突发事件冲击下应对供应中断的供应链响应计划研究

doi:10.16381/j.cnki.issn1003-207x.2023.1173

摘要/Abstract

摘要：

随着经济全球化和产业分工的持续升级，供应链成员的相互依存关系日益紧密，如果上游供应商遭受突发事件冲击导致供应中断，将会对中下游企业造成难以估量的损失。本文针对三级供应链的供应中断问题，从事前预防和事后补救两个角度，提出了基于储备纵向战略库存、签订应急期权、紧急加购、寻求后备供应商、产品设计变更的综合应对策略。在此基础上，以最大化制造商的销售利润为优化目标，构建了应对供应中断的供应链响应计划模型。进一步，通过引入最小化延期交付率的优化目标，又将其拓展为双目标模型。根据模型结构特点，基于ILOG CPLEX和增广 $ε -$ 约束法，设计了相应的求解过程。最后，仿真结果表明：当发生供应中断时，本文设计的供应链响应计划方法能够有效帮助制造商止损，并尽可能将其生产运作维持在正常水平；单一应对策略只能解决短期供应中断问题，对于长期中断，需要在不同阶段采取不同的策略组合；虽然产品设计变更策略的投入成本可能较大，但如果中断时间持续延长或者为了降低订单延期交付率，制造商也不得不采用这一策略。

关键词: 供应中断, 响应计划, 突发事件, $ε -$ 约束法')">增广 $ε -$ 约束法

Abstract:

With the continuous upgrading of economic globalization and the further deepening of industrial division， supply chain networks have become more and more large and complex. Moreover， under the influence of concepts such as “Just in Time”， the resource configuration of the traditional supply chain follows the internal logic of prioritizing efficiency， which brings huge benefits to enterprises， but meanwhile increases the vulnerability of enterprises in the face of risks. If any member enterprise in the supply chain suffers from the impact of an emergency， resulting in its operation stagnation or even paralysis， the impact will quickly spread and diffuse to the entire network， bringing immeasurable losses to other member enterprises.In order to solve the issue of supply disruption in a three-level supply chain consisting of multiple suppliers， one manufacturer and multiple distributors， a comprehensive coping strategy is proposed based on reserving vertical strategic inventory， signing emergency options， expanding procurement urgently， seeking backup supplier and changing product design from the perspectives of pre-prevention and post-remediation. Based on this， three different models are constructed. The first model is the conventional operational planning model of the supply chain without supply disruption. The second model is the response planning model of the supply chain for coping with supply disruption， the objective of which is to maximize the manufacturer’s sales profit in the disruption duration. In the third model， the objective of minimizing the deferred delivery rate of orders is added. Then， according to the structural characteristics of these models， the corresponding solving processes are designed based on ILOG CPLEX and augmented $ε -$ constraint method.The simulation results show that　when supply disruption occurs， the response planning method of the supply chain designed in this paper can effectively help the manufacturer to stop the loss and maintain the production operation at the normal level as far as possible； every single coping strategy is only effective in tackling short-term supply disruption， but for long-term disruption， it is necessary to adopt different combinations of multiple strategies at different stages of the disruption duration； although the start-up cost of the product design change strategy may be high， manufacturer will have to use this strategy if the disruption duration continues to lengthen or the enterprise wants to reduce the deferred delivery rate of orders.

Key words: supply disruption, response planning, emergencies, $ε -$ constraint method')">augmented $ε -$ constraint method

中图分类号:

C934

景熠,刘威,刘芹芹, 等. 突发事件冲击下应对供应中断的供应链响应计划研究[J]. 中国管理科学, 2025, 33(10): 57-66.

Yi Jing,Wei Liu,Qinqin Liu, et al. Research on the Response Planning of Supply Chain to Cope with Supply Disruption under the Impact of Emergencies[J]. Chinese Journal of Management Science, 2025, 33(10): 57-66.

图/表 17

图1

表1

下标符号及其含义"

下标	含义
$t$	计划周期序列， $t = {1, …, t 0, …, t p, …, t b, …, t s, …, t r,$ $…, T}$ ，其中， $t 0$ 、 $t p$ 、 $t b$ 、 $t s$ 、 $t r$ 的含义见2.1
$i$	初始供应商序列， $i = {1, …, i 0, …, I}$ ，其中 $i 0$ 为中断供应商
$p$	期权合约供应商序列， $p = {1,2, …, P}$
$b$	后备供应商序列， $b = {1,2, …, B}$
$s$	替代原材料供应商序列， $s = {1,2, …, S}$
$j$	分销商序列， $j = {1,2, …, J}$

表1

表2

变量符号及其含义"

变量	含义
$x i t$	第 $t$ 周期向初始供应商 $i$ 采购的原材料或零部件数量
$γ i t$	第 $t$ 周期向初始供应商 $i$ 紧急加购的原材料或零部件数量
$φ i t$	第 $t$ 周期从初始供应商 $i$ 储备的战略库存中调用的原材料或零部件数量
$ψ p t$	第 $t$ 周期期权合约供应商 $p$ 兑现的原材料或零部件数量
$τ b t$	第 $t$ 周期向后备供应商 $b$ 采购的原材料或零部件数量
$δ s t$	第 $t$ 周期向替代原材料供应商 $s$ 采购的原材料或零部件数量
$y t$	第 $t$ 周期制造商生产的产品批数
$ξ t$	第 $t$ 周期制造商生产的替代型产品批数
$z j t$	第 $t$ 周期制造商运往分销商 $j$ 的产品（和替代型产品）数量
$α t$	第 $t$ 周期末制造商中原材料或零部件的库存水平
$χ t$	第 $t$ 周期末制造商中替代原材料或零部件的库存水平
$β t$	第 $t$ 周期末制造商中产品（和替代型产品）的库存水平
$θ j t$	第 $t$ 周期制造商对分销商 $j$ 的延期交付数量
$σ b$	制造商是否对后备供应商 $b$ 进行采购的0-1变量
$η s$	制造商是否对替代原材料或零部件供应商 $s$ 进行采购的0-1变量
$π t$	第 $t$ 周期制造商是否进行产品生产的0-1变量
$ζ t$	第 $t$ 周期制造商是否进行替代型产品生产的0-1变量
$λ$	制造商是否进行产品设计变更的0-1变量

表2

表3

参数符号及其含义"

参数	含义
$S P P t$	第 $t$ 周期产品（或替代型产品）的销售价格
$U P C i t$	第 $t$ 周期向初始供应商 $i$ 采购原材料或零部件的单位价格
$F R i t$	第 $t$ 周期向初始供应商 $i$ 紧急加购原材料或零部件的单位价格的上浮比例
$U C C i t$	第 $t$ 周期从初始供应商 $i$ 储备的战略库存中调用原材料或零部件的单位成本
$U E C p t$	第 $t$ 周期要求期权合约供应商 $p$ 兑现预定原材料或零部件的单位执行成本
$S B C b$	寻求供应商 $b$ 作为后备供应商并建立合作关系的投入成本
$U B P C b t$	第 $t$ 周期向后备供应商 $b$ 采购原材料或零部件的单位价格
$S S C s$	寻求供应商 $s$ 作为替代原材料或零部件供应商并建立合作关系的投入成本
$U S P C s t$	第 $t$ 周期向替代原材料供应商 $s$ 采购原材料或零部件的单位价格
$S M C t$	第 $t$ 周期制造商进行产品生产的启动成本
$U M C t$	第 $t$ 周期制造商进行产品生产的单位成本
$S S M C t$	第 $t$ 周期制造商进行替代型产品生产的启动成本
$U S M C t$	第 $t$ 周期制造商进行替代型产品生产的单位成本
$p b$	制造商生产产品（或替代型产品）的固定批量
$R D C$	制造商进行产品设计变更的投入成本
$U T C j t$	第 $t$ 周期从制造商将产品（或替代型产品）运往分销商 $j$ 的单位运输成本
$R M I C t$	第 $t$ 周期制造商原材料或零部件的单位库存成本
$S R M I C t$	第 $t$ 周期制造商替代原材料或零部件的单位库存成本
$P I C t$	第 $t$ 周期制造商产品（和替代型产品）的单位库存成本
$U D C j t$	第 $t$ 周期分销商 $j$ 对制造商延期交付的单位惩罚成本
$D j t$	第 $t$ 周期分销商 $j$ 对产品的需求量
$M C S i$	初始供应商 $i$ 的最大供货量
$M C R p$	制造商向期权合约供应商 $p$ 预定的产能订购量
$M C B S b$	后备供应商 $b$ 可调度的最大供货量
$M C S S s$	替代原材料供应商 $s$ 可调度的最大供货量
$M C M$	制造商生产产品（和替代型产品）最大能力
$α ¯$	制造商中原材料（和替代原材料或零部件）的库存容量限制
$β ¯$	制造商中产品（和替代型产品）的库存容量限制
$φ i ¯$	制造商支持初始供应商 $i$ 储备的战略库存数量

表3

表4

初始供应商的相关参数"

$i$	1	2	3
$U P C i t$	1800	1600	2000
$M C S i$	700	600	800

表4

表5

制造商内部运作的相关参数"

$S M C t$	$U M C t$	$p b$	$R M I C t$	$P I C t$	$M C M$	$α ¯$	$β ¯$
25000	6000	50	15	20	2500	50	50

表5

表6

表7

初始供应商原材料采购价格的上浮比例"

上浮比例	2	3	4	5	6	7
$F R 1 t$	24	12	6	3	0	0
$F R 3 t$	20	10	5	0	0	0

表7

表8

后备供应商和替代原材料供应商的相关参数"

$S B C 1$	$S S C 1$	$U B P C 1 t$	$U S P C 1 t$	$M C B S 1$	$M C S S 1$
15000	20000	2200	2400	200	300

表8

表9

分销商对制造商延期交付的单位惩罚成本"

单位惩罚成本	1	2	3	4	5
$U D C j t$	1500	1800	1600	1500	2000

表9

表10

制造商应对供应中断的响应计划方案"

参数	2	3	4	5	6	7
$φ 1 t$	300	0	0	0	0	0
$ψ 1 t$	—	500	100	0	0	0
$γ 1 t$	0	0	0	0	0	0
$γ 3 t$	150	250	150	200	250	150
$τ 1 t$	—	—	200	200	200	200
$δ 1 t$	—	—	—	0	0	0
$y t$	36	40	36	34	34	34
$ξ t$	—	—	—	0	0	0

表10

表11

表12

tr=8时制造商应对供应中断的响应计划方案"

参数	2	3	4	5	6	7	8
$φ 1 t$	300	0	0	0	0	0	0
$ψ 1 t$	—	450	0	0	0	0	150
$γ 1 t$	0	0	0	0	0	0	0
$γ 3 t$	150	250	150	200	250	150	200
$τ 1 t$	—	—	200	200	200	200	200
$δ 1 t$	—	—	—	300	300	300	0
$y t$	36	39	34	34	34	33	38
$ξ t$	—	—	—	6	6	6	0

表12

表13

tr=9时制造商应对供应中断的响应计划方案"

参数	2	3	4	5	6	7	8	9
$φ 1 t$	300	0	0	0	0	0	0	0
$ψ 1 t$	—	450	0	0	0	0	0	150
$γ 1 t$	0	0	0	0	0	0	0	0
$γ 3 t$	150	250	150	200	250	150	200	200
$τ 1 t$	—	—	200	200	200	200	200	200
$δ 1 t$	—	—	—	300	300	300	200	0
$y t$	36	39	34	34	34	33	35	37
$ξ t$	—	—	—	6	6	6	4	0

表13

表14

双目标响应计划模型的求解结果（部分）"

$k$	$F 1$	$F 2$ （%）	是否为非支配解
1	2.544×10⁷	14.89	是
8	2.544×10⁷	14.89	是
9	2.141×10⁷	14.31	否
50	2.187×10⁷	11.66	否
150	2.298×10⁷	5.19	否
197	2.350×10⁷	2.15	否
198	2.351×10⁷	2.07	是
199	2.323×10⁷	2.02	否
200	2.324×10⁷	1.95	是

表14

表15

k=198时双目标响应计划方案（方案2）"

参数	2	3	4	5	6	7
$φ 1 t$	300	0	0	0	0	0
$ψ 1 t$	—	500	100	0	0	0
$γ 1 t$	0	0	0	0	0	0
$γ 3 t$	150	250	150	200	250	150
$τ 1 t$	—	—	200	200	200	200
$δ 1 t$	—	—	—	300	200	200
$y t$	36	40	36	34	34	34
$ξ t$	—	—	—	6	4	4

表15

表16

k=200时双目标响应计划方案（方案3）"

参数	2	3	4	5	6	7
$φ 1 t$	300	0	0	0	0	0
$ψ 1 t$	—	500	100	0	0	0
$γ 1 t$	0	0	0	0	0	0
$γ 3 t$	150	250	150	200	250	150
$τ 1 t$	—	—	200	200	200	200
$δ 1 t$	—	—	—	300	200	250
$y t$	36	40	36	34	34	34
$ξ t$	—	—	—	6	4	5

表16

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序号	j	1	2	3	4	5	6	7	8
1	387	378	380	393	398	362	409	366	385
2	380	394	376	381	370	368	368	378	368
3	376	375	384	370	381	402	405	395	380
4	368	380	374	393	380	360	410	396	394
5	409	415	365	376	374	368	355	375	370

情形	销售收入	运作成本	销售利润	延期交付率
未中断	12.02×10⁷	8.99×10⁷	3.02×10⁷	0
综合响应	11.27×10⁷	8.72×10⁷	2.54×10⁷	14.89%
战略库存	8.59×10⁷	8.02×10⁷	0.57×10⁷	92.58%
应急期权	8.90×10⁷	8.09×10⁷	0.82×10⁷	82.10%
紧急加购	9.48×10⁷	8.44×10⁷	1.04×10⁷	73.36%
后备供应	9.11×10⁷	8.47×10⁷	0.64×10⁷	90.83%
设计变更	9.22×10⁷	9.16×10⁷	0.62×10⁶	92.58%
不采取应对	8.27×10⁷	8.10×10⁷	0.17×10⁷	108.31%