分析方法在鋰電池零件開發供應商管理中的推廣應用起到參考與借鑒的作用。

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