5G在现代供应链场景下的应用

李 润 奇，王 智 森，牟 俊

(大连工业大学 信息科学与工程学院，辽宁 大连 116034 )

0 引 言

信息技术不断升级促进了商业的全球化并且推动了供应链管理的演进[1]。20世纪80年代，在生产过程中长期占优的核心企业从设计、供应、制造再到销售择优将其配套的上下游企业整合起来，构成了一条从供应端到零售端的物流和信息网，这种以核心制造企业为主导供应方式为链主供应链[2]。链主企业通过ERP等信息系统使物流、资金流、信息流在供应链上各个节点中流通[3]，对供应链中大部分企业的资源配置进行直接或间接的协同整合来降低企业成本。20世纪90年代，随着互联网的迅速发展，企业间信息交换与共享的能力不断提高，特别是近些年以4G为代表的移动互联网的加持下，以B2B、B2C、O2O等模式为代表的平台供应链应运而生。平台供应链面向用户与市场，以交易为核心，为法人及自然人提供了交易平台，用户通过网络即可获取产品，极大地压缩了时间与空间，解决了产品与民生需求的普遍市场协同[4]。

改革开放以来的40年是我国积极融入全球供应链的过程，作为世界第二大经济体急需构建全新供应链体系来培育新的经济增长点。随着近些年互联、移动互联、物联、分布式互联存储等技术的发展，统一数字信息空间已初步形成，社会协同的雏形已经显现[5]。

McKinsey[6]认为目前供应链使用传统4G技术与合作伙伴进行通信，随着市场竞争的加剧，供应链职能已转向先进的规划过程，如数据驱动的分析需求规划或综合销售和运营规划，所有这些都要求供应链网络环境更快、更准确、更高效。Agiwal等[7]认为当前网络环境是碎片化的，无法满足现代供应链实时数据传输的要求。5G网络凭借高带宽、低延时、广连接的特性，可以打通现代供应链的信息孤岛，消除信息的不对称性。

本研究通过Matlab建立模型进行仿真，探究5G网络环境对于现代供应链场景下市场方时滞效应的影响。

1 现代供应链基本理论

1.1 社会循环背景下的现代供应链全角色模型

表1归纳了供应链的演进过程及功能对比，无论何种类型的供应链，本质都是对信息进行有效配置，供应链的发展不是技术的升级替代，而是层层递进的演化、多种形式并存发展的关系[8]。

表1 供应链的演进过程及功能Tab.1 Evolution process and function comparison of supply chain

现在企业建立信息系统主要目的是管理好自己或链上合作企业的流程与资源，主要功能集还是围绕着物理空间连接，由于系统的职能和性质不同，导致信息系统围绕着不同的性质和职能展开，划分成一个个封闭的信息系统，各系统间的信息无法打通，最终形成了信息孤岛。信息孤岛系统都有其专业性，物理空间的技术和信息空间的需求耦合的比较好，或者说系统内容很少涉及内容的多逻辑范畴映射，因此是简单系统[9]。由于当前社会没有互知功能，供需双方处于背靠背的状态，市场资源匹配不及时、不准确，交易成本高。一旦涉及社会循环这样的全信息空间内容，简单系统就失灵了。现代供应链，由公共环境提供方、中间方、市场方三元角色组成，强调资源更精准、更安全的供给，实现社会循环。

1.2 三方角色功能解释

政府(公共环境提供方)掌握着大量的市场数据，作为市场规则制定者的政府一旦参与到市场活动中，势必会打破市场的公平性，因此需要通过一个中间方来构建信息生态。第三方机构(行业协会、学会等)代表着对行业、产业功能的管理，管辖范围不存在物理空间界限，同时业务公正性强，具有专业性。公共环境提供方制定市场运营的法律、法规，同时为市场方的正常运转提供道路等物理基础设施及网络等信息基础设施；市场可以在公共环境提供方制定的规则下，通过中间方提供的数据精准获取用户需求。市场方所经营的物理空间范围虽然有限，但是在公共环境提供方提供的稳定的公共环境下，可在数字空间面向整个物理空间进行运转，并通过非营利性机构的中间方的信誉来进行背书，实现信用的传递。

现代供应链由传统供应链的系统演变成为生态，系统是封闭的而生态是开放的。现代供应链面向数字时代社会循环和全球化市场，主要解决社会生活的协同问题，其内涵由生产协同的自然物理逻辑范畴，经市场协同的社会逻辑范畴，扩展到社会协同的心理情感逻辑范畴。从生产协同到社会协同、人与人协同，最终实现人与自然的协同与平衡，实现可持续发展[10]。

2 现代供应链的技术体系架构

2.1 物理信息二元空间生存

通信技术加速了人们日常生活由物理空间向数字空间的映射，人类社会由工业时代走向数字时代，面临着物理空间与信息空间的二元空间生存。对数字时代的二元空间生存以及统一数字信息空间的完整认知是研究现代供应链的关键[11]。

随着通信、存储等技术手段越来越强，逐渐形成了可以连接一切信息的统一数字信息空间。统一数字信息空间是基于通信、互联网、物联网等信息基础设施，以分布式存储及统一电子编码为信息载体，以手机、电脑等移终端为接入节点的电子化、数字化信息生态[12-13]。工业时代的典型价值标准是“生产即价值”，企业无须过多对需求方市场进行关注；但数字时代不同，其价值标准转换成为“需求即价值”[14]，产品不再是一生产就会被销售出去。原因在于数字时代的生存逻辑与工业时代有着很大的不同，工业时代的人类处于物理空间的孤岛式生存，信息的来源和使用大都局限在一个孤岛之内，物理空间与信息空间对称，社会整体的价值体量很小，信息的稀缺性是工业时代价值评价的基础。而随着通信网、互联网、物联网等技术的发展，人类社会由工业时代逐步走向数字时代，信息孤岛被逐步打通，物理空间与外信息空间不再对称。

2.2 人-人协同、人-网协同、人-物协同

eMBB(高带宽)、uRLLC(低时延)、mMTC(广连接)是5G技术的主要应用场景，其中mMTC是5G与物联网深度融合的场景，因为5G可观的连接能力而产生的，其强大的兼容能力使得其可以实现从产品的生产直至消费的整个流程实现-与人、人-网、人-物的整个场景信号覆盖，所有终端都能够智能化并接入到互联网，并将共在于统一数字信息空间之中，实现人-人协同、人-网协同、人-物协同，真正意义上促进了互联网、物联网、与其他制造业、物流业、零售业等各行业进行横纵向的深层次融合[15]。5G技术的出现加速了信息的流动性，外构信息的传播速度压缩着物理空间，使物理空间所镜像的信息空间成为物理空间下的一点，人和物通过5G网络即可连接世界各地，物理空间与信息空间趋于融合。

2.3 5G对现代供应链的支撑

从技术层面上看，现代供应链的核心技术由人工智能、大数据、区块链、物联网、云计算组成。利用大数据、云计算存储优化数据，通过区块链、人工智能、物联网等核心技术完善现代供应链，并通过5G进行数据传输和节点通信，进而赋能现代供应链中生产、物流等各个环节，打造智慧城市、智慧生产、智慧物流等全新模式、场景、业态，实现现代供应链各环节数字化、智能化，精准解决业务问题。上述应用需大量边缘计算节点，5G网络广连接及按需组网的特性将提供稳定的数据交互平台，同时促进计算效率。5G网络组织边界、功能边界的柔性化支撑了公共环境提供方、中间方及市场方的各类需求，使得公共环境成本、第三方服务成本、市场中各个要素协同成本降低，它的出现为现代供应链的发展提供了有力的技术保障，是现代供应链发展中不可或缺的一环。

图1 现代供应链技术体系架构Fig.1 Technical architecture of modern supply chain

3 5G在现代供应链场景下的应用

信息时滞效应又称为供应链长鞭效应，指供应链中产品订单量的波动远远大于市场真实需求，并随着供应链逐级放大。信息时滞效应会误导生产计划，造成库存堆积、收益降低、运输无效等影响[16]。本应用分析以5G在市场方场景下降低信息时滞效应为例，详细阐述5G在现代供应链场景下的应用。

3.1 信息时滞效应模型构建

国家的经济发展由若干产业链构成，而每一条产业链又是通过若干处在供应链不同环节的实体经济主体构成，这些交易主体通过上下游之间的供求关系形成一条供应链。因此可以通过构建一条以消费端、零售端、批发端、制造端、供应端构成的供应链来抽象描述供应链上的交易关系。

供应端拥有原材料、零部件等生产资料，制造端拥有先进技术及工具设备来生产产品，且通过批发端将商品流通至消费市场，产品最终需要零售端才能交付至消费端。

图2 五级供应链模型Fig.2 Model of five-level supply chain

3.2 当前网络环境下供应链信息时滞效应模型

为分析5G网络对信息时滞效应的影响，建立基于AR(1)需求均方误差优化预测信息共享五级供应链信息时滞效应量化模型[17]，模型中涉及的参数如表2所示。

表2 模型参数Tab.2 Description of model symbols

基于供应链系统的合理性，为简化计算对本模型做以下假设：

假设1模型由消费端、零售端、批发端、制造端、供应端构成，且各方均为独立决策者，决策的目的都是保证自身利益最大化，且上下游是彼此唯一买方、卖方，且仅交易同一种产品。

假设2买卖双方的交易在离散时间内，t=-∞，…，-1，0，1，…，∞。

假设3在t期末，下游买方会根据过去的销售情况考虑从上游卖方进行补货。

假设4在当前网络环境下，由于传感器对数据采集、数据汇总、加工计算等一系列原因，导致最终信息在发送至供应链上游成员时不能达到实时传递，会产生传递延时。因此，补货备货期包含下游买家对销量信息收集、处理期Hn，以及上游卖家备货期Tn。为方便计算，设上游卖家补货备货期为Ln，即Ln=Hn+Tn

假设6为量化模型，设供应链级数为k，即由消费端至供应端分为k=0，1，2，3，4。

零售端面对的市场消费需求Dt为AR(1)自相关时间序列。

Dt=μ+λDt-1+εt(t=0，±1，±2，…)

(1)

(2)

对式(1)进行递归可得出如下关系：

(3)

由于εt是独立同分布的随机变量，因此对于任意的i=1，2，3…有

E(εt+i|Dt)=0

(4)

因此：

(5)

而零售商对L备货期内的需求总估计值为

(6)

零售端向供应端订货量为

(7)

在共享零售商需求信息的前提下，任一级上游成员，通过均方误差优化预测技术和订货点库存方式时，订货量条件如式(8)所示。

现在学生作文普遍存在一个问题：明确了文章主题，也有一些写作素材，但总是描写不具体、抒情不细腻，显得空洞抽象、平淡单薄，不能给人以深刻印象，更不能打动人心。特别是亲情类的记叙文，更是千人一面，大多都是“半夜发烧送医院”和“雨中送伞”。仔细研究，你会发现造成上述问题的原因在于学生缺乏细致的观察与没有生动的细节描写。而细节描写在作文中具有举足轻重的作用，成功的细节描写往往能达到“一瞬传情，一目传神”的艺术效果。好作品之所以感人肺腑，就是因为有精彩动人的细节描写。说细节是文章的生命毫不为过。

(8)

由式(8)可得，当k=2时即批发端其订货量输出为

(9)

同理可得：当k=3，4时即制造端、供应端其订货量输出分别为

(10)

(11)

对于任意k级供应链成员，则有：

(12)

因此，对于AR(1)需求，在各级供应链成员共享零售端需求信息，并采用均方误差优化预测技术和订货点库存策略确定订货量时，多级供应链的信息时滞效应为

(13)

取Tn=5，Hn=1，λ=0.9，σ=1，通过Matlab建立模型，仿真结果如图3所示。根据仿真结果可以看到，当前网络环境下，会产生信息时滞。

图3 供应链信息时滞效应对比Fig.3 Comparison of time-lag effect of supply chain information

3.3 5G网络环境下供应链信息时滞效应模型

5G网络的高带宽可以实现信息的实时同步、在各供应链成员间进行及时有效传递，实现供应链系统各成员间最高级别的信息共享。统一的信息集成中心，负责协调安排所有成员的运作，因此能够从供应链的整体上进行控制、决策。各个成员只需要与信息集成中心进行信息传递，就能掌握到整个供应链成员的决策信息。

取Tn=5，Hn=0.1，λ=0.9，σ=1，通过Matlab 建立模型，仿真结果如图3所示。结果显示，5G网络可以有效降低信息时滞效应。

为更直观地观察5G网络对降低信息时滞效应的程度，将5G网络与当前网络环境下同一供应链级数之间的时滞效应取差值，通过Matlab建立模型，仿真结果如图4所示。从图4可以看出，随着供应链级数的不断增加，5G网络降低信息时滞效应的作用越明显。

图4 信息时滞效应差值Fig.4 Information time-lag effect difference

5G网络环境虽然是低时延，但时延仍存在。未来随着通信技术的发展，将会升级为零时延、超高速计算的理想网络环境，为探究理想网络环境对信息时滞效应的影响，通过Matlab建立模型。设信息收集处理期Hn为0，仿真结果如图3所示。通过仿真结果可知：在零时延、超高速的理想网络环境下可以降低信息时滞，但效果有限，与5G网络的影响差别不大。

避免信息时滞效应需要通过优化供应链结构及供应链上下游间的交易方式、信息共享机制及跨企业间的流程协同，以此提升供应链的运行效率，降低经济发展过程中的波动。5G网络的高带宽、低时延、广连接特性可以有效地将分散的供应链成员牢牢联系成一个整体，进而实现最全面的协同管理，大大降低供应链中的信息时滞效应。

4 结 论

现代供应链通过对全要素资源协同打通了信息孤岛，消除了信息的不对称性，使得资源被不断地发掘与利用。通过梳理供应链的演进过程，得出了供应链的发展与信息基础设施的发展紧密相关的结论，推断出了现代供应链出现的历史必然性及5G作为网络层是现代供应链体系发展环节中必不可少的模块。通过Matlab仿真，得出供应链各级成员在5G网络环境下的实时同步信息，可降低系统中的信息时滞效应。