供应动态变化条件下带实物期权的双源釆购策略优化研究

1绪论

1.1选题背景

随着经济全球化发展，越来越多的公司在全球范围内延伸其供应链，以寻求低成本的供应商和发现新的市场。Sodhi和Tang(2012)指出，这些公司在获得利润的同时，也将面临着一系列的风险和挑战。麦肯锡公司(McKinsey & Co.)对全球商务主管的一项调查显示，65%的反馈者表示他们公司在过去五年供应链风险大大增力口（Muthukrishnan and Shulman 2006)。另一咨询公司PRTM 2008年的一项调査也印证了这一事实，发现产品的供应可靠性成为公司供应链全球化的主要风(Cohen etal. 2008)。供应风险源于很多方面，有生产能力的不确定，因大火、海啸、台风、地震、恐怖袭击、地区武装冲突等导致的供应中断，还有将质量不达标的产品送达顾客。2011年3月8.9大地震在日本发生，海啸跟随，切断了许多关键零部件和物料的供应，韩国船舶制造商现代重工、美国太阳板生产商SunPower Corp等公司遭受重创(Reuters.com 2011)。紧邻几个月之后泰国洪水摧毁了全球两大硬盘驱动器制造商西部数据公司和希捷公司的工厂，导致硬盘驱动器价格迅速发生变化(NewTimes 2011)。还有一些地区经常发生武装冲突、政治巨变也会导致供应中断。供应中断是供应过程中因外界特殊环境导致的供应不确定现象，这种风险发生的可能性比较小，但是另种形式随机产出量在生产和服务部门是一种很普遍的现象。在高新技术领域，手机、半导体芯片中的晶圆片等产品的有效产量具有高度的不确定性；在生物医药行业，各种药品的生产环节多，对成品质量要求比较高，其有效产量也有很大的不确定性。在产品供应过程中，供应商把有质量缺陷的产品和错误的产品送达顾客也是经常发生。如2005年雀巢意大利公司召回3000万升受污染的婴儿奶粉(BBC news2005),索尼(Wako, Layne 2007)、诺基亚(Reuters.com 2007)等因为电池热度过高性能不达要求曾召回大批量的电池。还有另一方面不是因为产品出厂时质量不达标，而是供应过程中物流等环节操作不当使得产品质量性能遭到损坏。因此采购者在选择供应商、做采购决策以及供应商评价时，不得不将供应的可靠性作为一个重要的影响因素进行考虑。供应不确定性的广泛存在不仅引起了企业的普遍重视，学者们对此也表现出了浓厚的研究兴趣（Khouja 1999, Yano和Lee 1995)。
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1.2研究现状

本文主要研究供应不确定环境下双源釆购策略与供应期权合约问题，因此与本文相关的文献主要分为三个方面，供应风险环境下釆购策略，供应链中期权合约问题，多周期随机库存策略问题等。Yano and Lee(1995)对此文之前大量研究供应不确定性的文章进行了全面的综合评述。

1.2.1 采购策略问题关于供给不确定时的釆购问题，己有不少文献对此进了论述。按照采购策略的类型不同可分为多供应商组合选择和采购机制（合约）设计两个方面。(1)供应商选择问题供应商选择作为采购的前期工作，特别是存在供应风险时，起着至关重要的作用。供应商的可靠性大小决定着采购过程能否顺利进行，因此很多学者对供应不确定环境下多供应商选择问题进行了大量的研究。这方面主要是就成本与风险进行权衡，并可以考虑一些相关的约束，如资金、服务、能力等。每个人考虑的成本范围与研究情境也不尽相同，但基本上都是用数学优化方法建立相应的决策模型，并探索模型性质设计供应商选择的算法。Dadaetal. (2007)对供应不确定环境下报童采购问题进行了研究，发现在供应商选择过程中，与可靠性相比货物价格更起着主导作用。Yang ,Yang和Abdel-Malek (2007)研究了在供应商的产量随机和需求不确定环境下的供应商选择和釆购问题，用牛顿搜索法与积极集法相结合设计出了最优方案算法。Federgruen和Yang (2008)用大偏离技术（LDT)和中心极限定理(CLT)研究了在供应和需求不确定环境下的多供应商组合选择问题。Federgruen和Yang (2009)构建两种计划模型确定有潜力的供应商和下单的规模。首先是服务约束模型，订单必须保证供应的产品大于一个周期内给定概率的需求；其次是总成本模型，以订货成本、期末库存成本和缺货成本最小来确定订单数量。对这两种模型作者都给出了获得最优供应商集合和相应订单量的高效计算程序。Tadeusz Sawik (2011)用混合整数规划研究了在按订单生产环境下带有供应风险的多供应商选择方法。Li and Zabinsky (2011)将不确定性考虑到供应商选择问题中,通过建立随机规划模型和机会约束规划模型决定所需供应商最小集合和最优订货量，并用多参数规划技术分析了供应商选择的帕累托最优方案。这篇文献考虑了不确定性和数量折扣，价格因数量的不同呈梯度变化，但模型中没有考虑当采购量大于需求时发生的库存成本。
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2相关理论基础

本章将介绍在文章中用到核心概念和基本理论，以增强文章的可读性，使读者对论文的内容有更好的理解和认识。

2.1 基本概念

2.1.1 采购管理

采购是物料从供应商到企业组织内部移动的管理过程，是企业供应链管理中的基本活动之一。釆购管理在企业经营管理和生产与运作管理中是一个十分重要的问题。它的重要性首先体现在它在企业经营生产中的中心作用上。任何一个组织，其生产运作所需的投入中都离不幵物料。对一个制造业来说，它需要从外部供应商那里购买所需的原材料和零部件；对一个服务企业来说，它需要从外部供应商那里购买各种消耗品（纸张、文具、药品等）；对于批发、零售业的企业来说，釆购更是其整个运作活动中的主要部分。在一个企业的经营中，物料采购成本占很大比重，而且在很多行业，随着企业越来越专注于自己的核心能力，把大部分的非核心业务都外包出去了，这种釆购的比重更有上升趋势。因此，通过采购管理降低物料成本是企业增加利润的一个极有潜力的途径。采购管理重要性的另一个表现是它与库存之间的关系。采购管理不当，会造成大量的、多余的库存。而库存会占用企业的大量资金并发生管理成本。从质量的角度来说，劣质物料给产品带来的潜在影响会非常大，带来的潜在成本也非常高。此外，采购管理的好坏还会影响供货的及时性，而这些都与企业最终产品的价格、质量和及时性直接相关。供应链环境下的釆购管理中，买方只持有较少数目的供应商。一般一种物料只有1~2个供应商，这样可以使供应商获得规模优势，釆用专业化更高的生产组织方式，从而实现大批量、低成本的生产。在少供应商化的采购策略中，供应中断的风险将大大增加。因此，本文对供应不确定环境下采购策略的研究，对企业的生产运作具有极其重要的意义。

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2.1.2供应风险在现代企业按订单生产（装配、设计）的情况下，供应过程是供应商从接到下游顾客的订单开始到产品及时有效地送达到顾客需求地的过程。在这个过程中有多种因素会导致供应不确定性的发生，即供应商不能把顾客需要的产品按照需要的数量在适当的时间送达到适当的地方，我们把这些不确定性因素称之为供应风险。现代生产制造的复杂性会使得生产过程中的不确定性增多。偶然的机器维修、模具不适用、复杂的过程调试等这些因素都会导致有效产出难以达到预测的水平。因此，在做生产计划的时必须考虑到生产过程中不确定性。产品生产完成后需要按照顾客的订单要求发运到下游客户，此过程包括包装、搬运、运输、仓储、配送等一系列的工作。这些物流过程中，有许多因素会导致产品损坏，使产品质量不合格。在这个送达的过程中，还有一些突发事件，如恶劣天气、政治事件、武装冲突等会导致供应中断。由此看出，我们在做采购决策使不得把各种供应不确定因素考虑在内，以使有效的供应能充分满足顾客的需求。
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 3 单周期带期权的双源采购模型分析..........17
3.1 基本模型..........17
3.2 参数分析..........20
3.3 带服务水平约束问题..........21
3.4 小结...........23
4 带期权的双源采购策略效益分析.........24
4.1 与传统双源采购策略比较分析..........24
4.2 与缺货时带有能力约束的瞬时补货策略比较分析..........26
4.3 数值实验..........27
4.4 小结........ 29......
5 多周期带期权的双源釆购与库存模型分析..........31
5.1 不买期权的单源采购模型..........31
5.2 带期权的双源采购模型..........32
5.3 小结..........35

5多周期带期权的双源采购与库存模型分析

以上部分的内容，均考虑的是单周期产品采购决策问题，从单周期的角度系统地研究了带实物期权的双源采购策略。实际经营生产运作过程中，更多的是多周期库存系统问题，其补货决策具有周期关联性。很多产品在当前周期的多余库存可以延续到下一个周期继续使用，但是会产生库存持有成本（包括库存管理费用和库存消耗等）；在顾客愿意等待的情况，当前周期的缺货需求也可以积压到下个周期，实行延期供货，但同时会产生相应的缺货成本。这样的库存系统管理和控制起来就会显得相当复杂和繁琐，决策也十分困难。多周期库存系统的控制方法主要是马尔可夫决策理论。目前多周期随机库存方面的研究集中在单源供应方面，而探索双源供应下库存控制策略的文章较少。本章将研究供应不确定环境下实行双源供应和带实物期权购买的多周期库随机库存控制和管理问题。

5.1不买期权的单源采购模型

本节考虑不买期权时，供应不确定环境下实行单源釆购的周期检查库存多周期随机库存模型，在单源采购的情况，每周期的固定订货成本较小，可以不考虑。此模型与第二章随机库存理论部分多周期随机库存模型极为相似。每周期的供应可靠性水平用y,表示，含义与第三章的单周期模型相同，其余的参数和变量定义与第二章多周期随机库存模型部分相同。
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6结论与展望

6.1结论

供应和需求不确定环境下的采购决策是供应链管理中常见的重要问题，对它的研究有助于管理者做出科学的、有效的决策。本文考虑到供应和需求的不确定性，釆用带期权的双源釆购策略，选择向其中的可靠供应商购买实物期权，向低价的不可靠供应商订货，以管理供应风险和降低成本。本文对该问题进行了系统的研究，并得到了一些有价值的研究成果。现将主要内容和结论总结如下：(1)利用报童模型建立了该问题的基本决策模型，研究了最优解满足的条件，并且在特殊分布函数下讨论了部分参数对决策结果的影响，发现了一些有趣的管理启示：1)当供应可靠性水平增加时，零售商应该减少实物期权的购买；2)零售商可以通过向不可靠供应商多订货来对冲市场需求的波动，利用上游的不确定来应对下游的波动可以增加总收益，也就是说如果市场需求很小，而又恰好有效到货量比较少，这样不确定性之间就可以相互被对冲，使得实际供应量与需求相匹配；3)产品的销售价越高越需要保证供应的可靠性，其可以通过购买期权来实现有效供应。(2)进一步将新的模型推广到带服务水平约束情形，刻画了最优解的性质，最优解应该满足两种边际服务成本效率相等。本文釆用平均市场满足率（第二类服务水平）来度量顾客服务水平，由于技术的难度和计算的复杂性，没有考虑使用第一类服务水平的情况，这也是本文的一个可以继续拓展的方向。(3)本文对比分析了带期权的双源采购策略和传统双源采购策略及期末瞬时补货策略，给出了带期权的双源采购策略优于其它两种策略的条件。如果可靠供应商的批发价较高，或者没有足够大的临时供货能力，零售商就应该向可靠供应商提前购买实物期权，以在必要的时候执行期权，按实际需要瞬时进行补货。(4)我们为供应不确定环境下带期权的双源采购策略建立了多周期的马尔可夫决策模型，分析了模型特点，刻画出了模型的结构性性质和最优库存策略。
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参考文献（略）