基于復雜網絡理論的供應鏈復雜性研究

[摘 要]供應鏈具有結構、環境、行為、動作等方面的動態、開放、復雜等非線性特點，屬于開放的復雜巨系統范疇。同時，供應鏈網絡又是一個典型的復雜網絡，具備復雜網絡的諸多特征。本文首先分別介紹了供應鏈和復雜網絡的一些特性，其次分析了供應鏈的復雜性，最后應用復雜網絡理論對供應鏈網絡復雜性研究進行分析。

[關鍵詞]供應鏈；復雜網絡；復雜性；牽引控制；同步

[中圖分類號]F274 [文獻標識碼]A [文章編號]1005-6432（2013）34-0102-03

1 引 言

供應鏈是由供應商、制造商、分銷商、配送中心和客戶等構成的一個供需網絡，供應鏈管理是圍繞核心企業將供應商、制造商、分銷商、零售商直到最終用戶連成一個整體的供需網鏈結構，是跨越企業多個職能部門活動的集合，其結構如圖1所示。

但是，我們如果從復雜性分析的角度來考慮這個供應鏈網絡圖，可能更好的表達方式是圖2^[1]，我們可以把供應鏈網絡中的每個節點企業看作是復雜網絡中的點，而邊則用來表示企業間的關系，往往是兩個節點之間具有某種特定的關系則連一條邊，反之則不連邊，有邊相連的兩個節點在網絡中被看作是相鄰的。這樣構建一個復雜網絡。通過對點、邊、聚集系數、介數等參數的分析，來模擬供應鏈網絡的行為，進而達到預測和控制的目的。而復雜網絡研究的主要目的之一就是研究網絡宏觀結構對系統性能及網絡上動力學行為的作用和影響，進而考慮改善網絡行為的方法^[2-4]。

2 復雜網絡的基本特征分析

（1）度：復雜網絡中，一個節點的連線數目稱為這個節點的度，它是描繪網絡局部特征的基本參數。在不同的網絡中，度代表不同的含義，一般情況下，度表示單個節點的影響力和重要程度，度越大的節點，其影響力就越大，就越具重要性，在整個網絡中的作用也就越大，反之亦然。

（2）聚集系數：復雜網絡中，某一節點與其近鄰節點之間的實際邊數除以此點與近鄰節點之間的理論邊數總合即為此點的聚集系數，表示與此點相鄰的兩個點也是近鄰點的概率。

（3）特征路徑長度：任意兩點之間最短路徑長度的平均數反映了網絡的尺寸，稱之為特征路徑長度。

（4）介數：點介數指網絡中所有的最短路徑之中經過節點i的數量，反映了節點的影響力。邊介數具有同樣的定義，介數最大的邊，必然是連接兩個集團的邊。

（5）經典復雜網絡模型：經典復雜網絡模型包括規則網絡、隨機網絡、小世界網絡和無標度網絡。

如圖3所示：左邊的網絡是規則網絡，右邊的網絡是隨機網絡，中間的網絡是在規則網絡上加上一點隨機的因素而形成的小世界網絡，它同時具有大的簇系數和小的平均距離。

圖4展示了130個節點的無標度網絡，其節點度服從冪指數為-3的冪律分布。圖中5個特別標示的節點是網絡中度最大的5個節點^[6]。

供應鏈網絡屬于典型的小世界網絡和無標度網絡。如圖5所示，圖5是供應鏈網絡中分銷商和零售商的多級分布圖，從圖中可以看出，大部分零售商隸屬于某個分銷商，但是少部分零售商之間仍有邊相連，說明有串貨的現象發生，總體來看，屬于無標度網絡。

3 供應鏈的基本特征分析

供應鏈是由多個節點企業組合而成，借助于復雜網絡的思想，我們也可以給供應鏈的節點企業和節點企業之間的關系作如下定義：

節點：在供應鏈中產品（包括原材料、在制品和成品）相關作業的場所作為節點，按其具備的功能分為：①單一功能的節點：只具有一種功能，或者以某種功能為主。一般處于供應鏈的起點或者終點。②復合功能的節點：具有兩種以上主要物流的功能，一般處于供應鏈的中間，這類節點多以倉庫、港口等形式存在。③樞紐節點：具有齊全的物流功能，對整個供應鏈起著決定性的作用。一般位于供應鏈中間。多采用第三方專業化經營。

線：連接供應鏈網絡節點的連線。具有以下特點：方向性、有限性、多樣性、連通性、選擇性和層次性。

對供應鏈做復雜性分析后得知，供應鏈的復雜性包括：供應鏈組織過程的復雜性、供應鏈組織管理的復雜性、供應鏈信息的復雜性、供應鏈節點的復雜性、供應鏈路徑的復雜性、供應鏈技術的復雜性等^[5]。所以供應鏈網絡具有非線性和非平衡性、多樣性和動態性、初值敏感性、結構自相似性（分形性）、涌現性和層次性、自組織和臨界性、非對稱性和不可逆性等特性。

4 供應鏈復雜性的幾種復雜網絡理論的研究方法分析

供應鏈的復雜性研究目前受到越來越多學者的關注，而供應鏈的復雜性是供應鏈各要素在集成、合作、延伸、互動等變化過程中產生的。供應鏈的運作過程實際上就是供應鏈各功能和要素不斷協調的過程，下面結合復雜網絡理論對供應鏈復雜性的研究做幾點分析。

（1）傳播。目前研究的比較多的是疾病的傳播和計算機病毒的傳播，其實在供應鏈網絡中，不良信息的滯后引起的波動和放大效應也是供應鏈中的頑疾。如何避免和抑制它的快速傳播，是目前傳播動力學要解決的一個重要問題。

（2）牽引控制。牽引控制的基本思想是：通過有選擇地對網絡中的個別節點加以控制，從而獲得牽引大部分節點的效果，使整個網絡向預期的方向發展。比如說，對部分節點施加線性反饋來使動態網絡穩定。對于節點的選擇，要考慮節點的出度、反饋控制增益、耦合強度等參數。

（3）相繼故障。在供應鏈網絡中，個別節點和邊發生故障，通過節點之間的耦合作用可能會引起其他節點發生故障，可能還會產生連鎖反應，甚至導致網絡的崩潰，比如說供應鏈中的牛鞭效應。相繼故障不僅在供應鏈網絡中可能出現，在交通網絡、社會網絡等其他的復雜網絡中都有可能出現，都面臨著由于局部故障導致整個網絡崩潰的巨大風險。可以通過去耦合、添加長程邊等方式來增強供應鏈網絡的魯棒性。

（4）擁塞及其博弈。擁塞現象是發生在供應鏈網絡上的一種典型的動態行為，主要體現為信息擁塞和物流擁塞。我們可以對其中一些起到關鍵作用的節點加以牽引控制，來疏通網絡，進而調整面對有限資源獨立的參與者之間的相互競爭博弈行為。

（5）同步。一般來說，一個動力學網絡是否能夠實現同步，取決于節點上動力學系統的特性、節點的耦合方式以及網絡結構。如果在供應鏈網絡上的每個節點加一個動力學系統，并且有邊相連的兩個節點的動力學系統之間存在相互耦合作用，那么經過一段時間演化，網絡有可能進入同步狀態。同步不但發生在直接相連的節點之間，還有可能發生在不直接相連的節點之間。可以通過網絡節點之間的耦合方式和耦合強度的改變來實現對供應鏈網絡的同步控制。

5 結 論

目前對供應鏈的研究成果很多，但大部分集中在對于實體運行、確定狀態下的供應鏈管理及運作研究，但是供應鏈是一個復雜的社會經濟系統，這種復雜性體現在多個節點企業間多種行為的錯綜交互，為研究帶來了很大的不確定性。而應用復雜網絡理論來研究復雜供應鏈，是解決這種不確定性的一個有效手段。本文首先介紹了復雜網絡的一些特征和供應鏈的復雜性體現，然后把供應鏈網絡模擬成一個復雜網絡，從復雜網絡的角度對供應鏈的復雜性做了分析，并提出了幾點研究建議。

參考文獻：

[1]范旭，馬軍海，修妍.復雜供應鏈網絡中的不確定性分析[J].復雜系統與復雜性科學，2006（9）：21-25.

[2]Boccaletti S，Latora V，Moreno，et al.Complex Networks：Structure and Dynamics[J].Physics Reports，2006（424）：175-308.

[3]Costa L D F，Rodrigues F A，G Travieso，et al.Characterization of complex networks：A survey of measurements[J].Advances in Physics，2007，56（1）：167-242.

[4]Costa L D F，Oliveria O N，Travieso G，et al.Analyzing and modeling the real-world phenomena with complex networks：A survey of applications[EB/OL].Arxiv：0711.3199.

[5]杜志平.供應鏈系統的復雜性與評價方法研究[D].北京：北京交通大學，2007.

[6]周濤，柏文潔，汪秉宏，等.復雜網絡研究概述[J].物理，2005（1）：31-36.

[7]丁寅，洪躍，王俊杰.集中采購供應鏈穩定性研究[J].中國市場，2013（19）.

[8]許興奮.運用戰略采購優化采購成本管理[J].中國市場，2013（22）.