基于自回归分析的供应链牛鞭效应的建模分析

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3.0 牛悦 2024-11-19 6 4 1.45MB 56 页 15积分

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摘要

伴随着经济全球化的发展，人们已经逐渐认识到企业之间的竞争已经向供应

链之间的竞争转变。正是基于这种状况，目前国内外对供应链的研究日趋升温，

而关于供应链效率的问题更是其中的一大热点。牛鞭效应（Bullwhip Effect）作为

影响供应链效率中最为显著的一个现象更是受到重视。它是指供应链上终端用户

的需求信息沿着供应链向上游逐级放大的现象。由于它导致了生产与管理的混乱，

库存的增加，资金的占用等等一系列问题，严重影响了企业经营效率。因此对其

进行系统地分析和综合研究具有十分重要的理论意义和实际意义。

本文第一章对国内外牛鞭效应发展历史及研究现状进行了总结；第二章对供

应链的概念分类及需求预测、库存策略和信息共享等进行了分析；接下来本文第

三章对牛鞭效应的形成、原因及危害进行了分析。

在第四章本文对牛鞭效应建立了模型，在 AR（1）终端顾客市场需求模式下，

零售商与生产商组成的简单二级供应链系统，零售商采用一次移动平均法预测市

场需求并采用固定间隔期订货点法的库存策略时，推导了在信息预测、信息处理

及信息传递中的牛鞭效应，指出了平滑期、相关系数及提前期等因素对牛鞭效应

的影响。同时本文还推导了在 AR（1）终端顾客市场需求模式下多级供应链牛鞭

效应结论。

最后本文第五章就牛鞭效应如何减弱，就防止短缺博弈、加强存货管理、加

强信息共享、调整供应链结构四个方面提出了减弱措施。

关键词：供应链牛鞭效应自回归分析

ABSTRACT

With the development of economy and globalization, people have already realized

the competion transformation from a single firm against other firms to a supply chain

against other supply chains. According to this situation, more and more people are p

aying attention to the research on supply chain management. And the key problem is

how to promote the efficiency of supply chain. Bullwhip effect，as a the most obviously

phenomenon to impact supply chain efficiency, has being taken more important .

Bullwhip effect refers to the phenomenon that the end-user’s requirement information

will be expended when it transferred to the upstreanm firms. It disarranges production

plan and management, aggravates inventory, impropriated funds. It has seriously impact

the efficiency of company operation. So it is important to analyze the bullwhip effect

systemically and comprehensively.

In this paper, the history and the present status of the bullwhip effect was

summarized in the first chapter; and then in the second chapter the concept and

classification of supply chain, demand forecasting, inventory policy, and information

sharing were analyzed; and in the third chapter the formation, causes and hazards of

bullwhip effect were analyzed.

In the fourth chapter we built a model for the bullwhip effect. A two-stage supply

chain consisting of a retailer and a manufacturer is researched, in which the end user’s

demand follow AR(1) process. Retailer adopts moving average to forecast market

demand and order-up-to level to order productions. Bullwhip in demand forecast,

process and transform is studied. Factors such as smooth period, autocorrelation

coefficient and lead time can affect bullwhip. At the same time we also researched

multi-stage supply chain in which end user’s demand also follow AR(1) process.

Finally, in the fifth chapter we proposed four measures, such as prevent the

shortage of game, enhance inventory management, strengthen information sharing, and

adjust supply chain structure to weaken bullwhip effects.

Key Word: supply chain, bullwhip effect, AR(1)

摘要

ABSTRACT

第一章绪论 .....................................................................................................................1

§1.1 供应链牛鞭效应研究的背景及意义 ................................................................... 1

§1.2 供应链牛鞭效应研究的国内外现状 ................................................................... 2

§1.3 目前研究存在的问题 ........................................................................................... 4

§1.4 本文研究的内容方法和思路及框架结构 ........................................................... 5

§1.4.1 本论文研究的内容方法和思路 ....................................................................5

§1.4.2 本论文的框架结构 .........................................................................................5

第二章供应链理论基础 .................................................................................................7

§2.1 供应链概念 .......................................................................................................... 7

§2.2 供应链的结构分类 .............................................................................................. 8

§2.2.1 从供应链拓扑结构的角度分类 .....................................................................8

§2.2.2 从信息共享程度的不同的角度分类 ..........................................................11

§2.2.3 本文采用的供应链分类 ...............................................................................12

§2.3 供应链上的需求预测 ........................................................................................ 12

§2.3.1 定性预测 ......................................................................................................12

§2.3.2 定量预测 ......................................................................................................12

§2.3.3 本文采用的供应链需求预测方法 ..............................................................13

§2.4 供应链上的库存策略 ........................................................................................ 13

§2.5 供应链上的信息共享 ........................................................................................ 16

§2.5.1 信息共享的好处 ..........................................................................................16

§2.5.2 信息共享的层次内容 ..................................................................................16

第三章牛鞭效应的成因及危害分析 ...........................................................................18

§3.1 牛鞭效应的概念 ................................................................................................ 18

§3.2 牛鞭效应的原因分析 ........................................................................................ 19

§3.3 牛鞭效应的危害 ................................................................................................ 23

第四章牛鞭效应的建模分析 .......................................................................................25

§4.1 基于 AR(1)需求的两级供应链牛鞭效应 ......................................................... 25

§4.1.1 模型假设及前提 ...........................................................................................25

§4.1.2 需求预测过程中的牛鞭效应 .......................................................................26

§4.1.3 信息处理过程中的牛鞭效应 .......................................................................28

§4.1.4 信息传递过程中的牛鞭效应 ......................................................................33

§4.1.5 小结 ...............................................................................................................33

§4.2 基于 AR(1)需求的多级供应链牛鞭效应 ..........................................................34

第五章牛鞭效应的减弱措施 .......................................................................................37

§5.1 防止短缺博弈 .................................................................................................... 37

§5.1.1 减少订购批量 ...............................................................................................37

§5.1.2 缩短提前期 ..................................................................................................38

§5.1.3 改变折扣方式 ...............................................................................................39

§5.1.4 改变缺货分配机制 .......................................................................................40

§5.1.5 保持价格稳定 ..............................................................................................42

§5.2 加强存货管理 .................................................................................................... 42

§5.3 加强信息共享 ..................................................................................................... 44

§5.3.1 信息共享的模型分析 ..................................................................................44

§5.3.2 信息共享的方法 ..........................................................................................45

§5.3.3 信息共享的好处 ..........................................................................................47

§5.4 调整供应链结构 ................................................................................................ 47

第六章总结与展望 .......................................................................................................49

参考文献 .........................................................................................................................51

在读期间公开发表的论文及参加的科研项目 .............................................................53

致谢 .................................................................................................................................54

第一章绪论

§1.1 供应链牛鞭效应研究的背景及意义

20世纪90年代以来，伴随着经济全球化进程的加快，市场竞争更加剧烈，面

对瞬息万变的市场需求，对企业的快速响应市场的能力提出了新的挑战，企业单

打独斗已经并具备竞争优势，必须与本企业的上游下游进行有效的战略合作才能

在市场上谋得生存发展，供应链正是在这样的背景下提出的。供应链管理以战略

合作、快速响应、高柔性、低风险、低成本、高效益为目标，受到了国内外学者

和业界人士的极大关注。供应链管理为企业带来了巨大的经济效益。世界500强企

业，

HP、

IBM、

DELL、

Apple等IT企业等均采用了供应链管理（SCM，

Supply Chain

Management），并取得了成功。供应链管理己成为企业增强竞争力的一种有效途径，

企业在考虑整个生产经营活动时以整个供应链为出发点，这样可以提升企业竞争

力，使企业在竞争中获胜。

2l世纪的市场竞争已不在是企业和企业之间的竞争，而

是供应链与供应链之间的竞争。

然而，在供应链管理的实施过程中，需求不明确、预测不准确、供给不稳定、

企业之间协调性差，造成了库存过高、效率过低、资金占用严重等现象。牛鞭效

应即是造成以上问题一个重要的原因。供应链中的牛鞭效应是指终端客户的需求

随着供应链向上游逐级放大的现象。这也就是供应链中需求信息在传递过程中的

失真问题。它使得供应链上企业的库存大量增加，下游有效需求时常得不到满足，

最终导致供应链销售的流失。由于牛鞭效应在供应链管理中的巨大危害，阻碍了

供应链的发展，因而成为学者们研究的热点问题。

牛鞭效应在企业日常经营中时常出现。在IT制造领域，以HP的笔记本电脑销

售为例，分销商向笔记本电脑生产部门所订购的数量比市场最终的需求数量的波

动性更大。在食品工业中，牛鞭效应和市场的季节性波动使得供应链的上游企业

需求剧烈波动。在汽车、大型机械、零售、轻工纺织等领域的供应链中都观察到

了明显的牛鞭效应。牛鞭效应对供应链管理的好坏有着重要的影响。随着下游需

求信息向上游传播时，需求波动性逐级放大，时而订单巨大，时而一个订单也没

有，这样使得上游企业很难合理地安排当前的生产计划及规划未来的生产能力，

而对下游企业而言，由于订购量大大偏离了实际需求量，从而导致高库存而形成

高库存费用，或者某些货物不足无法满足客户需求而造成顾客流失和支付违约费

基于自回归分析的供应链牛鞭效应的建模分析

用。统计数据表明，由于牛鞭效应造成的无效的生产运作将使企业多支付12.5％到

25％的费用。Fuller等人的研究还表明：在美国年产值3000亿美元的食品工业中，

企业由于牛鞭效应导致多余库存竟然高达750亿至1000亿美元。牛鞭效应对供应链

各个节点企业来说是一个要努力克服的问题。

减少牛鞭效应可以为供应链上节点企业带来很多好处：（1）可以降低整个供

应链的库存总量，而且越是上游企业，减少越明显。企业为了提高其服务水平，

防止缺货情况的发生，及时满足客户需求，往往会增加库存。但是高库存会占用

大量的资金成本、人力成本、设备成本，降低了企业运营效率，影响企业的正常

运转。为企业带来了巨大的损失。（2）可以提高整个供应链的稳定性，使供应链

上企业的合作更加协调。由于信息在传递过程中放大失真，下游节点企业的订货

量与需求预测量有波动，对于处于供应链上游的节点企业来说，由于其与终端市

场相距较远，往往会误导企业做出错误的决策，从而使整个的战略规划出现错误。

个别企业的经营危机很可能会影响整个供应链，从而使整个供应链的运营中断。

（3）可以提高整个供应链的服务水平。如果企业背负沉重的库存包袱，将很难快

速响应客户需求。[1]

论文研究的意义在于：其一，如何弱化牛鞭效应，成为供应链管理中十分重

要的问题；另一方面，通过有效的方式减弱和克服这一供应链中显著问题，对现

代企业向供应链方向发展将有极大的实用价值与理论意义。因此，必须加强牛鞭

效应相关理论的研究，弱化其危害，为现代管理方式的运用积极创造条件。牛鞭

效应问题的解决己成为提高供应链效率，实现供应链竞争优势的决定性因素。

§1.2 供应链牛鞭效应研究的国内外现状

供应链中产品订货量的波动幅度要远大于产品终端实际市场的需求的波动幅

度，并且波动幅度沿供应链向上游放大。1961 年Forrester 首先发现该现象并对其

做了相关的研究，初步揭示了供应链中需求放大、时间延迟等动态性的存在，该

现象被称为“牛鞭效应”，同时也被称为“Forrester 效应”。目前对这种现象的称谓

很多，有一般人所熟知的“蝴蝶效应”，也有称为牛鞭效应、长鞭效应、信息时滞、

供应链需求信息的扭曲等。

1984 年，麻省理工学院的 J.D.Sterman 教授主持了一项供应链物流管理动态模

拟实验以证实牛鞭效应的存在——啤酒实验[2]。实验结果表明：每个经营者都根据

自己掌握的相关数据来决定库存量的大小，他们相信市场波动是由外部因素造成

的，而消费者需求正是顺应这种波动而发生变化的。

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摘要伴随着经济全球化的发展，人们已经逐渐认识到企业之间的竞争已经向供应链之间的竞争转变。正是基于这种状况，目前国内外对供应链的研究日趋升温，而关于供应链效率的问题更是其中的一大热点。牛鞭效应（BullwhipEffect）作为影响供应链效率中最为显著的一个现象更是受到重视。它是指供应链上终端用户的需求信息沿着供应链向上游逐级放大的现象。由于它导致了生产与管理的混乱，库存的增加，资金的占用等等一系列问题，严重影响了企业经营效率。因此对其进行系统地分析和综合研究具有十分重要的理论意义和实际意义。本文第一章对国内外牛鞭效应发展历史及研究现状进行了总结；第二章对供应链的概念分类及需求预测、库存策略和信...

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