第一章 緒論

第一節 研究背景和動機

顧客收入水平、偏好和價格敏感度等變化導致了顧客對產品（或服務）需求的不斷變化，進而造成需求不確定。然而，受技術約束，企業卻往往難以準確地預測需求變化，對于短生命周期（Short Life-cycle）產品更是如此。比如，最新型的半導體元件在特定季度的需求預測值與實際值可能會產生高達80%的偏差^[1]。需求不確定常常使企業遭受供需不匹配帶來的產品缺貨和庫存積壓風險。據估計，由于2001年初沒能準確地預測需求，思科系統（Cisco Systems）公司需要在當年5月處理價值22.5億的庫存積壓品^[2]。需求不確定不僅將給企業自身帶來巨大風險，同時還將影響整條供應鏈，并且風險效應可能從供應鏈下游到上游逐級放大，牛鞭效應（Bull-whip Effect）就是最典型的表現。隨著競爭加劇、科技更新加快和市場環境快速多變，產品生命周期越來越短，需求不確定性帶來的問題愈加突出。幾乎每個行業企業都面臨需求不確定風險，而如何管理需求不確定，一直都是供應鏈管理的核心問題，也是供應鏈管理研究者重點關注的問題。

然而，在電子及半導體制造、農業、化工和再制造等行業中，除市場需求高度不確定外，還存在原材料加工、產成品加工或零部件組裝過程中受自然條件、技術水平或管理等因素影響而出現廢品和次品的現象，這使得確定的生產投入量卻導致不確定的實際產出量（滿足質量要求），即產出隨機（Random Yield）。如電子芯片和液晶顯示器等制造過程對技術及外界的環境要求都很高，一旦設備出現問題，外界溫度不符合要求或空氣中灰塵超標，產品的質量便會參差不齊；農業種植在不同氣候、不同管理技術等情況下，同一塊地的實際產出水平也不盡相同；原材料的質量對煉油、洗煤、鋼鐵等行業的產出量影響很大；再制造行業由于回收產品的質量參差不齊，最終產品合格率更具有高度的不確定性。據統計，電子行業中電子芯片和液晶顯示器的平均有效產出率經常小于50%^[3]，半導體制造平均產出損失甚至更高。企業產出不確定直接導致下游企業的供應不確定，勢必影響下游企業的正常運營而造成損失。例如，2004年，IBM公司位于紐約州東費什基爾（East Fishkill）的生產基地產量過低，導致IBM公司無法為蘋果公司的Power Mac G5型筆記本供應充足的微處理器。這使得蘋果公司不得不推遲其新款iMac電腦的上市時間，由于錯過了返校學生購機高峰期，僅美國國內就損失了約3200萬美元。這種情況在惠普（HP）、三星（Samsung）、夏普（Sharp）、先鋒（Pioneer）以及LG等公司都曾發生過。盡管采用新技術或新設備提高產出率是一種有效方法，但由于仍然存在許多隨機因素，產出也不可能到達完美。因此，管理產出不確定也是供應鏈企業面臨的難題。毫無疑問，產出和需求雙邊隨機對供應鏈管理提出了嚴峻挑戰。

隨著網絡和信息技術迅速發展，基于電子商務的現貨市場成為企業規避市場需求不確定、供應可獲得性風險的新途徑，得到越來越多企業的青睞。目前，在半導體芯片、化學制品和鋼鐵等行業，已形成了一定影響力的專用電子現貨交易平臺。如支持動態隨機存取存儲器（DRAM）在線交易的Converge、支持化學制品和塑料在線交易的ChemConnect以及支持鋼材在線交易的中國東方鋼鐵在線等現貨市場交易平臺。現貨市場的突出特點在于沒有交貨提前期，買賣雙方可在當天交易。采購商可在掌握更準確的需求信息后進行采購，進而降低庫存和缺貨風險。但與契約市場相比，現貨市場競爭更加劇烈、價格波動大且交易極不穩定。因此，盡管現貨市場交易靈活便捷，但為了規避過高的采購成本風險和獲得較穩定的交易，企業還是會以契約交易為主，而將現貨交易作為契約交易的補充方式。例如，在HP公司的原材料和零部件采購成本中，契約采購約占85%，現貨采購僅占15%左右。另外，75%—80%的DRAM通過契約市場賣給電腦或智能手機制定商，剩余的才在現貨市場處理^[4]。可見，現貨市場與契約市場共存是現實供應鏈企業面臨的又一實際決策情景。這種情況下，能否有效對沖（Hedge）企業所面臨的各種風險，供應鏈契約的選擇很關鍵。

供應鏈契約多種多樣，其中回購契約（Buy Back Contract）、收益共享契約（Revenue Sharing Contract）、數量折扣契約（Quantity Discount Contract）、期權契約（Option Contract）等受到廣泛關注。近年來，期權契約（Options Contracts）作為供應鏈風險對沖的一種有效工具，在供應鏈管理中正變得越來越受歡迎。期權契約在HP公司^[5]、Sun微系統公司^[6]、IBM公司^[7]和中國電信^[8]等公司得到了成功運用。其中，最經典的案例來自HP公司。為管理公司面臨的三種主要不確定性風險：終端市場需求、多種輸入產品（如LCD顯示屏、記憶芯片和掃描設備等）的可獲得性和價格，HP公司運用期權契約制定了一項PRM（Procurement Risk Management）計劃，該計劃的實施為公司帶來約4.25億美元的累積成本節約^[9]。期權契約也引起了學術界的廣泛關注，大量學者從不同視角對考慮期權契約的供應鏈風險管理進行了研究，然而現有研究大都針對需求隨機風險，而較少考慮產出隨機的風險。

鑒于此，本書針對產出隨機、需求隨機和現貨與契約市場共存等復雜供應鏈運作環境，應用供應鏈管理理論、風險管理理論、博弈理論、期權理論、最優化理論及計算機仿真等多學科交叉理論和方法，系統構建不同情景下產出隨機供應鏈博弈模型，研究供應鏈訂購、生產和協調優化策略。研究結果有助于發展和完善產出隨機供應鏈風險管理理論和方法，為實際的供應鏈企業管理決策制定提供科學的理論指導。