摘 要

本文研究了一种多对多供应链中的订单分配问题，同时考虑了供应商的能力约束，并且来自制造商的订单是序列化订单，包含三个属性：开始时间、结束时间和数量。由于订单分配的过程中，同一供应商可能被分配多个订单，而这些订单可能是同时订单，超出了供应商的生产能力而产生冲突，本文采用自动协商的方法来解决这些冲突。

本文首先定义了序列化订单、同时订单、协商双方信息交换以及制造商和供应商的决策模型。在此基础上，提出了两阶段协商协议和协商策略以及启发式算法。两阶段协商协议集成了招投标和重新分配两种协商流程，实现了制造商和供应商之间的信息交流，并且规定了协商双方的行为准则，而协商策略确定了制造商和供应商的决策规则。启发式算法则描述了制造商和供应商的协商推进步骤。在制造商与供应商协商的过程中，双方通过让步使达成一致，从而消解冲突。

最后，本文通过一个实例模拟了协商的过程，协商过程中的冲突能够很好地被解决，证明了自动协商方法的可行性。然后，本文也实验对比了在不同的供应链环境下的订单分配，包括制造商数量增减幅度的不同、制造商订单数量的不同、供应商规模的不同以及订单个数等，并从协商次数，协商成功率以及制造商总成本等方面对实验结果进行了分析。

关键词：多对多供应链；订单分配；序列化；自动协商

Abstract

This paper considers an order allocation problems in in a many-to-many supply chain, taking into account the supplier's capacity constraints in the same time. The orders from the manufacturer are interdependent orders with three attributes: beginning time, finish time, and quantity. In the order allocation process, the same supplier may be assigned multiple orders, and these orders may be simultaneous orders, which exceeds the supplier's production capacity and conflict. We use automated negotiation approach to resolve these conflicts.

We first define the interdependent orders, simultaneous orders, offers exchanged during the negotiation process, and the decision models of the manufacturers and suppliers. Based on this, two-phase negotiation protocol and negotiation strategy and heuristic algorithm are proposed. The two-phase negotiation protocol integrates the bidding negotiation and the reallocation negotiation, realizes the exchange of information between manufacturers and suppliers, and stipulates the rules of negotiation of the negotiating parties. The negotiation strategy determines the decision rules of manufacturers and suppliers. The heuristic algorithm describes the negotiation steps between the manufacturer and the supplier. In the process of negotiation between the manufacturer and the supplier, both parties reached an agreement through concessions and thus resolved the conflict.

Finally, we simulate the process of negotiation through an example. The conflicts in the negotiation process can be well resolved, which proves the feasibility of the automated negotiation approach. Then, we also experimentally compares the negotiation of order allocation under different supply chain environments, including different ranges of manufacturer's quantity increases and decreases, different quantities of manufacturers' orders, different supplier sizes, and different order sizes, etc. The experimental results are analyzed in terms of negotiation round, negotiation success rate, and total manufacturer cost.

Key Words：many-to-many supply chain；order allocation；interdependent order；automated negotiation.

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 供应商选择与订单分配 2

1.2.2 自动协商方法 3

1.3 论文的研究内容和章节安排 4

第2章 多对多供应链订单分配问题建模 6

2.1 订单分配过程 6

2.2 数学模型 7

2.2.1 符号定义 7

2.2.2 序列化订单的定义 9

2.2.3 同时订单的定义 10

2.2.4 协商双方信息交换 10

2.2.5 决策模型 10

2.3 本章小结 12

第3章 订单分配的自动协商机制 13

3.1 两阶段的协商协议 13

3.2 协商策略 16

3.2.1制造商协商策略 16

3.2.2 供应商协商策略（竞标策略） 17

3.3 启发式算法 18

3.3.1 制造商的协商算法 19

3.3.2 供应商的协商算法 19

3.4 本章小结 20

第4章 算例分析 21

4.1 实验数据及结果 21

4.2 对比实验分析 25

4.2.1 制造商的数量增减幅度对订单分配结果的影响 25

4.2.2 制造商订单数量对订单分配结果的影响 26

4.2.3 供应商规模对订单分配结果的影响 28

4.2.4 订单个数对订单分配结果的影响 29

4.3 本章小结 29

第5章 总结与展望 30

5.1 课题的经济性与环保性分析 30

5.2 论文工作总结 30

5.3 不足与展望 31

参考文献 32

致 谢 34

第1章 绪论

随着经济全球化的发展，全球对资源的竞争在日益加剧，顾客的需求也愈加个性化^[1]。企业为了赢得竞争优势，必须对市场需求做出快速反应。同时，供应商为了满足企业的需求，也必须能做出快速反应。因此，面对不断变化的市场需求，正确选择供应商并进行订单分配对企业至关重要。

1.1 研究背景

由于全球经济和联系日趋紧密，整个供应链环境与需求朝着可变化、全球化发展，供应链中顾客需求不确定性越来越大，制造商需求和供应商供应能力也要求随之变化，供应链环境正在变得全球化和动态化。同时，在这全球化市场下，企业之间竞争也在日益加剧，未来的竞争已不是单个企业之间的竞争，而是整条供应链之间的竞争。除了竞争，企业之间适当的合作也许会给供应链带来更大的利润，故供应链中的订单分配方式会对供应链的成本产生重要影响^[2]。在这样的供应链环境中，合理地选择供应商，来分配制造商的订单，以满足客户的需求，就成为了供应链中一个关键问题。

在供应链中，供应链成员之间的关系可以看作需求-供给关系，制造商要求供应商提供某些产品或服务^[3]。制造商通常有多于一个替代供应商选择，制造商也不止一个，因此供需关系主要是多对多类型。在实际供应链中，一般是多个制造商和多个供应商形成的网状供需关系。在供应链中每个成员都有自己的生产任务和追求的目标计划，然而这些成员之间的利益往往存在冲突，制造商想尽可能得到更多的价格折扣，而供应商却想尽可能地卖出高价。同时，需求方发布的订单要求与供应商的供应能力可能不匹配，便存在了冲突。并且由于在多对多供应链中，多个制造商将连续产生多个订单，同时针对订单通常会考虑多个属性，因此在实际供应链中，有更多的订单需要协调，订单分配和冲突消解也变得更加复杂^[3]。要想实现双方利益的协调并不容易，故谈判常常被用作解决供应链订单分配过程中冲突的有效手段。

在实际供应链中，需求方的订单整体可能分为几个部分，各个部分需要由不同类型的供应商共同完成，并按顺序执行以满足需求^[4,5]。这些过程相互依赖、序列化执行，本文定义为序列化订单。例如汽车供应链中零件加工、轮胎制造和装配检验，各项工艺必须按顺序进行，轮胎制造必须在零件加工之后，装配检验必须在轮胎制造之后；再如服装生产过程的剪裁、缝制、印花和熨烫，这些过程都是必须按顺序进行的。故制造商的一个订单可能需要分解成多个子订单，顺序执行，选择不同的供应商，采购不同的原材料，才能正常完成顾客的多样化需求。

由于订单的序列化，制造商的订单必须全都成功分配才能正常完成顾客的需求。而制造商的需求与供应商的供应能力往往是无法完全相互匹配的，当供应商无法正常完成制造商订单时，制造商又不允许推迟完成订单时，是高成本赶工完成，还是放弃一部分利润投标一部分订单，或者说干脆放弃订单，这是供应商投标时需要认真考虑的问题。而当制造商选择了多位供应商合作完成订单时，此时订单总数量可能达不到或者超出制造商的预期数量。为了促使双方能够达成一致，制造商在分配过程中需要不断调整数量需求，相应地，供应商也应该根据需求改进供应方案^[4]。因此，制造商与供应商协调双方需求和供应对实现整体目标非常重要。另一方面，考虑到供应链中资源的有限性，当供应商在同一个生产周期内接收到多个订单，并且这些订单超过了供应商的生产能力时，供应商将无法按时完成所有的订单^[3]，这些冲突订单将必须由制造商重新分配。因此，本文主要研究多对多供应链中订单分配问题，同时考虑订单序列化和供应商的能力约束。

1.2 国内外研究现状

迄今为止，供应链环境下的订单分配问题已经得到国内外学子广泛的研究。订单分配的目标是选择合适的供应商来满足客户需求，并实现整个供应链的目标。然而制造商的需求与供应商的供应能力往往是无法完全相互匹配的，基于协商的订单分配问题最近几年也得到了广泛的研究。为了提高协商的灵活性和协商效率，更快地达成一致，本文使用自动协商方法来构建仿真环境。

1.2.1 供应商选择与订单分配

一对多订单分配问题和多对多订单分配问题是供应链中主要的订单分配类型。

在一对多订单分配类型中，一个制造商通常有多个供应商可供选择。Hongtao Hu等人^[6]提出了一个整数线性规划模型来解决供应商选择和订单分配问题，选用质量、交货表现和购买成本三个标准对供应商进行评价。这三个标准既用来选择供应商又作为目标函数，并使用FAHP方法用来给目标函数分配权重值，对提出的模型求解来得到每个供应商分配的订单量。由于环境问题越来越受到重视，政府和企业都面临着日益增长的环境压力，制造商不得不在原材料采购方面考虑环境污染问题，对供应商的要求也增加了绿色标准。曹裕等人^[7]考虑了成本、质量、提前期、碳排放量等标准，运用DEMATEL、ANP、TOPSIS的方法，构建了一个混合模糊决策模型来对绿色供应商进行排序，并运用加权模糊多目标线性规划方法对综合排序的供应商分配订单。Sadeque Hamdan等人^[8]也研究了绿色供应商选择问题，他们提出了一个考虑数量折扣和计划期内每个时期供应商数量变化的单一产品双目标整数线性模型，运用fuzzy TOPSIS和AHP两种方法相结合对潜在供应商进行排序，选择最合适的供应商，并求解出各时期各个供应商分配的订单数量以及最优的总购买成本和总购买价值。Kamran S. Moghaddam^[9]研究了逆向物流网络系统，为找到外购部件和翻新部件以及最终产品之间的最优数量建立了一个模糊多目标数学模型，该模型考虑了顾客需求、供应商能力、回收产品的比例以及相互矛盾的目标等的不确定性，这些均在模糊环境处理，将其转化为线性隶属函数，再将这些隶属函数加入到原模型中，得到模糊目标规划模型，然后通过Monte Carlo仿真算法来为隶属函数随机产生标准化权重，最后用LINGO来求解该模型。

由于每个供应链中的需求者不止一个，所以订单分配问题也主要是多到多的类型。葛娜等人^[2]考虑了实际供应链中的模糊随机需求、关税和汇率等因素，为了使三方企业利润最大化，建立了一个模糊随机多目标优化模型来进行订单分配，并将模型转化为三方企业利润满意度最高的单目标优化模型来进行求解，并采用Shapely值法对三方企业的利润进行合理的分配。Subramanian Pazhani等人^[10]在一个有多个供应商的多供应链阶段同时考虑库存补给、持有成本和运输成本的情况下考虑供应商选择和订单分配问题,并且提出了一个混合非线性规划模型来确定每个供应链阶段的库存水平和每一个阶段的订单分配。他们以一个实例进行说明，考虑的供应链共有五个阶段和四个供应商。通过总订单数的变化，求解出每个阶段的最佳库存水平、各阶段所选择的车辆及其容量、每个供应商分配的订单数以及最小总成本。S. Mohammad Arabzad等人^[11]采用fuzzy TOPSIS方法和SWOT分析提出了一个混合整数线性规划模型来解决供应商选择和订单分配问题，同时考虑了一个产品的制造中需要外购的两个部件的供应商选择和订单分配问题，两个部件的外购问题在同一个模型中处理。

然而，这些学者均只考虑了需求方订单数量的分配，没有考虑到需求方的订单执行时间，并且订单都是独立的，一个订单只需要一类供应商完成。需求方和供应商之间的分配与能力的冲突没有得到很好的研究，需求者之间不会进行谈判以协调订单分配。而在真实的供应链环境中，来自不同需求者的订单可能分为几个部分，各个部分需要由不同类型的供应商共同完成，并按时间顺序执行以满足需求，本文定义为序列化订单。序列化的意义在于，订单可能竞争公共资源或者在执行优先级上约束彼此。本文研究订单的序列化，即需求方的需求是有几个序列化订单组成。由于不是所有的供应商都能按时完成需求方的订单数量，故本文允许订单分割，一个序列化订单可以由多个供应商合作完成。

1.2.2 自动协商方法

由于自动协商达成协议的效率高，能适应不断变化的协商情况以及合作方式等，自动协商在不同的谈判情况下得到广泛应用。自动协商不仅可以确保在动态谈判环境下的高度灵活性和适应性，而且可以提供有效的谈判机制以达成协议并保证互利的谈判结果。

自动协商方法的内容，协商协议和协商策略是研究最多的。协商协议是协商双方之间交互必须遵守的行为准则，它规定了协商步骤以及推进过程。协商策略规定了协商成员如何作出决策。

协商协议主要是规定了需求者与供应商协商双方之间的交互行为。An Pan等人^[12]考虑了一个按订单生产的时尚供应链，其中下游制造商和上游供应商在交货期上合作，在价格上竞争。他们提出了一个基于这些特点的两阶段协商议程，为制造商-供应商双方建立了一个谈判协商模型，旨在找到一个最优解决方案来处理生产成本和互利的协商问题。Kim和Cho^[13]在考虑资源的可用性和限制时，为避免冲突设计了同时订单的重新安排机制。另外，Yu等人^[14]提出了一个基于联盟形成的谈判协议，以支持当订单超过其能力时供应商联盟的形成。所以这些谈判协议主要是为支持需求者和供应商之间的招标过程而设计的，目的是帮助需求者选择供应商并成功地将所有订单分配给供应商。

然而，目前对供应链订单分配的研究几乎都只是侧重于需求方的要求。事实上，分配对双方都是有利的、可完成的订单才是合理的。如果供应商收到多个时间上重叠的订单并且这些订单超出其生产能力，供应商可以选择在生产能力之内的一个或多个订单，然后拒绝相冲突的订单。这些冲突的订单可以通过协商重新分配给其他有能力的供应商，因此可以引入基于辩论的谈判，以帮助制造商与替代供应商争取达成新协议。在基于辩论的谈判过程中，谈判伙伴不仅可以交换请求和出价，还可以交换支持其要约的其他说服信息以达成双方的协议。这些额外的信息被视为论据，这可以说服对方改变他们的意图，并向谈判合作伙伴提供有用的反馈，以促使他们作出决定^[15,16]。

在协商策略的研究中，张宏等人^[17]提出一种数学化和计算机程序化的多Agent自动协商算法，用三类形式化的曲线簇来描述Agent所采取的协商策略：急躁型、节俭型和折中型。张亚明等人^[18]构建了一个Agent在线逆向拍卖的自动协商模型,并根据Agent的并发特性提出了基于双方效用最大化的协商策略。Lee^[19]在考虑双方竞争时为需求者和供应商设计了交易竞价策略，以确定竞标价格。大多数研究提出了协商策略，以指导协商伙伴产生适当的投标或报价，并解决谈判问题上的冲突。在自动协商的订单分配流程中，也需要采取不同的策略来帮助需求者和供应商确定他们的请求和出价。此外，订单分配过程中可能出现不同种的冲突，需要引入不同的需求调整策略，来帮助谈判合作伙伴调整需求，协调冲突。

因此，本文设计了一个两阶段协商机制来描述多对多供应链中的订单分配过程。第一阶段为制造商选择合适的供应商方案来分配订单，第二阶段基于辩论的协商机制来重新分配被拒绝的订单。此外，制造商和供应商会采取不同的行为来解决冲突，所提出的协商机制在分配过程中也可以采取各种策略。最后，设计并实现了基于协商机制和协商策略的启发式算法，以支持订单分配过程。

1.3 论文的研究内容和章节安排

本文研究了多对多供应链中序列化订单的分配问题，订单包括三个属性：开始时间、结束时间和数量，并采用自动协商方法解决订单分配过程中供应商可能收到同时订单的冲突问题，并针对该订单分配问题提出了一种两阶段协商协议和协商策略。在制造商与供应商协商的过程中，双方通过让步使达成一致，从而消解冲突。最后，本文实验模拟了在不同的供应链环境下的订单分配协商，并对实验结果进行了分析。