基于GBOM的供应链合作伙伴选择

单汨源，兰海丰，毛 超

（湖南大学 工商管理学院，长沙 410082）

0 引言

20世纪 90年代以来，科技的发展使得企业经营环境从较稳定、可预测的静态环境向多变、难预测的动态环境发生转变，企业之间的竞争演变成时间上的竞争和满足客户需求的竞争。大规模生产模式在产品种类、响应速度等方面的缺陷和不足逐渐显露。为此，一种新的生产模式——大规模定制(MC)被提出来[1]。大规模定制的核心是产品品种的多样化和定制化急剧增加，而不相应增加成本[10]。其借助现代信息技术和柔性制造技术，通过模块化设计、零部件标准化，敏捷的对客户需求作出反应。在这种模式下，竞争不仅仅是企业间的竞争，通常是供应链间的竞争[2]。Ellram(1991)强调供应链中企业的合作伙伴关系，指出供应链中的企业与其供应商建立的战略伙伴关系不同于传统的买卖关系，其内涵包括了相互信任、彼此承诺、利益共享等多个方面[3]。因此，作为大规模定制的核心内容，供应链成员间的产品配置设计是满足客户个性化需求、有效支持产品快速定制的重要手段，而对应的产品配置模型则必须能够描述一个产品族，并具有产生个性化产品的能力。传统的产品通过树状结构来表示，采用传统物料清单(bill of material，BOM)描述，其节点均为常量。当面对可配置产品时，这种结构可能会引起组合爆炸。而通用物料单 (generic bills of material，GBOM)[4～6]描述了一类具有相同市场定位和需求、相似产品结构和零配件以及相似功能的产品族的树状通用数据结构。GBOM树的各个节点采用了参数形式，每个参数有多种赋值。基于GBOM来选择供应链合作伙伴，构建供应链网络能加快供应链对市场需求的反应，降低供应链的成本，从而提高供应链的整体竞争力。

1 基于GBOM的供应链网络与供应链伙伴选择

1.1 基于GBOM的供应链网络

按照供需双方对应关系，供应链的类型可分为四类[7]。一对一型，即一个上游企业仅向一个下游企业提供产品，并且一个下游企业也仅向一个上游企业继承产品。一对多型，即一个下游企业至多只能向一个上游企业继承产品，但一个上游企业可向多个下游企业提供产品。多对一型，即一个下游企业继承的产品可来自多个上游企业，但一个上游企业仅向一个下游企业提供产品。多对多型，集成了前三种类型，形成供应链网络结构。事实上，供应链网络结构更符合企业运营的实际情况。在目前关于供应链的研究中，不少学者引入了BOM/GBOM。陈静杰等[8]定义了BOM 型供应链，在某产品的MBOM树状结构中，用生产该节点所表示的配件的供应链成员分别替换每个节点分别，得到该产品的供应链。杜少甫等[9]提出了基于GBOM的供应链网络。但是相关的研究很少考虑供应链合作伙伴关系，从BOM/GBOM的拓扑结构出发来构建供应链。而大规模定制要求下的竞争起点就是选择合适的供应链合作伙伴，组建供应链网络，确保既满足大规模定制的需要，又能提高供应链的整体竞争力。此外基于BOM构建的供应链，有明显的缺陷。一方面，研究对象不是产品族，而是某类具体的产品，这样一来满足不了大规模定制的需要，并且供应链成员的收益会随市场需求微小的变化产生巨大的波动。另一方面，简单的将BOM拓扑结构中的节点替换成企业，则将产品与企业间默认为“一对一”的关系，这也是不符合实际情况的。

因此，站在供应链合作伙伴选择的角度，基于GBOM可以构建更加理想供应链网络。假设包括市场需求终端在内，供应链总层数为N，生产环节为前N-1层，则对应的GBOM层数为N-1层。图1是一个N=4的构建供应链网络的GBOM。

图1 构建供应链网络的GBOM示意图

图1中，GBOM的第1层产品族数为7，第2层产品族数为4，第3层产品族数为1。图中Puv表示第v层上的第u个产品族，P13是最终投向市场的产品族。图 2是根据图1中的GBOM构建出的供应链网络，其并不是简单地将图1中的节点替换为成员企业，而是包含了层与层节点之间的“多对多”关系的网状结构。显然供应链网络中第1层的所有成员所能生产的产品集合就是GBOM第1层所有产品族的并集，且供应链第1层的每个成员所能生产的产品均为该层BOM的子集。同样，供应链网络与GBOM 其他层也有类似的对应关系。

图2 由GBOM构建的供应链网络示意图

1.2 基于GBOM的供应链合作伙伴选择

目前，供应链合作伙伴的选择方法大致分为三类。第一类是出于经济方面考虑，包括采购成本法和ABC法。第二类方法需要建立指标体系，如线性加权法，模糊评价，群决策，人工神经网络等方法。第三类是模拟自然界的选择的方法如遗传算法等。

由于这些方法都存在一定的局限性，各有适用条件，并且没能突出产品配置设计上的优化以及满足大规模定制的需求。因此本文试图基于GBOM来解决供应链合作伙伴选择的问题。具体来讲，为了满足大规模定制的需要，要从原材料到产品这一过程中所涉及的每个环节上选择合适的成员组成具有竞争力的供应链。每一个环节相当于供应链的一个层次，而为控制成本和增强企业间的信任，强调供应链之间的合作，每层次上加入的企业往往是有限的。而候选的企业的数量之多、企业产品种类的差异、同一产品的成本的不同等使得供应链伙伴的选择变得十分复杂。本文所讨论的问题就是，如何在各层的候选企业中选出既定数量的企业以及安排生产，使得既能满足产品族的GBOM结构，又使供应链整体收益最高。

2 基于GBOM的供应链伙伴选择模型

2.1 模型假设

为了方便建立数学模型描述基于GBOM的供应链合作伙伴选择问题，本文做出以下假设：

(1)存在有权选择企业，并能协调整个供应链网络有效运作的核心成员；

(2)每层企业可生产多种产品，其产品集合是本层BOM的一个子集，不同企业生产的同一产品成本有差异；

(3)每层企业可向多个下游企业供应配件或产品，每个企业也能从多个上游企业采购产品，不同企业采购同一产品的价格有差异；

(4)所有候选企业均有生产能力上限；

(5)候选企业的生产能力可相互转化，总生产能力可通过标准化生产能力来反映；

(6)每个企业总是在生产能力范围内，按照其下游企业的需求安排生产的；

(7)不同企业生产同种产品的工艺、技术无差异，用于装配的配件种类和数量也一致。

2.2 符号说明

n：供应链网络层次编号，n=1,2,…N。

Nn：供应链网络第n层候选企业数。

Nn'：供应链网络第n层计划选择企业数。

i：供应链网络各层中候选企业的编号，i=1,2,…N。

En,i：供应链网络第n层中编号为的候选企业被选中情况，其中En,i=1表示被选中；En,i=0表示未被选中。

NEn,i：企业En,i能生产的产品种类数。

En,i,j：企业En,i生产的j产品。

δEn,i：企业En,i生产能力上限。

γEn,i：企业En,i生产j产品的生产能力标准化系数。

τEn,i,j,En+1,i',j'： 企业 En,i生产 j产品向企业 En+1,i'生产的 j'产品的转化率。

2.3 模型构建

根据前面对问题的分析，建立数学模型如下：

其中，式(1)为目标函数，表示所选的企业组成的供应链利益最大化；式(2)表示企业选中后，向下游企业提供产品的总量经标准化后不超过其生产能力；式(3)表示任一企业向其上游企业采购的产品，所能生产的最大产品量不能超出其生产能力上限；式(4)表示除第1层外，任一企业只有从上游企业引进了足够原料才可以向其下游企业供应足够的产品；式(5)表示供应链网络总是在各企业生产能力范围内尽可能满足市场需求；式(6)表示每层所选企业个数不超过计划选取数。

2.4 模型求解

该模型属于混合整数规划，当规模较小的时候，可用分支定界法求解，但当供应链网络层次较多，各层候选企业较多以及GBOM结构复杂时，可采用启发式算法进行求解。本文采用遗传算法进行求解[10]。

表1 候选工厂相关数据表

表2 终端制造商相关数据表

表3 客户需求相关数据表

(1)用染色体表示各个供应链合作伙伴被选中情况，并采用二进制进行编码，其中0表示候选企业未被选中，1表示候选企业被选中。

表4 候选原材料供应商相关数据表

(2)产生一组初始解，用来组成一定规模的初始种群。

(3)计算每个染色体对应的适应度函数值。这里的适应度函数为供应链整体利益最大函数，即模型的目标函数。其计算可先将选中企业数据带入，计算非整数要求下，即松弛模型的生产计划，若无解，则该染色体为非可行解。若有最优解，则对最优解进行向下取整，并根据选中各企业的剩余产能和未达到的产能进行微调，最后得出适应度函数值。

(4)按适应度函数值大小对染色体进行重新排序，并采用轮盘赌法则选择染色体。

(5)对选中的染色体进行交叉操作。

(6)基于一定概率对交叉后的染色体进行变异操作，然后计算对应的适应度函数值，替换原染色体，对种群进行更新。

(7)达到预先设定的进化次数后，停止运算，输出最优结果。

3 应用算例

本文沿用图1所示GBOM结构，设计了四层供应链合作伙伴选择的算例，供应链第1层为原材料供应商，有8个候选企业；第2层为工厂，有6个候选企业；第3层为终端制造商。其相关数据见表1～7，费用单位均为元，产品(配件)数量单位为个。现在要从中选择2个原材料供应商，2个工厂成为供应链合作伙伴。等例求解结果见图3。

4 结论

表5 标准化系数表

本文讨论了大规模定制需求下的基于GBOM的供应链合作伙伴的选择方法，为企业如何既满足多变的需求，又降低供应链运行成本，使供应链收益最大提供了参考方法。但这种基于GBOM 构建的供应链网络，也有一定的局限性。其在某种意义上还只是选择理想供应链合作伙伴的必要条件，事实上，在选择供应链合作伙伴时还有许多指标需要评价，进一步的研究可将基于GBOM构建的供应链合作效益作为其中的一个指标，综合考虑GBOM的产品配置设计和其他重要指标，选择一组整体上相对较优的供应链合作伙伴。

表6 产品转化率表

表7 标准化系数表

图3 算例求解结果

[1]陈净杰,王扶东.基于群决策的供应链伙伴选择与评价过程[J].控制与决策,2002,(11).

[2]邵晓峰,季建华.面向大规模定制的供应链驱动模型的研究与应用[J].工业工程与管理,2001,(6).

[3]Ellram L M.Managerial Guideline for the Development and Implementation of Purchasing Partnerships[J].International Journal of purchasing and Materials Management,1991,27(3).

[4]Toffler A.Future Shock[M].New York:Bantam Books,1970.

[5]Davis S.From Future Perfect:Mass Customizing[J].Planning Review,1989,17(2).

[6]大卫 M 安德森,B约瑟夫.派恩二世.21世纪企业竞争前沿——大规模定制模式下的敏捷产品开发[M].北京:机械工业出版社, 1999.

[7]马士华,林勇.供应链管理[M].北京:高等教育出版社,2003.

[8]陈静杰,薛劲松.基于BOM的供应链构建方法[I].计算机集成制造系统,2003,9(5).

[9]杜少甫,梁樑.基于GBOM的供应链网络及其有生产能力约束的集成生产计划模型[J].管理学报,2006,3(2).

[10]马祖军.基于遗传算法的供应链联盟伙伴选择[J].系统工程理论与实践,2003,(9).