南水北調(diào)供應(yīng)鏈中信息變換效應(yīng)的量化分析

隨著時(shí)間的推移，“基于需求的開發(fā)”和“基于技術(shù)經(jīng)濟(jì)的優(yōu)化”的理念、制度和技術(shù)方法已從“信任需求”轉(zhuǎn)變?yōu)椤盎谛枨蟮目刂坪徒y(tǒng)一管理”。溝通協(xié)調(diào)和發(fā)展。從20世紀(jì)70年代開始,歐美發(fā)達(dá)國(guó)家已認(rèn)識(shí)到,要適應(yīng)水資源開發(fā)、配置與管理的新時(shí)期特征,必須更新觀念,突破原有思想定式,以更加廣闊的眼界來考察水資源開發(fā)、配置與管理問題。對(duì)我國(guó)水資源系統(tǒng)運(yùn)行管理現(xiàn)實(shí)狀態(tài)的分析表明,我國(guó)水資源開發(fā)、配置和管理也正在經(jīng)歷著歐美發(fā)達(dá)國(guó)家已出現(xiàn)的變化。南水北調(diào)東線水資源系統(tǒng)是一個(gè)多流域、多水源、多目標(biāo)的復(fù)雜水資源大系統(tǒng),供水、防洪、排澇、航運(yùn)并舉,涉及五個(gè)省市和眾多用水部門利益。該系統(tǒng)將在社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制下運(yùn)行,如此復(fù)雜的系統(tǒng)在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)環(huán)境中運(yùn)行,是我國(guó)水資源配置與運(yùn)行調(diào)度從未遇到過的新課題,國(guó)外也未見有現(xiàn)成經(jīng)驗(yàn)可供借鑒。本文將探討供應(yīng)鏈管理理論與方法應(yīng)用于南水北調(diào)管理的可行性,并對(duì)其中關(guān)鍵問題進(jìn)行分析。1基于供應(yīng)鏈管理的流程再造供應(yīng)鏈?zhǔn)侵赣稍牧系墓?yīng)商、制造商、分銷商、零售商、顧客等成員,通過上、下游成員的連接組成的鏈狀結(jié)構(gòu)或網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在供應(yīng)鏈中,每個(gè)環(huán)節(jié)不同的生產(chǎn)過程與生產(chǎn)活動(dòng)都創(chuàng)造了產(chǎn)品或服務(wù)的價(jià)值,同時(shí)增加了產(chǎn)品或服務(wù)的成本,在其結(jié)束時(shí)形成中間產(chǎn)品或服務(wù),是通過最終產(chǎn)品一齊轉(zhuǎn)移到顧客手中。顧客購買產(chǎn)品或服務(wù)是對(duì)整個(gè)供應(yīng)鏈的認(rèn)可(不僅是最終產(chǎn)品)。供應(yīng)鏈的首尾是“供”與“需”兩方面,故亦可稱為供需鏈,實(shí)質(zhì)包含從“供”到“需”全過程的所有環(huán)節(jié)。供應(yīng)鏈管理強(qiáng)調(diào)用系統(tǒng)的觀點(diǎn),尋求使供應(yīng)鏈帕累托整體最優(yōu),而不是局部最優(yōu)。對(duì)其物流、信息流進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計(jì)和控制,對(duì)成本流(即資金流)進(jìn)行分解與控制,使供應(yīng)鏈中成員獲得相應(yīng)利益的一種管理理念。本文基于以下方面的分析,論述將供應(yīng)鏈引入到南水北調(diào)運(yùn)營(yíng)管理是可行的,并且能夠解決傳統(tǒng)理論和方法難以處理的問題:(1)南水北調(diào)水資源系統(tǒng)通過上、下游子系統(tǒng)連接,形成一條串型的供需鏈狀結(jié)構(gòu)的供應(yīng)鏈。對(duì)這條供應(yīng)鏈的管理包括從“供”到“需”全過程中的所有環(huán)節(jié)的管理,這樣就避免了傳統(tǒng)的水資源配置與調(diào)度僅僅側(cè)重供水和需水兩端點(diǎn),對(duì)于中間環(huán)節(jié),一般只是從技術(shù)角度研究(如輸水管線的規(guī)模尺寸,工程設(shè)施,調(diào)度方法等),而在用戶需求、效益成本比、服務(wù)質(zhì)量等方面考慮較少。(2)在水資源系統(tǒng)供應(yīng)鏈中,物流涉及有關(guān)水的安全及時(shí)輸送和輸水過程中水質(zhì)的保護(hù)等;信息流涉及有關(guān)水的需求預(yù)測(cè)、供需信息的傳遞、對(duì)水質(zhì)水量的監(jiān)控及預(yù)警等,信息不完全和信息畸變往往是困擾水資源復(fù)雜大系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的重要因素之一;資金流涉及有關(guān)水市場(chǎng)的研究、水價(jià)的制定以及收入分配問題等。特別是在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下,不確定性有可能誤導(dǎo)決策。通過對(duì)水資源系統(tǒng)供應(yīng)鏈中物流、信息流進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)劃和控制,對(duì)資金流進(jìn)行分解與控制,使水資源系統(tǒng)中物流、信息流等合理有序,以及改進(jìn)運(yùn)營(yíng)管理是必要的也是可行的。(3)在水資源系統(tǒng)成員的供需關(guān)系中,供方和需方也可以定義為賣方和買方,只有當(dāng)買、賣雙方組成的結(jié)點(diǎn)間產(chǎn)生正常的交易時(shí),才發(fā)生物流、信息流、資金流的流動(dòng)或交換。表達(dá)這種流動(dòng)或交換的方式之一就是契約關(guān)系,供應(yīng)鏈上的成員通過建立契約關(guān)系來協(xié)調(diào)買方(需方)和賣方(供方)的利益。(4)供應(yīng)鏈本身就是市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)物,采用供應(yīng)鏈研究南水北調(diào)水資源配置與調(diào)度問題,能夠適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)下的管理體制。在南水北調(diào)供應(yīng)鏈中不以組織機(jī)構(gòu)和行政隸屬關(guān)系作為支撐,而以強(qiáng)調(diào)合作和簽定契約作為管理職能實(shí)施的基礎(chǔ)。通過供需“協(xié)議”,實(shí)現(xiàn)“溝通與協(xié)調(diào)”。2景觀生態(tài)原理根據(jù)《南水北調(diào)東線工程規(guī)劃》,南水北調(diào)東線工程將分三期進(jìn)行建設(shè)。根據(jù)《規(guī)劃》中制定的管理體制及運(yùn)作方式,一期工程劃分為三個(gè)子系統(tǒng),即江蘇水資源系統(tǒng)、南四湖水資源系統(tǒng)和山東水資源系統(tǒng),各系統(tǒng)之間以協(xié)議規(guī)定的供水過程圖(供水負(fù)荷圖或稱供水網(wǎng)絡(luò)圖)相連接(見圖1)。一期工程三個(gè)子系統(tǒng)之間通過上、下游供需各方聯(lián)結(jié)而成串行鏈狀結(jié)構(gòu)。各子系統(tǒng)是南水北調(diào)東線供應(yīng)鏈中的成員。每個(gè)子系統(tǒng)內(nèi)部,又可分為若干個(gè)子成員,且又構(gòu)成水資源子系統(tǒng)供應(yīng)鏈。一期工程從揚(yáng)州市的江都抽引長(zhǎng)江水,利用京杭大運(yùn)河及與其平行的河道逐級(jí)提水北送,并連接在輸路線中起調(diào)蓄作用的洪澤湖、駱馬湖、南四湖、東平湖,向山東等地送水。在供應(yīng)鏈的主鏈結(jié)構(gòu)上,以調(diào)水線路上的各個(gè)調(diào)蓄湖泊作為節(jié)點(diǎn)地區(qū),每一個(gè)節(jié)點(diǎn)湖泊周圍都存在一個(gè)網(wǎng)狀的供水系統(tǒng),所以在每一個(gè)節(jié)點(diǎn)湖泊周圍又都存在一個(gè)子供應(yīng)鏈。南水北調(diào)供應(yīng)鏈上的節(jié)點(diǎn)成員通過建立契約關(guān)系協(xié)調(diào)需方和供方的利益,并以實(shí)現(xiàn)帕累托整體最優(yōu)作為管理目標(biāo)。即使供應(yīng)鏈達(dá)不到最佳,也可能存在帕累托最優(yōu)解(任何形式的資源重新配置,都不可能使至少有一人受益而同時(shí)又不使其他任何人受損害的資源配置狀態(tài)),以保證每一方的利益至少不比原來差。帕累托最優(yōu)是由意大利經(jīng)濟(jì)學(xué)家帕累托(V.Pareto)提出的一個(gè)經(jīng)濟(jì)學(xué)概念,即在某種既定的資源配置狀態(tài),任何改變都不可能使至少一個(gè)人的狀況變好,而又不使任何人的狀況變壞。而這個(gè)“最優(yōu)的狀態(tài)”,就被人們稱為“帕累托最優(yōu)”。通俗的解釋就是在資源配置過程中,經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的各個(gè)方面,不但沒有任何一方受到損害,而且社會(huì)福利要盡可能實(shí)現(xiàn)最大化,社會(huì)發(fā)展要達(dá)到最佳狀態(tài)。南水北調(diào)供應(yīng)鏈帕累托最優(yōu)原則,是有利于水資源的統(tǒng)一管理和合理配置,使南水北調(diào)供應(yīng)鏈的整體效率達(dá)到最優(yōu)。如果南水北調(diào)供應(yīng)鏈上的某個(gè)節(jié)點(diǎn)成員為了自身利益制定了供需水計(jì)劃,可能得到了局部最優(yōu)解,但損害了供應(yīng)鏈的整體利益,其結(jié)果會(huì)由于整體供應(yīng)鏈運(yùn)作績(jī)效的下降,而導(dǎo)致該節(jié)點(diǎn)成員的自身利益也實(shí)際下降。供應(yīng)鏈管理強(qiáng)調(diào)的是帕累托最優(yōu),即整體最優(yōu),而不是局部最優(yōu)。3《北海供應(yīng)鏈運(yùn)營(yíng)管理合同》3.1完善源配置效率定義南水北調(diào)供應(yīng)鏈契約如下:南水北調(diào)供應(yīng)鏈契約是指通過提供合適的信息和激勵(lì)措施,保證水資源的買賣雙方協(xié)調(diào),優(yōu)化水資源配置效率的有關(guān)條款,即使供應(yīng)鏈達(dá)不到最好的協(xié)調(diào),也可能存在帕累托最優(yōu)解,以保證每一方的利益至少不比原來差或者水資源的配置效率得到一定程度的提高。南水北調(diào)供應(yīng)鏈各個(gè)節(jié)點(diǎn)地區(qū)之間訂立的契約條款的基本內(nèi)容包括:①用水定價(jià),②水質(zhì)要求,③水量的時(shí)間分配,④最少輸水量限制,⑤隨機(jī)需求,⑥水量損失,⑦輸水提前期的確定,⑧違規(guī)行為約束等。3.2委托-代理契約關(guān)系模型信息經(jīng)濟(jì)學(xué)中的委托-代理理論主要研究在涉及非對(duì)稱信息的交易中,委托人確保代理人按委托人意志行事的能力問題。本文引入委托-代理理論構(gòu)建南水北調(diào)供應(yīng)鏈契約關(guān)系模型。在南水北調(diào)供應(yīng)鏈中供水和需水方進(jìn)行博弈,供水方占主導(dǎo)地位,一般由它來對(duì)所屬的整個(gè)節(jié)點(diǎn)子網(wǎng)進(jìn)行組織、協(xié)調(diào)和控制。供水方擁有對(duì)水商品的信息優(yōu)勢(shì),而需水方對(duì)水商品的信息擁有處于劣勢(shì)。供水方出于自身利益最大化的動(dòng)機(jī)來最大化節(jié)點(diǎn)子網(wǎng)或整個(gè)供應(yīng)鏈的利益時(shí),需要需水方的配合與協(xié)作。而需水方只能通過契約來約束供水方的行為。供、需雙方在設(shè)計(jì)激勵(lì)和約束契約條款時(shí),必須兼顧雙方的利益。根據(jù)信息經(jīng)濟(jì)學(xué),給出關(guān)于南水北調(diào)供應(yīng)鏈委托-代理契約以下定義:非對(duì)稱信息:在博弈中,南水北調(diào)供應(yīng)鏈中的供需方所掌握的信息存在不對(duì)稱,對(duì)水資源商品來說,供水方擁有需水方所不擁有的信息。委托方:從信息經(jīng)濟(jì)學(xué)角度分析,需水方對(duì)水商品的成本、水質(zhì)等信息不了解,處于信息劣勢(shì),因此需水方是委托方。代理方:相應(yīng)于委托方而言,供水方了解水商品的成本、水質(zhì)等信息,具有信息優(yōu)勢(shì),因此,供水方是代理方。南水北調(diào)供應(yīng)鏈中的成員一方面是其下游的供水方,同時(shí)又是上游的用水方,這就承擔(dān)了對(duì)上是委托方,對(duì)下是代理方的多重角色。例如,在東線一期工程供應(yīng)鏈中的主鏈和子鏈上分別構(gòu)成了多層的委托代理關(guān)系。主鏈上的南四湖,對(duì)其上一級(jí)湖泊駱馬湖是委托方,對(duì)下級(jí)東平湖是代理方,本身承擔(dān)了代理-委托的雙重身份。同理在子鏈上,南四湖對(duì)水商品處于信息優(yōu)勢(shì),是代理方,用水地區(qū)處于信息劣勢(shì),是委托方。南水北調(diào)東線供應(yīng)鏈委托-代理契約關(guān)系模型中的參數(shù)符號(hào)的意義表示如下:A表示代理(供)方所有可選擇的行動(dòng)的組合,這里的行動(dòng)主要是指水質(zhì)和價(jià)格的選擇;a∈A表示代理方的一個(gè)特定行動(dòng);θ為不受代理(供)方和委托(需)方控制的外生隨機(jī)變量(自然狀態(tài));G(θ)和g(θ)為假設(shè)委托方認(rèn)為θ在Θ上的分布函數(shù)和分布密度,Θ是θ的取值范圍;F(θ)和f(θ)為代理方認(rèn)為θ在Θ上的分布函數(shù)和分布密度;π(a,θ)為a和θ共同決定一個(gè)可觀測(cè)的結(jié)果,在這里為了分析的方便直接用π(a,θ)來表示委托方的用水支出;ν(π-s(x))和u(s(π))-c(a)分別為委托方和代理方的效用函數(shù);s(π)為委托方為使代理方提高水質(zhì)或降低價(jià)格而設(shè)計(jì)的激勵(lì)合同;c(a)為代理方合作提高水質(zhì)或降低價(jià)格的貨幣化成本。不失一般性,我們認(rèn)為π是a的嚴(yán)格遞增的凹函數(shù),π是θ的嚴(yán)格增函數(shù),其中:ν′>0,ν″≤0;u′>0,un≤0;c′>0;c″>0。即委托方和代理方都是風(fēng)險(xiǎn)厭惡者或風(fēng)險(xiǎn)中性者,代理方的提高水質(zhì)和降低價(jià)格的負(fù)效用和邊際負(fù)效用是遞增的。委托(需水)方的問題就是選擇a和s(π)以最大化其期望效用,數(shù)學(xué)表示為但是契約中必須要考慮代理(供水)方的利益,所以委托(需水)方要面臨來自代理方的兩個(gè)約束,即個(gè)人理性約束和激勵(lì)相容約束。個(gè)人理性約束(IR)是指代理方從接受合同中得到的期望效用不能小于不接受合同時(shí)能得到的最大期望效用,這一最大期望效用是由代理方面臨的其它市場(chǎng)機(jī)會(huì)選擇,在東線一期工程主鏈上,面臨是供給下一級(jí)節(jié)點(diǎn)湖泊,還是其子供應(yīng)鏈的供水系統(tǒng);在子鏈上,面臨的是多個(gè)用水單位之間的選擇,可以稱為保留效用,用uˉuˉ表示。個(gè)人理性約束(IR)可以表示為委托(需水)方的激勵(lì)約束(IC)是指任何委托方希望的行動(dòng)都只能通過理性的代理(供水)方的效用最大化行為實(shí)現(xiàn)。表示如下:顯然委托-代理模型就可以化為一個(gè)最優(yōu)化問題,式(1)為目標(biāo)函數(shù),式(2)和式(3)代表約束條件,滿足式(1)～式(3)的解是穩(wěn)定解。委托(需水)方的期望效用ν依賴于代理(供水)方的行動(dòng)a,由于a的不同,導(dǎo)致需水方效用值的不同。需水方從自身利益出發(fā),在供水方參與約束和激勵(lì)約束條件下,達(dá)到代理(供)委托(需)雙方的帕累托最優(yōu),實(shí)現(xiàn)水資源的有效配置。由于參與約束的存在,委托方必須對(duì)代理方提供足夠的激勵(lì)s。代理方為最大化自身的效用,傾向于放松水質(zhì)要求從而降低成本。作為委托方而言,必須重視供方的變化,設(shè)計(jì)合理的價(jià)格激勵(lì)機(jī)制,提高合作的積極性。代理和委托方的合作實(shí)際上是一種實(shí)現(xiàn)水資源配置和調(diào)度的博弈過程。4控制或抑制信息變換效應(yīng)水資源復(fù)雜大系統(tǒng)的配置與調(diào)度,不確定性的因素很多,從本質(zhì)上講這種不確定性主要來源于需求預(yù)測(cè)信息的準(zhǔn)確度和決策信息的可獲得性、透明性及可靠性。信息不完全往往是困擾水資源復(fù)雜大系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的重要因素之一,特別是在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下,不確定性有可能誤導(dǎo)錯(cuò)誤決策。在供應(yīng)鏈中,下游節(jié)點(diǎn)需水量或供水量發(fā)生波動(dòng)時(shí),這種波動(dòng)信息在向上游節(jié)點(diǎn)地區(qū)和節(jié)點(diǎn)湖泊傳遞的過程中,會(huì)逐級(jí)發(fā)生扭曲和畸變。對(duì)于這種現(xiàn)象,本文定義為“信息變換效應(yīng)”。與一般的供應(yīng)鏈中的“牛鞭效應(yīng)”不同,在南水北調(diào)供應(yīng)鏈中的這種信息變換效應(yīng)不僅指鏈中傳送的信息會(huì)逐級(jí)發(fā)生扭曲放大現(xiàn)象,而且存在鏈中傳送的信息會(huì)逐級(jí)發(fā)生扭曲縮小現(xiàn)象。“信息變換效應(yīng)”的存在可能會(huì)使得調(diào)水系統(tǒng)的上游輸出水量大于(小于)甚至是遠(yuǎn)大于(小于)下游節(jié)點(diǎn)的需(供)水量,從而造成水資源的浪費(fèi)和成本的增加,難以實(shí)現(xiàn)水資源的優(yōu)化配置。因此控制或抑制信息變換效應(yīng)的能力是南水北調(diào)供應(yīng)鏈最為重要的性能指標(biāo),也是南水北調(diào)運(yùn)營(yíng)中最為重要的績(jī)效指標(biāo)。以南水北調(diào)東線為例,在供應(yīng)鏈中,“信息變換效應(yīng)”現(xiàn)象形成的原因主要有以下幾個(gè)方面:(1)用水部門和地區(qū)的需水量預(yù)測(cè)以洪澤湖為例,該湖泊向下游東平湖輸送的水量主要是根據(jù)上游駱馬湖對(duì)它的輸入量、洪澤湖周邊地區(qū)的用水量以及下游湖泊各個(gè)用水部門和地區(qū)的需水量等作為輸出水量預(yù)測(cè)的依據(jù)。利用下游節(jié)點(diǎn)需水量來預(yù)測(cè)需求是導(dǎo)致該供應(yīng)鏈中“信息變換效應(yīng)”產(chǎn)生的主要原因之一。(2)輸水線路長(zhǎng)度輸水線路的長(zhǎng)度直接影響到調(diào)水時(shí)間以及各個(gè)調(diào)蓄湖泊要相應(yīng)地增加庫存水量。在輸水線路較長(zhǎng)的用水地區(qū),一旦出現(xiàn)用水部門水量需求的變動(dòng),則要重新計(jì)算各種參數(shù),從而增加了整個(gè)系統(tǒng)的不確定性。(3)水價(jià)波動(dòng)及當(dāng)?shù)亟邓闆r一般某一節(jié)點(diǎn)地區(qū)的水價(jià)不會(huì)經(jīng)常發(fā)生變化,但是如果水價(jià)進(jìn)行調(diào)整,則許多用水部門的用水量會(huì)發(fā)生一定程度的變化,并且有時(shí)這種變化比較劇烈。同時(shí),該地區(qū)的降水情況也會(huì)影響南水北調(diào)工程水量的需求情況。對(duì)于整個(gè)調(diào)水系統(tǒng)來說,這些需水量的變化會(huì)加大系統(tǒng)的不確定性。(4)每一個(gè)節(jié)點(diǎn)地區(qū)運(yùn)用優(yōu)化行為的結(jié)果在南水北調(diào)的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)地區(qū)的運(yùn)作都是由理性的成員所組成,他們?yōu)榱吮ＷC自己的利益最大化,可能隱瞞一些相對(duì)比較敏感的信息,同時(shí)為了能夠盡量滿足本地區(qū)用水戶的用水要求,也可能夸大顧客的需水量,這樣就人為的導(dǎo)致了信息的失真,造成供應(yīng)鏈運(yùn)行效率的下降。(5)用水量短缺時(shí)的博弈下游用水地區(qū)或用水戶在預(yù)期水量的供應(yīng)可能發(fā)生短缺,而上游節(jié)點(diǎn)地區(qū)給下游地區(qū)供應(yīng)的水量只能是下游地區(qū)提出的供水量的一個(gè)百分比,這時(shí)下游地區(qū)為了獲得更多的供水量,就會(huì)故意夸大需水的預(yù)測(cè)值,導(dǎo)致水量需求信息的扭曲和變動(dòng)。(6)供應(yīng)鏈復(fù)雜的多層次結(jié)構(gòu)南水北調(diào)水資源供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)的層次比較多,每一個(gè)節(jié)點(diǎn)地區(qū)為了避免水量短缺都會(huì)設(shè)置自己的安全庫容存量,層次越多,對(duì)用水戶需求的變動(dòng)反映越遲鈍,“信息變