基于信息共享的航材需求鏈牛鞭效應(yīng)分析

劉旭1周麗華1朱臣1辛思勇2

（1.空軍勤務(wù)學(xué)院航材管理系徐州221000）（2.工程兵學(xué)院研一隊(duì)徐州221000）

航材需求鏈中的牛鞭效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致需求逐級(jí)放大，使得采購(gòu)量過多，庫(kù)存規(guī)模居高不下，影響經(jīng)濟(jì)效益的提升。因此論文利用移動(dòng)平均法將航材需求鏈中的牛鞭效應(yīng)進(jìn)行量化分析，在研究其形成的機(jī)理的基礎(chǔ)上，提出了利用信息共享抑制和弱化牛鞭效應(yīng)影響的策略，并從定量的角度分析了不同信息共享程度對(duì)牛鞭效應(yīng)的弱化作用，研究結(jié)果對(duì)于提升航材保障的軍事經(jīng)濟(jì)效益具有重要的指導(dǎo)意義。

航材需求鏈；牛鞭效應(yīng)；量化；信息共享

Class NumberE239.4

1 引言

牛鞭效應(yīng)是需求信息在傳遞過程中扭曲的結(jié)果，具體是指供應(yīng)鏈上的一種需求放大現(xiàn)象，是信息流從最終客戶端向原始供應(yīng)商端傳遞時(shí)，無法有效地實(shí)現(xiàn)信息的共享，使得信息扭曲而逐級(jí)放大，導(dǎo)致需求信息出現(xiàn)越來越大的波動(dòng)［1］。對(duì)于航材需求鏈，戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的不確定性、動(dòng)態(tài)性和現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的特點(diǎn)直接使得后勤需求的不確定性增大，這種需求的非線性、非平穩(wěn)動(dòng)態(tài)變化使得牛鞭效應(yīng)問題在航材需求鏈運(yùn)作過程中普遍存在。由于航材供應(yīng)層級(jí)較多，使得決策部門的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)離于基層使用單位，越靠近上游所獲得的需求被加工、處理的就越厲害，扭曲現(xiàn)象就越明顯［2］。所以針對(duì)需求鏈中牛鞭效應(yīng)擴(kuò)大的現(xiàn)象，信息共享是解決牛鞭效應(yīng)的出發(fā)點(diǎn)。

2 基于移動(dòng)平均法的航材需求鏈牛鞭效應(yīng)量化模型

由于軍事任務(wù)的特殊性以及航材需求鏈供需環(huán)節(jié)存在的不確定性，使得航材需求鏈中的牛鞭效應(yīng)難以避免，為了減弱供應(yīng)鏈中的牛鞭效應(yīng)，從定量的角度對(duì)牛鞭效應(yīng)進(jìn)行量化分析是第一步工作。為了便于研究，在此假設(shè)只有一個(gè)航材供應(yīng)商和后勤決策機(jī)構(gòu)（以下簡(jiǎn)稱節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B）組成的簡(jiǎn)單兩級(jí)需求鏈，節(jié)點(diǎn)A是節(jié)點(diǎn)B的唯一供給對(duì)象，且它們之間只產(chǎn)生一種航材的供給關(guān)系。雙方的行為發(fā)生在一個(gè)無限離散的時(shí)間范圍內(nèi)，在t期末節(jié)點(diǎn)B根據(jù)過去的消耗數(shù)據(jù)，同時(shí)考慮到從節(jié)點(diǎn)A到節(jié)點(diǎn)B的物資補(bǔ)貨備貨期L，節(jié)點(diǎn)B采用移動(dòng)平均預(yù)測(cè)技術(shù)對(duì)t+L期的部隊(duì)需求進(jìn)行估計(jì)，采用訂貨點(diǎn)法確定訂貨量，在t期初向節(jié)點(diǎn)A發(fā)出訂單qt，節(jié)點(diǎn)B在t+L期末收到航材。為進(jìn)一步分析，同時(shí)假設(shè)節(jié)點(diǎn)B面對(duì)的航材需求dt為一個(gè)簡(jiǎn)單的平穩(wěn)AR（1）自相關(guān)時(shí)間序列［3～4］：

式中：μ為非負(fù)常量；ρ為自相關(guān)系數(shù)，||ρ＜1為平穩(wěn)條件，表征兩個(gè)相鄰時(shí)期節(jié)點(diǎn)B所面對(duì)的物資需求之間的相關(guān)性；εt為一獨(dú)立同分布的隨機(jī)變量，其均值為0。

由式（1）可以導(dǎo)出dt的均值和方差為

按前述假設(shè)，節(jié)點(diǎn)B向節(jié)點(diǎn)A發(fā)出的訂貨量qt滿足以下條件：

式中：yt為節(jié)點(diǎn)B采用訂貨點(diǎn)法計(jì)算得到的最高庫(kù)存水平；為節(jié)點(diǎn)B在L期內(nèi)的安全庫(kù)存；z為服務(wù)水平系數(shù)；σ為L(zhǎng)期內(nèi)預(yù)測(cè)誤差標(biāo)準(zhǔn)差的估計(jì)值，為簡(jiǎn)化，以下設(shè)定z=0；為節(jié)點(diǎn)B采用移動(dòng)平均法對(duì)t期開始的L期內(nèi)下級(jí)部隊(duì)用戶需求的估計(jì)值，若以下節(jié)點(diǎn)B所觀察的前P期的下級(jí)部隊(duì)用戶需求數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，則d?tL為

經(jīng)綜合計(jì)算得，當(dāng)節(jié)點(diǎn)B面臨的下級(jí)部隊(duì)用戶需求服從平穩(wěn)AR（1）自相關(guān)時(shí)間序列時(shí)，兩級(jí)需求鏈的牛鞭效應(yīng)為

由式（2）可知，上述兩級(jí)需求鏈的牛鞭效應(yīng)將隨著備貨期L的增大而增大，隨著預(yù)測(cè)時(shí)所采取基礎(chǔ)觀察數(shù)據(jù)的期望P的增大而減小。

1）當(dāng)0≤P≤1時(shí)，因此，需求鏈牛鞭效應(yīng)隨ρ的增大而減小。

特別地，當(dāng)ρ=0時(shí)，即需求完全不相關(guān)，則由式（2）得：

此時(shí)，需求鏈的牛鞭效應(yīng)只與L P的比值有關(guān)，是L P的單調(diào)遞增函數(shù)。而當(dāng)ρ=1時(shí)，即需求

2）當(dāng)-1≤ρ≤0時(shí)，其需求鏈牛鞭效應(yīng)的影響

特別地，當(dāng)ρ=-1時(shí)，即需求完全負(fù)相關(guān)，則有：

此時(shí)，需求鏈的牛鞭效應(yīng)只與L P的比值有關(guān)，是L P的單調(diào)遞增函數(shù)。

通過對(duì)各個(gè)參數(shù)的分析，可以得到兩種弱化牛鞭效應(yīng)的方法：

1）縮短訂貨周期，可以采用小批量、多頻次的訂貨方式［5］，同時(shí)也能提高航材保障的可靠性、機(jī)動(dòng)性和戰(zhàn)場(chǎng)生存能力。

2）預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的選取上，單位時(shí)間內(nèi)獲取的數(shù)據(jù)越多就越能體現(xiàn)局部時(shí)間范圍內(nèi)的需求動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)，預(yù)測(cè)就越能貼近部隊(duì)的實(shí)際需求。

3 基于信息共享程度不同的牛鞭效應(yīng)對(duì)比研究

根據(jù)上一節(jié)對(duì)牛鞭效應(yīng)的量化分析可知，在航材供應(yīng)過程中牛鞭效應(yīng)是不可避免的，但是信息共享能夠從庫(kù)存信息、運(yùn)作信息、保障能力等方面提高航材保障計(jì)劃和決策的科學(xué)性和合理性，進(jìn)而抑制和弱化供應(yīng)鏈中的牛鞭效應(yīng)［6～7］。信息共享對(duì)牛鞭效應(yīng)的弱化具體體現(xiàn)在幾個(gè)方面：1）縮短航材需求鏈的時(shí)間延遲［8］；2）實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的需求預(yù)測(cè)；3）減少各級(jí)節(jié)點(diǎn)庫(kù)存量［9］。本節(jié)將從定量的角度分析不同信息共享程度對(duì)牛鞭效應(yīng)的弱化作用。

3.1 前提假設(shè)和需求鏈模型

3.1.1 前提假設(shè)

1）整個(gè)航材需求鏈只存在一種航材的供應(yīng)保障；

2）需求鏈上每個(gè)節(jié)點(diǎn)以滿足部隊(duì)用戶航材需求為供給原則；

3）需求鏈上每個(gè)節(jié)點(diǎn)只服務(wù)于一個(gè)下級(jí)節(jié)點(diǎn)；

4）需求鏈中所有供應(yīng)節(jié)點(diǎn)的計(jì)劃均以最終部隊(duì)用戶的航材需求為標(biāo)準(zhǔn)確定，即各節(jié)點(diǎn)均只關(guān)注部隊(duì)用戶的需求量。

3.1.2 需求鏈模型

假設(shè)航材在供應(yīng)過程中要經(jīng)過n個(gè)節(jié)點(diǎn)，且每一個(gè)節(jié)點(diǎn)只有一個(gè)上、下游節(jié)點(diǎn)，如圖1所示，按照從下游到上游的順序?qū)λ械墓?jié)點(diǎn)編號(hào)為1，2，3，…，n。在第j節(jié)點(diǎn)上，需求者預(yù)計(jì)的最終部隊(duì)航材需求為yi，供應(yīng)者計(jì)劃的航材供應(yīng)量為xi，j=1，2，3，…，n。部隊(duì)用戶對(duì)航材需求的預(yù)測(cè)量為x1。

3.2 無信息共享的航材需求鏈牛鞭效應(yīng)

由以上假設(shè)可知，在節(jié)點(diǎn)j，供應(yīng)者j只能知道需求者j的需求量，且只有通過滿足需求者j的需求來間接滿足最終基層部隊(duì)的航材需求。因?yàn)樾枨笳遤的需求是有變動(dòng)的，所以供應(yīng)者j需要確定一個(gè)供給安全量，因此，供應(yīng)者j所預(yù)測(cè)的需求量為

供給安全系數(shù)由供應(yīng)者自身的預(yù)測(cè)能力確定，因此供應(yīng)者的供應(yīng)量為

由于第j節(jié)點(diǎn)的供應(yīng)者就是第j+1節(jié)點(diǎn)的需求者，所以

由以上兩式可得：

從上式可知，從下游到上游每一個(gè)節(jié)點(diǎn)上供應(yīng)者所預(yù)測(cè)的最終基層部隊(duì)的航材需求量是逐漸增加的。隨著由下游向上游的逐級(jí)傳遞，供應(yīng)者對(duì)需求的估計(jì)越來越大，這就形成了牛鞭效應(yīng)。并且由于供應(yīng)者供給安全系數(shù)的不同，所以不同節(jié)點(diǎn)需求放大程度也是不同的。

3.3 共享基層部隊(duì)需求信息對(duì)牛鞭效應(yīng)的抑制

3.3.1 全部節(jié)點(diǎn)共享需求信息

當(dāng)需求鏈上所有節(jié)點(diǎn)共享基層部隊(duì)的需求信息時(shí)，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)上的供應(yīng)者均知道基層部隊(duì)的預(yù)計(jì)需求量x1，這時(shí)每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的供應(yīng)者就可以依據(jù)基層部隊(duì)的需求信息來預(yù)測(cè)需求量。因此供應(yīng)者j預(yù)計(jì)的供應(yīng)量為

比較式（3）和式（4）可知：

且有

由以上分析可知，當(dāng)全部節(jié)點(diǎn)信息共享時(shí)，牛鞭效應(yīng)得到了很好的抑制，上級(jí)節(jié)點(diǎn)可以很準(zhǔn)確地掌握部隊(duì)實(shí)際需求，在對(duì)需求做出預(yù)測(cè)時(shí)可以規(guī)避多及預(yù)測(cè)帶來的疊加效應(yīng)。

3.3.2 部分節(jié)點(diǎn)共享需求信息

由前面的數(shù)學(xué)模型分析可知：

其中i表示實(shí)現(xiàn)信息共享的節(jié)點(diǎn)。

比較式（5）和式（6）可知，若需求鏈上只有部分節(jié)點(diǎn)共享需求信息，則牛鞭效應(yīng)僅得到了部分抑制。

綜上所述，航材需求鏈各節(jié)點(diǎn)只要能共享需求信息，就可以對(duì)航材需求鏈中的牛鞭效應(yīng)產(chǎn)生抑制，共享信息的成員范圍越大，就越能有效地減弱牛鞭效應(yīng)。

4 結(jié)語

在航材三級(jí)供應(yīng)體制下，各部門能夠各守其位、各司其職，充分發(fā)揮各自職能，積極推動(dòng)航材保障能力的提升，但是這種組織結(jié)構(gòu)也存在環(huán)節(jié)眾多、結(jié)構(gòu)臃腫等問題［10～11］，由于航材需求鏈本身組織結(jié)構(gòu)的特殊性，使得航材需求鏈中的牛鞭效應(yīng)不可避免，不僅造成了軍費(fèi)資金的浪費(fèi)，而且過多的需求量導(dǎo)致了庫(kù)存水平的提高，浪費(fèi)了有限的庫(kù)存空間，影響了倉(cāng)庫(kù)安全穩(wěn)定。但是信息共享可以抑制和弱化牛鞭效應(yīng)的影響，因此有必要加強(qiáng)航材需求鏈中的信息共享程度，優(yōu)化信息傳遞方式，確定組織結(jié)構(gòu)中重要的節(jié)點(diǎn)，剔除不必要的組織環(huán)節(jié)，盡可能使決策部門靠近信息源頭，減少信息處理環(huán)節(jié)，加大航材需求鏈中的信息共享程度，最終提高航材保障能力。

［1］王波.機(jī)械行業(yè)中牛鞭效應(yīng)的研究——以徐州某壓力機(jī)公司為例［D］.南京：南京航空航天大學(xué)，2008.

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［7］王金鵬，張作剛，李衛(wèi)靈.航材供應(yīng)管理的“牛鞭效應(yīng)”研究［J］.海軍航空工程學(xué)院青島分院學(xué)報(bào)，2006（4）：66-71.

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［9］劉新華.物資儲(chǔ)備過程中的“牛鞭效應(yīng)”及預(yù)防［J］.后勤指揮學(xué)院學(xué)報(bào)，2003（4）：43-45.

［10］王金鵬，張作剛，李衛(wèi)靈.航材供應(yīng)管理的“牛鞭效應(yīng)”研究［J］.海軍航空工程學(xué)院青島分院學(xué)報(bào)，2006（4）：66-71.

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Analysis of Bullwhip Effect in Air Material Demand Chain Based on Information Sharing

LIU Xu1ZHOU Lihua1ZHU Chen1XIN Siyong2
（1.Department of Air Material，Air Force Logistics College，Xuzhou221000）（2.Postgraduate Management Team，Academy of Engineer Corps，Xuzhou221000）

The bullwhip effect in the demand chain of the air material will lead to the gradual enlargement of the demand，which makes the purchase amount and the inventory scale too high，affects the improvement of the economic benefit.Therefore，this paper uses the moving average method to quantify the bullwhip effect in the demand chain of the air material.On the basis of study?ing the mechanism of its formation，this paper puts forward the strategy of using the information sharing to suppress and weaken the bullwhip effect，and from the quantitative point of view This paper analyzes the weakening effect of different information sharing on the bullwhip effect，and the research results have great significance to enhance the military economic benefit of the air material logis?tics.

demand chain of the air material，bullwhip effect，quantify，information sharing

E239.4

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.08.025

2017年2月7日，

2017年3月17日

劉旭，男，碩士研究生，研究方向：控制科學(xué)與工程。周麗華，女，研士，講師，研究方向：航材管理工程。朱臣，男，碩士研究生，研究方向：控制科學(xué)與工程。辛思勇，男，碩士研究生，研究方向：院校教育。