基于复杂网络理论的供应链复杂性研究

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[摘 要]供应链具有结构、环境、行为、动作等方面的动态、开放、复杂等非线性特点，属于开放的复杂巨系统范畴。同时，供应链网络又是一个典型的复杂网络，具备复杂网络的诸多特征。本文首先分别介绍了供应链和复杂网络的一些特性，其次分析了供应链的复杂性，最后应用复杂网络理论对供应链网络复杂性研究进行分析。

[关键词]供应链；复杂网络；复杂性；牵引控制；同步

[中图分类号]F274 [文献标识码]A [文章编号]1005-6432（2013）34-0102-03

1 引 言

供应链是由供应商、制造商、分销商、配送中心和客户等构成的一个供需网络，供应链管理是围绕核心企业将供应商、制造商、分销商、零售商直到最终用户连成一个整体的供需网链结构，是跨越企业多个职能部门活动的集合，其结构如图1所示。

但是，我们如果从复杂性分析的角度来考虑这个供应链网络图，可能更好的表达方式是图2[1]，我们可以把供应链网络中的每个节点企业看作是复杂网络中的点，而边则用来表示企业间的关系，往往是两个节点之间具有某种特定的关系则连一条边，反之则不连边，有边相连的两个节点在网络中被看作是相邻的。这样构建一个复杂网络。通过对点、边、聚集系数、介数等参数的分析，来模拟供应链网络的行为，进而达到预测和控制的目的。而复杂网络研究的主要目的之一就是研究网络宏观结构对系统性能及网络上动力学行为的作用和影响，进而考虑改善网络行为的方法[2-4]。

2 复杂网络的基本特征分析

（1）度：复杂网络中，一个节点的连线数目称为这个节点的度，它是描绘网络局部特征的基本参数。在不同的网络中，度代表不同的含义，一般情况下，度表示单个节点的影响力和重要程度，度越大的节点，其影响力就越大，就越具重要性，在整个网络中的作用也就越大，反之亦然。

（2）聚集系数：复杂网络中，某一节点与其近邻节点之间的实际边数除以此点与近邻节点之间的理论边数总合即为此点的聚集系数，表示与此点相邻的两个点也是近邻点的概率。

（3）特征路径长度：任意两点之间最短路径长度的平均数反映了网络的尺寸，称之为特征路径长度。

（4）介数：点介数指网络中所有的最短路径之中经过节点i的数量，反映了节点的影响力。边介数具有同样的定义，介数最大的边，必然是连接两个集团的边。

（5）经典复杂网络模型：经典复杂网络模型包括规则网络、随机网络、小世界网络和无标度网络。

如图3所示：左边的网络是规则网络，右边的网络是随机网络，中间的网络是在规则网络上加上一点随机的因素而形成的小世界网络，它同时具有大的簇系数和小的平均距离。

图4展示了130个节点的无标度网络，其节点度服从幂指数为-3的幂律分布。图中5个特别标示的节点是网络中度最大的5个节点[6]。

供应链网络属于典型的小世界网络和无标度网络。如图5所示，图5是供应链网络中分销商和零售商的多级分布图，从图中可以看出，大部分零售商隶属于某个分销商，但是少部分零售商之间仍有边相连，说明有串货的现象发生，总体来看，属于无标度网络。

3 供应链的基本特征分析

供应链是由多个节点企业组合而成，借助于复杂网络的思想，我们也可以给供应链的节点企业和节点企业之间的关系作如下定义：

节点：在供应链中产品（包括原材料、在制品和成品）相关作业的场所作为节点，按其具备的功能分为：①单一功能的节点：只具有一种功能，或者以某种功能为主。一般处于供应链的起点或者终点。②复合功能的节点：具有两种以上主要物流的功能，一般处于供应链的中间，这类节点多以仓库、港口等形式存在。③枢纽节点：具有齐全的物流功能，对整个供应链起着决定性的作用。一般位于供应链中间。多采用第三方专业化经营。

线：连接供应链网络节点的连线。具有以下特点：方向性、有限性、多样性、连通性、选择性和层次性。

对供应链做复杂性分析后得知，供应链的复杂性包括：供应链组织过程的复杂性、供应链组织管理的复杂性、供应链信息的复杂性、供应链节点的复杂性、供应链路径的复杂性、供应链技术的复杂性等[5]。所以供应链网络具有非线性和非平衡性、多样性和动态性、初值敏感性、结构自相似性（分形性）、涌现性和层次性、自组织和临界性、非对称性和不可逆性等特性。

4 供应链复杂性的几种复杂网络理论的研究方法分析

供应链的复杂性研究目前受到越来越多学者的关注，而供应链的复杂性是供应链各要素在集成、合作、延伸、互动等变化过程中产生的。供应链的运作过程实际上就是供应链各功能和要素不断协调的过程，下面结合复杂网络理论对供应链复杂性的研究做几点分析。

（1）传播。目前研究的比较多的是疾病的传播和计算机病毒的传播，其实在供应链网络中，不良信息的滞后引起的波动和放大效应也是供应链中的顽疾。如何避免和抑制它的快速传播，是目前传播动力学要解决的一个重要问题。

（2）牵引控制。牵引控制的基本思想是：通过有选择地对网络中的个别节点加以控制，从而获得牵引大部分节点的效果，使整个网络向预期的方向发展。比如说，对部分节点施加线性反馈来使动态网络稳定。对于节点的选择，要考虑节点的出度、反馈控制增益、耦合强度等参数。

（3）相继故障。在供应链网络中，个别节点和边发生故障，通过节点之间的耦合作用可能会引起其他节点发生故障，可能还会产生连锁反应，甚至导致网络的崩溃，比如说供应链中的牛鞭效应。相继故障不仅在供应链网络中可能出现，在交通网络、社会网络等其他的复杂网络中都有可能出现，都面临着由于局部故障导致整个网络崩溃的巨大风险。可以通过去耦合、添加长程边等方式来增强供应链网络的鲁棒性。

（4）拥塞及其博弈。拥塞现象是发生在供应链网络上的一种典型的动态行为，主要体现为信息拥塞和物流拥塞。我们可以对其中一些起到关键作用的节点加以牵引控制，来疏通网络，进而调整面对有限资源独立的参与者之间的相互竞争博弈行为。

（5）同步。一般来说，一个动力学网络是否能够实现同步，取决于节点上动力学系统的特性、节点的耦合方式以及网络结构。如果在供应链网络上的每个节点加一个动力学系统，并且有边相连的两个节点的动力学系统之间存在相互耦合作用，那么经过一段时间演化，网络有可能进入同步状态。同步不但发生在直接相连的节点之间，还有可能发生在不直接相连的节点之间。可以通过网络节点之间的耦合方式和耦合强度的改变来实现对供应链网络的同步控制。

5 结 论

目前对供应链的研究成果很多，但大部分集中在对于实体运行、确定状态下的供应链管理及运作研究，但是供应链是一个复杂的社会经济系统，这种复杂性体现在多个节点企业间多种行为的错综交互，为研究带来了很大的不确定性。而应用复杂网络理论来研究复杂供应链，是解决这种不确定性的一个有效手段。本文首先介绍了复杂网络的一些特征和供应链的复杂性体现，然后把供应链网络模拟成一个复杂网络，从复杂网络的角度对供应链的复杂性做了分析，并提出了几点研究建议。

参考文献：

[1]范旭，马军海，修妍.复杂供应链网络中的不确定性分析[J].复杂系统与复杂性科学，2006（9）：21-25.

[2]Boccaletti S，Latora V，Moreno，et plex Networks：Structure and Dynamics[J].Physics Reports，2006（424）：175-308.

[3]Costa L D F，Rodrigues F A，G Travieso，et al.Characterization of complex networks：A survey of measurements[J].Advances in Physics，2007，56（1）：167-242.

[4]Costa L D F，Oliveria O N，Travieso G，et al.Analyzing and modeling the real-world phenomena with complex networks：A survey of applications[EB/OL].Arxiv：0711.3199.

[5]杜志平.供应链系统的复杂性与评价方法研究[D].北京：北京交通大学，2007.

[6]周涛，柏文洁，汪秉宏，等.复杂网络研究概述[J].物理，2005（1）：31-36.

[7]丁寅，洪跃，王俊杰.集中采购供应链稳定性研究[J].中国市场，2013（19）.

[8]许兴奋.运用战略采购优化采购成本管理[J].中国市场，2013（22）.