基于保证服务模型的集群式供应链优化配置

　　摘 要：为了快速响应客户需求和保证其服务，集群式供应链除了单链间的订单协作外，单链还可持有一定的安全库存以应对需求的不确定性。文章考虑单链间订单协作、单链各阶段的模式选择和安全库存设置，结合保证服务模型和产能约束，采用增广拉格朗日协调(ALC)方法建立了由品牌运行商(即盟主)和单链构成的集群式供应链系统分布式决策模型，并应用启发式遗传算法对其子系统模型进行求解，分析对比有限产能约束和无限产能约束条件下的优化配置结果，得到了几点重要的管理学启示。

　　关 键 词：集群式供应链;供应链配置;保证服务模型;增广拉格朗日协调;遗传算法

　　一、引言

　　新冠肺炎疫情全球大流行给世界经济带来了巨大损失，企业特别是中小型企业面临前所未有的挑战。面对挑战，有学者提出，大力发展产业集群，是解决当前企业面临问题的重要方法[1-2]。产业集群作为区域经济发展的重要模式，为中小型企业彼此协助发展提供了天然的平台、集群中的中小型企業及机构通过彼此资源共享、分工与协作获得时间和成本优势，从而形成区域竞争力以获得更好产业品牌和市场机遇[3-4]。集群式供应链是产业集群和供应链耦合形成的新型网络组织形式[5]，具有地域性、竞合性和动态性等特征。产业集群是集群供应链形成的载体，集群供应链是产业集群中企业关联关系的体现。当前，对产业集群的研究，特别是对集群供应链的运作研究引起学术界和企业管理者的广泛关注。

　　外面市场环境的动态变化及多样化的客户需求使得集群供应链系统具有天然的短生命周期，因此，面向客户动态的多样化需求进行快速的供应链配置就成为集群供应链运作的一个关键阶段。供应链配置是通过优化每个阶段的模式选择和设定其约束关系、交互策略、库存水平、控制方法及运作参数等达到优化整个供应链系统[6]。最先提出供应链优化配置问题是基于保证服务模型[7]，该模型通过合理设置供应链各阶段合理的库存水平，最大限度降低由于供应商不确定性引起的供应数量短缺或时间延迟，保证下游客户服务水平的前提下降低成本，提高效率。近年来，许多学者对保证服务模型在很多方面进行了应用或拓展，如，Huang et al[8]基于保证服务模型，研究了平台产品之间的共性，并设计了一个启发式遗传算法来解模型。Li and Womer[9]基于保证服务模型，建立了含有资源约束的供应链配置模型，并用约束规划的方法对模型进行求解; Li[10]基于保证服务模型，研究了新产品扩散过程中需求动态变化的供应链配置模型，建立了生产/销售最优目标模型;You and Grossmann[11]整合保证服务模型与设施决策的相关研究;Graves and Schoenmeyr[12]整合保证服务模型与有限产能研究供应链节点的库存优化设置问题;聂笃宪等[13]整合保证服务模型与多源采购策略研究多级供应链的优化配置问题;雷涛等[14]研究了保证服务模型和有限产能的供应链配置问题;保证服务模型的最新及详细综述可以参考文献[15]。然而，将保证服务模型拓展至集群供应链配置的相关研究比较少，目前大多数考虑产业集群中单链间订单协作，如文献[16-17]研究了订单水平协作和单链外游离供应商采购的单周期分布式决策的集群式供应链配置问题。为了弥补这方面的不足，本文在文献[14-17]的基础上，将保证服务模型拓展到集群式供应链的优化配置问题，不仅考虑单链间的订单协作，而且考虑协作单链各阶段的模式选择和库存水平的优化配置，在保证下游客户服务水平的前提下优化整个集群供应链系统成本。

　　为了实现集群供应链系统中单链的自主决策权，本文引入增广拉格朗日协调(Augmented Lagrangian Coordination， ALC)方法，该方法是基于分解和协调的新型多学科设计优化方法[18]，其基本思想是按照可行的决策空间将复杂系统问题分解成多个具有自主决策权的子系统，复杂系统分解后的各个子系统间不仅可以通过连接变量耦合，而且可以通过函数(包括目标函数和约束函数)进行耦合，利用特定的分布式协同优化策略，完成对全局最优解的获取[19] 。相对于其他多学科设计优化方法，ALC方法在系统分解结构和子系统耦合方式上具有较高的灵活度，不仅支持层级分解结构，而且支持网络的分解结构;目前，该方法已被应用在资源分配和供应链管理等方面，如Zhang et al[20]已将该方法用于解决云制造服务资源的优化配置问题;Qu et al[16]应用该方法解决考虑订单协作的单周期集群装配供应链优化配置问题。在本文研究的问题中，根据系统决策权划分，盟主和单链分别具有独立决策权，盟主和各单链间存在耦合关系，单链与单链之间也存在耦合，形成了网络结构，其他多学科设计优化方法不适用于求解该分解结构，本文采用文献[19]中的主控式ALC方法求解，以保证决策主体的独立权、求解方法的并行计算和执行效率。

　　二、问题描述

　　本文研究产业集群中基于保证服务模型的集群供应链系统优化配置问题，该集群供应链系统由盟主L和多条单链SCi构成，盟主L负责集群供应链系统的产品运营和面向市场接收订单，并根据各单链的实际生产情况(如成本、时间等)将订单分配给一条或多条单链去完成生产，最后将成品配送给市场或客户;每条单链由制造商M和供应商S构成，且包含多个阶段，每个阶段具有多个备选选项，各单链制造商根据盟主所分配的订单组织生产，并优先向单链内多个具有长期稳定沟通的供应商采购完成订单生产，在遇到需求剧烈波动使得订单超出单链内供应商的供应能力时，可向集群其他单链企业进行跨链采购;单链的供应商优先服务于单链内合作制造商，若仍有剩余产能则可向集群其他单链共享。集群供应链的运作模式如图1所示，图1中实线箭头表示单链内采购，虚线箭头表示跨链采购。

　　面对不确定市场环境，为了快速响应客户需求，集群供应链系统应组织单链更好地完成订单生产，同时优化配置单链上的各阶段模式选项，通过输入和输出服务时间合理设置单链各阶段的安全库存以保证客户服务。

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文章名称： 基于保证服务模型的集群式供应链优化配置

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