不确定环境下供应链库存与定价问题研究

【摘要】现实中的不确定因素往往导致企业供需不匹配,并造成库存问题。这种不确定性对于企业运营及相关绩效有极大影响：企业的决策在不确定性的影响下,可能造成库存堆积或错失需求,最终导致极大的利润损失甚至破产。因此,本文聚焦于实际企业中各种不确定性因素带来的问题,将供应链库存与定价决策纳入不确定环境进行研究和讨论。根据不同类型及来源的不确定性,本文主要讨论以下几个子问题：1)需求不确定环境下考虑供应链成员风险规避的库存问题；2)季节性需求不确定环境下航空供应链飞机租赁与定价策略问题；3)需求不确定及设备易损坏情况下库存与定价问题研究。本文主要采用均值——方差分析理论、概率与随机过程理论、最优化理论、动态规划及马尔科夫决策过程理论、综合运用经济学理论,在传统的库存与定价研究基础上,加入不确定性环境的影响进行深度探索。主要研究问题及贡献如下。首先,本文讨论了不确定需求引起的供应链牛鞭效应及利润波动问题。从本质上来说,这两个问题都可通过解决相应库存问题迎刃而解。本文采用期望——方差分析模型来刻画决策企业的风险规避态度,并基于此模型在两级供应链上验证传统的终端需求信息共享方法能否有效减少牛鞭效应及其相应库存成本。首先用理论证明了供应链上各成员在风险规避时的最优订货决策存在且唯一,并且风险中性时的最优解可作为其上界。在进一步假设终端需求服从正态分布并采用特定预测模型的基础上,文章深入分析并证明了在本文模型假设下风险规避态度对于牛鞭效应没有影响,但是信息共享仍然有效帮助上游企业减小了牛鞭效应及相应库存成本。同时,文章用理论证明了信息共享在风险规避情况下的额外作用：通过削弱风险规避带来的订货减少趋势,稳固安全库存量从而保持需求满足率,最终与无信息共享情况相比利润有所提高。并且信息共享的价值在终端需求波动较大或决策者风险规避程度较高的时候更显著。通过拓展分析,文章同样证明了信息共享价值与决策者订货提前期正相关,并用数值分析显示了信息共享对于多级供应链中的上游企业价值极大。其次,不确定性需求同时带有季节性变动特点时,往往更容易造成供需不匹配,尤其是对于民航业这类机队运力在短期内缺乏灵活调整可能性的行业来说,这一不确定性因素带来的发展桎梏不容忽视。为了避免季节性不确定需求与运力供应间的失衡所导致的损失,本文引入民航飞机租赁行业进行讨论研究。通过聚焦于一个飞机租赁公司与多家航空公司的交互决策,假设租赁公司了解航空公司对于各租赁价格的反应,证明了纯策略的存在：航空公司机票定价策略、租赁策略以及租赁公司的租赁定价策略均是唯一的,并可以通过可行算法找到。同时,本文证明了在确定性需求环境下的以上三种策略在随机需求环境下可视为近似最优解,并且结合数值分析确定了这种近似最优算法的适用条件：租赁公司应适当让渡一部分收益给航空公司以避免其不采用近似算法。该近似算法为决策者大幅减少了计算复杂度。基于租赁公司以及航空公司的最优定价及租赁决策,本文揭示了租赁行业对于灵活协调供应与需求使之匹配方面的价值。飞机租赁对于整个民航供应链系统的价值不仅来源于风险分摊作用,同时灵活的租赁价格制定和机队运力分配也对于行业价值有重大意义。并且用数值分析从运营管理角度解释为何实际中大型航空公司租赁飞机比重小而小航空公司相应比重更高。相应影响因素的敏感度分析显示,当需求季节性波动越明显,飞机机型较大座位数较多同时相应购置成本较高时,飞机租赁的价值则越明显。再次,通过实际企业问题的考察,当需求不确定且生产所用设备易损坏时,供需失衡的现象更为严重。因此,本文拟通过寻找库存与价格的联合决策,为制造型企业解决设备易损坏且需求不确定时的决策难题。文章考虑一个按库存生产单类产品的系统,该产品生产在一台易损坏的设备上进行,并且产品卖向下游顾客或企业时在高或低价中进行选择,具体高低价格选择依据当前决策时点的库存水平以及顾客到达率。企业决策者需要根据各时点机器状态决定生产水平以及销售价格策略。首先本文证明了最优生产及定价控制策略是阈值策略,并分别针对设备损坏或运作情况分别给出阈值参数。该结论对于以长期折现利润与长期平均利润最大化为目标的问题均成立。并且,各阈值策略及其参数间的结构关系也在本文中得到深入分析：对于机器正常运作时,当库存高于阈值,生产应停止。对于销售价格决策,在机器故障或机器正常运作时,一旦库存高于某相应阈值,则应该选择低价出售,并且机器故障情况下的阈值低于机器正常运作时的价格转换阈值。通过数值实例分析,本文进一步支持了理论结果,并且显示高低价格策略下的绩效与最优价格策略下的绩效接近。最后,论文的研究成果在结论中总结,并分析和展望了未来可以深入研究的问题和方向。综上所述,不确定环境对于供应链企业的影响极为深远,通过库存与定价研究并结合相应管理手段,可以为面对各类不确定因素的企业实际问题提出指导,使企业在面对复杂不确定环境时,更具竞争力。同时本文结合制造业、民航业供应链实际问题,具有较强的实际背景,并一定程度上拓展了现有理论研究的局限。有重要的实践意义和理论价值。
【作者】石绣天；
【导师】沈厚才；
【作者基本信息】南京大学，管理科学与工程，2014，博士
【关键词】不确定环境；库存管理；供应链；风险规避；飞机租赁；设备易故障；

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