Design, simulation and analysis of collaborative strategies in multiagent systems: The case of supply chain management - TEL - Thèses en ligne Access content directly
Theses Year : 2004

Design, simulation and analysis of collaborative strategies in multiagent systems: The case of supply chain management

Conception, simulation et analyse de stratégies collaboratives dans des systèmes multi-agents : Le cas de la gestion de chaînes logistiques

Thierry Moyaux

Abstract

A supply chain is a set of companies that manufacture and distribute products to end-customers. We model each company as an intelligent agent to study the ``bullwhip effect'', that is, the amplifcation of the variability in orders placed by companies. This phenomenon can also be seen as a particular case of stream fluctuations in a distributed system. Such fluctuations incur costs due to higher inventory levels and supply chain agility reduction. This cost has been estimated at 40-60 million USD for a 300 kton paper mill.

Since the bullwhip effect is due to a lack of coordination, we propose two principles that any coordination mechanism should respect: (i) ordering what is ordered from us eliminates the bullwhip effect but do not manage inventory, and (ii) companies should react only once to each market consumption change. In order to validate these two principles, we simulate a forest supply chain called the Québec Wood Supply Game. This game is used to teach the bullwhip effect. Each company-player is modelled as an intelligent agent applying a given ordering rule. For this simulation, we have designed two rules that respect our two principles.

Firstly, we compare experimentally the efficiency of these two rules with five other rules. We assume here that the supply chain is homogeneous, that is, every company uses the same ordering rule. In this way we check that our two coordination mechanisms, i.e., our two ordering rules, are efficient for the supply chain as a whole.

Secondly, we stop assuming the supply chain is homogeneous to carry out additional simulations in order to build a game. The analysis of this game according to Game Theory shows that companies do not have incentive to cease unilaterally from using our two coordination mechanisms (Nash equilibrium).
Une chaîne logistique est composée d'entreprises fabriquant et distribuant des produits aux consommateurs. En modélisant chacune de ses entreprises comme un agent intelligent, nous étudions l'effet "coup de fouet" (Bullwhip effect) qui s'y propage. Cet effet est une amplification de la variabilité de la demande lorsque l'on s'éloigne du client final. On peut aussi voir ce phénomène comme un cas particulier de fluctuations des flux dans un système distribué. Ces fluctuations réduisent l'efficacité de la chaîne logistique, principalement du fait de l'élévation des niveaux d'inventaire et de la réduction de l'agilité. On estime que ce phénomène coûterait de 40 à 60 millions USD pour une papetière de 300 kilotonnes.

L'effet coup de fouet étant provoqué par un manque de coordination entre les agents, nous proposons deux principes qui doivent inspirer tout mécanisme de coordination, à savoir : (i) commander ce que l'on nous commande élimine l'effet coup de fouet mais ne gère pas les inventaires, et (ii) les entreprises ne devraient réagir qu'une seule fois à chaque changement dans la consommation du marché. Afin de valider ces deux principes, nous simulons une chaîne logistique forestière appelée le Jeu du Bois Québécois. Ce jeu permet d'enseigner ce qu'est l'effet coup de fouet. Chaque joueur-entreprise y est modélisé par un agent intelligent appliquant une stratégie donnée pour passer ses commandes. À cet effet, nous avons conçu deux stratégies suivant nos deux principes.

Dans un premier temps, nous comparons expérimentalement l'efficacité de ces deux stratégies avec cinq autres stratégies. Nous supposons ici que la chaîne logistique est homogène, c'est-à-dire que toutes ses entreprises utilisent la même stratégie de commande. Nous vérifions ainsi que nos deux mécanismes de coordination, implémentés sous la forme de stratégies, sont efficaces pour la chaîne logistique dans son ensemble.

Dans un second temps, nous cessons de supposer la chaîne homogène pour faire davantage de simulations nous permettant de construire un jeu. En analysant ce jeu avec la Théorie de Jeux, nous vérifions que les entreprises n'ont pas intérêt d'arrêter unilatéralement d'utiliser nos deux mécanismes de coordination (équilibre de Nash).
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Dates and versions

tel-00091295 , version 1 (05-09-2006)

Identifiers

  • HAL Id : tel-00091295 , version 1

Cite

Thierry Moyaux. Design, simulation and analysis of collaborative strategies in multiagent systems: The case of supply chain management. Networking and Internet Architecture [cs.NI]. Université Laval, 2004. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00091295⟩

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