基于信息共享的航材需求鏈牛鞭效應分析

劉旭1周麗華1朱臣1辛思勇2

（1.空軍勤務學院航材管理系徐州221000）（2.工程兵學院研一隊徐州221000）

航材需求鏈中的牛鞭效應會導致需求逐級放大，使得采購量過多，庫存規(guī)模居高不下，影響經(jīng)濟效益的提升。因此論文利用移動平均法將航材需求鏈中的牛鞭效應進行量化分析，在研究其形成的機理的基礎上，提出了利用信息共享抑制和弱化牛鞭效應影響的策略，并從定量的角度分析了不同信息共享程度對牛鞭效應的弱化作用，研究結(jié)果對于提升航材保障的軍事經(jīng)濟效益具有重要的指導意義。

航材需求鏈；牛鞭效應；量化；信息共享

Class NumberE239.4

1 引言

牛鞭效應是需求信息在傳遞過程中扭曲的結(jié)果，具體是指供應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商端傳遞時，無法有效地實現(xiàn)信息的共享，使得信息扭曲而逐級放大，導致需求信息出現(xiàn)越來越大的波動［1］。對于航材需求鏈，戰(zhàn)場環(huán)境的不確定性、動態(tài)性和現(xiàn)代戰(zhàn)爭的特點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)動態(tài)變化使得牛鞭效應問題在航材需求鏈運作過程中普遍存在。由于航材供應層級較多，使得決策部門的數(shù)據(jù)遠離于基層使用單位，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］。所以針對需求鏈中牛鞭效應擴大的現(xiàn)象，信息共享是解決牛鞭效應的出發(fā)點。

2 基于移動平均法的航材需求鏈牛鞭效應量化模型

由于軍事任務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難以避免，為了減弱供應鏈中的牛鞭效應，從定量的角度對牛鞭效應進行量化分析是第一步工作。為了便于研究，在此假設只有一個航材供應商和后勤決策機構(gòu)（以下簡稱節(jié)點A和節(jié)點B）組成的簡單兩級需求鏈，節(jié)點A是節(jié)點B的唯一供給對象，且它們之間只產(chǎn)生一種航材的供給關系。雙方的行為發(fā)生在一個無限離散的時間范圍內(nèi)，在t期末節(jié)點B根據(jù)過去的消耗數(shù)據(jù)，同時考慮到從節(jié)點A到節(jié)點B的物資補貨備貨期L，節(jié)點B采用移動平均預測技術對t+L期的部隊需求進行估計，采用訂貨點法確定訂貨量，在t期初向節(jié)點A發(fā)出訂單qt，節(jié)點B在t+L期末收到航材。為進一步分析，同時假設節(jié)點B面對的航材需求dt為一個簡單的平穩(wěn)AR（1）自相關時間序列［3～4］：

式中：μ為非負常量；ρ為自相關系數(shù)，||ρ＜1為平穩(wěn)條件，表征兩個相鄰時期節(jié)點B所面對的物資需求之間的相關性；εt為一獨立同分布的隨機變量，其均值為0。

由式（1）可以導出dt的均值和方差為

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

式中：yt為節(jié)點B采用訂貨點法計算得到的最高庫存水平；為節(jié)點B在L期內(nèi)的安全庫存；z為服務水平系數(shù)；σ為L期內(nèi)預測誤差標準差的估計值，為簡化，以下設定z=0；為節(jié)點B采用移動平均法對t期開始的L期內(nèi)下級部隊用戶需求的估計值，若以下節(jié)點B所觀察的前P期的下級部隊用戶需求數(shù)據(jù)為基礎，則d?tL為

經(jīng)綜合計算得，當節(jié)點B面臨的下級部隊用戶需求服從平穩(wěn)AR（1）自相關時間序列時，兩級需求鏈的牛鞭效應為

由式（2）可知，上述兩級需求鏈的牛鞭效應將隨著備貨期L的增大而增大，隨著預測時所采取基礎觀察數(shù)據(jù)的期望P的增大而減小。

1）當0≤P≤1時，因此，需求鏈牛鞭效應隨ρ的增大而減小。

特別地，當ρ=0時，即需求完全不相關，則由式（2）得：

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

2）當-1≤ρ≤0時，其需求鏈牛鞭效應的影響

特別地，當ρ=-1時，即需求完全負相關，則有：

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

通過對各個參數(shù)的分析，可以得到兩種弱化牛鞭效應的方法：

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

2）預測數(shù)據(jù)的選取上，單位時間內(nèi)獲取的數(shù)據(jù)越多就越能體現(xiàn)局部時間范圍內(nèi)的需求動態(tài)變化趨勢，預測就越能貼近部隊的實際需求。

3 基于信息共享程度不同的牛鞭效應對比研究

根據(jù)上一節(jié)對牛鞭效應的量化分析可知，在航材供應過程中牛鞭效應是不可避免的，但是信息共享能夠從庫存信息、運作信息、保障能力等方面提高航材保障計劃和決策的科學性和合理性，進而抑制和弱化供應鏈中的牛鞭效應［6～7］。信息共享對牛鞭效應的弱化具體體現(xiàn)在幾個方面：1）縮短航材需求鏈的時間延遲［8］；2）實現(xiàn)更準確的需求預測；3）減少各級節(jié)點庫存量［9］。本節(jié)將從定量的角度分析不同信息共享程度對牛鞭效應的弱化作用。

3.1 前提假設和需求鏈模型

3.1.1 前提假設

1）整個航材需求鏈只存在一種航材的供應保障；

2）需求鏈上每個節(jié)點以滿足部隊用戶航材需求為供給原則；

3）需求鏈上每個節(jié)點只服務于一個下級節(jié)點；

4）需求鏈中所有供應節(jié)點的計劃均以最終部隊用戶的航材需求為標準確定，即各節(jié)點均只關注部隊用戶的需求量。

3.1.2 需求鏈模型

假設航材在供應過程中要經(jīng)過n個節(jié)點，且每一個節(jié)點只有一個上、下游節(jié)點，如圖1所示，按照從下游到上游的順序?qū)λ械墓?jié)點編號為1，2，3，…，n。在第j節(jié)點上，需求者預計的最終部隊航材需求為yi，供應者計劃的航材供應量為xi，j=1，2，3，…，n。部隊用戶對航材需求的預測量為x1。

3.2 無信息共享的航材需求鏈牛鞭效應

由以上假設可知，在節(jié)點j，供應者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的航材需求。因為需求者j的需求是有變動的，所以供應者j需要確定一個供給安全量，因此，供應者j所預測的需求量為

供給安全系數(shù)由供應者自身的預測能力確定，因此供應者的供應量為

由于第j節(jié)點的供應者就是第j+1節(jié)點的需求者，所以

由以上兩式可得：

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

3.3 共享基層部隊需求信息對牛鞭效應的抑制

3.3.1 全部節(jié)點共享需求信息

當需求鏈上所有節(jié)點共享基層部隊的需求信息時，每一個節(jié)點上的供應者均知道基層部隊的預計需求量x1，這時每一個節(jié)點的供應者就可以依據(jù)基層部隊的需求信息來預測需求量。因此供應者j預計的供應量為

比較式（3）和式（4）可知：

且有

由以上分析可知，當全部節(jié)點信息共享時，牛鞭效應得到了很好的抑制，上級節(jié)點可以很準確地掌握部隊實際需求，在對需求做出預測時可以規(guī)避多及預測帶來的疊加效應。

3.3.2 部分節(jié)點共享需求信息

由前面的數(shù)學模型分析可知：

其中i表示實現(xiàn)信息共享的節(jié)點。

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

綜上所述，航材需求鏈各節(jié)點只要能共享需求信息，就可以對航材需求鏈中的牛鞭效應產(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。

4 結(jié)語

在航材三級供應體制下，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不可避免，不僅造成了軍費資金的浪費，而且過多的需求量導致了庫存水平的提高，浪費了有限的庫存空間，影響了倉庫安全穩(wěn)定。但是信息共享可以抑制和弱化牛鞭效應的影響，因此有必要加強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，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.機械行業(yè)中牛鞭效應的研究——以徐州某壓力機公司為例［D］.南京：南京航空航天大學，2008.

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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：控制科學與工程。辛思勇，男，碩士研究生，研究方向：院校教育。