基于信息共享的航材需求链牛鞭效应分析

基于信息共享的航材需求链牛鞭效应分析

刘旭1周丽华1朱臣1辛思勇2

（1.空军勤务学院航材管理系徐州221000）（2.工程兵学院研一队徐州221000）

航材需求链中的牛鞭效应会导致需求逐级放大，使得采购量过多，库存规模居高不下，影响经济效益的提升。因此论文利用移动平均法将航材需求链中的牛鞭效应进行量化分析，在研究其形成的机理的基础上，提出了利用信息共享抑制和弱化牛鞭效应影响的策略，并从定量的角度分析了不同信息共享程度对牛鞭效应的弱化作用，研究结果对于提升航材保障的军事经济效益具有重要的指导意义。

航材需求链；牛鞭效应；量化；信息共享

Class NumberE239.4

1 引言

牛鞭效应是需求信息在传递过程中扭曲的结果，具体是指供应链上的一种需求放大现象，是信息流从最终客户端向原始供应商端传递时，无法有效地实现信息的共享，使得信息扭曲而逐级放大，导致需求信息出现越来越大的波动［1］。对于航材需求链，战场环境的不确定性、动态性和现代战争的特点直接使得后勤需求的不确定性增大，这种需求的非线性、非平稳动态变化使得牛鞭效应问题在航材需求链运作过程中普遍存在。由于航材供应层级较多，使得决策部门的数据远离于基层使用单位，越靠近上游所获得的需求被加工、处理的就越厉害，扭曲现象就越明显［2］。所以针对需求链中牛鞭效应扩大的现象，信息共享是解决牛鞭效应的出发点。

2 基于移动平均法的航材需求链牛鞭效应量化模型

由于军事任务的特殊性以及航材需求链供需环节存在的不确定性，使得航材需求链中的牛鞭效应难以避免，为了减弱供应链中的牛鞭效应，从定量的角度对牛鞭效应进行量化分析是第一步工作。为了便于研究，在此假设只有一个航材供应商和后勤决策机构（以下简称节点A和节点B）组成的简单两级需求链，节点A是节点B的唯一供给对象，且它们之间只产生一种航材的供给关系。双方的行为发生在一个无限离散的时间范围内，在t期末节点B根据过去的消耗数据，同时考虑到从节点A到节点B的物资补货备货期L，节点B采用移动平均预测技术对t+L期的部队需求进行估计，采用订货点法确定订货量，在t期初向节点A发出订单qt，节点B在t+L期末收到航材。为进一步分析，同时假设节点B面对的航材需求dt为一个简单的平稳AR（1）自相关时间序列［3～4］：

式中：μ为非负常量；ρ为自相关系数，||ρ＜1为平稳条件，表征两个相邻时期节点B所面对的物资需求之间的相关性；εt为一独立同分布的随机变量，其均值为0。

由式（1）可以导出dt的均值和方差为

按前述假设，节点B向节点A发出的订货量qt满足以下条件：

式中：yt为节点B采用订货点法计算得到的最高库存水平；为节点B在L期内的安全库存；z为服务水平系数；σ为L期内预测误差标准差的估计值，为简化，以下设定z=0；为节点B采用移动平均法对t期开始的L期内下级部队用户需求的估计值，若以下节点B所观察的前P期的下级部队用户需求数据为基础，则dˆtL为

经综合计算得，当节点B面临的下级部队用户需求服从平稳AR（1）自相关时间序列时，两级需求链的牛鞭效应为

由式（2）可知，上述两级需求链的牛鞭效应将随着备货期L的增大而增大，随着预测时所采取基础观察数据的期望P的增大而减小。

1）当0≤P≤1时，因此，需求链牛鞭效应随ρ的增大而减小。

特别地，当ρ=0时，即需求完全不相关，则由式（2）得：

此时，需求链的牛鞭效应只与L P的比值有关，是L P的单调递增函数。而当ρ=1时，即需求

2）当-1≤ρ≤0时，其需求链牛鞭效应的影响

特别地，当ρ=-1时，即需求完全负相关，则有：

此时，需求链的牛鞭效应只与L P的比值有关，是L P的单调递增函数。

通过对各个参数的分析，可以得到两种弱化牛鞭效应的方法：

1）缩短订货周期，可以采用小批量、多频次的订货方式［5］，同时也能提高航材保障的可靠性、机动性和战场生存能力。

2）预测数据的选取上，单位时间内获取的数据越多就越能体现局部时间范围内的需求动态变化趋势，预测就越能贴近部队的实际需求。

3 基于信息共享程度不同的牛鞭效应对比研究

根据上一节对牛鞭效应的量化分析可知，在航材供应过程中牛鞭效应是不可避免的，但是信息共享能够从库存信息、运作信息、保障能力等方面提高航材保障计划和决策的科学性和合理性，进而抑制和弱化供应链中的牛鞭效应［6～7］。信息共享对牛鞭效应的弱化具体体现在几个方面：1）缩短航材需求链的时间延迟［8］；2）实现更准确的需求预测；3）减少各级节点库存量［9］。本节将从定量的角度分析不同信息共享程度对牛鞭效应的弱化作用。

3.1 前提假设和需求链模型

3.1.1 前提假设

1）整个航材需求链只存在一种航材的供应保障；

2）需求链上每个节点以满足部队用户航材需求为供给原则；

3）需求链上每个节点只服务于一个下级节点；

4）需求链中所有供应节点的计划均以最终部队用户的航材需求为标准确定，即各节点均只关注部队用户的需求量。

3.1.2 需求链模型

假设航材在供应过程中要经过n个节点，且每一个节点只有一个上、下游节点，如图1所示，按照从下游到上游的顺序对所有的节点编号为1，2，3，…，n。在第j节点上，需求者预计的最终部队航材需求为yi，供应者计划的航材供应量为xi，j=1，2，3，…，n。部队用户对航材需求的预测量为x1。

3.2 无信息共享的航材需求链牛鞭效应

由以上假设可知，在节点j，供应者j只能知道需求者j的需求量，且只有通过满足需求者j的需求来间接满足最终基层部队的航材需求。因为需求者j的需求是有变动的，所以供应者j需要确定一个供给安全量，因此，供应者j所预测的需求量为

供给安全系数由供应者自身的预测能力确定，因此供应者的供应量为

由于第j节点的供应者就是第j+1节点的需求者，所以

由以上两式可得：

从上式可知，从下游到上游每一个节点上供应者所预测的最终基层部队的航材需求量是逐渐增加的。随着由下游向上游的逐级传递，供应者对需求的估计越来越大，这就形成了牛鞭效应。并且由于供应者供给安全系数的不同，所以不同节点需求放大程度也是不同的。

3.3 共享基层部队需求信息对牛鞭效应的抑制

3.3.1 全部节点共享需求信息

当需求链上所有节点共享基层部队的需求信息时，每一个节点上的供应者均知道基层部队的预计需求量x1，这时每一个节点的供应者就可以依据基层部队的需求信息来预测需求量。因此供应者j预计的供应量为

比较式（3）和式（4）可知：

且有

由以上分析可知，当全部节点信息共享时，牛鞭效应得到了很好的抑制，上级节点可以很准确地掌握部队实际需求，在对需求做出预测时可以规避多及预测带来的叠加效应。

3.3.2 部分节点共享需求信息

由前面的数学模型分析可知：

其中i表示实现信息共享的节点。

比较式（5）和式（6）可知，若需求链上只有部分节点共享需求信息，则牛鞭效应仅得到了部分抑制。

综上所述，航材需求链各节点只要能共享需求信息，就可以对航材需求链中的牛鞭效应产生抑制，共享信息的成员范围越大，就越能有效地减弱牛鞭效应。

4 结语

在航材三级供应体制下，各部门能够各守其位、各司其职，充分发挥各自职能，积极推动航材保障能力的提升，但是这种组织结构也存在环节众多、结构臃肿等问题［10～11］，由于航材需求链本身组织结构的特殊性，使得航材需求链中的牛鞭效应不可避免，不仅造成了军费资金的浪费，而且过多的需求量导致了库存水平的提高，浪费了有限的库存空间，影响了仓库安全稳定。但是信息共享可以抑制和弱化牛鞭效应的影响，因此有必要加强航材需求链中的信息共享程度，优化信息传递方式，确定组织结构中重要的节点，剔除不必要的组织环节，尽可能使决策部门靠近信息源头，减少信息处理环节，加大航材需求链中的信息共享程度，最终提高航材保障能力。

［1］王波.机械行业中牛鞭效应的研究——以徐州某压力机公司为例［D］.南京：南京航空航天大学，2008.

［2］陈学军，王丰，张连武，等.战储管理学［M］.北京：中国财富出版社，2013：233-237.

［3］周海兰.基于库存管理的牛鞭效应相关问题研究［D］.天津：天津大学，2010.

［4］张玲，陈硕，张旸.基于自相关获取周期的时间序列模式挖掘算法［J］.信息工程大学学报，2015，16（2）：119-213.

［5］郑玉霞.企业如何降低物料库存及防止呆滞料的产生［J］.新经济，2014（2）：94.

［6］刘新华.物资储备过程中的牛鞭效应及预防［J］.后勤指挥学院学报，2003（4）：43-45.

［7］王金鹏，张作刚，李卫灵.航材供应管理的“牛鞭效应”研究［J］.海军航空工程学院青岛分院学报，2006（4）：66-71.

［8］徐勇.牛鞭效应的控制理论方法研究［D］.天津：天津大学，2008.

［9］刘新华.物资储备过程中的“牛鞭效应”及预防［J］.后勤指挥学院学报，2003（4）：43-45.

［10］王金鹏，张作刚，李卫灵.航材供应管理的“牛鞭效应”研究［J］.海军航空工程学院青岛分院学报，2006（4）：66-71.

［11］王其华，姜楠.军队后勤供应链管理中牛鞭效应的控制分析［J］.当代经济，2011（20）：53-55.

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

刘旭，男，硕士研究生，研究方向：控制科学与工程。周丽华，女，研士，讲师，研究方向：航材管理工程。朱臣，男，硕士研究生，研究方向：控制科学与工程。辛思勇，男，硕士研究生，研究方向：院校教育。