機械設備供應商網絡復雜性分析

顏繼鵬 趙清華

摘要：為了提高制造企業對設備供應商的管理水平，提出了基于復雜網絡理論的設備供應商網絡分析方法。首先，將功能相對獨立的設備子模塊和設備供應商抽象為網絡的節點，它們之間的關系抽象為邊，構建了供應商網絡。其次，定義了網絡的相關度量指標，如度、介數等，作為網絡分析得依據。最后，以數控加工中心為例，驗證了本方法的可行性。

關鍵詞：設備供應商；復雜網絡；復雜性分析

中圖分類號：F407文獻標識碼： A

Complexity Analysis of Mechanical Equipment Suppliers

Author

Abstract: In order to improve the management level of equipment suppliers, an analysis method of equipment suppliers based on complex network theory. Firstly, the supplier network is constructed, in which the nodes are abstracted from the equipment and suppliers and the edges are abstracted from the relationship between nodes. Then, some characters of network are defined, such as degree and betweenness. Finally, a NC is studied as an example to illustrate feasibility of the method.

Key Words: Equipment supplier; Complex network theory; Complexity analysis

引言

機械設備向著精密化、復雜化的角度發展，因此在設備制造過程中需要多家供應商協同參與，共同完成制造過程。如何充分利用外部資源，通過對供應商的整合來提高供應商管理水平，提升企業的整體效率、降低運行成本，對于企業發展具有重要意義。目前對于設備供應商管理的研究集中在供應商管理模式、管理績效評價、管理策略和特定行業的應用研究等幾個方面[1-4]。以上的研究多是著眼于整體供應鏈，從整體的角度構建、分析供應鏈的性能指標。從具體設備的角度出發，構建設備供應商網絡，進行復雜性分析，對于精確控制設備供應商網絡性能，提高設備設計制造過程可靠性，具有一定的意義。

設備供應商網絡的構建

機械設備可以依據功能獨立原則分解為多個相對獨立的子模塊。其中，一個子模塊可以由多家供應商進行供應，一家供應商也可以提供多個子模塊，因此供應商和設備模塊可以形成一個網絡，稱之為設備供應商網絡。

從復雜網絡角度，網絡可以表示為，其中表示網絡內的節點，表示網絡內的節點間的邊，表示網絡內的節點間邊的權重[5]。下面將從這幾個方面論述設備供應商網絡的生成。

節點

網絡中的節點有兩類，設備節點和供應商節點。設備節點是指在制造過程中，對設備進行合理劃分后得到的子單元，一般作為一個獨立部分處理，比如機床的床身等。對于設備節點的劃分層次有粗有細，取決于制造的實際需要，一般要考慮功能和結構正交的原則。供應商節點是指為設備節點提供設備的節點，是由實際供應商抽象而來的。一個供應商節點可以供應多個設備節點，同理，一個設備節點也可以由多個供應商節點進行供應。

邊

邊也有兩類，設備節點間的邊和設備節點與供應商節點間的邊。設備節點間的邊表示設備間的裝配關系，而設備節點與供應商節點間的邊則表示供應關系。目前沒有考慮供應商之間的關系。

權重

本文中權重取0-1，即節點間有邊的，權重為1，反之為零。

供應商網絡構建方法

在獲得網絡的元素后，網絡的構建可以根據如下順序進行：

Step：1 對選定的設備依據功能獨立原則進行分解，得到子模塊；

Step：2為每個子模塊分配合適的設備供應商；

Step：3 構建網絡；

Step：4 檢查網絡。如果符合要求，則結束。否則轉向Step1。

網絡分析指標

從抽象網絡的角度看，所有的網絡都可以用一些特定的指標進行描述，如度、介數、聚集系數、平均聚集系數和魯棒性等。通過這些指標可以反映網絡的某些特性，為我們了解和改進網絡性能提供幫助。

典型拓撲特性指標

拓撲指標是指描述網絡自身特性的指標，對于復雜網絡來說，一些指標是通用的，比如度、介數等。這些指標從不同的 角度描述了網絡的特性，可以通過這些指標來發現和控制網絡的質量，已達到提高供應商管理的目的。

表 1 復雜網絡拓撲指標

指標名稱 表達式 意義

度 網絡中與該節點相連的節點的數目

介數 節點在網絡中的重要性

聚集系數 量化網絡中節點聚集成團的趨勢

平均聚集系數 網絡中所有節點的聚集系數的平均值

魯棒性 網絡中一個或數個節點發生隨機故障或者遭受蓄意攻擊后，網絡仍能保持聯通的特性

需要指出的是，上表中的意義是指節點在網絡中的抽象意義。結合具體的網絡語境，可以對其進行擴展，得到新的物理意義。

下面以節點的度為例，描述拓撲指標的物理意義。節點度的基本意義是指與該節點相連的節點的數目，分為出度和入度。結合供應商網絡的具體意義，可以將度的意義拓展。針對設備節點來說，重點考察的是節點的入度，即該節點可以由多少節點供應，表示該設備可以由多少供應商提供；對于供應商節點來說，重點考查的是其出度，即該節點可以為多少節點提供服務，表示該供應商可以提供多少設備。

其余指標的意義在此不再贅述，可參照該方法進行擴展。

算例

為了驗證本文提出的方法，下面以某型號的數控加工中心為例，構建了供應商網絡，并對其中的指標進行了討論。

圖 1 數控加工中心及供應商網絡

該數控中心的三維模型如圖1中的（a）所示，可以分解為基礎部分、自動換刀裝置、主傳動系統、伺服進給系統等功能相對獨立的子模塊。各個子模塊的供應商包括西門子、德瑪吉、三菱等，如圖1中（b）部分所示。因為供應商較多，這里只給出了部分。根據文中提出的建模方法，可以構建出數控加工中心的供應商網絡，如圖1中的（c）部分所示，一共80個節點，包括21個設備節點，59個供應商節點。

通過計算，可以得到設備節點的入度，如圖2所示。從圖中可以看出，大部分設備的供應商較為充足，可以滿足制造過程需要。節點12,9和15的入度較小，說明所對應的設備模塊的供應商較少，存在一定的供應風險，應該提高這些節點的供應商數量，以保證制造過程的順利進行。

圖 2 設備節點入度

供應商節點的出度如圖3所示。從圖中可以看出，節點29對應的供應商出度最高，說明該供應商的供應能力更強，可以為設備制造過程提供更多的支持。而節點38到節點43，節點61到節點80所對應的供應商的出度較低，說明這些供應商的功能應能力較弱，只能為制造過程提供部分支持。在供應商管理過程中，要注意出度高的節點的管理，適當擴大出度低節點的數量，一方面可以保證設備的供應，另一方面可以擴大選擇的范圍。

圖 3 供應商節點出度

網絡節點的介數如圖4所示。從圖中可以看出，只有少量節點具有較大的介數，大部分節點的介數都非常小。該現象的物理解釋就是，該網絡是一個嚴重異質的網絡，少數節點起到非常重要的作用，大部分節點起的作用都很小。

圖 4 網絡節點介數

網絡節點的聚集系數如圖5所示。聚集系數表征的是網絡中節點的交匯和合作程度，從圖中可以看出，設備節點的聚集系數較高，供應商節點的聚集系數很低。通過網絡的物理意義可以給出相應的解釋：所有供應商節點的都指向設備節點，因此設備節點的聚集系數較高；而供應商節點間不存在合作關系，因此聚集系數較低。

圖 5 網絡節點聚集系數

網絡的魯棒性如圖6所示，給出了隨機出錯和蓄意攻擊情況下的網絡效率。通過圖中可以看出，在隨機出錯情況下，大約25%的節點出錯后，網絡的效率會下降至原來的一半。在蓄意攻擊情況下（按照節點介數高低進行刪除），在15%的節點出錯是，效率就會下降為原來的一半，因此該網絡具有一定的魯棒性。

圖 6 網絡魯棒性

結論

本文從復雜網絡理論出發，提出了機械設備供應商網絡的概念，并對網絡的生成、常規指標計算等進行了詳細討論，并以某型號數控加工中心為例對本文提出的方法進行了驗證。通過以上研究，可以得出如下結論：

1）從產品角度出發，采用復雜網絡理論構建供應商網絡，可以更好地發現設備供應過程中的薄弱環節，提高供應商管理水平

2）網絡的拓撲指標具有特定的物理意義，在不同的語境下可以進行擴展，得到新的物理意義，用來指導網絡研究

3）通過某型號數控加工中心的算例，表明了本文方法的可行性。

參考文獻

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[3] 陳憬, 徐迪. 供應商管理在跨國機械制造企業的應用[J]. 廈門大學學報（自然科學版）,2003,42:15-19.

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[5] Newman M E J. The structure and function of complex networks [J]. SIAM Review, 2003(02):.