基于多代理的供應中斷風險監測與評估

張晴，胡丹丹

（中南民族大學管理學院，武漢430074）

0　引言

制造業供應鏈出現供應中斷的原因包括自然災害、工人罷工或恐怖襲擊等社會性突發事件以及供應鏈例外事件。供應鏈例外事件指在業務運作中與預設規則、預期目標或者預計趨勢相背離的信號[1]。供應商的生產柔性、準時交貨率以及生產不確定性（如生產設備故障、物料短缺和物料出現質量問題）等均可引發供應鏈例外事件。相對于自然災害和社會性突發事件來說，例外事件引發的供應中斷頻率較高，且易于采用信息技術和管理手段進行監測和處理。本文嘗試借助于多代理技術構建一個系統來對例外事件可能引起的供應中斷風險進行監測和評估。

多代理（Multi-agent）技術在構建管理決策支持工具方面得到廣泛的關注和使用。從管理層次方面，可以將供應鏈風險分為戰略風險、戰術風險和運作風險三個層次。建立多代理系統對供應鏈戰術和運作層面的例外事件所引起的供應中斷風險進行監測和評估，能夠為企業管理者應對戰術和運作層面的供應中斷風險提供決策支持。國內外利用多代理技術研究供應鏈風險的文獻比較典型的有：采用分布式決策探討減小中斷事件對供應鏈系統的影響[2]，采用多代理技術處理供應鏈事件[3]，以代理為基礎的模擬模型來研究供應中斷對消費者，零售商和制造商的影響[4]，構建供應鏈多Agent應急協調體系結構[5]等。本文在文獻[6]中也比較詳細地歸納了多代理技術在供應中斷風險管理中的相關研究。總體來看，現有的這些研究內容多停留在多代理系統框架的構建上，不夠深入。另外，也缺乏針對戰術和運作層面的例外事件所引起的供應中斷風險進行監測和評估的相關研究。

1　供應中斷風險監測與評估的系統模型

1．1　系統的組成模塊

該系統主要由兩大模塊組成（見圖1）：供應鏈例外事件監測模塊和供應中斷風險評估模塊。鑒于目前制造企業管理信息化比較普及，在此預設一個前提，即：供應中斷風險監測需要的訂單執行過程中的訂單、庫存、生產計劃等數據可以通過軟件接口從企業現有的ERP系統中獲得，并且信息能夠在各成員間和各代理之間充分共享，且代理之間信息的傳遞是實時的。這樣，ERP中的計劃和執行功能對采購、生產以及物流等流程進行整合，在從接收客戶訂單到交付產品的過程中，向供應鏈例外事件監測模塊提供有關訂單的計劃信息和執行情況信息；供應鏈例外事件監測模塊完成對訂單實際執行過程的監測；供應中斷風險評估模塊對潛在的中斷風險進行評估和處理，為管理者提供降低或者化解中斷風險的方案。

圖1　系統的組成模塊

1．2　代理的功能設計

在構建系統時，要識別系統中所有反映問題領域和系統目標的實體，并將這些實體確定為相應的代理。需要處理的關鍵問題是抽象的粒度和抽象的內容?？梢栽诠袛囡L險監測與評估這個層次進行抽象，有兩種方法供選擇：功能分解法與物理分解法。與物理分解法相比，功能分解法對代理自身處理問題能力的要求低一些，實現起來相對容易。本文采用功能分解法從供應中斷風險監測與評估層次來確定相應的代理，涉及到通信代理、包裝代理、協調代理、監測代理和供應中斷管理代理等。

通信代理負責企業間（如供應商與制造商之間）的通信；包裝代理提供各代理和各應用系統之間的信息集成和信息訪問；協調代理負責供應鏈成員內部代理間的協調；監測代理負責提供關鍵性能指標的相關數據監測，在訂單執行過程出現例外情況時觸發警報；供應中斷管理代理是供應中斷風險評估模塊的核心，主要負責對供應中斷風險進行評估。各代理功能見表1所示。

表1　系統中各代理及功能

在模型設計時需要對代理行為、特征進行提取和描述，確定各代理的屬性和行為，并采用BDI模型進行描述?？梢愿鶕袛囡L險監測和評估流程、供應中斷風險監測和評估的方法與模型等來確定各代理的屬性和行為。對組成供應中斷風險監測與評估系統的代理群體進行集成，主要解決的問題是代理之間的關系以及它們之間的交互規則，這也需要從供應中斷風險監測和評估流程方面進行分析。

1．3　供應中斷風險監測和評估流程設計

本文假設供應鏈成員間關系為戰略合作伙伴關系，信息能夠在各成員間充分共享?；诙啻淼墓袛囡L險監測和評估流程始于客戶訂單進入制造核心企業的訂單執行系統。此時，制造核心企業的協調代理觸發針對該訂單執行過程的監測，負責該訂單監測的代理生成，如圖2所示。監測代理主要監測訂單生產過程中關鍵物料的生產或供應信息。如果關鍵物料是采購件，則相關的供應鏈成員（第一層供應商、第二層供應商等）中的內部協調代理也生成相應的監測代理，來監測供應商內部的供應過程，并收集和傳遞相關的監測信息。在此過程中，若監測到例外信息，則意味著可能存在供應中斷風險，于是供應中斷管理代理生成，供應中斷風險評估模塊被激活。

圖2　基于多代理的供應中斷風險監測和評估流程示意圖

1．4　代理群體的交互

分布式供應鏈系統中的每個節點企業均被視作一個多代理的子系統，包括通信代理、協調代理和監測代理等。每個代理子系統通過通信代理進行交流，它起到了供應商與核心制造商兩者之間的溝通作用。與前述流程相對應的企業內部和企業之間代理群體及相互之間的聯系如圖3所示。

圖3　代理群體交互示意圖

2　供應中斷風險監測和評估的方法與模型

2．1　供應中斷風險監測

哪些訂單需要進行監測由協調代理根據它們的關鍵路徑長短、是否關鍵物料或客戶請求來確定。供應中斷風險監測根據訂單執行流程，分析確定其中的例外事件控制點（即流程中可能產生例外事件的關鍵控制節點，如供應流程上“產品制造”這個節點可能因產量不足而導致產品“存貨不足”的例外事件產生，可能引發供應中斷風險）。針對這些例外事件控制點，設定監測代理的關鍵參數或例外事件關鍵性能指標（如存貨水平、生產量、生產能力、交貨提前期等）的預計取值范圍。這些參數或指標的實際取值通過對來自于ERP等組織內部流程的輸入端、輸出端的關鍵參數進行取樣和計算得到。分析判定關鍵性能指標的預計值和實際值的差異，確定例外事件，發出風險警報。供應中斷風險監測方法與過程如下頁圖4所示。

2．2　供應中斷風險評估

供應中斷風險評估的功能由供應中斷管理代理完成。根據監測代理發出的風險警報，供應中斷管理代理分析風險可能造成的影響程度，如無影響、較小影響，中等影響或嚴重影響等。在供應中斷管理代理中內置模擬器（見下頁圖5），模擬器采用基于案例推理的方法進行中斷風險的評估。案例推理方法是一種基于知識的問題求解和學習方法，適合解決供應中斷風險評估等非結構化決策問題。表2（見下頁）描述了部分案例。例如，客戶訂單中的關鍵物料在供應商那里發生了實際生產偏離計劃日期的例外事件，該例外事件通過協調代理傳遞給供應中斷代理，后者通過搜索案例庫尋找類似情景，判斷可能產生交貨延遲的風險，應對措施是可以通過重調度或者尋求其他供應商實施轉包。

圖4　供應中斷風險監測過程

圖5　供應中斷管理模塊內部結構示意圖

表2　供應中斷風險案例

不同應對措施可能花費的成本不同，計算該成本時可采用目標函數Min(cost)=y+P(y)L(y)，y表示為減小供應中斷風險發生而投入的資本，P(y)表示供應中斷風險發生的概率，L(y)表示供應中斷風險發生后帶來的經濟損失。估計P(y)的值時可以使用失效模式與效應分析、線性回歸、時間序列回歸或者隨機模型等方法[7]。

評估中斷風險后，接著要進行中斷風險管理行為決策與實施。在此步驟，供應中斷管理代理中內置的校正器為在風險評估階段鑒定的風險選擇優化的策略。對于不同的供應中斷類型，當選擇不同的應對措施時，花費的成本不同，最終的供應鏈利潤也不一定相同。決策者需要這些數據來選擇最終的風險管理行為并加以實施。協調代理向校正器提供有關風險發生的準確的管理情景信息，校正器可根據文獻[8]中的模型計算不同方案選擇下的供應鏈的利潤。決策者展開“what-if”場景分析，選擇最終方案。在風險管理行為實施后，可以將這個最終方案的關鍵數據提取以形成新的案例和結構化數據存入數據庫，這樣過去實施過的成功的決策方案就轉化成知識以供未來使用。

3　系統模擬

可借助于JADE平臺進行系統的構建和模擬運行。定義代理類如CommunicationAgent、CoordinatingAgent、MonitoringAgent和DisruptionManagementAgent分別表示通信代理、協調代理、監測代理和中斷管理代理。利用這些代理類可以創建各個代理。每個代理的執行流程如圖6所示。

圖6　Agent執行流程

模擬運行以某裝配制造企業為背景，假設在接收到的客戶訂單中存在關鍵物料X，且為采購件。與物料X相關的參數設定如表3所示，參數說明中的“*”表示該參數為關鍵參數，關鍵參數的取值范圍供監測代理甄別供應鏈例外事件時使用。

表3　物料X的相關參數

系統模擬運行之初，假設由于供應商內部調度問題導致物料X無法在10月26日之前供貨。系統模擬開始時，新的計劃交貨日期被通信代理communicationAgent接收后傳遞給監測代理monitoringAgent，監測代理通過預設的關鍵參數及取值范圍進行比對，判定物料X會產生供應中斷風險，于是通知協調代理coordinatingAgent，協調代理向供應中斷管理代理dmAgent發出進行風險評估的請求。中斷管理代理接收到請求后啟動模擬器進行風險評估，相關參數取值及評估結果如表4所示。

表4　參數取值與計算結果

在表4中，設定針對物料X的供應中斷的重調度成本y1為15個單位，對應的供應中斷發生的概率P(y1)為0.2；轉包成本y2為10個單位，對應的供應中斷發生的概率P(y2)為0.3；供應中斷發生后的經濟損失L(y1)和L(y2)皆為40個單位。通過中斷管理代理內置模擬器計算后輸出采用不同方案時的風險花費。其中采用重調度的措施應對該風險花費C1為23個單位，采用轉包措施應對該風險花費C2為22個單位。模擬運行結果可以為決策者進行供應中斷風險處理方案選擇提供參考，也初步表明該系統對管理者進行供應中斷風險監測和評估的決策支持是可行的。

4　結束語

本文研究基于多代理的供應中斷風險監測與評估系統，希望能推進供應鏈風險管理決策支持工具的發展。主要工作在于基于多代理的供應中斷風險監測與評估系統模塊設計、代理的功能設計、供應中斷風險監測和評估流程設計、代理群體的交互、供應中斷風險監測和評估的方法與模型以及借助JADE平臺進行系統的初步構建等。該系統對于供應鏈戰術和運作層次的中斷風險管理具有普遍適用性。對此系統的構建和完善還需要完成其他工作，比如定義本體（包括它包含的謂詞類型、代理動作等相關的Java類）、組合行為以創建復雜任務、中斷管理代理對風險的評估和優化等，這些方面可做為后續工作開展進一步研究。

參考文獻：

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[3]Bearzotti L A,Chiotti O J,Salomone H E.An Autonomous Multi-agent Approach to Supply Chain Event Management[J].International Journal of Production Economics,2012,135(1).

[4]Wu T,Huang S,Blackhurst J,et al.Supply Chain Risk Management an Agent-based Simulation to Study the Impact of Retail Stockouts[C].IEEE Transactions on Engineering Management,2013,60(4).

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[8]Huang C C,et al.Disruption Management for Supply Chain Coordination With Exponential Demand Function[J].Acta Mathematica Scientia 2006,26(4).