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1、南京航空航天大学 硕士学位论文 需求不确定性下的三级库存鲁棒控制模型研究 姓名：沈璇 申请学位级别：硕士 专业：工业工程 指导教师：周德群 20090301 南京航空航天大学硕士学位论文 i 摘 要 随着科学技术的进步、生产力的发展和经济的全球化，我国经济发展内外环境发生了剧烈 变化。企业在融入全球经济体系的进程中，市场竞争日趋激烈和顾客需求的多样化，增加了企 业生产经营管理的不确定性，对供应链的管理也提出了更高的要求。 目前我国所承接的许多产业的生产加工环节多以集群形式存在，在某一地域中，不但有着 同一产业中位于同一环节的多个核心企业，而且存在着经营同质产品的上下游企业，这种产业 集群形式为
2、企业供应链合作提供了条件。 本文在分析供应链不确定性来源及需求不确定性对多级库存管理影响的基础上，针对需求 不确定性下某一地域中经营同质产品的两条供应链，建立了存在跨链零售商库存合作的三级库 存控制系统。分析了三级库存控制系统的鲁棒性问题，针对系统中参数不确定性干扰，用鲁棒 控制理论寻求“最差”需求下的最优订货水平，给出了系统的鲁棒H控制策略及其线性矩阵 不等式算法。通过库存订货量的反馈控制，使供应链三级库存控制系统中的不确定干扰得到抑 制，系统运作达到较为理想状态。最后，论文结合一个具体算例，对控制系统进行了对比仿真 实验，验证了实施鲁棒H控制和跨链间紧急库存补充策略能够有效减小库存状态波动
3、，缩短 库存水平受需求扰动而波动的时间周期，减轻了库存波动过大给企业带来的压力，有利于提高 企业对产品需求的响应能力和区域内顾客满意度水平。 关键词：关键词：需求不确定性，多级库存，跨链合作，鲁棒H控制，需求放大现象 南京航空航天大学硕士学位论文 ii Abstract With advancement of technology and science and development of productivity, the colossal change of inside and outside environment of our social economy, the market
4、competition has become more fierce, customers demand have become more discriminating, and the time has become more important. It increases uncertainty and dynamics of operation of the enterprises production management and sets a high request to supply chain management. Under this background, our cou
5、ntry undertakes a number of industrial production processing. Not only there are a couple of core firms lied at the same tie of chain in the same industry, but also it exits many upstream and downstream firms which conglomerate in the same region, all of these give a solid foundation for considering
6、 emergency inventory transshipment across-chain. Based on the analysis of the origin of uncertainty and the impact of uncertainty demand for the multi-echelon management of supply chain, the retailer in one supply chain is replenished by the retailers in another supply chain under the environment of
7、 uncertainty demand is concerned in this paper. By integrating across-chain inventory cooperation in multi-echelon supply chain management control system was established. And the optimal orders in the “bad” demand were explored by robust H control theory. The robust H control strategy of multi-echel
8、on control system and the Linear Matrix Inequality (LMI) technique were proposed. Through the robust H control strategy, the impact of demand uncertainty on operation of this system could be restrained, and the operational of system could achieve an ideal state. At last, through comparative simulati
9、on experiment, it is proved that the stock and order fluctuation may be efficiently weakened by implementing H control and the policy of across-chain emergency inventory transshipment, and the fluctuation interval time being shortened, the response capability to market and the customer service level
10、 being improved. Keywords: Uncertain Demand, Multi-echelon Inventory, Emergency Inventory Transshipment, Robust Hcontrol, Demand Magnifying Phenomenon 南京航空航天大学硕士学位论文 v 图、表清单 图 1.1 论文研究技术路线.15 图 2.1 供应链的链式结构和网状结构.18 图 2.2 支持供应链管理的多主体系统结构框架.19 图 2.3 供应链不确定性产生机理的概念模型.20 图 2.4 多级库存串行基本结构.22 图 3.1 “拉式”供应
11、链模式.24 图 3.2 供应链三级库存模型.25 图 3.3 供应链多级库存跨链合作结构图.28 图 4.1 标准H控制问题35 图 5.1 Simulink 基本模型结构45 图 5.2 供应链 1 的零售商库存系统仿真框图.47 图 5.3 不存在跨链合作的供应链 1 仿真结果.48 图 5.4 不存在跨链合作的供应链 2 仿真结果.48 图 5.5 未采取鲁棒控制策略的供应链 1 仿真结果.49 图 5.6 未采取鲁棒控制策略的供应链 2 仿真结果.49 图 5.7 采取鲁棒控制策略后的供应链 1 仿真结果.50 图 5.8 采取鲁棒控制策略后的供应链 2 仿真结果.51 表 1.1
12、国外需求不确定性下多级库存控制研究现状.5 南京航空航天大学硕士学位论文 vi 注释表注释表 )(kxi k时刻第i级节点库存水平 外部输入信号 ( ) i u k k时刻第i级节点订货量 z 输出信号 ( ) i f k k时刻第i级节点需求量 y 观测量 ( )k 最终顾客需求量 ( )P s 广义被控对象 ( )d k k时刻需求的确定性部分 ( )K s 控制器 ( )k k时刻需求不确定扰动部分 ( )G s 系统给定部分 控制输入信号 ( ) zw Gs 系统闭环传递函数 承诺书 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已
13、经注明引用的内容外， 本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。 对本论文所 涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体， 均已在文中以明确方式标 明。 本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件， 允许 论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 (保密的学位论文在解密后适用本承诺书) 作者签名： 日 期： 南京航空航天大学硕士学位论文 1 第一章 绪论 1.1 课题研究背景及研究意义 1.1.1 课题背景 20 世纪 80 年代后期以来，随着信息技术的高速发展以及经济全球化和知识经济时代的到 来，国际
14、经济形势发生了剧烈变化，企业的国际化趋势愈来愈明显，市场环境和竞争呈现出明 显的全球化和一体化。 企业面临新的挑战， 尤其是在市场多样性和顾客需求不确定性的环境下， 传统的基于单个企业的管理模式已不能适应新的商业环境。在这种情况下，从供应链管理的角 度来考虑企业的整体生产经营活动，形成这方面的核心能力，对广大企业提高竞争力将是十分 重要的。从这个意义上说，21 世纪企业的竞争已经演变为供应链之间的竞争。 马士华教授在其供应链管理一书中定义：供应链(Supply Chain)是指围绕核心企业，通 过对信息流、物流和资金流的控制，从原材料获取开始，加工成半成品直至成品，最终把产品 送到顾客手中的将
15、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功能网状 链式结构模式1。在供应链的每一级中都存在着不确定性，如供应商自身的不确定性、生产商 自身的不确定性、顾客需求变化的不确定性、需求信息偏差逐级放大引起的供应商库存的不确 定性、物流供应时间延迟累计效应导致交货期不确定性、供应链企业间合作的不确定性等等， 而这些不确定性正是引起供应链管理困难的主要原因之一。供应链“网状”模式中只含有一个 核心企业，其他企业处于从属地位，然而在现实竞争环境中，核心企业和其他各节点企业一样， 存在着多个对等的竞争对手，这些核心企业为了获得竞争优势，在专业化和分工进一步发展的 情况下，由单个企业间的竞争
16、发展为以供应链组织形式参与竞争（Christopher，1992） 。不可否 认，这些核心企业主导的各自供应链之间，存在着或强或弱的竞争与合作关系。 在某一产业集群地域中，围绕同一产业或相关产业价值不同环节形成了基于本地一体化的 供应链，而该集群地域供应链核心企业的非唯一性和生产同业性，导致在该地域中供应链的多 单链性和生产相似性。集群中每条单链式供应链企业不仅内部之间相互协作，而且不同单链的 企业存在着跨链间的协调2。事实上也是这种情况，如在以电子产业集群较为发达的广东东莞 和以服装为产业集群的广东江门，集群中多条平行、单链式的供应链不仅供应链内部企业间相 互合作，而且不同单链的企业存在跨链间的竞争与协调，使得产业集群企业能很好地适应市场 快速多变的需求变化，提高客户服务水平。 供应链中的不确定性是企业和组织在管理与决策中不可回避却又十分棘手的问题。 可以说， 企业和组织决策的成败在一定程度上取决于对不确定性的认识。不确定性的存在及其在供应链 中某些阶段的传播会影响到整个供应链。形形色色的供应商以不同的规律送货到制造
