Multi-Agent Deep Reinforcement Learning for Multi-Echelon Inventory Management

强化学习 计算机科学 库存管理 运营管理 钢筋 运筹学 业务 人工智能 心理学 经济 数学 社会心理学
作者
Xiaotian Liu,Ming Hu,Yijie Peng,Yaodong Yang
出处
期刊:Production and Operations Management [Wiley]
卷期号:34 (7): 1836-1856 被引量:67
标识
DOI:10.1177/10591478241305863
摘要

We apply heterogeneous-agent proximal policy optimization (HAPPO), a multi-agent deep reinforcement learning (MADRL) algorithm, to the decentralized multi-echelon inventory management problems in both a serial supply chain and a supply chain network. We also examine whether the upfront-only information-sharing mechanism used in MADRL helps alleviate the bullwhip effect. Our results show that policies constructed by HAPPO achieve lower overall costs than policies constructed by single-agent deep reinforcement learning and other heuristic policies. Also, the application of HAPPO results in a less significant bullwhip effect than policies constructed by single-agent deep reinforcement learning where information is not shared among actors. Somewhat surprisingly, compared to using the overall costs of the system as a minimization target for each actor, HAPPO achieves lower overall costs when the minimization target for each actor is a combination of its own costs and the overall costs of the system. Our results provide a new perspective on the benefit of information sharing inside the supply chain that helps alleviate the bullwhip effect and improve the overall performance of the system. Upfront information sharing and action coordination in model training among actors is essential, with the former even more essential, for improving a supply chain's overall performance when applying MADRL. Neither actors being fully self-interested nor actors being fully system-focused leads to the best practical performance of policies learned and constructed by MADRL. Our results also verify MADRL's potential in solving various multi-echelon inventory management problems with complex supply chain structures and in non-stationary market environments.
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