单件订单外包报价与加工调度分散决策问题研究

In many industries, customer orders are described as jobs due to their heterogeneity in manufacturing process. Each job has distinct revenue, due date and processing time. Considering production capacity, process cost and profit etc., the firm processes any order in-house or subcontracts it to the third party for processing. In decentralized decision making scenarios, order subcontracting pricing and production scheduling issues bring many academic opportunities to researchers. For the different system structure consisting of players, their marketing positions and privacy information status, the project first constructs Stackelberg game, auction, bargaining and cooperative game models. Then, the project tries to clarify the structural characteristic and decision-making mechanism of the models, and identifies the underlying principles which induce the players to rationally adopt global optimal scheme. In order to analyze the underlying principle and develop some algorithms to realize the decisions of players, the study needs to apply games and scheduling theory, and uses skillfully approaches from operations research and combinatorial optimization. Thus, the study is difficult and challenge. The study results not only push academic development on production and outsourcing operation management, but also provide insights and technological methods for some industrial practices.

在一些工业行业中，客户订单产品因其异质性加工制造时常被描述为单件订单。每个单件具有不同的市场加工收益、交货期要求和加工时间。基于生产能力、成本与收益等因素考量，制造商可内部加工订单或外包给代工企业加工。制造商与代工企业之间的单件订单外包报价与加工调度分散决策场景给运作管理学者提出了许多有待研究的学术问题与机会。本项目针对不同主体企业结构及其不同市场地位与信息公开情况，拟构建主从博弈、拍卖机制、谈判博弈以及合作博弈等分散决策问题模型，研究理性自利的多主体企业决策行为生成系统结果的结构特征及决策机理，以及多主体企业自愿接受社会效用优化方案的内在规律。项目研究需要综合运用博弈论和调度理论、以及组合优化与运筹学方法技巧来分析系统决策规律和提出实现决策的算法，具有极大的学术挑战性。本项目研究成果将丰富和拓展生产与外包运作管理学术研究，为工业实践提供管理启示与技术方法支持。

产品定制化是当今制造业发展趋势，一些定制化产品在加工制造及交付客户过程中，可描述为具有不同市场加工价格、加工时间和交货期要求的单件订单。借助工业信息交易平台的单件产品外包及后台加工制造通常是多方主体参与的分散决策系统。但目前国内外学术界就这些分散决策场景的研究成果很有限。本项目展开决策机制设计、理论分析和算法实现研究，通过突破关键科学问题，旨在推动运作管理学术发展和服务于工业界实践。. 项目基于工业背景提炼了若干单件订单外包与加工调度分散决策问题。针对所提炼的决策问题，研究内容包括：（1）就决策主体不同市场地位和不同信息透明情况，考虑单件订单异质性所导致的加工制造能力动态性，以外包报价为主导，分别设计实现各种系统决策的双方谈判机制或多主体方参与的拍卖机制。运用博弈论和组合优化理论方法，理论推导和严格证明谈判机制和拍卖机制决策规律。（2）由于各种谈判或拍卖机制中的外包单件订单选择与加工调度问题几乎是NP难的，研究提出启发式算法、动态规划算法、拉格朗日松弛算法或人工蜂群算法等分别求解问题，并通过大量计算仿真来验证算法有效性。（3）通过理论与计算相结合方法对具体分散决策问题及实现机制性能进行分析。. 项目研究成果包括，设计的谈判机制或拍卖机制；谈判机制均衡解及最优解存在性理论结果；拍卖机制的激励相容性和歧视性定价理论结果；实现决策问题的高性能优化算法；谈判或拍卖机制的无秩序代价和社会效用的理论与实验分析结果。这些理论方法成果有力地推动了该领域学术发展，对工业界管理实践具有重要启发指导意义。