大規模定制環境下基于公理設計的物流系統評價

陳茂祿 ，王增強 ，蒲 云

（1.西南交通大學交通運輸與物流學院，四川 成都 610031；2.西華大學四川軍民融合協同創新中心，四川 成都610039）

隨著經濟全球化進程的加快，企業在發展過程中必然面臨持續變化的環境，消費者的需求呈現多樣化和個性化.以顧客需求為導向的大規模定制（mass customization，MC）模式逐漸受到生產企業的青睞，這種模式實施的前提是響應時間和最終價格不受到較大影響，并為消費者提供定制的產品或服務[1-3].為了適應生產模式的變化，生產企業必須將主要精力和資源集中于核心業務，而外包一些非核心的業務，為了實現快速響應和增值服務，就要求企業在加強多樣化產品開發模塊研發的同時，強化物流系統的選擇，設計更加優化的物流系統有助于降低企業成本、增加利潤和促使產品更快響應.MC 的實施對物流系統提出了更高的要求，進一步加大了選擇物流系統的復雜性和不確定性，如何在復雜環境下選擇可行的方法是本文嘗試解決的問題.

MC 環境下物流系統的評價需要考慮多項指標，目前的學者在對關鍵指標的權重進行分析時，一般選擇德爾菲法[4]、層次分析法[5]、模糊層次分析法[6]和熵法[7]等方法，都希望決策者能在評估過程中量化指標.然而，受限于決策者不同的知識水平和工作經歷，他們對相同的指標都會給出不同的理解，諸如此類因素都會導致許多指標的量化極為困難，一方面，指標量化不能完全體現MC 環境的不確定性和決策成員思維的主觀性；另一方面，指標量化對決策成員提出了更高的要求.通常來說，決策人員往往會直接給出一些定性的語言信息來表征某些指標的重要性，如使用“高、一般、低”等語言短語來評價“MC 環境下物流系統的響應時間”的權重[8-9].此外，目前關于物流系統評價的傳統分析方法主要有層次分析法[10]、遺傳算法[11]、改進的遺傳算法[12]和模糊數學[13-14]等，同時有學者運用組合方法評價[5].然而，參與決策的人員對于所選的物流系統在各項關鍵指標上的表現都有相應的預期，基于這種情形，部分研究在物流系統的評價過程中考慮到指標的期望，文獻[15]將多目標評價體系應用到供應鏈系統設計過程中；文獻[16]基于決策網絡計劃法，通過多屬性的效用函數理論建立均衡模型，旨在解決考慮多目標的物流實施方案優化問題.需要指出的是，這些方法實施的前提都要事先確定效用函數或概率分布函數，而確定這些函數在實際操作上也非常困難，同時，更多有關文獻沒有考慮決策團隊在評價前給出各項指標期望的情況.

基于上述，本文針對MC 環境提出了一種新的物流系統評價方法，首先引入基于語言短語的決策方法以確定指標的權重，將決策者給出的指標權重的語言短語轉化為清晰值，然后根據公理設計中的信息公理，依據3 種指標期望的類型得出備選方案的符合程度矩陣和信息量矩陣，最后對備選方案的綜合信息量進行比選.本文的研究目的是為生產企業決策者提供一種實施MC 模式的物流系統選擇策略.

1 MC 環境下物流系統評價理論

1.1 MC 環境下物流系統的特征

MC 環境下，第三方物流服務方案的設計企業需要依據客戶企業、零售商和消費者的需求提供更全面和專業服務，通常物流需求的期望包括如下：系統運輸的產品對重量、體積和形狀沒有限制；在物流過程中對路線沒有限制；物流全過程效率得到明顯提高；智能化水平和自恢復的優勢更加優越[17].具體來說，MC 環境的客戶對物流系統的需求表現特征如下：

（1）零售商戰略地位提高，中間環節減少

MC 環境下，作為個性化消費的終端代表，零售商戰略地位有了很大提高.為了在競爭中占據優勢，零售商更希望減少中間環節，甚至直接從廠商取貨，加大了對物流系統供貨時間的考驗.

（2）生產企業降低庫存的需求增大

企業訂單在MC 環境下是需求拉動的個性化產品定制，更希望物流系統持有庫存，生產企業根據訂單向物流企業購買零部件進行組裝生產.與大規模生產相比，企業所需原材料更具有隨機性和不穩定性，企業為了迅速占領市場要求物流系統供應時間最小化.

（3）需要先進信息技術的支持

MC 環境下生產企業在滿足規模效應的同時為客戶提供差異化的產品，物流企業為了提高客戶滿意度，需要為客戶設計專門的定制服務，這就需要現代信息技術的支持，如無線射頻技術、電子數據交換等.

（4）動態調整，分散布局

與傳統生產企業相比，MC 環境下的企業還要確保生產可以動態調整以滿足MC 的柔性.MC 環境下的物流系統為生產企業提供服務，要設計專門的動態服務模式，并提供細分的物流系統以滿足企業快速響應市場的需求.

1.2 MC 環境下物流系統的評價指標

MC 的生產模式目的是要滿足顧客定制化的需求，因此，企業要在競爭中取得成功，MC 環境下物流系統關注的不僅僅包括傳統的運輸和倉儲等，還要體現系統整體的高度柔性，能為顧客任意數量和時間的要求提供響應速度更快的物流服務.根據多次實地調研和反復的文獻對比分析，結合MC 模式的特征，認為應從以下4 個維度來對物流系統進行全面的評價和分析.

（1）成本評價：生產企業引入MC 模式后，顧客要求最終成本的物流成本增加幅度不能過大，可以從任意數量的運輸成本和庫存成本等方面對成本進行分析.

（2）時效評價：MC 模式對物流系統的快速響應要求更高，可以從資金周轉率、庫存總時數、訂單響應時間和日處理訂單數等方面進行分析.

（3）柔性評價：MC 模式要求物流系統能為顧客隨時提供任意數量貨物的物流服務，可以從覆蓋范圍可拓性和任意數量吞吐總量等方面進行分析.

（4）技術評價：MC 模式追求系統的整體性能，可以從工具自動化程度和信息管理水平等方面體現系統的技術性能.

綜上，本文確定的指標體系如圖1所示.

圖1 MC 環境下物流系統評價的指標體系Fig.1 Evaluation indices of logistic systems in the context of mass customisation

2 MC 環境下物流系統的評價問題

在MC 環境下選擇物流系統，生產企業不同部門、零售商和消費者對物流系統的需求有不同的期望，戰略管理層更為關注系統的總體運營狀況，市場部、零售商和消費者更側重于系統的響應時間，生產部就會對庫存情況提出更多要求，這就必須在評價過程中權衡利益相關者的訴求，決策成員的集合記為D={D1,D2,···,DT}，T為決策成員數.決策團隊根據客戶需求和市場發展趨勢以得到系統選擇的關鍵指標，記為G={G1,G2,···,GM}，M為關鍵指標數量.

從理論上講，許多因素對物流系統備選方案的性能都有影響，但是在實踐中，只有少數幾個指標決定了評估過程.不必要的大量輸入不僅會降低決策模型的清晰性，還會增加其計算的復雜性.因此，參與決策的人員就有必要從確定的指標體系中找到更為重要的關鍵指標，并進而通過進一步的處理得到各項關鍵指標的權重.在權重確定過程中，由于評價決策來自不同的專業領域，鑒于其知識背景、經驗和價值觀等各方面存在很大差別，對需要評估問題的理解也必然存在差異.因此，各位決策成員在對指標權重判別時更喜歡根據自己的經驗和偏好直接給出語言短語.評估人員在對系統評價時需要合適的評估標度，合適的評估標度不僅僅將語言信息定量化，還與決策成員的評價信息一一對應[18].本文采用的標 度 為Y={y1,y2,y3,y4,y5,y6,y7,y8,y9} ，其 中y1= 極低，y2= 很低，y3= 低，y4= 較低，y5= 一般，y6= 較高，y7= 高，y8= 很高，y9= 極高.由于決策團隊衡量指標權重時給出的是語言短語，對其核算時就需要轉化為數值，語言評估標度中的任意一個元素，都可以通過一個三角模糊數進行表示.

定義1[19]設

式中：xc、xd、xe分別是的下限、中限和上限，0 ＜xc≤xd≤xe，則稱為一個三角模糊數，其特征函數可表示為

為了評價的方便，下面給出三角模糊數的運算法則：

（2）φ={φxc,φxd,φxe},φ為任意數,且φ ≥0.

文獻[20]給出了將語言變量轉化為三角模糊數的方法；為了得到各個指標的具體權重，指標的模糊值需要繼續處理，文獻[21]提出了將模糊數轉化為明確值的方法.本文將文獻[20]和[21]提出的方法集成將指標的語言權重經過兩次轉化得到指標權重向量，并在此基礎上進一步做了規范處理得到最終的權重向量，令規范化的指標權重向量為

式中：girj為第j個關鍵屬性的規范權重，j=1,2,···,M.在對物流系統進行改進前，決策團隊根據所收集到的信息對經濟發展趨勢和同行企業情況做出分析，通過多次反復探討，確定各項關鍵指標的期望.MC 環境下物流系統評價是一個典型的不確定信息問題，決策團隊在給出指標期望時，可能呈現不同的形式，在信息收集比較完整，決策團隊理解更為透徹的情況下，期望值是一個精確的數值Ej；鑒于經濟發展形勢和同行競爭對手信息難以收集，需要提前做出預判，期望值以區間的形式來呈現，Ej=在本文的實例中，（1）決策團隊認為物流貨物吞吐總量須在150 萬臺以上；（2）決策團隊認為物流系統的庫存總時數的合理期望值為2～6 d；（3）決策團隊認為物流系統的訂單響應時間不能超過8 d.關鍵指標（1）和（3）的期望值為一個精確數，關鍵指標（2）的期望值位于一個區間內.關鍵指標集G={G1,G2,···,GM} 的期望集記為E={E1,E2,···,EM}.文獻[22]在研究中定義了公理設計，公理設計包括獨立公理和信息公理，獨立公理要求各個備選方案都須滿足不同關鍵指標的最低要求，無須考慮其他指標；信息公理是依據決策團隊給出的評估值和期望值，使用信息公理的計算公式計算得到各備選方案的最終評價指數，進而選擇更合理的方案.根據公理設計的要求，在MC 環境下選擇合理的物流系統，就需要將決策團隊給出的備選方案在關鍵指標上的評估值或區間轉化為符合指標期望的程度.

第三方物流服務方案的設計企業需要對客戶企業的競爭環境全面分析，結合企業現狀、優劣勢和發展情況，充分發揮自身特色和技術優勢，初步設計適應MC 環境的物流系統備選方案，備選方案集記為S={S1,S2,···,SN}，N為備選方案數量.結合企業所收集的信息，各位決策成員對不同備選方案在各項評估指標上的表現進行評估，評估值記為rij(i=1,2,···,N)，據此組建各備選方案的評估矩陣（表1）.依據如上描述，本文旨在解決的問題就是基于決策團隊所確定的關鍵指標集G、指標期望集E、規范化的關鍵指標權重Gir以及各備選方案的評估矩陣R，從第三方物流的設計企業所提供的備選方案集S中確定更適合企業實施MC 模式的物流系統.

表1 備選方案的評估矩陣Tab.1 Evaluation matrix of alternatives

3 MC 環境下物流系統的評價方法

MC 環境下選擇物流系統，為確保結果的合理性，必須邀請客戶企業、零售商和消費者的代表作為決策成員，企業在MC 的實施過程中面臨的客觀環境具有較強的模糊性，決策成員在給出關鍵指標權重信息時很難給出精確的數值，而更傾向于使用語言短語來表征各項關鍵指標的重要性.本文提出了集成方法對此進行核算，將決策成員給出的權重信息轉化為三角模糊數，通過處理得到明確值，再進行規范化處理確定各項關鍵指標的最終權重.

如上所述，本文提出的評價方法考慮到了決策成員事先確定的指標期望，一般來說，備選方案Si在關鍵指標Gj上的評估值rij通常會出現3 種情景：不超過確定的指標期望Ej；位于確定的指標期望區間內；必須超過或達到所確定的期望值Ej.考慮到公理設計的原理，為了得到明確的評價結果，就必須對不同備選方案的評估值進行處理，將決策成員給出的備選方案在各項關鍵指標上的評估值與期望值進行比較，在現有研究的基礎上改進3 種分布類型的計算公式，將決策成員給出的備選方案在關鍵指標上的評估值或區間轉化為符合指標期望的程度，得到不同備選方案的最終評價指數，進而確定更為合理的物流服務方案.

本文所提出的物流系統評價方法的步驟詳情如圖2所示.

步驟1根據企業實施MC 模式的實際情況，從企業戰略管理層、市場部、生產部和零售商選擇參與物流系統評估的決策成員，組成決策團隊D，通過實地調查和深度訪談等不同形式獲取詳實的市場信息，在此基礎上分析影響物流系統選擇和MC 模式實施的關鍵指標G，決策團隊根據整理分析的市場信息，經過多次研討分析，確定了各項關鍵指標的期望值E.

圖2 MC 環境下基于公理設計的物流系統評價方法Fig.2 Evaluation method of logistic systems in mass customisation based on axiomatic design

步驟2邀請各位決策成員給出M個關鍵指標的語言短語，使用式（1）將語言短語轉化為模糊語言標度：

式中：zc,zd,ze分 別是z的下限、中限和上限；q=1,2,···,9.

依據式（2）將給出的語言短語進行綜合：

將語言短語轉化得到指標權重的明確值：

式中：ωcj、 ωdj、 ωej分別為的下限、中限和上限；L=min{ωc1,ωc2,···,ωc6}，H=max{ωe1,ωe2,···,ωe6}，Δ=H-L.

依據式（4）對 ωdef=(ωdef1,ωdef2,···,ωdefM) 進行規范處理，得到規范化的指標權重向量Gir=(gir1,gir2,···,girM).

步驟3第三方物流的設計企業通過組織全面調研，篩選確定供選擇的方案，各位決策成員根據所收集整理的信息確定備選方案在各項關鍵指標上的評估值，據此構建評估矩陣R.

步驟4在考慮指標期望的前提下評價MC 環境下的物流系統，就需要將決策團隊給出的評估信息轉化為符合指標期望的程度，進而構建矩陣A=其中aij為第三方物流的設計企業提供的備選方案Si在關鍵指標Gj上的評估值符合指標期望Ej的程度.由于評估值通常有3 種類型分布情景，這就要求依據信息公理的原理，結合現有研究分別給出不同類型分布的轉換計算式.

如果決策團隊認為評估值rij不能超過指標期望值Ej，則轉換計算式為

假設ri j=ruij=rvij，有

假設ruij?rvij，有

如果決策團隊認為評估值rij應位于指標期望區間內，則轉換計算式為

假設rij=ruij=rvij，有

假設ruij?rvij，有

如果決策團隊認為評估值rij應超過或達到指標期望值Ej，則轉換計算式為

假設rij=ruij=rvij，有

假設rui j?rvij，有

一般來說，ai j∈[0,1].按照公理設計的原理，aij的值越趨近0，評估值與期望值的差距就越大；aij的值越趨近1，評估值與期望值的差距就越小；特別地，ai j= 1 表示評估值與期望值沒有差距，aij= 0 表示評估值與期望值差距最大.

步驟5根據上述轉換公式所確定的指標期望符合程度矩陣A，可以構建各項備選方案的信息量矩陣其中bi j表示設計企業提供的備選方案Si在關鍵指標Gj上的信息量，其計算式為

一般來說，bi j∈[0,+∞).按照公理設計的原理，bi j的值越趨近0，評估值與期望值的差距就越小；bij的值越趨近 + ∞，評估值與期望值的差距就越大；特別地，若有bi j= 0 表示評估值與期望值沒有差距，若有bi j趨近于 + ∞ 時評估值與期望值差距最大.

根據決策團隊使用語言短語所確定的各項關鍵指標規范化的權重信息，集結各項備選方案的信息量矩陣，可以得到各個備選方案的最終評價指數Bi，其計算式為

步驟6依據信息公理的基本原理，如果第三方物流的設計企業所提供的備選方案Si的最終評價指數Bi越小，則該方案就越符合期望值.據此可以對各備選方案的最終評價指數進行排序，從而獲取更合理的物流系統.

根據如上描述，考慮到MC 環境下物流系統選擇的復雜性和不確定性，本文提出了基于語言信息和公理設計的評價方法.該方法集成了語言決策理論和公理設計的信息公理原理.首先，將決策成員以語言短語給出的指標權重轉化為三角模糊數，經過進一步處理轉化為明確值，得到各項關鍵指標規范化的權重信息，使用語言短語降低了決策成員選擇的要求，充分體現了評估環境的不確定性.其次，由決策團隊確定各項關鍵指標的期望值，然后得到各備選方案在關鍵指標上的評估值，進而通過計算得到符合期望值的程度矩陣和信息量矩陣，在此基礎上剔除不合格方案，最終通過對備選方案的最終評價指數排序來得到最佳方案.

4 應用實例

國內某知名電腦P 公司主營業務是筆記本電腦，為了應對經濟全球化帶來的挑戰和消費者需求的持續變化，公司決定探索實施MC 模式，力爭使得MC 的全面實施成為占據競爭優勢的重要方式.企業決策層對于物流系統的改進非常重視，希望通過物流系統的選擇達成如下目標：（1）信息處理能力進一步提高；（2）到達最終客戶的時間更短；（3）物流成本不增加；（4）服務范圍進一步拓展.

步驟1項目負責人邀請6 位決策組成評估團隊參與指標選擇決議和系統評價，其中4 位分別來自戰略管理部、生產部、銷售部和零售商，2 位來自于外部咨詢決策組.6 位決策成員根據所收集的市場和企業信息，從圖1的指標體系中選擇了MC 環境對物流系統影響較大的關鍵指標：G1——改進系統的任意數量貨物吞吐量；G2——改進系統的資金周轉率；G3— —改進系統的庫存總時數；G4——改進系統的訂單響應時間；G5——改進系統的日處理訂單數；G6——改進系統的任意數量運輸成本.決策團隊通過詳細的市場調研，并且走訪了企業的市場開發、生產、技術和最終顧客，經過多次反復討論，最終得到各項關鍵指標的期望值（表2）.

表2 各項關鍵指標的期望值Tab.2 Expected values of key indices

步驟2決策團隊使用給定的語言評估標度，對各項關鍵指標的權重進行判斷，具體詳情如表3.

表3 決策成員給出的評估信息Tab.3 Evaluation information presented by decision makers

依據式（1）和（2），得出以三角模糊數表征的關鍵指標G1的權重信息，={0.50, 0.60, 0.70}，={0.53, 0.63, 0.73}，={0.62, 0.72, 0.82}，={0.73,0.83, 0.93}，={0.53, 0.63, 0.73} ，={0.48, 0.58,0.68}.

根據式（3），確定指標G1的明確權重信息，

ωdef1=0.15, ωdef2=0.19, ωdef3=0.29, ωdef4=0.42,ωdef5=0.19, ωdef6=0.13.

使用式（4）對得到各項關鍵指標的權重向量Gir=(0.11,0.14,0.21,0.31,0.14,0.09).

步驟3第三方物流服務方案的設計企業對需求企業的環境進行全面分析，結合企業的產品和物流現狀及未來發展趨勢，充分發揮自身在物流領域的特色和優勢，經過反復推演確定了物流系統的7 個備選方案，鑒于客觀環境的復雜性和決策成員思維的主觀性，在各備選方案評估值的判定過程中呈現形式有所差異，決策成員以區間數的形式來表征關鍵指標G1、G3和G4的評估值，以精確數的形式來表征G2、G5和G6的評估值（表4）.

表4 備選方案的評估值Tab.4 Evaluation values of alternatives

步驟4從表2中可以看出各項關鍵指標的分布情景，具體為：期望值至少要超過或達到某一數值的關鍵指標為G1、G2和G5，期望值在一個區間范圍內的關鍵指標為G3，期望值不能超過某一數值的關鍵指標為G4和G6.分別使用式（6）、（8）、（9）和式（10）得到不同備選方案在各項關鍵指標上符合期望值的程度（表5）.

表5 備選方案指標期望符合程度評估值Tab.5 Evaluation value for expectation-outcome consistency of alternative indexes

步驟5依據式（11），得到不同備選方案在各項關鍵指標上的信息量（表6）.需要指出的是，備選方案S5在關鍵指標G1上的信息量趨近于 ∞，備選方案S5和S6在關鍵指標G2上的信息量也趨近于∞，表明備選方案S5和S6完全不符合指標的期望值，應予以剔除.

表6 備選方案信息量Tab.6 Information content of alternatives

基于式（12），就可以確定剩余備選方案S1、S2、S3、S4和S7的最終評價指數為有B1=0.141 4.

同理B2=0.054 6，B3=0.171 8，B4=0.090 5，B7=0.056 7.

步驟6依次對各備選方案的最終評價指數進行排序，則有B3?B1?B4?B7?B2，根據公理設計原理，最終評價指數最小的備選方案S2為依據該方法選定的最優方案，將該結果匯報至公司管理人員，得到了決策層的支持.

為了在實際運營中驗證所提方法，該公司將備選方案應用于物流系統的設計過程，通過市場、生產和財務等相關部門的反饋，結果表明，備選方案能夠有效地體現公司實施MC 模式后物流系統的特征，MC 模式的實施使得企業更加關注顧客需求的響應時間，從客觀上提高了顧客的體驗效果.

5 結 論

依據市場宏觀分析、歷史數據和發展趨勢，決策團隊選定滿足客戶個性化定制需求的物流系統指標，因而指標的選擇具有較好的現實價值，首先確定評估指標的期望，同時給出評估指標的語言權重信息；然后利用模糊標度處理，并通過科學的方法轉化為明確值，得到最終的指標權重向量，該方法為指標權重的確定給出一種新的思路.

在3 種指標期望類型情況下，首先由規劃方提出的備選方案的設計值構建評估矩陣，然后轉化為符合指標期望程度的矩陣，并且依據公理設計中的信息公理建立備選方案的信息量矩陣，最終計算各方案的最終評價指數，從而得出最佳方案.

實例分析說明，本文所提的MC 環境下基于語言信息和公理設計的物流系統評價方法應用于實際的物流系統評價是有效可行的.