基于PD-HFLTS与BWM的多产品可持续供应商选择

2020-03-19陈振颂王先甲王欣仪常建鹏

计算机集成制造系统 2020年2期

陈振颂，王先甲，王欣仪，常建鹏

(1．武汉大学土木建筑工程学院,湖北武汉 430072;2．武汉大学经济与管理学院,湖北武汉 430072;3.重庆工商大学商务策划学院,重庆 400067)

1 问题的提出

目前，现代企业的竞争不再是单个企业间的竞争，更多注重的是供应链之间的竞争。现代企业通过统一管理与优化从原材料供应到消费者购买商品的整个链条上的商流、物流、信息流与资金流，来进一步提升企业竞争力[1]。近年来，自然资源枯竭、环境污染、劳动安全、劳工权益等问题日益突出，公众将这些问题归结于企业社会责任的缺失，从而使现代企业越来越重视可持续发展，即企业在实现经济效益最大化的同时，承担一定的环境责任与社会公益责任，以追求企业的可持续发展。基于此，可持续供应链管理应运而生。该供应链管理模式要求有效整合供应链上的各个环节，如原材料供应商、生产制造商、经销商、零售商、储运商和消费者，进而通过有效协调经济效益、环境效益和社会效益，实现整个供应链条的综合效益最大化[2-3]，如图1所示。相对于传统供应链，可持续供应链不仅要求链条上每个企业的经济效益最大化，还要求各企业做好环保、节能等工作，并承担一定的社会责任，如顾客、员工、股东与合作伙伴的权益保障等。

可持续供应商的选择与管理是可持续供应链管理的重要环节，贯穿于供应链的各个环节。上游供应商的经济效益表现情况以及环境与社会责任履行情况，将以直接或间接的方式影响下游企业的综合效益。因此，可持续供应链上占主导地位的核心企业为谋求其可持续发展的目标，不仅要以身作则，还要求其供应商在生产与管理中追求经济、环境、社会三方效益均衡。目前，有关供应商选择的研究多关注传统供应商选择，而可持续供应商选择的研究仍较少，且主要关注绿色供应商选择[4]。现有研究主要关注两类问题，即指标体系的构建和选择方法的确定。在评价指标方面，现有研究已就从经济效益类指标、环境效益类指标和社会效益类指标3方面构建指标体系达成共识[4]。在方法选择方面，多属性决策方法居多，如模糊网络分析法(Fuzzy-Analytic Network Process，F-ANP)[5-6]、模糊理想解相似度顺序偏好法(Fuzzy-Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution， F-TOPSIS)[7-8]、粗糙集与灰色系统[9]、基于直觉模糊集的多属性群决策方法[10]等。另外，有关供应商选择的方法还包括偏好顺序结构评估法(Preference Ranking Organization Method for Enrichment Evaluation, PROMETHEE)[11]、多准则妥协解排序法(Vlese Kriterijumska Optimizacija I Kompromisno Resenje，VIKOR)[12]、消去与选择转换法(Elimination and Choice Expressing Reality，ELECTRE)[13]等多属性决策方法。

从现有研究可知，可持续供应商选择与传统供应商选择的过程基本一致，一般流程为：确定需求、组建决策团队、构建评价指标并确定指标权重、确定候选供应商、确定最佳供应商、对所选供应商进行监控与反馈。两者的不同之处在于，传统供应商选择要求所选供应商的经济效益表现最佳，如产品质量、价格、运输、售后服务、生产管理等；而可持续供应商选择要求所选择的供应商在经济、环境与社会方面应具有最佳的综合效益，即不仅要衡量传统指标，还要考虑供应商的环保、节能表现以及履行社会责任的情况。因此，可持续性供应商选择问题比传统供应商选择问题的复杂度更高，这种复杂度主要体现在两个方面：①随着市场竞争的加剧，核心企业对供应商的要求越来越高，选择供应商时所需综合考虑的指标也越来越多；②随着市场范围的逐步扩大，市场上可供选择的供应商越来越多，在众多供应商中选出最佳供应商的工作量越来越大。目前，有关可持续供应商选择的研究仍采用传统方法，即综合考虑各项指标，从众多候选项中一次性确定最佳候选供应商[5-10]，这种选择方式需要开展大量调研工作，其复杂度高，工作量大。针对该问题，本文在原有流程的基础上增加筛选阶段(如图2)，提出两阶段可持续供应商选择模型：第一阶段要求组织决策专家对市场中众多候选供应商进行筛选，使筛选出的供应商在环境绩效与社会绩效方面满足核心企业的基本要求；第二阶段对经过资格审查的候选供应商的经济绩效进行评价，选出具有最佳经济绩效的供应商。本模型之所以对候选供应商的环境绩效和社会绩效进行资格审查，主要考虑核心企业对可持续供应商的要求并不是追求最佳的环境与社会绩效，而是在满足环境与社会绩效的基础上具有最佳的经济效益。例如，在环境效益方面，核心企业要求可持续供应商获得ISO14000环保认证，污染物排放达到国家标准，所提供的产品不含有害材料且能回收利用等；在社会效益方面，可持续供应商要为员工提供健康、安全的工作环境，保障员工、股东、合作者的基本权益等。

值得注意的是，相比于DEA、多目标规划方法和神经网络算法，多属性决策方法由于能有效处理多指标、多方案决策问题，尤其是评价指标定量、定性共存的情况，已广泛应用到各类供应商选择问题中[5-13]。基于多属性决策方法的供应商选择问题研究一般从两个方面提升选择结果的可靠性：①由于定性指标的不易度量性及决策专家知识的局限性，候选供应商在各评价指标下的评价值很难用精确数表示，考虑到模糊集理论在处理不精确信息方面的优势，决策专家倾向于用模糊数表征评价值，尤其是符合人们思维逻辑的模糊语言值；②由于供应商选择问题复杂性高、涉及面广，再加上专家知识的局限性，供应商选择需综合考虑不同决策专家的意见，以提高决策的可信度。这两种选择方法已广泛应用于供应商选择问题中[6-13]，然而该研究仍存在不足：①现有研究往往将决策专家给出的模糊语言信息转化为模糊数或实数进行运算，易造成信息丢失；②不同专家知识的侧重点、经验、地位不同，对评价对象的主观偏好以及所给的评价信息也会有所不同，而多专家决策旨在追求群体意见的一致性，不一致程度较大的意见会左右专家群体的偏好，现有的供应商选择研究尚未探讨群体一致性问题。针对这些问题，本文尝试从两个方面改进现有模型：

(1)为提升模糊信息的刻画精度，Wu等[14-15]基于犹豫模糊语言集(Hesitant Fuzzy Linguistic Term Set, HFLTS)[16]提出可能性分布—犹豫模糊语言集(Possibility Distribution-HFLTS, PD-HFLTS)[16]。PD-HFLTS不仅包含专家对多个语言术语的犹豫信息与偏好信息，还提供一种基于偏好信息的计算方式，有效避免了转换过程的信息丢失，从而提高计算精确度。因此，本模型要求决策专家利用PD-HFLTS表征评价信息。

(2)群体一致性指标的计算方法一般分为两类[14]：①通过计算个体评价信息与群体评价信息的距离测度确定指标大小；②通过确定个体评价信息与其他个体评价信息的距离测度确定指标大小。文献[14]根据后者给出一种基于PD-HFLTS的群体一致性指标计算方法，但是该方法并未考虑专家权重信息，因此本文提出一种新的计算方法，并给出一种新的群体一致性调整算法。

确定评价指标权重是供应商选择关键的一环，目前最为常见的供应商选择指标权重确定方法是层次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)[17]，该方法要求专家通过对各指标进行两两对比给出偏好矩阵来确定指标权重。然而，评价可持续供应商的指标众多，且定性与定量指标共存，需要专家花费大量时间和精力区分各指标的相对重要度，并给出两两之间的偏好信息。针对该问题，Rezaei等[18-19]提出一种最佳—最差(Best Worst Method, BWM)权重确定方法，该方法要求先选出重要度最大和最小的指标，然后组织其他指标分别与权重最大和最小指标进行对比，以一致性最佳为目标构建优化模型，确定最佳权重，该方法相较于AHP有明显的优势：①专家只需给出各指标相较于重要度最大指标和重要度最小指标的相对重要度大小，因此数据量小，专家易于给出，所得结果可靠性强；②专家给出的偏好信息一致性强，即使不具有满意一致性，进行一致性调整也比较方便。然而，该方法仍存在不足之处：①专家需以整数值给出偏好信息，因此精确度表征不足；②该方法只考虑了单一专家的意见，不适应于多专家确定权重的情况。针对这两个问题，本文提出利用BWM方法确定指标权重，并利用PD-HFLTS刻画BWM中的不确定偏好信息。

实际上，企业所需采购的原材料品类众多，所需的供应商也不止一个，而过多的供应商无疑会增加企业的管理成本。本文针对核心企业限制供应商数量的情况，提出一种基于多属性决策方法的多产品可持续供应商确定模型。该模型要求决策专家利用PD-HFLTS给出相关评价信息，并对不同专家给出的评价信息进行群体一致性检验与调整。首先，界定供应商选择问题，明确核心企业及其需求、选择的产品类型、决策专家组、评价指标体系、市场上的候选供应商；其次，组织决策专家根据核心企业对供应商的环境绩效和社会绩效的基本要求，对候选供应商进行资格审查，筛选出若干符合要求的候选供应商进入下一选择阶段；然后，针对筛选出的候选供应商，采用BWM方法确定经济效益类指标的权重；最后，组织各专家给出各候选供应商的各产品在各经济效益类指标下的评价值，进而根据核心企业对供应商数量的不同要求给出确定最佳供应商的不同决策方法。

2 基础知识

为便于后续模型的构建，本节简要介绍PD-HFLTS的相关基础理论。

定义1令S={s0,s1,…,sτ}为一语言术语集，τ为偶数，若ϑ是S中有限个有序连续语言术语的子集，则称ϑ为S上的一个HFLTS[16]。

在判断不同PD-HFLTS的大小前，需将语言术语转换为能够进行运算的数值。二元语义自提出以来受到众多学者的关注，其表现形式为(sl,αl)，其中sl∈S，αl∈[-0.5,0.5)。二元语义借助函数Δ与Δ-1对语言值进行运算，相关定义请参考文献[20]。实际上，一般语言术语也可转换为二元语义，即sl∈S⟹(sl,0)。因此，可借助Δ与Δ-1判断PD-HFLTS的大小。

定义5已知两个犹豫模糊语言集ϑ1和ϑ2，其相应的可能性分布为P1和P2，则PD-HFLTS的大小比较规则为[14-15]：

(1)若E(ϑ1)

(2)若E(ϑ1)=E(ϑ2)，则

1)若Var(ϑ1)ϑ2；

2)若Var(ϑ1)=Var(ϑ2)，则ϑ1=ϑ2。

WA(ϑ1,ϑ2…,ϑn)

=WA(P1,P2…,Pn)

=(p0,…,pl,…,pτ)。

(1)

3 模型构建

3.1 问题界定

3.2 筛选候选供应商阶段

S1={很差(s0),差(s1),较差(s2),

一般(s3),较好(s4),好(s5),很好(s6)}。

(2)

(3)

算法1

(4)

ξ=1-

(5)

步骤6结束。

(6)

3.3 最佳供应商决策阶段

3.3.1 确定经济效益类指标权重

S2={同样重要(s1),较重要(s2),

重要(s3),很重要(s4),非常重要(s5)}。

(7)

Model 1 minξd。

(8)

3.3.2 确定最佳可持续供应商

决策专家组依据核心企业的诉求商议给出各原材料{RM1,…,RMr,…,RMR}的相对重要度为{λ1,…,λr,…,λR}，若核心企业对各原材料没有明显偏好，则令λr=1/R，r=1,2,…,R。针对核心企业对供应商数量的不同要求，分别给出最佳供应商确定方法：

(2)若核心企业没有限制可持续供应商的数量，则以原材料组合综合评价值最大为目标，构建优化模型Model 2：

(9)

(3)若核心企业要求可持续供应商的数量最多维持在M2，且M2≤M1，则可构建优化模型Model 3：

4 案例分析

(1)筛选候选供应商

表1 各专家给出的关于环境效益类指标和社会效益类指标的评价信息

表2 环境效益类群决策信息和社会效益类群决策信息

(2)确定经济效益类指标权重

表3 指标权重确定的相关评价信息

表4 经济效益类指标权重

(3)确定最佳供应商

1)在只需选择一个供应商的情况下，利用产品权重h*和PD-HFLWA确定各候选供应商的经济绩效综合评价值，如表8所示。依据定义4与定义5比较综合评价值的大小，得到3个供应商的优劣排序为sp7,sp4,sp2。其中供应商sp7表现最佳，可作为核心企业4种产品{RM1,RM2,RM3,RM4}的可持续供应商。

2)在供应商数量没有限制的情况下，可利用优化模型Model 2确定供应商最佳组合，所求结果为：针对产品RM1，选择供应商sp7作为核心企业的可持续供应商；针对产品RM2和产品RM4，选择供应商sp2作为核心企业的可持续供应商；针对产品RM3，选择供应商sp4作为核心企业的可持续供应商。

3)在核心企业要求选择两个供应商的情况下，利用优化模型Model 3确定供应商最佳组合，所求结果为：选择供应商sp2和sp4作为4种产品{RM1,RM2,RM3,RM4}的可持续供应商，其中产品RM2和产品RM4选择供应商sp2，产品RM1和产品RM3选择供应商sp3。

表5 经济效益类指标的相关评价信息

续表5

表6 经济效益类指标群决策信息

表7 综合评价矩阵

表8 各候选供应商综合评价值

(4)灵敏度分析

为探讨不同指标权重对供应商选择结果的影响，专家组任意调整两个经济效益类指标权重，其他指标权重保持不变。不失一般性，该分析只探讨核心企业只需选择一个供应商的情况，最终结果如表9和图3所示。由此可知，不同的指标权重组合会得到不同的最佳供应商。该分析表明，指标权重对供应商选择结果的影响较大，因此决策专家组在确定指标权重时应充分了解核心企业对供应商的诉求，进而给出正确的评判信息。

表9 灵敏度分析结果

续表9

(5)分析总结

1)本文所提模型要求首先对候选供应商进行筛选，进而确定最佳供应商。案例中，候选供应商SP={sp1,…,spm,…,sp8}经过资格审查选出符合要求的供应商SP1={sp2,sp4,sp7}，再对这3个供应商进行择优。该过程能够避免不符合要求的候选供应商进入下一阶段，有效降低了供应商选择的工作量。本模型要求针对环境绩效类指标和社会绩效类指标进行资格审查主要考虑核心企业的现实需求。

5)针对多产品供应商选择问题，该模型给出一种有效的解决方法。在实际中，核心企业所需采购的原材料品类众多，所需的供应商数量也较多，数量巨大的供应商会增加供应商的管理成本，核心企业更希望在保障产品质量的前提下，以最小的供应商数量提供最多的原材料。然而，针对不同的原材料，其最佳的供应商往往不同。如表8所示，产品RM1的最佳供应商为sp7，产品RM2和产品RM4的最佳供应商为sp2，产品RM3的最佳供应商为sp4。当所需原材料数量巨大时，该问题更加突出，核心企业需权衡供应商的管理成本与产品质量风险之间的关系。