基于質量激勵的郵船建造供應鏈質量模型優化

杜尊峰，文樹吉，李 鑫

（天津大學 水利工程仿真與安全國家重點實驗室，天津 300354）

0 引 言

在郵船建造中，80%左右的舾裝件都是由供應商供應的，供應商產品的質量很大程度上決定著郵船建造的質量。因此，船廠要保證郵船建造質量，就必須提高其供應鏈質量管理水平。在實施供應鏈質量管理過程中，船廠可采用質量激勵策略鼓勵供應商提供質量好的產品。質量激勵策略是指當供應商所提供產品的質量超過質量目標時，供應商可獲得額外的利潤，目前該策略已在簡單工業產品領域得到廣泛應用。

當前我國船廠在郵船建造供應鏈質量管理方面存在著很多挑戰，主要體現在以下2個方面：

1) 我國在該領域尚未進行深入實踐，無經驗可循；

2) 以往對供應鏈質量管理的研究多集中于一級供應商和制造商，而船舶作為復雜產品，其供應鏈中通常存在二級供應商。郵船采用的是模塊化建造方式，其供應商層級最多可達三級。

船廠在采用質量激勵策略時，需合理地設置質量激勵利潤。質量激勵利潤過高會導致船廠的收益下降；質量激勵利潤過低會使供應商的利益受損，進而導致其拒絕接受質量激勵策略。本文擬通過構建由原材料供應商、設備供應商、模塊供應商和船廠組成的供應鏈質量管理模型，合理設置質量激勵系數，一定程度上優化船廠及供應商收益。同時，對比采用質量激勵策略前后供應商產品質量的優化程度，以期為船廠采用質量激勵策略提升郵船建造供應鏈質量管理水平和郵船建造質量提供參考。

1 模型假設

根據不同供應商所提供產品的不同，可將郵船建造過程中的供應商分為3個級別，具體如下：

1) 原材料或標準件供應商為一級供應商，提供的產品包括金屬薄板、塑料、導管、工藝材料、標準件和電子元器件等；

2) 設備供應商為二級供應商，提供的產品包括主機、甲板機械和通信導航設備等；

3) 模塊供應商為三級供應商，提供的產品為部件級系統，包括艙室模塊、設備功能單元模塊和公共區域內裝等。

在供應鏈質量管理模型中，船廠有選擇地對供應商進行直接或間接管理。本文采用質量激勵策略對郵船建造供應鏈（見圖1）中層級最多的一條供應鏈進行優化。

圖1 郵船建造供應鏈

在實際的郵船建造項目中，各級供應商采用層次分析法或模糊評價法對上游供應商的產品質量進行量化評估，確定產品質量目標。在評估過程中，首先由設備供應商對原材料的物理性能進行量化評估，確定原材料的質量目標；其次由模塊供應商對設備的設備性能進行評估；最后由船廠對模塊的結構強度、隔聲降噪能力和模塊重量等參數進行量化評估，確定模塊的質量目標。當各級供應商所提供產品的質量超過其質量目標時，可獲得額外的質量激勵利潤。

制訂合理的質量激勵方案是采用質量激勵策略的關鍵：只有當質量激勵利潤大于供應商為提升產品質量而投入的成本時，供應商才會加大產品質量管理投入力度，產品質量才能得到提升；只有當船廠因產品質量提升而獲得的潛在收益大于需支付的質量激勵利潤時，船廠才會采用質量激勵策略提高自身收益。基于此，該優化模型的基本假設是采用質量激勵策略之后各級供應商和船廠的收益增加。船廠和各級供應商收益增加與否取決于理性決策人、產品質量、產品成本和產品收入等（見圖2）。

圖2 船廠和各級供應商收益影響因素

1) 船廠和各級供應商為理性決策人，即船廠和各級供應商追求利益最大化，根據最佳收益確定產品的最優質量。在實際的郵船建造項目中，船廠和各級供應商需根據產品質量和自身收益進行回歸性分析，從而確定最佳收益對應的最優質量。船廠和各級供應商決策順序按供應商在供應鏈中所處的層級確定，該順序同時也是郵船建造中產品生產的順序，即原材料供應商最先決策，接著依次為設備供應商、模塊供應商和船廠。

2) 供應商產品質量與其自身和上級供應商在質量管理上的努力程度有關，供應商努力程度越大，產品質量越好。供應商所做的改善產品制造工藝、應用更先進的設備和加大對產品生產過程的監督管理等工作都是其在質量管理上提升努力程度的體現。

式(1)中：

Q

為某層級供應商的產品質量；

λ

為某層級供應商的質量管理行為對產品質量的影響，通常情況下其取值范圍為(0,1)，

λ

、

λ

、

λ

和4

λ

分別為原材料供應商、設備供應商、模塊供應商和船廠質量管理行為對產品質量的影響程度；

A

為某層級供應商在質量管理上的努力程度，

A

、

A

、

A

和 4

A

分別為原材料供應商、設備供應商、模塊供應商和船廠在質量管理上的努力程度。

3) 未采用質量激勵策略時各級供應商的成本函數是關于質量管理努力程度的二次函數，即

式(2)中：

u

為各級供應商質量管理的成本系數，

u

、

u

、

u

和4

u

分別為原材料供應商、設備供應商、模塊供應商和船廠在質量管理上的成本系數。該系數通常呈現上凸的特性，即隨著質量管理努力程度的提升，該值會增大，此處為簡化研究，將該系數設為正常數。

根據式(2)，采用質量激勵策略之后，為獎勵上一級供應商，各級供應商成本會有所增加，其成本函數變化為

4) 未采用質量激勵策略時，供應鏈上各級供應商和船廠的收入與產品質量呈線性關系，產品質量越高，收入越多，收入函數均可表示為

式(4)中：

π

為某一層級供應商的收入，

π

、

π

、

π

和 4

π

分別為原材料供應商、設備供應商、模塊供應商和船廠的收入；

θ

為正常數；

η

為產品質量收益系數，為正常數。

根據式(4)，采用質量激勵策略之后，各級供應商收到來自下一級供應商的質量獎勵，其收入函數變化為

2 模型求解

2.1 質量激勵前模型求解

根據理性決策人的假設，各級供應商根據最佳收益確定質量努力程度和產品質量。在不采用質量激勵策略的情況下，根據成本和收入函數，原材料供應商的收益函數為

該曲線為開口向下的二次拋物線，求其極值點可得最佳收益

P

，即

其他層級供應商的最佳收益對應的質量管理努力程度求解步驟與此相同，各級供應商最佳收益求解結果見表1。

表1 應用質量激勵策略前各級供應商最佳收益求解結果

2.2 質量激勵后模型求解

采用質量激勵策略之后，各級供應商的成本和收入會發生變化。根據式(3)和式(5)，原材料供應商的收益函數可表示為

該曲線為開口向下的二次拋物線，求其極值點可得最佳收益

P

，即

表2 應用質量激勵策略后各級供應商最佳收益求解結果

此外，為保證各級供應商能接受質量激勵條款，需合理地設置質量激勵系數

α

，使各級供應商采用質量激勵策略前后的最佳利益差值Δ

P

＞0，確保各方能建立質量合作關系。

求解得

因此，質量激勵系數

α

的取值范圍為

3 數值試驗

由上述分析可知，當質量激勵系數

α

在取值范圍內時，采用質量激勵策略既能保證各級供應商的收益增加，又能優化供應鏈產品質量。由于各類數據難以獲取，采用數值假設的方法進行試驗，驗證模型的可行性，同時更為直觀地展示采用質量激勵策略的優化效果。數值假設依據主要如下：1)

λ

為某一層級供應商質量管理行為對產品質量的影響系數，通常供應商層級越高，其質量管理行為對產品質量的影響越大，

λ

的值越大，且不同層級供應商的

iλ

之和為1；2)

u

為某一層級供應商質量管理的成本系數，其值通常小于1；3)

θ

為產品的固定收益，根據模型求解結果，對產品最優產品質量無影響。

根據上述依據，參考文獻[8]中各參數的取值，對各參數賦值，結果見表3。

表3 各參數賦值結果

當各參數的數值確定時，可計算得到質量激勵系數

α

的取值范圍為[0, 0.48]。在進行數值分析時，采用該范圍的中值作為質量激勵系數，即

α

=0.24。

采用質量激勵策略前后各級供應商的收益對比見圖3。由圖3可知，各級供應商的收益均有所增加，同時船廠的收益增幅最大，可達9.7%。雖然船廠在采用質量激勵策略之后需支付給模塊供應商質量激勵費用，且無來自下一級供應商的質量獎勵，但郵船整體質量會得到提升，在激烈的市場競爭中，企業的信譽和聲譽等潛在收益會增大，從而逐步擴大企業的市場份額。因此，在采用質量激勵策略之后，船廠的收益并不會受損，反而會有所提升。

圖3 采用質量激勵策略前后供應商的收益對比

采用質量激勵策略前后各級供應商的產品質量對比見圖4。由圖4可知，采用質量激勵策略之后，各級供應商的產品質量均得到了優化，其中船廠的產品質量優化幅度可達28.1%。采用質量激勵策略能達到在供應鏈層面優化郵船整體質量的效果。

圖4 采用質量激勵策略前后供應商的產品質量對比

船廠在工程實際中需考慮合理設置質量激勵系數。在不同質量激勵系數下，各供應商和船廠的收益及產品質量優化幅度變化見圖5。質量激勵系數越大，產品質量優化幅度越大。各級供應商收益優化幅度變化曲線的變化趨勢與式(13)的求解結果密切相關，對設備供應商、模塊供應商和船廠存在一個可接受的最大質量激勵系數。隨著質量激勵系數的逐漸增大，設備供應商、模塊供應商和船廠的收益優化幅度變化曲線均呈現先增后減的趨勢。但是，為保證各供應商均能接受質量激勵策略，質量激勵系數最大值應符合式(14)，即0.48。若大于該值，供應商不會接受質量激勵策略。因此圖5中只有設備供應商的收益優化幅度變化曲線呈現該變化趨勢。對于模塊供應商和船廠而言，只有當質量激勵系數取值更大時，其收益優化幅度才會逐漸下降；對于原材料供應商而言，只要質量激勵系數大于0，其收益優化幅度就恒大于0。

圖5 不同質量激勵系數下供應商收益及產品質量優化幅度變化曲線

4 結 語

郵船建造供應鏈質量管理是郵船質量管理的重要組成部分，在三級供應鏈質量管理模型中，通過合理設置質量激勵參數，在保證各級供應商收益增大的同時，促使供應商提高質量管理努力程度，優化產品質量。數值試驗結果顯示：

1) 采用質量激勵策略之后，各級供應商和船廠的收益均有所增加，且船廠收益增幅最大；

2) 采用質量激勵策略之后，供應商產品的質量有顯著提升；

3) 船廠可根據式(14)和各供應商收益優化幅度變化曲線合理確定質量激勵系數，保證各級供應商均能接受該策略。

本文存在一定的不足之處，模型中的函數和實證部分為一般歸納。在實際應用過程中，需根據統計數據對成本和收入函數進行回歸性分析，需采用問卷調查法和專家打分法對函數中的參數進行更合理的調整。此外，在實際工程應用中，船廠需對產品質量建立科學合理的評價體系，以便根據評價結果對供應商進行質量獎勵。