随机产出环境下生产和替代销售的联合决策研究

论文摘要

半导体等高科技产品具有较短的生命周期(一般是一年或两年)，很多产品在上市半年内将损失它整个生命周期的60%以上的价值。由于动态激烈变化的市场需求、较长的制造提前期、昂贵的生产准备成本、技术的不断快速革新，使得高科技产品制造产业面临着更大的市场风险。因此，有效的生产和销售决策，能够减少资金的浪费、提升企业利润并降低投资失败的风险。本文的研究是以半导体制造产业为背景进行的，半导体制造工艺异常复杂、产品质量对生产环境的敏感性非常高，即使同一批产品(尤其是半导体产品)的质量也存在着巨大差异，这些不同质量的产品常被划分为不同的等级进行销售。因此，投入一定量的原材料其不同质量产品的产出率具有高度的不确定性。在销售阶段，不同等级产品需求具有向下替代性，即低等级的产品缺货时可以用高等级产品满足。由于不同等级产品的产出率和需求具有随机性，如何确定最优的原材料投入数量以及在考虑需求替代的情况下采用何种策略进行销售成为一大难题。生产和销售都具有随机性的制造系统被称为随机产销系统。在现有的相关研究中，与随机产销系统生产或销售决策的相关研究多将生产问题和决策问题进行单独的研究，而进行集成研究的文献只研究了单周期的决策问题。因此本文的研究聚焦于多销售周期、多产品的随机产销系统的生产和销售联合决策问题，分别针对生产和销售不同步、同步以及考虑客户生命周期价值的情况展开研究。为了分析问题、验证模型和结论的正确性，本文的研究进行了仿真试验与分析。本文的研究内容主要包括：(1)生产和销售不同步时随机产销系统生产和销售联合决策。研究单周期生产、多周期销售的随机产销系统，在每个销售周期每种产品的需求是独立的。因此，本问题的决策包括两点：原材料投入量和每个销售周期内各等级产品需求的满足量。该问题可构建为一个多参数的随机动态规划模型，其研究目标是使得随机产销系统在整个产销阶段的总利润最大化。通过数理分析找到了在销售阶段的最优替代销售策略，然而由于模型的动态复杂性，求解最优的原材料投入量决策模型面临巨大的工作量。因此，在比较几个相似的销售策略基础上，得到了对决策模型进行简化求解算法。算例研究表明，得到的算法能够有效地降低求解的复杂度。(2)生产和销售阶段不同步时产销系统生产和销售联合决策。研究多周期生产、多周期销售的产销决策问题，即企业按照一定的节拍生产，当第一批次产品出产后，产品销售阶段开始。按照生产节拍长度将销售阶段划分为相同的销售周期，由于客户需求是连续的，在每个销售周期对产品销售进行实时库存控制面临着困难，因此采用ATP(available to promise)控制策略对产品销售进行实时决策。首先对两产品的销售问题展开研究，得到了基于ATP的产品销售方法。在此基础上，研究多产品、多销售周期情况下基于ATP的最优原材料投入量和产品替代销售策略，并通过算例验证了所提替代销售策略的有效性。(3)基于客户生命周期价值的产量决策研究。通过深入分析客户生命周期价值理论，将客户生命周期价值植入到系统动力学系统模型中，证明了客户生命周期价值与系统原材料投入量的内在关联。此后，分析了原材料供应商控制的产业链产量控制问题，并以系统利润最大化为优化目标进行建模和求解。研究将客户生命周期价值作为优化目标，能够促进企业更加关注长期利润。由于生产制造的复杂性、随机性、动态性和销售时产品的替代性，进行多产品、多周期产销联合决策的建模和求解面临困难，本文在研究中得到了一些优化方法和关键技术。与现有的相关文献相比，主要的创新点在于：(1)针对现有研究多将生产和销售阶段单独研究的现状，将随机产销系统的生产和销售两阶段相结合进行集成研究，并且针对产销同步、不同步的产销系统，找到了不同的替代销售策略。(2)在产销不同步的产销系统产销决策研究中，针对随机动态规划模型求解的复杂性设计了精简算法，与传统算法相比本文设计的算法能大幅降低求解运算量。(3)将系统动力学仿真应用于产销系统中，研究了生产产量与产销系统利润的关系，并发现产销系统利润在半导体新产品上市后不久就快速下滑的现象。与传统研究方法相比，基于系统动力学的仿真能够对难以建模优化的复杂系统问题进行直观显现的仿真和分析。(4)在产销同步情况下的产销决策研究中，针对需求的连续性特征，提出了基于ATP理论的销售替代策略。通过与理想情况下的利润对比，证明了本文所提出的基于ATP理论的销售控制策略具有较好的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究目的和意义
• 1.3 研究内容和组织结构
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 组织结构
• 1.4 研究方法和技术路线
• 1.4.1 研究方法
• 1.4.2 技术路线
• 1.5 本章小结
• 第二章 文献综述
• 2.1 产品替代问题研究
• 2.2 基于替代的产品购销决策问题研究
• 2.3 基于替代的产品产销决策问题研究
• 2.4 对现有文献的评述
• 2.5 本章小结
• 第三章 生产和销售不同步的产销系统联合决策
• 3.1 概述
• 3.2 产销不同步的随机产销基础模型
• 3.2.1 模型
• 3.2.2 销售策略
• 3.2.3 模型求解
• 3.3 产品具有贬值性时的产销决策
• 3.3.1 模型
• 3.3.2 销售策略
• 3.3.3 模型求解
• 3.4 算例分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 生产和销售同步的产销系统联合决策
• 4.1 概述
• 4.2 基于 ATP 理论的销售模型
• 4.2.1 模型
• 4.2.2 模型求解
• 4.3 产销同步时基于 ATP 的产销决策
• 4.3.1 目标函数
• 4.3.2 销售策略
• 4.4 算例分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于客户生命周期价值的联合决策
• 5.1 概述
• 5.2 客户生命周期价值与产量的关系
• 5.2.1 产量决策影响因素
• 5.2.2 系统动力学模型
• 5.2.3 仿真分析
• 5.3 基于客户生命周期价值的产量控制决策
• 5.3.1 模型
• 5.3.2 销售策略
• 5.3.3 模型求解
• 5.4 算例分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士学位期间已发表或录用的论文