基于分形理論的服務供應鏈網絡組織研究

摘 要：服務產品具有無法庫存等特征，要求服務供應鏈結構具有較強的自組織能力，因此需要找到一種能適應環境和通用的動態供應鏈重構模式，而分形供應鏈具有自相似性、自組織、自優化等特點，可以兼顧供應鏈組織結構的穩定性和靈活性。基于分形理論，將服務供應鏈分解為若干個分形供應鏈元，建立分形供應鏈元間相似性測度模型，可以較準確地研究服務供應鏈網絡組織結構。對港口服務供應鏈仿真實例的分析表明，可以利用自相似維數的測算結果更好地認識現實復雜的服務供應鏈網絡。

關鍵詞：分形理論；服務供應鏈；分形供應鏈；自相似性；供應鏈網絡結構；分形維數；分形維譜

中圖分類號：F016；F719 文獻標志碼：A 文章編號：1674-8131（2012）02-0059-07

Research on Service Supply Chain Networks

Organization Based on Fractal Theory

—Taking Port Service Supply Chain as an ExampleYANG Yang， LIN Guo-long， HU Zhi-hua

(Logistics Research Center， Shanghai Maritime University， Shanghai 200135， China)

Abstract: Service products have the characteristics such as non-inventory and so on and require service supply chain structure with stronger self-organizing ability， thus， a general dynamic reconstruction model adapting to the environment needs to be found and fractal supply chain has the characteristics such as self-similarity， self-organization， self-optimization and the like and can balance the stability and flexibility of supply chain organization structure. Based on fractal theory， service supply chain is decomposed into a lot of fractal supply chain cells， the calculation model on the similarity between fractal supply chain cells is constructed and service supply chain network organization structure can be accurately studied. The analysis of simulation examples on port service supply chain shows that the calculated results of self-similarity dimension can better study present complex service supply chain networks.

Key words: fractal theory; service supply chain; fractal supply chain; self-similarity; supply chain network structure; fractal dimension; fractal spectrum

一、引言

由于服務產品無法庫存等特征，要求服務供應鏈結構具有自組織的能力；波動的市場需求要求服務供應鏈具有彈性的服務能力和靈活的服務組織。多代理系統（multi-agent systems， MAS）、仿生（bionic） 和分形（fractal）等理論為動態供應鏈的結構組織提供了新穎的研究方法。

多代理系統從分布式模擬和微觀決策個體仿真的角度為供應鏈復雜性研究提供了一種研究平臺，從復雜系統機制設計的角度為供應鏈系統設計提供了機制的啟發來源。雖然MAS能夠較好地表達個體與環境之間的交互關系，但是群體的整體行為與結構表現的動態性往往具有反直觀的特征，從個體交互機制設計角度出發難以發現動態供應鏈重構的內在模式。

楊 陽，林國龍，胡志華:基于分形理論的服務供應鏈網絡組織研究分形供應鏈（Fractal Supply Chain， FSC）是基于分形方法論而構建的，其主要目的是降低系統剛性從而提高供應鏈系統的可重構性。對于一個供應鏈系統而言，分形理論不僅可以作為一種建模方法，從某種程度上來說還是一種思想理念，其本質核心是使供應鏈結構具有一定的柔性，將供應鏈分解為具備一定完成任務能力的分形供應鏈元，各個分形供應鏈元之間能夠根據任務的需要重新配置，從而實現低成本、快速的重組織。分形供應鏈元（Fractal Supply Chain Cell， FSCC）指以任務為驅動力，具有完成特定供應鏈運作功能的運作單元，它們在組織結構及運作模式上具有一定的相對的獨立性以及自包容性（范小軍 等，2008）。分形供應鏈元及其自組織、自優化的特性共同構成分形供應鏈可重構的基礎。分形供應鏈元可以實現供應鏈任務的部分或全部運作，在環境或任務變化時，分形供應鏈元的自組織可以實現供應鏈系統的重構。

分形企業管理理論將企業系統看做是非線性發展、不能精確預測、內外邊界模糊的企業形態，分形企業構建的目標是不斷進行動態完善（周建頻 等，2005），追求盡可能的低成本、無廢品、零庫存等精益生產模式，具有自相似、自組織、自優化等特點。于艷飛等（2007）在分形理論的基礎上研究了分形供應鏈的概念和特點，認為分形供應鏈所具有的自相似、自組織、自優化等特點，可以很好地提高供應鏈的靈活性，增強適應環境的能力。羅勇（2008）將分形理論用于供應鏈經濟，建立了具有自優化、自組織和自相似特點的供應鏈，以使供應鏈在競爭中獲勝。在供應鏈網絡組織方面，Nagurney（2010）研究供應鏈網絡組織與重組織的最優化設計，分別對供應鏈網絡組織和重組織建模，以實現滿足客戶需求的前提下最小化成本，并使用實例驗證文中研究的實用性與靈活性。Saman 等（2011）研究了不確定環境下的閉環供應鏈網絡魯棒優化設計問題，提出了一個魯棒優化模型控制閉環供應鏈內在的不確定性。Yang等（2009）研究了閉環供應鏈網絡組織的問題，提出了一個包括原材料供應商、制造商、零售商、客戶和恢復中心的通用的閉環供應鏈網絡模型，其目的是通過使用變分不等式理論制定和優化供應鏈網絡的平衡。

當前的研究趨向于從傳統的穩健型供應鏈向具有更高敏捷度的動態供應鏈模型進化，并且服務供應鏈受到越來越多的關注。但是動態供應鏈往往因為過于關注敏捷性而導致資源整合周期過長、運作失衡等問題。而分形供應鏈所具有的自相似性、自組織性及自優化功能可以使其在保持一定穩定性的基礎上擁有一定的靈活性。因此，為了平衡供應鏈構建及運作的靈活性和穩定性，本文基于分形理論研究服務供應鏈網絡組織問題。

二、服務供應鏈的自相似性及其分形模式

面對激烈的市場競爭，通過構建動態供應鏈，以滿足客戶個性化、多樣化的需求，是企業取得競爭優勢的一條重要途徑，但是其中的機理并未被深入研究。港口服務供應鏈自身資源和能力容量，往往在吞吐量波峰時緊缺，波谷時大量閑置。因此，港口服務供應鏈需要一種動態演化以及自組織的機制以適應多變的市場環境。本文以港口服務供應鏈及其組織特征為主要研究對象，結合分形理論，提出港口服務供應鏈節點企業代理的分類機制，并以此作為分形供應鏈的組織機制。

港口服務供應鏈主要涉及對物流對象的集疏運活動，包括物流，信息流和資金流；以良好的物流服務滿足供應鏈下游貨主企業需求。港口服務分形供應鏈元間的相似性主要體現在任務輸入、任務處理、任務輸出這樣的業務流程上，通過對港口服務供應鏈一般結構及其業務過程的分析，將港口服務供應鏈代理分解為處理、策略和接口三類代理。其中，服務處理代理實現的是具有領域知識庫和進行計劃、監督的功能，并且提供所需要的相關服務；服務策略代理包含知識規則庫、目標、信念和評估等組件；服務接口代理實現代理之間協調、協商的信息溝通，并且負責輸入和輸出溝通。各代理的具體職能如表1所示。雖然本文以港口服務供應鏈為背景，但是本文提出的概念與方法均試圖體現服務供應鏈的一般性。

表1 服務供應鏈代理及其職能

代理類型職能說明服務處理代理服務準備、服務執行、服務交付服務策略代理服務流程管理、服務質量管理、服務產品設計、服務過程控制等服務接口代理服務需求管理、服務供應管理、服務采購管理、服務營銷管理、服務關系管理

供應鏈的分形結構是一個隨需求變化動態演化的過程，針對具體應用環境和目標，利用供應鏈的分形模式框架可以對供應鏈進行重構，并可以將各模塊按實際需要進行融合或分解，可以按實際需要演化出更適應環境的功能集合體和組織環節，圖1展示了分形結構的服務供應鏈框架，圖2則展示了分形供應鏈元之間的融合方式，而分解則是融合的逆向過程。

圖1 分形結構下的服務供應鏈框架

圖2 同層分形供應鏈元間模塊的融合

以上對于分形模式的探討，體現了服務供應鏈組織結構的相似性，而對三類代理的劃分以及它們之間融合和分解模式的研究，則體現出服務供應鏈的動態目標、策略和重構模式上的一般性。

三、基于自相似性的供應鏈網絡組織

港口作為港口服務供應鏈網絡中集成服務的核心企業，顯然會對整個服務供應鏈的形成和運作產生重大的影響（Tongzon et al，2009）。在實際運作中，供應鏈中的任意節點企業，都有自己的供應鏈網絡，同樣的，他們也會與其他供應鏈的成員發生錯綜復雜的交互關系。供應鏈網絡即是將其中的企業作為節點，將企業間的需求和供應的合作關系作為邊，從而形成網絡。實際運作中，企業在供應鏈內部的合作關系是基于企業之間具有大量信息傳遞而產生的，那么就可以認為企業之間是通過某信息傳遞上的相似性而連接在一起的。分形維數和分形維譜是分形系統分析的主要工具。在基于分形理論建立分形供應鏈結構和模式的前提下，能夠采用這兩種分析工具對供應鏈結構及其演化進行研究，發現和分析分形供應鏈結構組織的機理與模式。

1.測度的復雜性

服務分形供應鏈具有整體的不規則性和微觀分形供應鏈元的規則性，因此在整體上只有統計意義上的自相似，顯然這種相似性建立在微觀分形供應鏈元的基礎上。在服務分形供應鏈的分形維測度中，我們需要證明度量上等價的集合具有相同的分形維，即假設度量空間(X1，d1)和(X2，d2)在度量上是等價的，即θ:X1→X2。

令A1∈H(X1)有分形維D。由于兩個空間(X1，d1)和(X2，d2)在θ下是等價的，故必存在正的常數e1和e2，使得：

所以，我們在研究服務供應鏈的自相似性時，可以通過測量度量上的等價集合的分形維得到。

2.自相似性測度模型

服務分形供應鏈的自相似性是其所具有的諸多特性中最基本的特性，正是基于此特性，服務分形供應鏈才能具有相對穩定的運作基礎，同時使得服務分形供應鏈具備自組織及自優化等特性，從而服務分形供應鏈可以快速地適應市場環境變化，以實現供應鏈內部資源的最佳配置。服務分形供應鏈自相似性的基礎即是服務分形供應鏈元間的相似性。本文從服務供應鏈的分形模式出發，選取子相似性側度模型的指標，并以港口服務供應鏈網絡結構為背景，建立服務分形供應鏈自相似性測度模型。

將所有指標分為評價型指標和計算型指標兩類。其中評價型指標包括：服務準備、服務執行、服務交付、服務流程管理、服務質量管理、服務產品設計、服務過程控制、服務需求管理、服務供應管理、服務采購管理、服務營銷管理、服務關系管理；計算型指標包括：地理位置接近度、平均應急事件反饋時間、平均訂單處理時間。

設k位專家對評價型指標進行百分制評價，其評價結果為：

計算型指標的指標值可由zi=1－1－xiyi計算得到，評價型指標可由zi=mi/100計算得到；其中xi和yi分別為兩分形供應鏈元各自的指標值，mi為進行比較的分形供應鏈元的第i項指標均值。

這樣，z1，z2，…，zn就成為n維空間上的集合，我們可以定義zi為n維空間上坐標軸上的點。下面可以根據測度關系來求z1，z2，z3的分形維。設包含于以原點為球心，以r為半徑的球形內部的點數為M(r)：

顯然M(r)隨著r的增大而增大。令R=max{z1，z2，z3}，則limr→RM(r)=K，limr→0M(r)=0。

當r位于某適當區域內時M(r)隨著r的變化呈現出冪函數的形式，集合zi| i=1，2，3，…，K具有分形特性。在分形理論中，分形維數是表示系統復雜性的一個重要概念，它表征自相似性結構的定量性質。分形維數D服從當r→0時的r指數關系即M(r)~crD，那么顯然有：lnM(r)~lnc－plnr，則分形維數D=lnM(r)lnr。

定義相似度離差dev(x，y)=|D－N|。相似度離差用于刻畫的是兩個分形供應鏈元的指標集之間的相似程度，該離差越大，則意味著兩個分形供應鏈元的相似度越小；反之，離差越小則代表著相似度越大。相似度離差為0時即為兩個服務分形供應鏈元的各項指標都相同，其分形維數為n。

最后，我們可以得到lnM(r)~lnr的分形維譜，通過該分形維譜可以形象地表示分形維隨子集的變化情況。

四、實例仿真

為了驗證本文所構建的自相似度模型，我們構造了一個實例加以說明。假設某港口服務供應鏈有多個分形供應鏈元。現需要考察其中的A、B和C三個同級分形供應鏈元之間的相似性相似程度。表2為三個分形供應鏈元的計算型指標數據。對各項數據進行計算整理后可得到兩分形供應鏈元之間的各項指標相似度，如表3所示。

表2 A、B、C三個分形供應鏈元的計算型指標數據

A分形供應鏈元B分形供應鏈元C分形供應鏈元平均訂單處理時間（小時）2.803.102.70平均服務處理時間（小時）9.8010.109.70平均應急事件反饋時間（小時）0.310.350.33

請5位專家對A和B、A和C、B和C之間各指標相似度進行評價，其對服務準備、服務執行、服務交付、服務流程管理、服務質量管理、服務產品設計、服務過程控制、服務需求管理、服務供應管理、服務采購管理、服務營銷管理、服務關系管理、地理位置接近度十三項指標給出的評價如下：

使用MATLAB編程后可以分別得到z(A，B)、z(A，C)、z(B，C)分形維譜lnM(r)~lnr曲線，如圖3所示。圖3 lnM(r)~lnr分形維譜

同時，根據對分形維譜中的數據進行擬合，我們可以分別得到z(A，B)、z(A，C)、z(B，C)的分形維數，如表4所示。那么，dev(A，B)=|15.24-13|=2.24，dev(A，C)=|11.07-13|=1.93，dev(B，C)=|17.32-13|=4.32，因此dev(A，C)

z(A，B)z(A，C)z(B，C)D值15.2411.0717.32

五、結論及展望

基于分形理論的服務供應鏈研究為解決如何兼顧服務供應鏈的穩定性和靈活性問題提供了一種新的思路，分形結構下的服務供應鏈所具有自相似性、自組織、自優化等特點，可以兼顧服務供應鏈組織結構的穩定性和靈活性。

本文在分形理論的基礎上建立了服務分形供應鏈相似性測度模型，并在此基礎上研究供應鏈網絡組織。模型較為準確地闡述了港口服務供應鏈網絡的結構特征，在分形模式下，服務供應鏈可以快速地適應市場環境變化，從而實現供應鏈內部分形元的自組織。在模型提出后，我們以港口服務供應鏈為背景構建了一個具體實例，分析表明，自相似維數的測算結果有利于我們更好地認識現實中復雜的服務供應鏈網絡。

在本文基礎上有以下幾個值得深入研究的方向：一是考慮服務企業供應鏈結構演化的影響因素，比如每個節點企業自身的目標及抗風險能力以及節點企業之間合作關系的進化博弈等；二是考慮更多影響因素下的服務供應鏈結構；三是改進服務供應鏈的分形模式；四是在分形元間自相似性的基礎上研究服務分形供應鏈的自組織演化等。

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（編輯：南 北；校對：段文娟）