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<p>利用均衡理论和变分不等式研究工具, 建立了随机需求情形下多层竞争型闭环供应链网络均衡模型, 并在<br> 此基础上, 构建了均衡约束数学规划模型, 即设施竞争选址模型. 利用均衡模型来捕捉由新进设施的进入所引起的网<br> 络均衡状态的变化, 并将其引入位置决策过程. 根据模型特点, 提出了遗传算法与修正投影算法相结合的求解策略.<br> 最后利用提出的模型和求解算法对算例进行计算与分析, 得到了网络竞争趋势变化情况、新设施的位置策略及其生<br> 产运营决策.</p>
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第 26 卷 第 10 期
Vol. 26 No. 10
控 制 与 决 策
Control and Decision
2011 年 10 月
Oct. 2011
随机需求下闭环供应链网络设施竞争选址模型研究
文章编号: 1001-0920 (2011) 10-1553-09
杨玉香
1,2
, 周根贵
1
(1. 浙江工业大学 经贸管理学院,杭州 310014;2. 中国计量学院 经济与管理学院,杭州 310018)
摘 要: 利用均衡理论和变分不等式研究工具, 建立了随机需求情形下多层竞争型闭环供应链网络均衡模型, 并在
此基础上, 构建了均衡约束数学规划模型, 即设施竞争选址模型. 利用均衡模型来捕捉由新进设施的进入所引起的网
络均衡状态的变化, 并将其引入位置决策过程. 根据模型特点, 提出了遗传算法与修正投影算法相结合的求解策略.
最后利用提出的模型和求解算法对算例进行计算与分析, 得到了网络竞争趋势变化情况、新设施的位置策略及其生
产运营决策.
关键词: 闭环供应链网络;均衡模型;设施竞争;均衡约束数学规划
中图分类号: F224;F270 文献标识码: A
Study on location model of facility competition for closed-loop supply
chain network with random demands
YANG Yu-xiang
1,2
, ZHOU Gen-gui
1
(1. School of Business Administration,Zhejiang University of Technology,Hangzhou 310014,China;2. College
of Economics and Management,China Jiliang University,Hangzhou 310018,China.Correspondent:ZHOU Gen-
gui,E-mail:ggzhou@zjut.edu.cn)
Abstract: By using the methods of equilibrium theory and variational inequality, a multi-tiers competitive closed-loop supply
chain network equilibrium model with random demands is proposed. Based on this model, a mathematical program with
equilibrium constraints for the location model of facility competition is developed. The equilibrium model is used to capture
the change of equilibrium state for the network resulting from the entering facilities, and incorporate the effect of changes
directly into the location decision model. According to the characteristic of the model, a solution method of integrating the
genetic algorithm and the modified projection method is built to solve the problem. Finally, numerical examples are solved
and analyzed by using the proposed model and algorithm, the station of competitive developing trends for the network, and
the location decision for the entering facilites and the manufacturing and operation decision are obtained.
Key words: closed loop supply chain network;equilibrium model;facilities competition;mathematical program with
equilibrium constraints
1 引引引 言言言
目前, 对于闭环供应链网络设施选址问题已进行
了大量研究, 其模型可分为以下两类: 一类是确定环
境模型. 文献 [1] 考虑正向和逆向分销的整合, 建立
了整数规划模型, 并以影印机再制造和纸再循环作为
案例进行分析; [2] 提出了废电池的闭环供应链, 建立
了两阶段设施位置优化模型; [3] 提出了多产品、有能
力限制的混合整数线性规划模型来优化设计再制造
闭环物流网络. 另一类是随机环境模型. [4] 通过使
用 Monto Carlo 模拟技术求解在需求和回收产品数量
不确定条件下非线性混合整数规划问题, 确定了分销
中心与回收中心的选址与流量分配; [5] 建立了包含
正向与逆向物流网络的多周期多阶段随机整数线性
规划模型来决策设施的位置、运输路线及设施间产
品流量. 以上文献均假设新进入的企业是空间垄断
者, 它提供特定产品或服务, 且是价格制定者, 市场上
不存在竞争. 但是, 实际上新企业的进入必然与市场
上的竞争对手竞争市场份额, 且商品的价格由市场供
需决定, 在新企业进入之前, 该行业商品供求是平衡
的, 已达到均衡状态, 新企业进入之后必将打破原有
收稿日期: 2010-06-24;修回日期: 2010-12-06.
基金项目: 国家自然科学基金项目(71071142);“浙江省高校人文社科重点研究基地—–标准化与知识产权管理”资助.
作者简介: 杨玉香(1979−), 女, 讲师, 从事供应链管理、逆向物流的研究;周根贵(1958−), 男, 教授, 博士生导师, 从事
供应链管理、多目标决策与评价等研究.
1554
控 制 与 决 策
第 26 卷
均衡, 形成新的市场均衡价格、产品交易量和产品生
产量, 达到新的均衡状态, 因此原有的基于垄断企业
设计的位置策略会因为竞争的影响而失效. 然而, 对
于考虑竞争设施选址问题的研究还非常有限, [6] 提
出古诺-纳什寡占模型决策生产设施的位置和生产水
平. [7-8] 进一步推广上述模型, 认为新进企业不仅决
定生产水平和位置, 还决定运输模式, 并给出基于灵
敏度分析的混合算法. 但以上模型潜在的均衡问题都
只是空间价格均衡, 且仅考虑了产品的正向流.
近年来, 对于供应链网络均衡模型的研究已成
为热点问题, 其主要研究工具是均衡理论和变分不等
式, 实现了从独立决策到交互式决策的转变. 文献 [9]
研究了 Nash 均衡、变分不等式及动态均衡的关系.
[10] 详细分析了 Nash 均衡、变分不等式和广义均衡
问题间的联系, 并给出了这些问题解的关系. [11] 建
立了含有制造商、零售商和需求市场 3 层网络均衡模
型, 分析不同决策者的独立行为及其相互影响的竞争
行为, 给出了系统均衡条件, 利用实例分析网络交易
价格和交易流量的确定, 此模型为确定环境下的模型.
针对需求随机性, [12] 建立了需求随机条件下针对单
产品情形包括制造商和零售商的网络均衡模型. 可
见, 均衡理论对供应链网络的研究已有一定的基础且
具有广泛的应用前景.
本文利用均衡理论和变分不等式研究工具建立
随机需求闭环供应链网络均衡模型, 并以此为基础建
立带有均衡约束的设施竞争选址模型, 以决策进入设
施的位置、产品生产量、设施间产品交易量和交易价
格, 并给出模型求解算法和具体算例.
2 闭闭闭环环环供供供应应应链链链网网网络络络设设设施施施竞竞竞争争争选选选址址址模模模型型型
2.1 建建建模模模准准准备备备
设某市场现有的闭环供应链网络由制造/再制
造工厂、分销/回收中心、零售商/回收点和需求市场
组成. 考虑有 𝐻(ℎ = 1, 2, ⋅ ⋅ ⋅ , 𝐻) 个工厂生产同质无
差异产品, 回收、制造/再制造一种产品, 且再制造产
品与新产品无区别. 生产的产品销往 𝐼(𝑖 = 1, 2, ⋅ ⋅ ⋅ ,
𝐼) 个分销中心, 供给 𝐽(𝑗 = 1, 2, ⋅ ⋅ ⋅ , 𝐽) 个零售商, 每
个零售商服务于所在需求区域的顾客. 各个需求区域
的报废 (EOL) 产品通过回收点进行回收, 然后运往回
收中心进行处理, 最后将其运往工厂进行再制造. 假
设同层的决策者间为非合作竞争关系, 每个决策者均
以利润最大化为目标.
现有一个大型企业要进入该市场, 准备在 𝐺 个
备选地址中选择 𝐾 个地址建立制造/再制造工厂, 在
𝑆 个备选地址中选择 𝑊 个地址建立分销/回收中心.
假设新进企业足够大以至于可以影响市场价格, 这样,
新企业的进入将引起市场供给的增加, 新企业与其竞
争对手竞争市场份额, 导致网络间产品流量、产品生
产量及市场均衡价格发生变化. 设新进企业在作最优
选址决策前可以预测到竞争市场的反应, 即新进企业
可预测到在其新设施加入该市场原有供应链网络后
形成的新网络中各层决策者间的交易和价格模式.
新进企业通过分析自己的选址决策对竞争市场
的影响来决策开设各设施的位置、产品生产量、交易
量和价格. 新进企业首先做选址决策, 每一组潜在选
址决策内的设施均会作为此区域市场的新成员与竞
争对手的设施形成新网络, 此时的供应链网络中各决
策者间构成新的非合作竞争关系. 新进企业根据第
一步的决策行动, 可以预测到新网络中各个决策者
的反应, 即以各自利润最大化为目标作出产品生产
量、交易量和交易价格的决策. 新进企业根据新网络
中决策者的反应进一步做选址决策, 最终得到具有竞
争优势的选址策略. 因而, 这一选址决策模型可看作
以新进企业为主方、新网络中成员为从方的一主多
从 Stackelberg 对策问题.
引入如下符号: 决策变量 𝑈
ℎ
(ℎ ∈ {𝐻 + 1, 𝐻 + 2,
⋅ ⋅ ⋅ , 𝐻 + 𝐺}) 为 0-1 变量, 表示是否选择备选地址 ℎ
开设工厂, 0 为不选, 1 为选中; 𝑉
𝑖
(𝑖 ∈ {𝐼 + 1, 𝐼 + 2, ⋅ ⋅ ⋅ ,
𝐼 + 𝑆}) 为 0-1 变量, 表示是否选择备选地址 𝑖 开设分
销/回收中心, 0 为不选, 1 为选中; 𝑞
NEW
ℎ
为工厂 ℎ 生
产新产品数量, 所有工厂的新产品数量组成列向量
𝑞
NEW
; 𝑞
𝑁
ℎ𝑖
为工厂 ℎ 与分销中心 𝑖 间产品总交易量, 所
有交易量组成列向量 𝑄
1
; 𝑞
𝑅
𝑖ℎ
为工厂 ℎ 与回收中心 𝑖
间 EOL 产品交易量, 所有交易量组成列向量 𝑄
2
; 𝜌
𝑁
ℎ𝑖
为工厂 ℎ 对售往分销中心 𝑖 单位产品索价; 𝜌
𝑅
𝑖ℎ
为回收
中心 𝑖 对售往工厂 ℎ 单位 EOL 产品索价; 𝑞
𝑁
𝑖𝑗
为分销中
心 𝑖 与零售商 𝑗 间产品总交易量, 所有交易量组成列
向量 𝑄
3
; 𝑞
𝑅
𝑗𝑖
为回收中心 𝑖 与回收点 𝑗 间 EOL 产品交
易量, 所有交易量组成列向量 𝑄
4
; 𝜌
𝑁
𝑖𝑗
为分销中心 𝑖 对
售往零售商 𝑗 单位产品索价; 𝜌
𝑅
𝑗𝑖
为回收点 𝑗 对售往回
收中心 𝑖 单位 EOL 产品索价; 𝜌
𝑁
𝑗
为零售商 𝑗 对需求市
场单位产品销售价格, 所有价格组成列向量 𝜌
1
; 𝜌
𝑅
𝑗
为
回收点 𝑗 从需求市场回收单位 EOL 产品价格, 所有价
格组成列向量 𝜌
2
; 𝑞
𝑅
𝑗
为回收点 𝑗 处需求市场 EOL 产
品供给量, 所有供给量组成列向量 𝑞
𝑅
.
相关参数如下: 𝑇 𝑅
ℎ
: ℎ ∈ {𝐻 +1, 𝐻 +2, ⋅ ⋅ ⋅ , 𝐻 +
𝐺} 为开设工厂 ℎ 的固定成本; 𝑇 𝑇
𝑖
: 𝑖 ∈ {𝐼 + 1, 𝐼 + 2,
⋅ ⋅ ⋅ , 𝐼 + 𝑆} 为开设分销/回收中心 𝑖 的固定成本; 𝑓
𝑁
ℎ
为
工厂 ℎ 生产新产品成本函数, 令 𝑓
𝑁
ℎ
= 𝑓
𝑁
ℎ
(𝑞
NEW
); 𝑓
𝑅
ℎ
为 工 厂 ℎ 生 产 再 制 造 产 品 成 本 函 数, 假 定 𝑓
𝑅
ℎ
=
𝑓
𝑅
ℎ
(𝑄
2
); 𝑐
𝑁
ℎ𝑖
为由工厂 ℎ 与分销中心 𝑖 交易产品引起的
交易成本, 且 𝑐
𝑁
ℎ𝑖
= 𝑐
𝑁
ℎ𝑖
(𝑞
𝑁
ℎ𝑖
); 𝑐
𝑅
𝑖ℎ
为由工厂 ℎ 与回收中
心 𝑖 交易 EOL 产品引起的交易成本, 且 𝑐
𝑅
𝑖ℎ
= 𝑐
𝑅
𝑖ℎ
(𝑞
𝑅
𝑖ℎ
);
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