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供应链协调的仿真建模方法研究综述

收稿日期:

2005208205;修返日期:

2005209223

基金项目:

教育部留学回国人员科研启动基金资助项目（教外司留[2005]383号文件

供应链协调的仿真建模方法研究综述

3

金　淳,刘昕露

（大连理工大学管理学院,辽宁大连116024

摘　要:

分析了用仿真建模方法解决供应链管理中协调问题的研究现状及趋势。

在介绍国内外供应链协调模型研究现状的基础上,从计算机仿真建模的技术特点、工具和方法等方面着手,归纳、分析和比较了集中式仿真、多代理仿真、分布式仿真和HLA仿真等方法在建立供应链协调模型的研究状况,最后指出了用仿真建模方法解决供应链协调问题的研究前景及发展趋势。

关键词:

仿真建模;供应链协调;多代理;分布式仿真

中图法分类号:

TP39119　　　文献标识码:

A　　　文章编号:

100123695（20060420001203

SurveyonSimulationModelingMethodsforSupplyChainCoordination

JINChun,LIUXin2lu

（SchoolofManagement,DalianUniversityofTechnology,DalianLiaoning116024,China

Abstract:

Somesimulationmodelingmethodstosolvetheproblemsforsupplychaincoordinationareanalyzed.Onthebasis

ofdiscussingthecurrentsituationhomeandabroad,differentsimulationmethodssuchascentralizedsimulation,multi2agentsimulation,distributedsimulationandHLA2basedsimulationareconcludedindetailtoestablishsupplychaincoordinationmodel;andresearchingpotentialsandtendencyaboutthesimulationmodelingmethodsforsupplychaincoordinationarepro2posed.

Keywords:

SimulationModeling;SupplyChainCoordination;Multi2Agent;DistributedSimulation

　　供应链是一个由核心企业连同它的供应商、分销商、零售商直到最终用户共同组成的功能网络结构模式。

供应链管理就是围绕主导企业（即核心企业对信息流、物流、资金流进行计划、协调与控制。

供应链协调是供应链管理中的重要内容,协调主要是对供应链上企业内或企业间活动过程中依赖关系的协调策略的管理,通过协调使整个供应链全体及各个企业都达到满意的运作效果,协调策略的好坏直接影响着整个供应链的管理水平和运作效率

[1]

。

国内外学者对供应链协调问题进

行了许多研究,总的来说可归结为建立关于各种协调的数学或仿真模型,通过建模来制定协调策略、评估整个供应链系统的绩效、指导管理者决策,从而达到使供应链的整体运作最优的目的。

由于供应链是一类典型的复杂系统,采用传统的研究方法很难描述和求解其多阶段、多层次和多主体间的动态协调关系,因此,仿真方法就成为供应链协调模型求解中最有力的工具之一。

本文以供应链协调问题的仿真建模方法为对象,在收集和调查近年来有关研究文献的基础上,对供应链协调问题的仿真建模方法进行一系列的归纳、分析和总结。

1　供应链协调模型概述

供应链协调涉及不同的协调问题,如供应链中各成员在战略方面的合作协调问题,在计划及运营方面的生产协调、库存协调和信息协调等问题。

对各协调问题中不同的协调内容往往需要建立不同的协调模型,如生产协调问题主要研究面向供应链全局的生产计划、物流计划等内容,前者主要采用建立生产调度模型的方法[2],后者主要采用建立配送模型的方法[3]。

针对库存协调问题建立的库存协调模型主要有供应链管理中的MRP2Ⅱ/DRP系统模型、联合库存模型、供应商库存管理

VMI等

[4]

其目的是克服供应链系统中由于各节点企业的相

互独立库存控制模式而导致的需求放大现象。

信息协调问题则包括协调以下信息内容的共享:

库存共享、销售数据共享、订单状态共享、销售预测共享、生产/配送计划共享,为此需要建立各种信息共享模型[5]。

用于建立供应链协调模型和解决供应链协调问题的算法一般都是在基于随机系统模型、数学规划模型、启发式技术等数学方法和基于仿真方法的基础上建立起来的[6]。

以构造数学模型的方法对供应链协调问题进行研究的有:

针对供应链的库存协调问题,在需求和供应都不确定的情况下,考虑供应商缺货对购买方的影响,构造出仓库和零售商的库存模型[7];针对供应链的合作协调问题,多采用博弈模型,如对非合作情况下1∶n买卖双方的合作协调问题的建模,给出供需双方通过线性价格折扣政策的Stackelberg博弈模型[8];针对供应链的生产协调问题,为解决产品供应不确定性带来的一系列生产管理问题,设计了基于合作的数学模型[9]。

尽管该方法在解决供应链协调问题中应用广泛,但是供应链这类复杂系统中存在着很多不确定性和随机性因素,而数学方法由于求解条件的限制,建立的数学模型有时存在着求解困难甚至不可解的结果。

在此情况下,以数学模型为基础、以求数值解或特解为特征的仿真建模方法显示出了极强的技术优

势。

近年来,伴随着许多成熟的仿真软件的引入和使用,各种仿真建模方法解决供应链问题的适用性也得到了大幅度提高。

2　供应链协调的仿真建模方法研究现状及分析

从最初的单机仿真到随着网络时代发展所产生的分布式仿真,计算机仿真建模方法依据仿真建模的自治性和是否分布式等特点可以分为集中式仿真、多代理仿真、分布式仿真和

HLA仿真等方法。

供应链具有自组织性、适应性和系统复杂

性等特点,再加上其本身就是分布异构式的系统,各环节的运作模式也不尽相同,因此,对供应链协调问题进行仿真建模时,需要根据供应链的这些特性选取各种合适的仿真建模方法。

211　集中式仿真方法

集中式仿真方法或单机仿真方法主要有离散事件系统仿真、系统动力学仿真和面向过程的仿真等。

这些方法一般是在非分布式的情况下,对随机、动态复杂系统进行建模和运行实验。

常用的供应链仿真建模的软件工具有Arena,ExSpect,Wit2

ness和SIMPROCESS等

[10]

。

离散事件系统仿真模型又包括排队库存网络系统仿真模型和Petri网仿真模型等,如为解决供应链中的牛鞭效应、库存位置等问题而建立的库存仿真模型[11,12];为比较不同的供应链方案用ExSpect建立的一个产品族的供应链Petri网模型[13];利用Witness软件对基于Petri网的生产系统模型进行仿真分析等[14]。

在系统动力学仿真模型的研究方面,通过建立一个食品供应链的系统动力学仿真模型,对该供应链上产品动态供应情况的仿真行为进行控制和管理

[15]

。

在面向过程仿

真的应用研究中,IBM公司使用SIMPROCES建立了供应链仿

真模型IBM2SCS对供应链的整个业务过程进行管理[16]

。

另

外,Lee等人[17]认为供应链仿真系统既不完全是离散的也不完全是连续的,图1说明了供应链的离散-连续仿真模型框架。

在供应链上供应商到最终顾客实体间的活动是离散的,而每个实体内部的运作又是连续的,所以整个供应链仿真系统是一个结合了离散和连续两种性质的仿真模型

。

集中式仿真方法是目前使用最广泛的一种仿真建模方法。

用集中式仿真方法解决供应链建模问题的研究也取得了很大的成果,但这种仿真方法在解决供应链协调问题时还存在着一些局限性,如在建模阶段,集中式的仿真模型与供应链上成员的分布式存在矛盾,导致系统间建模复杂;在运行阶段,有时与供应链的并行性和自适应性相冲突,使得模型的运行效率较低,因此还需要对此类仿真方法加以改进。

212　多代理仿真方法

多代理系统（Multi2AgentSystem,MAS是一个由多个代理组成的系统,它能解决单个代理不能解决的复杂问题。

在

MAS中,每个智能Agent除了发挥本身所具有的自治/自适应

性、协作性、异构性和通信性等特点外,还与其他Agent一起共享有关问题和求解方法的知识,有效地提高系统的并行计算能力、灵活性和扩展性,从而实现共同的全局目标[18]。

多代理仿真方法正是借鉴了MAS的这些特点,采用智能Agent作为仿

真系统建模的基本元素。

供应链系统作为一个多代理系统,其成员可由不同的Agent表示,图2为一个用多代理仿真方法建立的供应链协调模型,顾客发出需求信息通过人机接口输入到计算机中,由Agent模块内部和Agent间进行信息传递,最终输出仿真结果供用户使用。

利用MAS理论对供应链进行建模与仿真,已成为目前许多学者关注的研究方向[19]。

Swami[20]指出,与其他供应链仿真技术相比,多代理建模仿真方法是一种低成本、高效率、可重用的供应链建模仿真技术;林福仁等人[21]采用多Agent方法构建了供应链的订单流程模型,再造供应链的业务流程,并在基于Agent的仿真平台Swarm上实现了改善订单流程策略的评估和仿真分析。

近年来,有学者分别利用仿真软件Arena和ZEUS开发了多代理仿真模型对供应链进行仿真,并对提出的供应链管理策略进行评估分析[16,22]。

多代理在供应链管理中的应用情况证明了多代理仿真方法是解决供应链协调问题的一种有效机制和工具

[23~25]。

213　分布式仿真方法

分布式仿真是计算机仿真与网络技术相结合的产物,它的基本思想是通过计算机网络将位于不同地理位置的仿真系统连接起来,实现多用户、多方式的信息通信功能,除在军事领域应用之外,近来在许多其他领域都开始得到了拓展和应用。

分布式仿真方法主要有基于CORBA技术的方法[26]、基于

Web的方法

[27]

和基于多代理的方法等。

前两种方法在一定程

度上可用来解决供应链协调问题,但其仿真成员的节点数和自主性相对受限,而基于多代理的分布式仿真方法不仅具有多代理仿真自主性和交互性的优点,还发挥了分布式仿真特有的网络计算机并行性的优势,使供应链系统在扩展性、可移植性和互操作性上有了质的提高,可用于解决供应链系统的模型构建和仿真计算等问题[28,29]。

基于多代理的分布式仿真方法可以部分或全部地克服前述集中式仿真建模所存在的问题,通过具有自治性的Agent之间的信息共享,实现对供应链成员的信息协调[30,31]。

图3是供应链的一个分布式多代理仿真模型。

该模型包括供应商、生产商、销售商和管理协调中心节点Agent,各仿真Agent对应着实际的子系统,通过输入不同的仿真方案进行仿真器间的相互操作

对产生的不同仿真结果和协调策略进行分析。

但是,目前用这种方法研究供应链协调的实用系统相对还很少。

214　HLA仿真方法

HLA（HighLevelArchitecture仿真是基于分布式仿真建立

起来的一种仿真体系结构标准,已经被证明是一种有效的分布式系统的仿真框架,2000年正式成为IEEE1516标准[32]。

它

通过运行支持系统RTI（RunTimeInfrastructure实现仿真系统中联邦成员间的交互,能很好地降低复杂系统仿真的复杂性并实现组件间的相互独立性[33],可以有效地解决复杂系统仿真中出现的多事件并发、随机仿真事件处理、信息通信一致性、人机交互和仿真效率等在传统仿真方法中棘手的问题。

近年来,HLA仿真方法不仅应用于最初的军事仿真,也有学者已开始尝试将其应用于供应链系统[34,35]的仿真建模中。

图4为一个基于HLA的供应链仿真系统模型,它利用HLA框架结构建立起从供应商到零售商的相互操作的仿真联邦成员,使分散在不同地理网络中的联邦成员集成在一个相同的联邦中。

这些联邦只与本地主机中的RTI驻留程序进行通信,所有通信功能都在RTI内部实现,并由供应链中的核心企业联邦成员进行管理,再通过TCP/IP协议的信息交互完成供应链中各实体的协调

。

3　研究前景及趋势

随着仿真技术和网络技术的发展,计算机仿真方法逐步由集中式、封闭式向分布式、开放式方向转变,对使用仿真建模方法解决相关问题的需求也在不断扩大。

综上所述,本文通过对仿真建模方法解决供应链协调问题的应用现状进行分析,将其发展趋势与前景归结为以下几个方面:

（1各种仿真方法不断发展。

集中式仿真方法在供应链中的应用依旧会占有重要的地位;多代理仿真方法是当前仿真发展的主要趋势;分布式仿真方法多适用于大型仿真系统的建模;HLA仿真方法相比而言是仿真领域中最新的方法技术。

（2与数学方法相辅相成。

除了运筹学、统计学、优化算法等基于数学分析的建模方法外,利用仿真技术实现对供应链系统模型的优化和评价的方法将在供应链协调问题的研究中得到越来越广泛的应用。

（3与相关技术优势互补。

除了各种仿真方法独有的特点之外,仿真方法与其他领域新技术相结合是符合多学科融合要求的必然趋势。

如人工智能领域的多代理技术与仿真技术相结合的多代理仿真方法、网络技术与仿真技术相结合的分布式仿真方法都已经在解决供应链的协调问题上取得了成效。

同时,仿真方法之间的融合也是仿真方法发展的一大趋向,例如,将多代理仿真与分布式仿真建模方法有机结合,实现供应链中实体的有效协调的研究仍处于起步阶段,所以有着许多可持续深入研究的机会。

（4分布式仿真方法的新趋势。

HLA与多代理技术的结

合成为了越来越多学者关注的焦点[36],如可以采用HLA/RTI作为多Agent仿真环境的支撑环境或通信模型,实现不同智能体、不同仿真过程和不同仿真实体之间的关联;或者利用Agent的自主性、协调性等特点,使具有各种功能的Agent承载HLA体系中的RTI接口标准,从而实现仿真系统的功能,进一步提高仿真系统的可重用性和互操作性。

关于这种结合的研究目前还很少,基本上还是处于起步阶段,有详尽描述的文献资料也很少见,可以预计这种仿真方法将是供应链协调问题仿真建模技术的一个新的发展方向。

4　结束语

通过归纳、分析和比较国内外各种研究现状可看出,仿真建模方法是解决具有复杂性、分布性、自组织性、自适应性和异构性等特点的供应链协调问题的一种十分重要的研究手段,仿真技术与其他技术的结合是供应链协调建模的发展方向。

集中式仿真方法目前的应用领域很广,随着计算机仿真技术的发展,它必然要吸取其他相关技术的长处来弥补自身的一些不足,以适应网络化时代对复杂系统仿真的要求。

基于多代理的分布式仿真方法和HLA仿真方法在解决供应链协调问题上具有巨大的研究空间和应用潜力。

各种仿真建模方法的融合,尤其是基于HLA的多代理仿真方法,在解决供应链协调问题上具有良好的研究前景。

本文对研究如何用仿真方法解决供应链协调建模问题具有一定的指导作用。

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