供应链中的牛鞭效应与库存控制

摘要
在发达的网络新经济时代，供应链管理作为一种崭新的管理模式快速发展，而与供应链共存的一个问题-“牛鞭效应”也引起了国内外学者的广泛关注，对其进行系统的分析和综合研究具有重要的理论意义和实际意义。

本文在国内外研究成果的基础上，分别从供应链理论、牛鞭效应理论和联合库存管理理论等方面，具体介绍了供应链的基本结构，分析了牛鞭效应的形成机理，表现形式，危害结果和降低措施。

并阐述了联合库存管理的基本思想和应用实施过程。

关键词：供应链；牛鞭效应；联合库存控制（JMI）
目录
第1章引言 (1)
1.1本研究问题的提出 (1)
1.2选题背景 (1)
1.3供应链牛鞭效应问题研究现状 (2)
1.3.1牛鞭效应的存在 (2)
1.3.2牛鞭效应的弱化与控制 (2)
第2章供应链牛鞭效应相关理论分析 (3)
2.1供应链理论 (3)
2.1.1供应链的基本概念 (3)
2.1.2供应链的基本结构 (4)
2.2供应链牛鞭效应问题 (6)
2.2.1牛鞭效应的基本概念 (6)
2.2.2牛鞭效应的形成机理分析 (7)
2.2.2.1组织结构对牛鞭效应的影响 (7)
2.2.2.2信息结构对牛鞭效应的影响 (8)
2.2.2.3决策机制对牛鞭效应的影响 (8)
2.3供应链联合库存管理理论 (12)
2.3.1联合库存管理的基本思想 (12)
2.3.2联合库存管理策略的应用实例分析 (13)
2.3.3联合库存管理的实施策略 (15)
2.3.3.1建立良好的信任机制 (15)
2.3.3.2搭建良好的信息即时互动交流平台 (16)
第3章牛鞭效应与联合库存管理 (16)
3.1供应链的不确定性分析 (16)
3.1.1供应链不确定性的来源 (16)
3.1.1.1供应者不确定性 (17)
3 .1.1.2生产者不确定性 (17)
3.1.1.3顾客不确定性 (17)
3.1.2供应链不确定性的形成原因 (17)
3.1. 2.1需求预测水平造成的不确定性 (18)
3.1.2.2信息来源的不确定性 (18)
3.1.2.3决策过程的不确定性 (18)
3.1.2.4供应链固有的不确定性 (18)
3.2供应链的不确定性对牛鞭效应的影响 (18)
3.2.1不确定性降低了需求预测的准确性 (19)
3.2.2不确定性降低了信息的质量 (19)
3.2.3不确定性加剧了牛鞭效应的风险 (19)
3.3供应链的不确定性对库存的影响 (19)
3.3.1衔接不确定性对库存的影响 (20)
3.3.2运作不确定性对库存的影响 (20)
3.4供应链库存与牛鞭效应 (21)
3.4.1库存责任失衡的后果 (21)
3.4,2环境变化对库存的影响 (21)
3.5联合库存管理策略与牛鞭效应 (21)
3.5.1联合库存管理策略的产生 (22)
3.5,1.1传统库存管理方式的局限性 (22)
3.5.1.2联合库存管理的产生过程 (22)
3.5.2联合库存管理策略的启示 (23)
3.5.2.1联合库存管理的同步化运作思想 (23)
3.5.2.2联合库存管理的风险分担思想 (23)
第4章结论与展望 (24)
4.1论文总结 (24)
4.2本文的不足和对未来的展望 (25)
第一章引言
1.1本研究问题的提出
一直以来，供应链上的许多制造企业经常发现他们所面临的产品需求量波动很大，其程度要远大于产品的市场实际销售量的变化幅度。

这种现象就是供应链上的需求放大效应，它是供应链上需求信息扭曲的结果，根据它的表现形式人们形象地称之为“牛鞭效应”，它的基本特征是：当供应链的各节点企业只根据来自其相邻的下级企业的需求信息进行生产或供应决策时，需求信息的不真实性会沿着供应链逆流而上，产生逐级放大的现象，到达源头供应商时，其获得的需求信息和实际消费市场中的顾客需求信息发生了很大的偏差。

受这种需求放大效应的影响，上游供应商往往比下游供应商维持更高的库存水平，因此，有学者指出，牛鞭效应其实就是供应链库存的放大反映。

此外，这种现象的存在还造成批发商、零售商的订单和生产商的产量远远高于实际客户的需求量，进而造成产品积压、资金占用，使得整个供应链运作效率低下。

并且，随着供应链上企业的增多，这种现象就越明显，非常不利于供应链运作效率和竞争力的提高。

因此，供应链牛鞭效应的治理问题是一个亟待解决的研究课题。

1.2选题背景
1980年代以后，单个企业成本与效益的竞争逐渐接近极限，许多企业意识到争夺的制高点将是行业内各供应链的整体竞争力。

原材料供应商、生产商、批发商和零售商不再散兵作战，而是通过组成供应链，共栖、共生和共荣。

正如有学者所说：“将来的竞争不是企业与企业之间的竞争，而是供应链与供应链之间的竞争。

然而，作为供应链中的一种常见现象，牛鞭效应的存在已经严重影响到供应链的效率和竞争力，因此很有必要对供应链中牛鞭效应的治理问题进行研究。

同时，牛鞭效应现象也是供应链库存的一种放大反映，是供应链管理中库存波动的渊源，反映出现代供应链库存管理的新要求。

因此从库存管理的角度来研究供应链中牛鞭效应的治理问题具有一定的可行性。

长期以来，传统供应链中的库存管理都是各自为政的，供应链中的各个环节（零售商、批发商、供应商等）都设有自己的库存，各自管理，并有各自的库存控制策略，这样便不可避免地造成需求扭曲现象，无法使供应链快速地响应用户的需求，这种传统的库存控制方法显然不能满足现代供应链管理的同步化要求。

为适应现代供应链管理的要求，近几年在国内外出现了不少新的供应链库存管理方法，联合库存管理便是其中的一种。

联合库存管理策略打破了传统的各自为政的库存管理棋式，进一步把供应链管理系统集成为上游和下游两个协调管理中心，从而部分消除了由于供应链环节之间的不确定性和需求信息扭曲现象造成的供应链库存波动，通过协调管理中心实现供需双方的信息共享，以此解决供应链
上的需求放大现象，提高供应链运作的稳定性和同步化程度。

1.3供应链牛鞭效应问题研究现状
作为供应链中存在的一种普遍现象，迄今为止，关于供应链牛鞭效应问题的研究工作主要集中在三个方面：牛鞭效应的存在、牛鞭效应的量化、牛鞭效应的弱化和控制。

1.3.1牛鞭效应的存在
在牛鞭效应的初始研究阶段主要是进行供应链企业市场、顾客、销售、生产、库存等方面的实际调整，以实证方法研究和确认牛鞭效应的存在。

第一个提出牛鞭效应的人是美国麻省理工学院的Forrester教授。

他在1961年出版的《工业动力学》一书中基于系统动力学原理分析了消费需求波动沿着供应链向上游企业逐级放大的系统特性，提出因为供应链各级节点间信息反馈困难和前置时间的延迟，使各级订单决策者产生重复订购，因此造成了需求的放大。

随后J.D.Sterman 1989年通过研究啤酒销售游戏对牛鞭效应进行了分析，认为牛鞭效应是实验者的非理性行为和对反馈信息的错误理解造成的。

Towill(1996)通过模拟和实证分析发现：需求信息的变化幅度每通过一个环节就会增加一倍，生产商从中间商处获得订单后对市场需求的变化预测幅度几乎是初始波动的8倍之多。

对这一现象分析比较全面的是H.L.Lee(1997,1998)，他认为系统参与人是理性的并且是最优化决策的，而牛鞭效应是供应链内部理性参与人之间战略性行为相互影响的产物。

关于牛鞭效应的形成原因，H.L.Lee认为，主要基于五方面的因素：需求预测、订货间隔期、订货批量、供应短缺和价格波动。

1.3.2牛鞭效应的弱化与控制
牛鞭效应的弱化和控制问题始终是供应链管理中的重要理论和应用问题，而关于牛鞭效应的弱化和控制研究一般基于三个方面：物流渠道设计、信息方法设计和决策控制设计。

一些学者在许多大规模的供应链项目研究中，通过工业案例分析、系统分析、质量管理、仿真等工作，提出了供应链中降低需求放大现象的物流处理原则、时间压缩原则、信息透明原则和环节减少原则等等。

H.L．Lee和Chen.F认为可以通过调整需求预测算法来集中需求信息从而达到弱化牛鞭效应的目的。

国内学者张钦教授等人研究了ARIMA (0,1，1)需求下的牛鞭效应与信息共享问题，认为通过信息共享可以实现牛鞭效应的弱化。

而龚本刚等提出了基于Internet网络将ERP、GIS（地理信息系统）和GPS（全球定位系统）集成为供应链信息系统，通过实现物理结构上的信息共享来达到弱化牛鞭效应的目的。

Baganhan、Cohen和Riddalls等人通过对生产库存的研究认为通过稳态库存、生产延迟控制等策略可以缓解牛鞭效应，Disney和Towill等人从分析库存和顾客服务问题出发，明确提出了应用控制工程理论方法来处理牛鞭效应的解决方案。

国
内学者黄小原、卢震在量化牛鞭效应方差之比的基础上进行了牛鞭效应的有序控制和随机控制研究，即在顾客需求波动最大与随机波动情况下的牛鞭效应弱化问题研究。

第二章供应链牛鞭效应相关理论分析
本文的研究内容主要涉及到三方面理论内容：供应链理论、牛鞭效应理论、联合库存管理理论，本章将逐一对它们进行介绍分析。

2.1供应链理论
2.1.1供应链的基本概念
供应链(Supply Chain，SC)概念是在美国哈佛大学商学院教授迈克尔•波特(MichaelPorter)于20世纪80年代初期提出的价值链理论基础上发展而来的，至今只有二十多年的历史。

由于在不同时期人们对供应链的认识不同，对供应链的定义也不同，目前尚无统一说法。

但是，随着人们对供应链认识的不断深入，供应链的内涵得到了不断扩展和完善。

早期观点认为，供应链是制造企业的一个内部过程，是企业把从外部采购的原料和零部件，通过生产转化为产品，再配送到零售商和终端客户的一个过程，它局限于企业的内部操作层面，注重企业自身的资源利用，是一种线性链条。

目前供应链的概念已经扩展到企业的战略管理层面，在综合各种定义的基础上，马士华教授将供应链定义为：“供应链是以核心企业为中心，用户需求为导向，通过对信息流、物流、资金流的控制，将制造商、分销商、零售商直到最终用户连成一个整体的功能网链。

’’供应链包括了所有加盟的节点企业，要求相关企业从整个供应链的角度出发以全局的观点考虑产品的竞争力，是一个范围广泛的企业结构模式(见图2.1)。

图2.1 供应链的网链结构模型
从上图可以看出，供应链是一种围绕核心企业（可以是产品生产制造企业，也可以是大型零售企业）的网链关系。

在这个功能网链中，每个企业都是供应链上的一个节点，既是产品或服务的提供者，也是产品或服务的享受者或消费者，节点企业在需求信息的驱动下，通过供应链的职能分工与合作（生产、分销、零售等）．以资金流、物流为媒介实现整个供应链的不断增值，因此供应链不仅是一条连接供应商到用户的物料链、信息链、资金链，而且是一条增值链，物料在供应链上因加工、包装、运输等过程实现增值，给相关企业带来收益。

2.1.2供应链的基本结构
供应链的结构由供应链中参与成员的多少来决定，而供应链参与成员的多少又是由产品的特性、原材料获得的难易程度、销售的方式和服务的形式等多种因素决定的，特别是产品的特性，对供应链的结构起着举足轻重的作用，不同的产品具有不同形式的供应链。

我们可以从以下两个方面来考虑供应链的结构：层级结构（包括水平层次和垂直规模）和中心位置。

水平层次是指整个供应链中所包括的所有供应商和消费者的层次数量，它决定了供应链的长短。

垂直规模是指对于核心企业而言，其各层次所包含的供应商或消费者的数目，它决定了供应链的宽度。

中必位置是指核心企业在整条供应链中的位置，一般情况下，核心企业越接近最终消费者，在整条供应链中的权威性就越高。

根据水平层次和垂直规模的不同，可将供应链的结构分为四种，见图2.2。

图2.2 供应链的层级结构模型
如上图所示，对于水平层次多和垂直规模大的供应链结构我们称之为整树结构，它的形状像一棵有着茂盛枝叶和完整根须的大树，表示核心企业拥有大量不同层次的供应商和消费者：水平层次多而且垂直规模小的供应链结构称为细长结构；相反的，水平层次少而垂直规模大的供应链结构称为短粗结构：水平层次少而垂直规模也小的供应链称为链状结构。

另外根据中心位置的不同还可将供应链分为预测驱动型和需求驱动型。

随着核心企业的中心位置由上游向下游转移，供应链也由传统的生产推动型向需求拉动型转变，从而不断提高供应链的效率。

如图2.3所示，当核心企业处于不同位置时，将产生两种不同类型的供应链，即预测驱动型和需求驱动型，在预测驱动型的供应链中，由于核心企业远离最终消费者，生产依据预测进行；需求驱动型供应链接近最终市场可以对市场需求有效识别，利用拉动的形式驱动整条链的运作。

垂
直
规
模
图2.3 中心位置结构类型
2.2供应链牛鞭效应问题
2.2.1牛鞭效应的基本概念
一般情况下，供应链中的成员有消费者、零售商、批发商、分销商、制造商及供应商。

消费者向零售商（百货公司、大卖场、便利店等）购买各种商品，零售商根据商品销售情况定期从批发商处补货，这样一级一级上去，最后是生产商根据下游企业的订单安排生产，从而形成了现行的供应链体系（如图2.4）。

供应链强调以市场变化为中心，并根据最终的消费需求变化进行产品的开发和生产。

但是由于供应链中的需求信息一般以订单的形式传递，订购量是买方对各种信息预测处理后的结果，因此订单数据经常会扭曲真实的市场动态。

在这条供应链中便经常出现一种奇怪的现象，即一般情况下产品的实际销售数量相当稳定，波动性并不大，可是制造商在考虑其营销网络的订货情况时，往往会吃惊地发现产品销售的波动性却明显增大。

因为零售商是在参考历史销售及预测现实销售的情况下来确定订货量的，并且为了保证这个订货量的及时可得，并能适应顾客需求增量的变化，他们通常会将预测订货量作一定放大后再向上一级批发商订货，而分销商出于同样的考虑，也会在汇总的基础上再进行一定的放大后向制造商订货。

这样，尽管顾客的实际需求量并没有太大的波动，但经过各级代理商
的订货放大后，订货量就被逐级放大了。

例如，HP公司在一个主要零售商那里检查打印机的销售情况时，发现该零售商的销售随着时间波动，当他们检查该零售商的订单时发现订单的波动幅度比其销售的波动幅度还要大。

更让他们吃惊的是，公司打印机生产部向物料供应部提供的订单的波动比前两者的波动都大。

这种只要供应链末端消费者需求量发生微小变化，便会引起一系列上游企业的供给发生剧烈波动，随着往供应链上游前进需求变异放大的现象显示在图形上很像一条甩起来的赶牛鞭，只要执鞭的手微微用力摆动，鞭梢就会发生大幅度摆动，可谓差之毫厘，谬以千里，人们将这种现象形象地称为“牛鞭效应”（如图2.5）。

终端顾客零售商批发商分销商制造商供应商
图25“牛鞭效应”示意图
2.2.2牛鞭效应的形成机理分析
从前文可知，牛鞭效应主要是由需求信息的扭曲造成的，而需求信息扭曲的原因是由于缺乏信息交流，那么又是什么原因造成的信息交流的不畅呢？笔者认为牛鞭效应的形成离不开其主要的生长环境——供应链，本节将从供应链的组织结构、信息结构和决策机制三个方面来分析牛鞭效应的形成机理。

2.2.2.1组织结构对牛鞭效应的影响
首先供应链组织结构是产生牛鞭效应的根源。

不同的产品具有不同形式的供应链，同一个企业也可以是多个不同供应链的实体。

在传统的供应链结构下，随着供应链水平层次和垂直规模的增多，委托代理关系的梯次也就增加，利益目标和博弈决策之间的二次选择也就被多次重复，而每一次重复都意味着次优选择的迸一步优化，这是牛鞭效应随供应链长度、宽度增加而逐渐放大的原因。

因此，对于上文的四种供应链层级结构，在其它条件相同时，链状结构对牛鞭效应的影响最小，整树结构影响最大，短粗结构和细长结构视具体情况而定。

供应链中成员个数越多，信息被加工的次数越多，被扭曲的现象就越严重。

而预测驱动型和需求驱动型是由于核心企业在供应链中的不同位置所产生的两种不同生产方式
的供应链。

预测驱动型安排生产是依据预测，即对过去需求数据的加工和对下游需求的预测，因此与实际的需求相比具有较大的波动性。

正如Lee在文献中所描述的那样，多重的预测是导致牛鞭效应的关键因素，每一个成员都依赖于下游成员发来的需求信号预测生产量，牛鞭效应由此呈现出放大的趋势。

因此，关于对牛鞭效应放大程度的影响，预测驱动型供应链结构比需求驱动型供应链结构明显要大。

2.2.2.2信息结构对牛鞭效应的影响
供应链节点企业之间的相互作用与影响关系一般有三种：完全合作、部分合作和独立决策，相应地也就形成了三种不同的信息结构类型：完全信息共享、部分信息共享和信息不共享。

不同信息结构对牛鞭效应的影响也不尽相同。

完全合作属战略层次上的合作，在组织结构上通过合并、兼并、控股等控制方式实现组织结构纵向一体化，实行中心集中控制，达到信息完全共享，对生产的安排、计划的执行、库存的分配、市场的预测等均实行统一集中控制，便于识别加工过的信息，不会对供应商产生太大的订货波动，牛鞭效应影响较小。

部分合作是指跨越企业之间的某些流程而进行的操作层次上的协作，在协作的过程中共享部分信息，例如企业之间的订货流程、采购流程、信息管理流程上的合作就只共享部分信息，这种形式是供应链信息结构类型的主要存在类型。

由于部分合作没有组织结构上的合作，只是信息结构上部分信息的共享，如果合作领域包括的主要流程与订货流程息息相关，那么就会对减少供应商订单波动产生一定影响，否则牛鞭效应会依旧存在。

另外，在经过多次的重复合作与博弈之后，相互间产生的信任也有助于牛鞭效应的缓解。

独立决策是指各实体之间无合作意向，各自根据预测，以达到自身利益最大化为目的，安排生产和订货，实体之间不存在信息共享。

独立决策时由于无信息共享，其结果很容易增强牛鞭效应，尤其在产品短缺、交货时间长、市场波动比较大的情况下，供应商将会面临巨大的需求波动。

显然，要减弱牛鞭效应，实现企业间的信息共享是供应链的大势所趋。

目前在供应链管理中，信息共享的实现方式层出不穷：有些企业已经开始通过局域网、内部信息系统或ERP实现企业内部的信息集成，以便对企业外部的信息做出快速反应：有些企业通过建立企业间的信息系统来实现信息共享；还有一些企业通过互联网技术，将企业、用户、供应商及其他商业和贸易所需环节联结到互联网上，在网上达到信息共享。

可见构建信息共享系统的管理平台，是供应链合作伙伴在商业模式和它所支持的系统结构中实现信息共享的通用方式。

2.2.2.3决策机制对牛鞭效应的影响
1．需求预测
在供应链管理中，上游管理者总是将来自下游的需求信息作为自己需求预测
的依据，并据此安排生产计划或供应计划。

笔者认为，这一需求信息的产生过程是导致牛鞭效应产生的直接原因。

譬如，决定订单数量的管理者一般使用一种简单的方法如指数平滑法来进行需求预测，当每日的新数据出现时，未来需求将呈现连续变化，送给供应者的订单反映了需要重新满足来自需求的库存数量，也反映了必要的库存安全量，未来需求与相关的安全库存通过平滑技术得以实现。

在交货期内，保持数周的安全库存是习以为常的，但结果往往是预期的订单数量比需求数量变化更大。

置于供应链中，作为供应商的管理者，来自管理者的原有状态的每日订单就构成了其需求。

如果也使用指数平滑法来计算需求预测值及安全库存，那么供应商提供的订单将会产生巨大波动。

从经营者到制造商的订单数量要比实际销售量大得多，大量的安全库存产生牛鞭效应，供应交货时间越长，波动越加激烈。

2．批量订货
在供应链中，每一个企业通常都会使用某种方法来控制库存。

当库存将耗尽时，下游企业会立刻向上游供应商发出订单，提出订货。

在供应链中，一个共同的问题就是频繁订单下的运输经济性问题。

在满负荷运输与低于最低起运量运输之间的经济差距是巨大的。

因此，当从供应商处订购材料时，其强烈的愿望就是要满负荷运输，因此供应商会对大量或批量订货给出最优惠的定价。

订货批量有周期和即刻两种形式。

从订单的频率看，理论上需求方可以月、旬、周、日，甚至时制定，然而由于供应和需求往往存在空间距离和时间的矛盾，连续订单的实现几乎是不可能的，对大多数公司来说，批量订货通常是一个月的供应量或者更多。

在即刻订单中，一般会表现出需求的规则波动。

如果供应商得到需方按季、按年的需求量，那么这将产生在季末或年末的订单波动。

所以，需方可以按季、按年的需求量有规则地分配于一定的间隔期，而供应商也可以据此签定订单。

这样，当一个公司面临周期性订货时，牛鞭效应现象就发生了。

如果所有消费者订货周期均匀地分布在各周期，那么牛鞭效应达到最小。

一些消费者的周期需求变化不明显，因为并非所有订单都在同一时间内产生，然而这种理想情况较少出现，订单极大可能地被偶然传播损失或重叠。

当订单周期重叠时，大多数周期订货的消费者在同一时期均做同样的事。

其结果是，订单需求波动产生，来自牛鞭效应的变化将达到最大。

3．价格波动
据估计，零信业中制造商与代理商之间交易的80%是在需求预测的前提下预先成交的，这通常是因制造商给出了一个极具吸引力的价格，使零售业中的预先购买导致较多的存货。

在目标市场中，预先购买由价格波动产生，制造商和分销商周期性地使用特殊促销方式，如价格折扣、数量折扣和特殊奖励等等。

此外，制造商还向分销商、批发商提供一些交易特权，如特别折扣、价格条款与分期付。