基于Kriging元模型的供应链稳健优化设计研究

摘要

随着经济全球化的不断发展和市场竞争的日益加剧，企业之间的竞争已逐渐演变成供应链之间的链际竞争，供应链中不确定性因素所引起的波动严重影响着供应链的稳健性，给供应链系统造成了极大的经济损失。如何在这种不确定性环境下对供应链进行最优参数设计，保证系统的正常运行和收益已成为供应链管理领域的热点问题之一。本文从系统波动的角度出发，将供应链流程看作一个多阶段复杂过程，在Kriging元模型的框架下采用定量方法从整体上对供应链系统进行稳健参数设计，以减少不确定性因素对系统的影响。本文所提方法不仅能够提高供应链质量设计的有效性，而且能够提高供应链系统的稳健性，因此基于Kriging元模型的供应链稳健参数设计与优化研究在供应链管理中具有重要的理论与现实意义。 本文以供应链的参数设计为研究对象，以稳健参数设计为基础，综合运用Kriging元模型，非参数抽样及优化算法等方法与技术，以系统建模、仿真试验为手段，研究了供应链中的稳健参数设计与优化问题。本文的主要研究内容包括: (1)不确定性条件下的供应链稳健参数设计。针对供应链中不确定性因素所引起的系统波动问题，结合仿真方法和稳健参数设计的思想，分别采用基于多项式模型和Kriging元模型的仿真优化方法对供应链进行参数设计与优化，并比较这两类稳健优化方法的优劣性。针对单个绩效响应的供应链系统，采用基于多项式模型和Kriging元模型的仿真优化方法分别确定总成本最小时的稳健最优参数水平，仿真结果表明基于Kriging元模型的稳健优化方法优于多项式模型;针对多个绩效响应的供应链系统，在满意度函数的框架下分别构建基于多项式模型和Kriging元模型的总体满意度稳健优化策略，确定供应链绩效最优时两种优化方法对应的最佳输入参数，并基于优化结果，应用非参数bootstrap重复抽样方法对比分析这两种方法的优劣，仿真结果表明基于Kriging元模型的仿真优化方法能够有效处理供应链优化问题，在保证供应链顺畅运行的同时提高供应链的稳健性。 (2)随机参数的供应链订货策略稳健优化设计。针对供应链中经济订货批量模型订货成本的随机性，提出一种不同于博弈论法的稳健优化方法。将稳健参数设计的思想和Kriging元建模技术相结合，采用非线性规划方法，在标准差满足一定目标值的约束条件下，寻找使得均值达到最优时的Pareto最优解。通过仿真试验验证所提方法的有效性，确定订货成本不确定情形下的稳健最优订货策略;并采用非参数bootstrap重复抽样方法得到最优解的置信区间。 (3)风险规避特性的供应链稳健参数设计。针对供应链中具有风险规避特性的稳健优化问题，结合稳健参数设计思想和条件风险值准则，提出基于Kriging元模型的均值——条件风险值优化策略，从而确定Pareto优化解，并采用bootstrap重复抽样方法度量噪声因子的不确定性对Pareto前沿的影响;在此基础上，构建具有风险规避参数描述的均值——条件风险值决策模型，研究不同的风险规避参数对Pareto前沿的影响。结果验证了所提方法的有效性和合理性，为决策者提供相应的理论依据和技术支持。 (4)相关多响应的供应链稳健参数设计。针对供应链多个绩效响应的相关性，利用主成分分析法，将各响应的位置特性值和散度特性值转化为主成分综合得分，然后借鉴双响应曲面法的思想，分别构建输入参数（或可控因子）与各响应的位置和散度特性值之间的Kriging元模型，从而构建基于Kriging元模型的主成分综合得分加权和的优化策略，进而得到一组合理的输入参数，实现相关多响应的供应链稳健参数设计与优化。仿真案例展示了所构建优化策略的有效性，说明该优化策略充分考虑了系统的波动性对于优化结果的影响。 最后，在总结以上研究成果的基础上，指出了本文研究存在的不足以及值得进一步研究的问题。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1研究背景

1．2研究意义与目的

1．2．1研究意义

1．2．2研究目的

1．3国内外研究现状及分析

1．3．1基于元模型的稳健参数设计

1．3．2基于元模型的供应链仿真优化

1．4研究内容及创新之处

1．4．1研究内容

1．4．2创新之处

2相关基础理论知识

2．1元模型的基本原理

2．2 Kriging元模型的相关技术

2．2．1 Kriging元模型

2．2．2 Blind Kriging元模型

2．2．3随机Kriging模型

2．3 Kriging元模型的验证

2．4计算机试验设计的相关技术

2．4．1拉丁超立方抽样

2．4．2均匀设计

2．5 bootstrap重复抽样方法

2．6稳健参数设计的基本理论和方法

2．6．1稳健参数设计的基本原理

2．6．2基于田口方法的稳健参数设计

2．6．3基于响应曲面法的稳健参数设计

2．7本章小结

3不确定性条件下的供应链稳健参数设计

3．1不确定性条件下单个绩效响应的供应链稳健参数设计

3．1．1三级供应链的基本假设

3．1．2三级供应链的仿真模型

3．1．3单绩效响应情形下基于Kriging元模型的稳健优化策略

3．1．4仿真案例分析

3．2不确定性条件下多个绩效响应的供应链稳健参数设计

3．2．1问题的提出和描述

3．2．2供应链的优化目标

3．2．3四级供应链的仿真模型

3．2．4多响应情形下基于Kriging元模型的稳健优化策略

3．2．5基于bootstrap的稳健优化

3．3本章小结

4随机参数的供应链订货策略稳健优化设计

4．1供应链系统的经济订货批量模型

4．1．1经典的EOQ模型

4．1．2随机参数的EOQ模型

4．2基于Kriging元模型的双响应曲面法

4．3考虑参数变化的EOQ模型稳健优化设计

4．4仿真案例分析

4．5稳健最优解的可靠性

4．6本章小结

5风险规避特性的供应链稳健参数设计

5．1供应链仿真优化问题的描述和基本假设

5．1．1条件风险值准则

5．2具有风险规避特性的供应链仿真优化模型

5．2．1基于Kriging元模型的稳健优化策略

5．2．2稳健仿真优化具体实施过程

5．3仿真试验及分析

5．3．1仿真试验简介

5．3．2不同风险参数、约束条件确定情形的仿真优化

5．3．3不同风险参数对应的Pareto前沿

5．4本章小结

6相关多响应的供应链稳健参数设计

6．1供应链系统的主成分分析

6．2基于Kriging元模型和主成分分析的稳健优化模型

6．3仿真分析

6．3．1仿真试验分析

6．3．2优化结果讨论

6．3．3优化方法的稳健性

6．4本章小结

7总结与展望

7．1总结

7．2展望

致谢

参考文献

附录