基于工業互聯網的云化供應鏈模型

崔紅斌，韓 宇，馬 濤+

(1.哈爾濱工業大學 經濟與管理學院，黑龍江 哈爾濱 150006； 2.中國航天科工集團第二研究院 七〇六所，北京 100854)

0 引 言

“深化供給側結構性改革，在現代供應鏈等領域培育新增長點”作為一項重要發展方向在黨的十九大報告中被提出，同時，國務院辦公廳印發了《關于積極推進供應鏈創新與應用的指導意見》。基于信息技術的供應鏈管理模式創新，已成為當前重點研究方向，有學者提出“供應鏈將成為制造業企業的核心競爭力”[1]。隨著互聯網技術和應用的快速發展，突破現有供應鏈管理體系的局限性，通過工業互聯網，引進互聯網的技術和模式，整合全產業生態的供應資源，是互聯網時代的必然趨勢。工業互聯網作為新基建的七大領域之一正處于飛速發展過程中，其目的之一是形成現代供應鏈，其中物流、交易、產業鏈活動的網絡化和平臺化是其重要發展階段。在工業互聯網的建設和發展中，如何對供應鏈進行優化和管理，如何基于工業互聯網推進現代供應鏈的發展具有重要的研究意義。本文通過研究工業互聯網背景下供應鏈的組織模式，結合傳統消費互聯網時代供應鏈模式變革的經驗，提出了基于工業互聯網的云化供應鏈模型。該模型打破傳統的供需關系和組織模式，創新性地提出，通過工業互聯網平臺整合產業生態，形成供給資源池和需求資源池，將供應模式服務化，將供應鏈云化，具有很好的開創性。

1 相關研究

隨著信息技術的快速發展，互聯網已滲透至生產生活的各個方面，基于互聯網的技術特點，社會經濟活動的運行方式發生了巨大的變化，其中互聯網對消費模式的變革尤為突出。部分互聯網通常以消費者為中心，其用戶主體、發展動因及研究目標主要為互聯網中的消費者，在此稱其為消費互聯網，而工業互聯網的主體、動因及研究目標則轉變為生產者。消費互聯網的發展已在多方面改變了消費模式，如網購平臺實現了消費品供給的平臺化，網約車平臺實現了用車服務的平臺化[2]，網上藥店實現了藥品采購的平臺化[3]。在這種消費模式中，消費者與最終產品或服務的提供者之間不再存在直接的供需關系，消費者向平臺提交需求，供應者為平臺提供產品或服務，對于各參與者而言，需求和供給均是池化的，需求方可以使用整個供給生態的資源，供應方共享所有市場需求，由平臺完成供需雙方資源的最優調配。

目前，企業內部的供應鏈管理已取得長足發展，采用橋接方式的彈性供應鏈管理[4]、多層可持續供應鏈管理障礙[5]、基于權變理論和資源協調理論的供應鏈金融模型[6]等理論相繼提出，但均未基于工業互聯網時代的特點，重塑供應鏈和供應關系。隨著工業互聯網的發展，人工智能、物聯網和大數據等技術在工業領域的網絡化應用正在改變企業的經營方式[7]，工業企業不再局限于內部的智能化建設。同時，互聯網模式對社會經濟的變革也從消費領域，滲透到工業產業生態中，物流、設計、制造、分銷等環節都在不斷互聯網化，通過企業間業務流、數據流的聯通，生產、經營及服務管理的模式也在隨之創新發展[8]。在物流環節，基于工業互聯網的技術和應用，物流的運轉模式發生了巨大轉變，運營能力得到大幅提升，通過互聯網平臺，物流行業實現了全過程實時定位和智能調度，分包、眾包等多種業務模式相繼被提出，物流活動更加智能化、平臺化[9]。隨著物流的智能化和平臺化，小批量、多批次、短在途的物流模式得以實現，工業生產領域“按需生產”、“零庫存”、“無間隙傳送”的理想狀態具備物流基礎[10]。在設計環節，設計活動的互聯網化進一步創新了供應鏈的組織模式。智能機器人、增材制造、工藝流程和基礎數據共享等應用創新，重塑了供應鏈的協同設計模式，通過工業互聯網打通最終用戶到供應鏈上游，實現了由定制化需求定義的產品設計研發，C2M的定制化產品服務模式被提出[11]。在生產環節，通過工業互聯網實現生產、品控、運營等業務全面互聯，催生了云制造、眾包制造等生產模式，使生產資源、生產能力向平臺化轉變，進一步釋放了中小微企業的服務能力，促進全社會高效協同[12]。在分銷環節，分銷業務的互聯網化創新了供應鏈末端的組織形態，通過工業互聯網與電商、直播、自媒體等多種營銷渠道相結合，分銷活動成為一項服務，實現了企業、組織和個人，跨地域、跨平臺、跨形態的將分銷活動以服務的形式提供給供應鏈上游，“云銷售”的概念和運營模式被提出。

2 基于工業互聯網的云化供應鏈

2.1 基于工業互聯網的云化供應鏈模型

本文結合工業互聯網平臺、物聯網、大數據、RFID等關鍵技術，按照互聯網模式，將供應鏈組織過程平臺化的思想，提出一種“基于工業互聯網的云化供應鏈模型”。“云化”是通過互聯網平臺，在充分利用現代物流體系的基礎上，組織形成虛實結合的供應鏈形態。工業互聯網平臺作為虛擬供應組織，整合產業內中小微企業的供應能力，所有參與其中的中小微企業作為供應主體，提供所需求的產品或服務，所有供給能力的集合形成的供給資源池稱作“云化”，包括云化生產、云化物流、云化倉儲、云化服務等，通過平臺對云化資源池的靈活調度，實現供應鏈業務流程的高度云化。云化供應鏈模型的技術實現可分為接入聯通層、平臺應用層、智能管理層、可視化應用層4個層面，各層級協調統一，支撐云化供應鏈的有效運轉，實現供應鏈的業務組織過程的云化。該模型尤其適用于“個性化、柔性化、供需失調”的業務場景下的供應鏈優化。具體模型如圖1所示。

在該模型中，供給側以供給能力池的形式體現，供應鏈上下游、物流、售后服務等各供給側的參與主體，以能力單元的形式接入平臺，參與平臺的調度并接受平臺的管理。平臺通過對產品、服務等生產過程各環節的關鍵數據進行采集，對供給側的生產交付過程進行監督、管理和控制。對供應鏈各環節的參與者而言，自身作為核心產品加工企業，專注于自身核心能力的提升，無需組織供應鏈，供應鏈上下游由平臺進行統一組織。平臺通過面向全產業鏈開放的特性，吸引所有產業生態內的參與者共同加入，基于全產業生態進行供應鏈整合與優化。對于最終用戶而言，面向平臺進行交易，通過平臺獲得供給側聯合提供的相對標準的產品和靈活定制的服務。

在技術實現層面，為實現云化供應鏈，工業互聯網平臺需要實現4個層級的業務功能，分別為接入連通層、平臺應用層、智能管理層及可視化應用層。

接入連通層通過統一接入標準，利用物聯網等技術，連接產業生態鏈中各環節的參與者，接入生產過程信息。接入連通層是實現基于工業互聯網的現代供應鏈的基礎條件，通過統一的平臺實現供應鏈各環節的統一標識、電子交易、物聯接入、統一標準，實現物流管理、質量管理、質檢信息接入等功能。通過接入連通層，平臺對產業生態進行整合，對供應鏈各環節進行管控，將生產過程的進行數字化，為供應鏈的云化管理奠定基礎。

平臺應用層通過實現供應商管理、產品管理、訂單管理、物流管理、庫存查詢、保證金管理、產能管理、交易結算等工業互聯網平臺的常用功能，搭建能夠為使用者提供完善業務功能的軟件系統。同時，針對平臺中廣泛的不可信主體及設備連入平臺導致的信任問題，通過采用區塊鏈構建一個共享數據庫，形成可靠的安全機制[13]。

智能管理層是指在供應鏈的規劃和管理過程中，運用大數據分析和人工智能技術，優化供應鏈決策，涵蓋供給、流傳、加工、存儲、交付全過程。通過供應鏈智能化方式，更大程度整合供應和交付能力，分析各業務環節的資源需求和攻擊，優化供應鏈運營成本、時間、質量和服務，結合客戶的價值訴求進行業務創新，同時實現供需波動及不確定性風險帶來的供應鏈挑戰。主要實現功能包括大數據供需分析、智能化業務調度、智能化資源分析、供應鏈監測預警、智能化流程處理、業務主體評價等。

可視化應用層是實時數據和業務流程的圖形化顯示，包括需求可視化、供給能力可視化、品控可視化、物流可視化、產業主體可視化等，通過直觀的圖形展示，實施追蹤和分析供應鏈運行態勢，及時調整供需關系，保障供應鏈高效穩定。

2.2 傳統供應鏈與云化供應鏈的差異

供應鏈是由上下游企業共同建立的網鏈狀組織，在傳統的供應鏈組織模式下，各企業需要自行建立或由核心企業主導形成上下游企業間的供應關系，其目的在于提高自身的生產效率和經濟效益。在云化供應鏈中，各參與企業不再維護上下游供應關系，供應鏈由平臺進行組織，其目的在于提高產業生態的整體穩定性，優化資源配置，提升產業集群的整體供給能力。在這種組織模式下，供應鏈的結構和業務流程均發生了轉變。在結構方面，傳統的供應鏈以企業為單元，上下游企業依次連接，是非常典型的“鏈”式結構[14]。在云化供應鏈中，企業間的直接連接被打破，各企業作為能力單元接入平臺，形成“云”狀的結構。在流程方面，商業流、信息流、資金流的傳遞方式被改變，傳統的業務流程隨著生產過程，沿著供應鏈的鏈式結構，從上游向下游傳遞。在云化供應鏈模式下，業務流程全部匯集在平臺中，不再隨生產過程而流轉。同時，業務流程本身也向著兩極化發展，供應鏈參與者使用的業務流程更加簡易和自動化，而平臺的管理和調度流程更加復雜和智能化。

2.3 云化供應鏈的模型應用

在某棉花交易平臺的設計建設過程中，基于該模型搭建了云化的棉花供應鏈。通過棉花供應平臺，重塑了新疆某地區的長絨棉產業生態，推動了當地棉花產業生態的創新發展。首先，平臺在接入層實現了從棉花的種植、施肥、脫葉、采集、運輸、軋花、成包、存儲的全過程數據采集和過程控制，當地棉農、農機、農藥、種植作業、物流及軋花等企業作為供應鏈中的能力單元接入棉花平臺。棉農接入平臺后，完善土地等基礎信息，由平臺自動根據供應鏈資源池的情況，調配從種植到成包的全過程。其中，農機企業提供設備服務，農藥企業配送農藥，物流企業執行接收和配送，軋花廠進行加工、成包和存儲，并通過物聯網標簽進行標記和定位，成為待售產品，在平臺上進行銷售。在該模式下，大幅突破了原有的行業壁壘，所有參與者各司其職，接受平臺的管理和調配，無需管理上下游的供應鏈關系，參與者提供相應能力，即可加入供給資源池，為平臺提供服務。

同時，以平臺為核心，創新了供應鏈金融和供應鏈保險的運營模式。在云化的供應模型中，由于供給能力和需求是受控的，因此，任何一項能力均可以作為授信和保險的基礎。棉農只需提供土地，以土地的產出為抵押，即可在平臺上申請貸款授信，完成后續的種植和銷售，待棉花交付后進行結算。軋花廠可以憑借生產能力，申請貸款授信，在平臺進行棉花的收購，并將成包存儲的產品作為抵押，在棉花交付后進行結算。該模式極大調動了當地的棉花生產能力，促進了棉花產業規模快速增加。

2.4 云化供應鏈參與者信用風險評價指標體系

云化供應鏈模型的風險來源于多個方面，首先是參與者自身的業務風險，作為云化供應鏈平臺的主要參與者，供應生態中的中小企業參與供應平臺的生產活動，借助供應鏈平臺整體的信用評級來實現融資支持。一方面，當參與企業出現經營問題或其它意外事件，導致無能力償還貸款時，供應鏈平臺和生態內企業可能會受到牽連;另一方面，當產業鏈上游的出現整體斷供、貨品質量問題或供貨周期問題時，其它參與者也會受到影響，產生較大的信用風險異常。其次是參與者的信用風險，包括參與者的自身素養和信用狀況。參與者的素養可以通過企業管理架構、員工素養、財務狀況體現。信用記錄可以一定程度反映企業信用狀況。第三是融資項目風險，融資項目的情況是平臺和金融機構首要關注的內容，供應鏈活動的交付能力和盈利能力直接影響著貸款償還的能力，同時，若貸款參與者發生違約，供應活動的可交付資產可成為變現補償的保證，而資產在供應鏈中的價值和變現能力將決定虧損程度。第四是宏觀經濟環境的風險，對于制造業來說，宏觀經濟形式將直接影響產業生態整體經營水平，當市場受到外部制裁或政策限制時，發生中長期的末端市場大規模消失，屆時，供應鏈平臺的參與者能否及時履約，也是成為平臺整體穩定性的一大風險。

本文根據以上分析，選取企業規模數據、生產資料數據、企業管理者信用等131個平臺接入數據項，經過計算和處理，構建了35個具體指標項，形成云化供應鏈參與者的信用風險指標體系，見表1。

3 風險評估及模型分析

3.1 參與者信用風險評估

在云化供應鏈模型中，為加強對參與者的供應能力評價，提高供應鏈風險控制能力，引入了基于隨機森林的風控模型。隨機森林由分類樹RN(X，βk)，k=1,…n構成。其中，βk是獨立的同分布隨機變量，用于確定在構建分類樹時，如何進行分割。隨機森林的準確性既取決于單個分類樹的準確率又取決于樹之間的不相關性。對于每個輸入X，模型能夠通過預測輸出值0或1。分類樹的構造方式如下：樹的所有節點都與一個預測單元相關聯，這樣在樹構造的每個步驟中，與樹的葉子節點相關聯的單元形成[0,1]d(d≤N)的集合。通過多次重復如下過程來訓練一個分類樹：①在每個節點上，選擇輸入的訓練數據，第j個特征被選中的概率為pj∈(0，1)； ②在每個節點上，確定輸入數據后，分割所選邊的中點進行分類。在每個節點上，每次訓練通過隨機選取一小組要拆分的輸入特征，并進行二分類，以此引入隨機性。每個分類樹RN是所有隨機觀測yi的平均值，對于輸入數據xj被隨機分類為X的概率計為AN(X,β)， 則可以得到

取RN對參數β的期望值來獲得RN的估計，通過生成M個隨機樹，并取預測結果的平均值。隨機變量βk,k>1用于確定在構建單個樹時如何執行分割。

如果X在[0,1]d上具有均勻分布，則模型的輸出為

其中，S是輸入數據的非空子集。同時，在模型訓練過程中，樹的數量和停止標準是人為選取的超參數。對于隨機方法，由于預測誤差是分類樹數量B的單調遞減函數，因此，存在B的值越高，隨機森林的準確性越高。在實際訓練中，通過擬合一個非參數函數fb，獲得預測值Y，來更好進行超參數選取

模型訓練使用的數據集來源于平臺建設方及銀行機構提供的歷史數據，其中隨機選擇60%的數據作為訓練集，20%作為驗證集，剩余20%的數據作為測試集。由于原始數據集正負樣本差距較大，存在樣本不平衡問題，模型訓練過程中采用了SMOTE算法，進行數據處理，從而構成一個平衡數據集。

表1 云化供應鏈參與者信用風險指標體系

3.2 云化供應鏈模型的生態優勢分析

Yuliang Yao等[15]、Christian Flechsig等[16]的研究結果表明，采用信息系統、過程自動化等信息技術手段進行采購和供應鏈管理，能夠有效提升企業運營效率和生產質量，但應用水平依賴于企業數字化基礎和使用經驗。相比于傳統供應鏈的組織模式，通過該模型對供應鏈進行重塑，以平臺推動的方式，實現了全產業生態內供應鏈管理的自動化，突破了供應鏈自動化對企業自身數字化能力的依賴，核心企業將專注于自身的核心業務能力，并通過工業互聯網整合全產業鏈，充分發揮產業生態的運轉能力，形成“按需生產”“零庫存”“無間隙傳送”的高效供應鏈。同時，帶來了供應鏈主體的生態化和供應鏈活動的服務化等互聯網模式所具備的優點。

供應鏈主體的生態化是從產業生態整體的角度來看待供應鏈的運轉，工業互聯網平臺提供的供應能力，是一個系統的生態圈，各參與主體共同維護一個良性的運轉狀態，從3個方面提升供應鏈的運轉能力。首先是供給能力的穩定性提升，平臺移除了參與者的進入壁壘，參與者可以靈活接入平臺提供服務，通過平臺的統一管理和調度使各參與主體協同合作，使云化的供應生態能夠靈活調用全社會的資源來保持供給能力的穩定性，能夠有效應對環境和需求的突然變化導致的供應風險；其次是提升產業生態的整體運行效率，通過云化的供應生態，改變了各參與主體之間的合作方式，使其專注于自身的核心服務能力、提高生產效率，平臺專注于管理和調度優化，在能力單元和資源調度兩方面提升供應鏈整體效率和產出；第三是提高產業生態的創造力，平臺通過移除進入壁壘吸引更多參與者，帶來生態系統成員角色和服務能力的多樣化，能夠激發產業生態的活力、積累和傳遞創新，并隨之而來提高整體創造力。

供應鏈活動的服務化是指在供應鏈組織過程中，各參與主體將自身的供應能力以服務的形式向平臺提供，平臺能有效整合供應鏈各參與者的核心優勢，使供應鏈的成本最低、價值最大、協同更加靈活。這種服務化的供應模式，屏蔽了供應鏈參與者對上下游供應商的依賴，供應鏈活動從產品交付轉變為服務提供，大幅降低了參與者自身供應鏈管理成本，平臺通過調度各參與者的相互服務，完成對供應鏈的計劃、組織、協調和控制。服務化的供應模式驅動了生產制造的核心內容，逐步從生產過程組織轉變為生產作業服務提供。并且，在供應鏈活動服務化的過程中，同時實現了從原材料到制成品再到最終用戶，供應鏈全生命周期的數字化體系，在這套體系中，服務能力具備了一定信用價值，為基于供應鏈的信用體系和風險控制體系的形成奠定了基礎，實現供應鏈金融和供應鏈保險的創新。

4 結束語

本文通過對工業互聯網的應用研究，提出了“基于工業互聯網的云化供應鏈模型”，通過以云化的方式進行供應鏈的組織和運行，突破了傳統供應鏈管理者對產業生態的依賴，形成了一種新型的生產組織方式和供應鏈管理形態，能夠進一步釋放產業供給能力，有效提升產業生態的運轉效率和穩定性。同時，完善了基于供給能力和供應鏈交易而產生的信用體系，形成了基于交易信用的供應鏈金融形態。未來，我們將進一步就工業互聯網、供應鏈與金融結合的產業生態模型，開展深入研究和探索。