供應鏈中牛鞭效應問題研究

1、供應鏈中牛鞭效應問題研究 達慶利 1, 張 欽 1, 沈厚才 2(1. 東南大學經濟管理學院 , 南京 210096; 2. 南京大學管理科學與工程研究院 , 南京 210093摘 要 牛鞭效應對企業的效益甚至整個國家的經濟會造成嚴重的影響 , 多年來一直受到人們 的關注 , 但直到近年對它才有較為清晰的認識 . 文章通過文獻綜述 , 討論供應鏈中牛鞭效應的 現象和成因 , 減輕和消除該效應的對策以及進一步的研究方向 .關鍵詞 :供應鏈 ; 牛鞭效應 ; 需求 ; 庫存 ; 信息共享中圖分類號 :F252 文獻標識碼 :A 文章編號 :1007-9807(2003 03-0086-080 引

2、言牛鞭效應是指供應鏈中的零售商向供應商的 訂貨量與其實際的銷售量不一致 . ,應商的訂貨量 , (扭曲 ,延 (牛鞭效應給企業造成的后果是不言而喻的 , 有時甚至非常嚴重 . 由于較差的需求預測 , 制造商 支付了超額的原材料成本或產生原材料短缺 . 額 外的制造費用 、 加班費 , 以及很高的庫存水平導致 超額的倉儲費用和大量資金積壓 , 低效率的運輸 過程和超額的運輸成本等 , 都直接影響企業的 效益 .牛鞭效應有時稱作 “蝴蝶效應” 2, 它是形容 北京的一只蝴蝶撲扇一下翅膀引起了佛羅里達的 風暴 . 在經濟生活中 , 因為一些企業出現了這種現 象 , 導致整個國家的生產能力過剩 經濟危

3、機 . 即經濟學家所說的 “庫存加速器理論” (inventory accelerator theory .牛鞭效應問題如此重要 , 多年來一直受到企 業家和學者的關注 , 但直到近年對它才有較為清 晰的認識 . 本文基于國外的文獻對該問題的研究 工作進行回顧和總結 . 國內對供應鏈的研究尚處 于起步階段 3,4.11第一個認識到牛鞭效應的人是 F orrester 5. 他 通過一系列案例研究指出 , 對于季節性商品 , 制造 商覺察到的需求變化遠遠超過顧客的需求變化 , 他還注意到這種效應在供應鏈的每一級都會放 大 .與 F orrester 類似 , 許多學者也都通過對實際 數據的數值分

4、析從經濟學角度指出了許多行業中 的牛鞭效應現象 . 如工廠產品計劃的變化大于銷 售量的變化 6,7, 訂貨量隨著向供應鏈上游移動 有增大的趨勢 8,9等 .20世紀 90年代初 , 美國寶潔公司在研究 “尿 不濕” 的市場需求和訂貨策略時 1, 發現該產品的 零售數量是相當穩定的 , 沒有哪一天或者哪一月 的需求高于或低于其它時期 . 然而 , 分銷商向工廠 的訂貨數量的變化程度比零售數量的波動要大得 多 , 而且 , 寶潔公司向其供應商的訂貨量波動幅度 更大 . 惠普 、 I BM 等公司也發現了同樣的問題 . 1. 2 模擬研究Sterman 設計了一個稱為 “啤酒分銷博弈” 的第 6卷第

5、 3期 2003年 6月 管 理 科 學 學 報JOURNA L OF M ANAGE ME NT SCIE NCES I N CHI NAV ol. 6N o. 3 Jun. , 2003 收稿日期 :2001-05-24; 修訂日期 :2002-12-04.基金項目 :教育部人文社會科學研究 “ 十五” 規劃項目 (01JA630048 ; 國家自然科學基金資助項目 (79800015 . 作者簡介 :達慶利 (1945 , 男 , 江蘇南京人 , 教授 , 博士生導師 . 課堂游戲 10,11. 四個參與者形成一個供應鏈 , 分 別以啤酒零售商 、 批發商 、 分銷商和制造商的身分 獨立

6、地做出庫存決策 , 以相鄰參與者發出的訂單 作為唯一的信息資源 . 在線性成本結構下 , 該實驗 表明訂貨數量的變化隨著向供應鏈上游的移動而 變大 . 這種游戲重復許多次 , 其成員不僅有學生而 且有公司的經理 , 但結果是一樣的 :上游成員總是 過分地響應下游的訂貨需求 , 從而導致供應鏈系 統的總成本 510倍于最優總成本 .在上述同樣條件下 , 文獻 2,12以更廣泛的 觀點 , 運用啤酒分銷游戲觀察管理行為 , 即零售商 銷售量的一次較小的波動 , 都能通過供應鏈中的 每個環節放大 , 使各成員的訂貨量或生產量大幅 度變化 .T owill 通過模擬的方法證實了庫存管理方法 對供應鏈信

7、息扭曲的影響 13. 需求變化的幅度每 通過一個環節就會增加一倍 . 生產商從中間環節 獲得訂單后 ,最初的 8倍之多 .14, 用啟發式 算法定量化了供應鏈各個環節的牛鞭效應 . 1. 3 理論證明一些學者通過數學模型證明牛鞭效應的存在 性 , 研究的重點是訂貨的策略和需求信息預測 . 1. 3. 1 訂貨策略許多文獻都用訂貨策略 (s , S 來證明牛鞭效 應的存在 . Blinder 首先使用這個訂貨策略 15, 他 提出一個與庫存控制策略一致的計量經濟學模 型 , 對所觀察的零售商行為模式作可能的解釋 . 文 獻 16假設零售商使用連續盤點策略 , 證明了牛 鞭效應在只有一個零售商的單

8、獨訂貨和多個零售 商的集結 (aggregate 訂貨的情形下都存在 .文獻 17則在零售商使用周期盤點的策略 下 , 綜合考慮零售商的個別訂貨和集結訂貨 , 研究 了 (s , S 策略參數 、 需求參數和成本系數對訂貨 數量的影響 , 表明需求相關如何降低集結訂貨的 可變性 , 賣方訂貨的自相關如何平滑供應商的訂 貨策略 . 文獻 18考慮在兩級分銷供應鏈中的分 銷中心訂貨和需求的變化 , 其內容與文獻 17基 本相同 , 但方法有區別 , 前者使用更新定理和自 相關需求模型 AR (p , 后者用了近似的方法 . 另一類型的訂貨策略是 (R , Q . 在這種策略 下 , 文獻 19主要

9、研究零售商的訂貨時間間隔和 訂貨數量 , 結果表明當零售商的訂貨間隔變長或 訂貨的批量增大時 , 供應商的需求變化一般會減 少 , 較低的需求變化可以導致供應商較低的庫存 . 1. 3. 2 需求信息預測從相關需求模型入手研究牛鞭效應問題也是 一個重要的方法 . 文獻 1,18,2023均考慮的是 AR (1 模型 , 文獻 18考慮的是 AR (p 模型 , 而文 獻 24考慮的是 ARI MA (0,1,1 模型 . 除文獻 18外 , 都對一個零售商和一個供應商的簡單供應鏈 系統研究需求和訂貨的變化情況 , 零售商的訂貨 策略是使其庫存水平上升到 S .文獻 1的研究還包含由于供應商缺貨

10、致使 、(只允許 ; AR (1 模型預測需求 , 得到在實施 VMI (供 應商管理庫存 , vendor managed inventory 計劃之 前 , 供應商的預測方差高于零售商的預測方差 ; 文 獻 22一是確定需求預測對牛鞭效應的影響 , 二 是不僅從理論上證明牛鞭效應的存在 , 而且對供 應鏈中每一級增加的可變性量化 ; 由于在 AR (1 模型中有一需求信息的誤差項 , 文獻 23推出了 無論這個誤差信息共享與否都存在牛鞭效應的 結論 .2 牛鞭效應的成因2. 1 從經濟學的角度F orrester 認為牛鞭效應現象是由于組織行為 隨時間變化引起的 , 并假設系統參與人具有某

11、種 特定的行為方式 , 因此 , 牛鞭效應可以通過改變 組織的行為方式克服 .Sterman 將牛鞭效應歸因為參與人的非理性 行為和對反饋信息的錯誤理解 10, 認為通過對參 與人培訓可以克服這種現象 . 也有學者認為是系 統參與人為響應需求變化 25, 避免缺貨 20或降 低生產成本 26, 在追求利潤最大條件下的理性行 為 1,27. 7 8第 3期 達慶利等 :供應鏈中牛鞭效應問題研究 供應鏈是若干個公司或組織組成的動態聯 盟 , 根據委托代理理論 , 供應鏈內部上下游之間是 一種雙向委托代理關系 , 即使那些企業形成供應 鏈 , 也都有各自的利益 , 分別擁有市場需求 、 銷售 數據

12、、 成本結構等方面的信息 , 并據此分別作出對 自己最有利的決策 , 不同成員的決策又會互相影 響 1,27. 從傳統意義上講 , 其契約關系是松散的 , 對整個系統的運作缺乏有效的激勵機制和監督機 制 .2. 2 從運作管理的角度許多學者在發現牛鞭效應這一現象時 , 就找 到了它的起因 , 但有片面性 . Lee 等人從運作管理 的角 度 分 析 了 牛 鞭 效 應 現 象 的 5個 主 要 原 因 1,27:1 需求信號處理 18,2024. 買方在某時期發現 需求增加 , 會認為這是未來需求將會提高的預兆 , 從而大幅度增加訂貨量 . 在傳統的運作管理中 , 上策 ,損害 .2 . 制造

13、商的生產能力不能滿足 潛在的需求時 , 會根據買方的訂貨量限額配給 , 買 方為了得到更多的配額 , 就會提高訂貨量 , 超出實 際的需求 . 當這種問題解決后 , 訂貨量會回到正常 的水平 . 其實 , 即使供應量充足 , 只要買方認為可 能發生缺貨 , 就可能采取以上的策略 .3 批量訂貨 14. 由于訂貨成本等因素 , 經濟 批量訂貨 (E OQ 對買方可能是最優的訂貨策略 , 但對供方可能很糟糕 . 多個買方的訂貨時間分布 有隨機訂貨 、 正相關訂貨和平衡訂貨 3種情況 , 這 3種情況對供方來說有相同的訂貨量期望值 , 方 差是第 1種最大 , 第 3種最小 . 3種情況下的方差 都

14、大于買方面臨的需求變動的方差 .4 價格變化 . 制造商的產品價格在一定范圍 內隨機變化時 , 零售商的最優訂貨決策是價格低 時擴大訂貨 , 價格高時減少訂貨 . 另外 , 由于在某 些時期對大量采購提供促銷和打折措施 , 導致不 正常的訂貨或銷量 , 也會引起牛鞭效應 .5 交貨時間 19,28. 牛鞭效應的起因還與供應 鏈環節之間交貨的時間遲滯緊密相關 . 這些時間 遲滯有時很長 , 在服裝行業中 , 兩次供貨之間竟要 花平均一年到 66周的等待時間 28.綜上所述 , 牛鞭效應是供應鏈成員在自身利 益的驅動下 , 所做出的理性決策的結果 . 從管理的 層面上講 , 是供應契約結構的不合理

15、 、 需求信息的 不確定和需求信息的個別占有等因素造成的 .3 消除或減輕牛鞭效應的對策從根本上解決牛鞭效應 , 供應鏈成員的利益 目標必須完全一致 . 一般來說 , 這是不可能的 . 通 過供應鏈的協調 , 訂立合理的契約 , 建立完善的激 勵機制和監督機制 , 實行有效的信息共享 , 可以減 輕甚至消除牛鞭效應 . 在具體的運作中 , 可采用銷 售數據和庫存信息共享 , 減少供應鏈環節 , 縮短訂 貨的提前期或交貨時間 ,3. 1, 、 庫存水 、 銷售模式 、 訂貨策 、 成本結構和市場需求等 .需求的不確定以及需求信息的個別占有是信 息扭曲的一個重要原因 . 需求信息的集中是信息 共享

16、的一種方法 , 可分為兩類 :一類是兩級供應鏈 系統 , 系統中有一個分銷中心 , 作用是匯總零售商 的訂貨單 , 然后向供應商訂貨 , 供應商向分銷中心 發貨 2931或者直接向零售商發貨 32,33; 另一類 是多級供應鏈系統 , 根據鏈中一個設施的級庫存 (level stock 是其現有庫存加上它所有下游設施庫 存 (installation stock 的和的思想 3436, 鏈的上游 就可知道下游的需求情況 .庫存數據共享也是研究的重點 . 文獻 35,37, 38研究當零售商的需求平穩時 , 共享的庫存數據 如何改進供應商的訂貨決策 . 零售商批量訂貨時 , 由于批量或時間間隔的

17、限制 , 其訂貨沒有完全傳 達庫存的狀態 , 但有了共享的庫存數據 , 供應商可 以調節其訂貨 , 以響應零售商的異常低或高的 庫存 .信息共享能給買賣雙方帶來若干利益 38,39. 在多個相同零售商及供應商有無限訂貨能力的情 況下 , 文獻 38假設每個零售商及供應商服從 (R , nQ 策略 , 再訂購數量是預先確定的 , 沒有考 慮經濟規模驅動這些決策 . 文獻 39考慮了供應88 管 理 科 學 學 報 2003年 6月 商的三種情況 , 知道零售商的訂貨歷史數據 , 知道 零售商的訂貨策略 (s , S 和商品的需求分布以及 零售商的所有信息 , 分別估計了信息共享給供應 商在訂貨容

18、量限制情況下帶來的好處 . 文獻 23則給出非平穩需求的連續系統中信息共享對供應 商收益的影響 , 結果表明當需求信息高度相關時 , 信息共享的價值非常大 .買賣雙方成本結構等信息也可以共享 . 文獻 40,41研究了當供應商知道需求和零售商的訂貨 成本及庫存保管成本的數量折扣問題 . 文獻 42在 同樣條件下得到供應商從不同的零售商的數量折 扣中獲利并且零售商也降低了成本的結論 .信息共享在有些時候并不總是有益的 31,38, 或者說信息共享的價值很小 35, 尤其對零售商 來說 39.3. 2 V MIVMI 或 CRP (連續補充計劃 ,continuous replen 2 ishme

19、nt programs 協議 , 它也指直接補充庫存 .的訂貨 .益的 . 零售商減輕了監視庫存 、 采購訂貨的負擔 , 享受有保障的服務 ; 供應商由于需求預測誤差大 大減少 , 降低了安全庫存水平 , 減少了交貨時間 , 節約了物流成本 .文獻 43討論了美國食品行業實施 E DI 的業 務流程再造 (BPR 與渠道績效之間的關系 , 通過 實證分析認為 , 在食品工業中 ,VMI 比純粹使用 E DI 取得了更令人滿意的成功 .文獻 44為供應商提出了一個整合的庫存補 充和交貨計劃模型 . 供應商采用 (s , S 策略補充 其庫存 , 基于時間的運輸聯合策略發送顧客的訂 貨 . 在這些

20、假設下 , 對隨機需求情況計算最優補充 數量和發貨頻率 , 目的是在滿足以時間為基礎的 需求時 , 極小化采購 、 運輸 、 庫存保管和等待成本 的總和 .文獻 21在需求預測中用 VMI 計劃減輕牛 鞭效應的負面影響 , 得出了有趣的結果 :實施 VMI 計劃以前 , 供應商的預測誤差高于零售商的預測 誤差 ,VMI 將有效地降低供應商的安全庫存 ; 買賣 雙方所采用的預測方法決定了在減少安全庫存成本和資源浪費方面的 VMI 效果 ; 在一般的平穩和 非平穩需求下 ,VMI 是有效的 , 盡管少數場合 VMI 的優勢會大大降低 .3. 3 采購承諾和數量柔性傳統庫存理論中 , 買方可以在任何

21、時候以任 何數量向賣方發出訂單 . 如果買方在不確定的需 求下采用 (s , S 訂貨策略 , 在某段時間內向賣方 訂購大量貨物 , 在另一段時間內可能沒有任何的 訂貨 . 這是導致牛鞭效應的原因之一 .為了解決這個問題 , 一些學者提出在訂立契 約時采用采購承諾或數量柔性的條款 , 在契約執 行的開始賣方事先承諾購買一定數量或某一范圍 的數量的貨物 , 買方則提供一定的優惠條件 . 其目 的是買賣雙方共同承擔風險或共同分享利益 , 促 使買方認真預測需求和計劃訂貨數量 . 主要從 3個方面研究 買方的行為 ,量 ; , ; 雙方利 . , 因此.最先研究這類契約的是文獻 45, 它和文獻 4

22、6都考慮在需求不確定的情況下 , 買方在周期 i 的初始對以后的某個周期 t 的訂貨數量做出承 諾 , 隨著實際需求信息的逐漸積累 , 買方可以在每 個周期的開始 , 動態地調節所承諾的數量 , 調節的 數量是用啟發式算法得到的 . 文獻 47則研究在 有限個周期的計劃期內 , 買方承諾的最小采購總 量問題 .其實 , 這些契約在許多情況下是很簡單的 , 如 E OQ 框架下 48或單周期的報童問題 49.文獻 50提出了數量柔性契約的變形 “ 備貨協議” (backup agreements , 協議的參數是 (, c . 在銷售季節前 , 買方承諾購買數量為 來 準備整個季節的銷售 , 并

23、以價格 c 立刻收到了數 量 (1- , 當觀察了銷售數據一兩周后 , 用貝葉 斯方法更新總需求的分布函數 , 買方應該訂購剩 下的數量 , 并會馬上收到訂貨 . 如果沒有訂貨 , 買方則受到罰金為 b 的懲罰 .文獻 51建立了買賣雙方的激勵模型 , 對即將 到來的銷售季節 , 買方首先估計采購數量 , 賣方承 諾生產 , 最后買方根據隨機需求的更新信息作出實 際的訂貨策略 , 但不能低于最初承諾數量的某個百 9 8第 3期 達慶利等 :供應鏈中牛鞭效應問題研究 分比 , 否則會受懲罰 . 選擇適當的單價后 , 該契約結構表明 , 通過分配市場需求不確定所引起的成本 , 把買供雙方的個別利益

24、整合成系統最優的結果 . 文 獻 52考慮在多級庫存中具有滾動期 (rolling h ori 2z on 的數量柔性契約 , 其需求是不穩定的 , 但信息 能更新 . 在周期 t , 買方向供方提供本期的實際采 購數量 , 以及未來 j 個周期的估計訂貨數量等數 據 . 模擬結果表明 , 該契約能阻止整個鏈中訂貨變 化的擴散 , 潛在地抑制牛鞭效應 . 3. 4 其它方法1 縮短提前期的快速響應 (quick response , QR . 就是買方對市場的需求做出快速響應 , 這尤 其適合服裝等季節性銷售的商品 53. 只要收集到 相關商品銷售的信息就能降低預測的誤差 , 當提 前期減少

25、46個月時 , 預測誤差可減少 20%40%.在需求不確定的情況下 , 縮短交貨期是一種很好的解決辦法 19,27.2 日見其效益的第三方物流 1,54. , , .3 , 解決的辦法是制造商保持產品價格的穩定 , 實行 “天天低價” (E D LP 策略 1.4 在某些條件下 , 由于供應商生產能力的限 制 , 導致零售商的分配博弈問題 . 因此 , 多個供應 商的供貨可以降低供應的變化 55,56.4 結束語為了減輕或消除牛鞭效應 , 提出了不同的營 銷 、 運作方法 , 如數量折扣 、 VMI 、 采購承諾 、 數量 柔性 、 QR 和第三方物流等 , 但不管采用什么方法 , 最根本的是

26、供應鏈成員間必須實現信息共享 , 而 信息共享在具體的運作中很難實施 . 一般 , 供應鏈各成員都有屬于自己的私有信 息 . 為了解決牛鞭效應 , 要求下游企業向上游企業 提供原本屬于自己的私有信息 . 這會給上游企業 帶來額外的收益 , 增加他們在供應鏈內部的權威 , 也削弱了下游企業的權威 , 使之在與上游企業的 談判中處于明顯的不利地位而失去競爭優勢 . 有 理論證明 , 信息共享可以增加供應鏈的整體績效 , 但并不是所有的企業都能從中得到更多好處 . 另 外 , 鏈中所有的企業都可能擔心這些私有信息會 泄露給自己的競爭對手 .因此 , 信息共享盡管對供應鏈中各種因素的 協調起著重要的作

27、用 , 能很好地幫助鏈中成員制 定各種決策 , 提高供應鏈績效 , 但由于上述的諸多 原因而使鏈中成員不愿意實施 .(1 各成員利益目標的協調機制 . 通過企業之 , 使各 . , .(2 各成員利益的再分配機制 . 實行信息共享 以后 , 鏈中成員的效益可能會有不同程度的增加 , 或者有的增加有的減少 , 但在一般情況下供應鏈 的績效會有所提高 , 這就出現了信息共享后的利 益再分配即如何分配問題 .(3 信息的傳送技術及其對各成員利益的影 響 . 信息的傳送是信息共享的前提 , E DI 技術 , 互 聯網的誕生和電子商務的應用使信息的傳遞很方 便迅捷 , 但其中存在系統平臺的開發或購買

28、, 設備 費用以及傳送數據的格式兼容等問題 , 往往都是 權威較大的企業主導著權威較小的企業 .如果信息不能共享 , 那就存在信息不對稱或 信息不完全問題 57, 這是牛鞭效應最重要的起因 之一 . 在不對稱信息情況下如何提高供應鏈的績 效 、 減輕牛鞭效應也是供應鏈管理的研究方向 .總之 , 信息共享或信息如何共享是當前供應 鏈管理面臨的重大挑戰 .參 考 文 獻 :1LeeH , Padmanabhan V , Whang S. In formation distortion in a supply chain :The bullwhip effect J.Management Scien

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