基于演化博弈的供應(yīng)鏈成員實施RFID技術(shù)的投資決策分析

王文杰，趙道致

（天津大學經(jīng)濟與管理學部，天津300072）

基于演化博弈的供應(yīng)鏈成員實施RFID技術(shù)的投資決策分析

王文杰，趙道致

（天津大學經(jīng)濟與管理學部，天津300072）

針對零售商和供應(yīng)商組成的兩級供應(yīng)鏈系統(tǒng)，研究了RFID技術(shù)應(yīng)用于供應(yīng)鏈的演化機理問題。首先探討了初始投入成本、RFID技術(shù)的超額收益和上下游相互依賴關(guān)系對博弈雙方投資決策的影響。在此基礎(chǔ)上，通過引入成本分擔機制和懲罰機制，對演化模型進行Pareto改進，從理論上分析了模型存在最優(yōu)分擔比例的條件和相關(guān)管理啟示。最后，采用數(shù)值分析研究了博弈雙方相互依賴程度和零售商成本分擔比例等參數(shù)對供應(yīng)鏈演化結(jié)果的影響。研究結(jié)果表明：零售商和供應(yīng)商均實施RFID技術(shù)的概率與初始投入成本負相關(guān)，與超額收益和相互依賴程度正相關(guān)；在一定條件下，零售商存在最優(yōu)的成本分擔比例來促進供應(yīng)鏈實現(xiàn)RFID技術(shù)革新，同時適當?shù)膽土P力度有利于降低博弈方的機會主義；供應(yīng)商對零售商的依賴程度對雙方均投資RFID技術(shù)的影響更顯著。

RFID；演化博弈；激勵機制

物聯(lián)網(wǎng)是面向信息社會的全球化基礎(chǔ)設(shè)施，它使人們能夠基于已有的和演化形成中的可共同操作的信息和通訊技術(shù)，通過物（實體的或虛擬的）的互聯(lián)提供先進的服務(wù)［1］。無線射頻識別（radio frequency identification）作為物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，自出現(xiàn)以來一直倍受企業(yè)界和學術(shù)界的關(guān)注。大型零售企業(yè)沃爾瑪（Wal-Mart）、樂購（Tesco）、麥德龍（Metro）等已推廣使用RFID技術(shù)，以實現(xiàn)商品的快速轉(zhuǎn)移交付［2］。

研究表明，RFID技術(shù)能夠有效削減成本、增加收益、改善流程、提高服務(wù)質(zhì)量，實現(xiàn)了供應(yīng)鏈系統(tǒng)中產(chǎn)品的可追溯性和可見性，進而得到更加準確的信息，實現(xiàn)可靠、快速的操作過程［3］。Choi［4］建立了有無RFID技術(shù)協(xié)助的零售商補貨問題的供應(yīng)鏈模型，探討了供應(yīng)鏈上下游的風險問題和供應(yīng)鏈整體的期望收益問題，得出當RFID的標簽成本較低時，引入RFID技術(shù)是提高期望收益、降低風險的有效手段。Gaukler等［5］在（Q，R）補貨策略下研究了RFID技術(shù)對供給可視性的影響，并提出了在不確定的補貨提前期和不確定的需求環(huán)境下分析零售商如何通過RFID技術(shù)得到訂貨進度信息的問題。Whang［6］以RFID技術(shù)的采用時間為決策變量，研究了動態(tài)博弈下上下游企業(yè)的均衡策略，指出技術(shù)合作和成本分擔都可以改善RFID技術(shù)實施過程中的搭便車問題。另外，RFID技術(shù)可以有效消除庫存管理中的庫存信息不準確問題。Heese［7］在零售商和生產(chǎn)商的批發(fā)價格契約下，研究了庫存信息不準確對雙重邊際化效應(yīng)的影響，指出借助RFID技術(shù)可以實現(xiàn)上下游的信息共享，解決雙重邊際化問題，實現(xiàn)Pareto改進。Iglehart和Morey［8］用數(shù)理分析模型解決了交易誤差造成的庫存信息不準確問題，研究了單一商品在一個重新訂貨點進行補貨的庫存系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，Lee和Ozer［9］將RFID技術(shù)引入模型中，得出較小誤差可以使與交易誤差相關(guān)的存貨成本降低5.9%。Kok等［10］通過比較RFID技術(shù)應(yīng)用前后零售商和供應(yīng)商的成本變化，得出了RFID標簽的損益平衡價格，研究表明該價格與丟失商品的價值、商品損耗量、應(yīng)用RFID后仍存在的損耗量密切相關(guān)。范體軍等［11］同時考慮零售型供應(yīng)鏈中的商品錯放和損耗引起的庫存不準確問題，采用回購契約對供應(yīng)鏈進行協(xié)調(diào)，得出“商品的單位生產(chǎn)成本、庫存成本、商品錯放率、損耗率越高，供應(yīng)鏈企業(yè)投資RFID的意愿越強烈”的結(jié)論。

綜上所述，現(xiàn)有研究多集中在RFID技術(shù)對供應(yīng)鏈管理的協(xié)調(diào)和改善上，主要關(guān)注點仍為RFID技術(shù)的標簽成本，并沒有對RFID技術(shù)能否在供應(yīng)鏈庫存管理中成功應(yīng)用的內(nèi)在機理進行研究。另一方面應(yīng)用RFID技術(shù)的企業(yè)案例也表明：即使RFID技術(shù)存在明顯的技術(shù)優(yōu)勢，但在供應(yīng)鏈管理領(lǐng)域的推廣仍面臨很大問題。宋培健等［12］也指出：在市場存在網(wǎng)絡(luò)外部性的條件下，采購商對供應(yīng)商采取命令式和補貼式兩種策略均能推動供應(yīng)商采用RFID技術(shù)，但補貼式策略降低了采購商較早實施新技術(shù)的可能性。RFID技術(shù)的推廣主要取決于供應(yīng)商的決策，如Wal-Mart和美國國防部的RFID技術(shù)推廣計劃在實施初期均受到其供應(yīng)商不同程度的抵制。目前多數(shù)大型RFID項目仍然部署在美洲、歐洲、中東和非洲等地，亞太地區(qū)作為制造業(yè)務(wù)的主體，但RFID技術(shù)的市場仍有待開發(fā)。因此，本文以實際情況中較為常見的零售商和供應(yīng)商組成的合作關(guān)系為研究框架，對有限理性的供應(yīng)鏈成員投資決策行為進行分析，探討了上下游企業(yè)實施RFID技術(shù)的演化機理以及有助于技術(shù)推廣的成本分擔契約和懲罰機制，為供應(yīng)鏈投資決策提供理論建議。

1 供應(yīng)鏈成員引入RFID技術(shù)的演化博弈分析

1.1 演化博弈模型的構(gòu)建

考慮由多個零售商和多個供應(yīng)商組成的兩級分散決策供應(yīng)鏈系統(tǒng)，假設(shè)零售商之間以及供應(yīng)商之間不存在競爭關(guān)系，且均為有限理性，應(yīng)用雙種群演化博弈方法分析零售商和供應(yīng)商之間行為策略的演化穩(wěn)定性［13］。上下游獨立選擇是否引入RFID技術(shù)，若選擇實施該項技術(shù)，則雙方均需對各自的軟硬件設(shè)施進行革新并運營維護，設(shè)零售商和供應(yīng)商購置RFID技術(shù)相關(guān)設(shè)備初始投入成本分別為m和n，同時新技術(shù)的實施使得雙方的收益分別變?yōu)棣?R和π1S。若雙方對于RFID技術(shù)均持有觀望態(tài)度，選擇不實施，則短期內(nèi)雙方收益不變，分別為π0R和π0S。如果只有一方選擇引入RFID技術(shù)，則實施方需要承擔初始成本投入m或n，但同時也將獲得額外收益。Δπ′S和Δπ′R分別表示供應(yīng)商和零售商的收益增量，假設(shè)這部分收益小于所支付的投入成本，即Δπ′S＜n和Δπ′R＜m。而沒有實施的一方可能由于無法提供更好的產(chǎn)品和服務(wù)、訂貨提前期較長等原因面臨訂單數(shù)量減少或合作關(guān)系破裂等風險，該風險給企業(yè)造成的損失與該企業(yè)對實施方企業(yè)的依賴程度相關(guān)。RS表示當只有零售商選擇引入RFID技術(shù)時，供應(yīng)商將面臨的風險。RR表示當只有供應(yīng)商選擇采用時，零售商將面臨的風險。α和β分別表示零售商對供應(yīng)商的依賴程度和供應(yīng)商對零售商的依賴程度。依賴程度越高，上下游企業(yè)的合作關(guān)系越穩(wěn)定，風險給未實施方帶來損失越大。為方便闡述依賴程度對企業(yè)收益的影響，在此分別用α2RR和β2RS表示雙方?jīng)Q策不一致時，零售商和供應(yīng)商將出現(xiàn)可能的損失，進而得到供應(yīng)商和零售商策略空間為（不實施RFID，實施RFID）時的二維支付矩陣（見圖1）。

圖1 供應(yīng)商和零售商的支付矩陣

1.2 演化穩(wěn)定策略（ESS）求解

設(shè)零售商中選擇實施RFID的比例為x（0＜ x＜1），則不實施的比例為（1－x）；供應(yīng)商中實施RFID的所占比例為y（0＜y＜1），則不實施的比例為（1－y）。對零售商而言，實施RFID的適應(yīng)度為；不實施RFID的適應(yīng)度為；平均適應(yīng)度可表示為

根據(jù)Malthusian方程［14］，零售商選擇采用RFID技術(shù)的增長率˙x／x等于其適應(yīng)度減去平均適應(yīng)度，由此可得零售商選擇實施RFID技術(shù)的復制動態(tài)方程：

同理可得，供應(yīng)商選擇實施RFID技術(shù)的復制動態(tài)方程：

證明 由式（1）和式（2）可得

根據(jù)FRIEDMAN［15］提出的方法，上述演化系統(tǒng)平衡點的穩(wěn)定性可由該系統(tǒng)的Jacobi矩陣的局部穩(wěn)定性分析得到。該系統(tǒng)的Jacobi矩陣為

由此可得矩陣J的行列式和跡的值，并通過行列式和跡的值和符號判斷局部穩(wěn)定性，分析結(jié)果見表1。

表1 供應(yīng)鏈系統(tǒng)的演化穩(wěn)定結(jié)果

1.3 演化博弈影響因素分析

長期范圍內(nèi)，零售商和供應(yīng)商演化博弈的穩(wěn)定策略為（實施RFID，實施RFID）和（不實施RFID，不實施RFID），演化結(jié)果取決于零售商群體和供應(yīng)商群體的初始狀態(tài)。為促進雙方均選擇引入新技術(shù)，實現(xiàn)博弈的Pareto最優(yōu)，可借助相位圖（見圖2）來分析系影響統(tǒng)演化動態(tài)的主要因素。

圖2 供應(yīng)鏈系統(tǒng)演化相位圖

圖2 中A，B，D連成的折線是供應(yīng)鏈系統(tǒng)收斂于不同結(jié)果的臨界線。若系統(tǒng)初始狀態(tài)位于折線左下方的區(qū)域內(nèi)，則（不實施RFID，不實施RFID）為博弈雙方的最終策略；若系統(tǒng)初始狀態(tài)位于折線右上方的區(qū)域Ⅱ內(nèi)，零售商和供應(yīng)商在長期的演化博弈中均逐漸趨于選擇引入RFID技術(shù)。由鞍點D的坐標可知，四邊形OADB的面積為：

命題2 零售商和供應(yīng)商的投資決策均為實施RFID的概率與運營成本m和n負相關(guān)，與供應(yīng)鏈成員之間的相互依賴程度正相關(guān)。

證明 由式（3）可得，

即S的大小隨著供應(yīng)商的運營成本的增加而增1大，鞍點D逐漸趨近于點C（1，1），博弈雙方最終選擇不實施新技術(shù)的概率增加。該結(jié)論也在一定程度上表明：RFID技術(shù)在市場推廣的初期，由于技術(shù)不成熟、安裝成本過高等原因，供應(yīng)鏈成員即使了解新技術(shù)能夠有效提高供應(yīng)鏈管理水平，解決庫存不準確、提前期不確定等問題，但仍然抱有觀望態(tài)度。

S1是關(guān)于β的減函數(shù)，零售商對供應(yīng)商的依賴程度越高，則選擇實施RFID技術(shù)的可能性越大。同理，得到S1也是關(guān)于α的減函數(shù)。說明較高的依賴程度使得供應(yīng)鏈上下游在決策時更多地考慮對方是否實施RFID，為維持供應(yīng)鏈合作關(guān)系的穩(wěn)定性，博弈雙方將更加主動地選擇推廣新技術(shù)。

命題3 其他因素不變的情況下，無論博弈雙方是單獨進行RFID技術(shù)的實施推廣，還是同時選擇投資RFID技術(shù)，實施方收益的增量越大，零售商與供應(yīng)商實現(xiàn)（實施RFID，實施RFID）演化穩(wěn)定策略的概率越大。

綜上所述，該兩級供應(yīng)鏈系統(tǒng)最終是否能夠達到（實施RFID，實施RFID）的演化穩(wěn)定策略受到新技術(shù)運營成本、獲利能力以及相互依賴程度的影響，建立合理的成本分擔機制和監(jiān)督懲罰機制能夠協(xié)助供應(yīng)鏈實現(xiàn)Pareto改進。

2 激勵機制下供應(yīng)鏈演化博弈分析

在實際供應(yīng)鏈管理中，零售商由于庫存商品種類較多，管理更加復雜，故更愿意采用RFID技術(shù)來消除庫存環(huán)節(jié)中的商品損耗和錯放、交易錯誤等問題（如Wal-Mart），因此假設(shè)零售商有主動采用RFID技術(shù)的動機，且為鼓勵供應(yīng)商實施RFID技術(shù)，可以通過契約形式主動分擔供應(yīng)鏈運營成本，設(shè)該比例為r。同時，博弈雙方為維護上下游依賴關(guān)系的穩(wěn)定性，減少機會主義，可以設(shè)定相應(yīng)的監(jiān)督懲罰發(fā)機制，沒有實施RFID技術(shù)的一方需要向?qū)嵤┓劫r償P單位的罰金，則此時博弈雙方的支付矩陣如圖3所示。

圖3 激勵機制下供應(yīng)商和零售商的支付矩陣

設(shè)零售商中選擇實施RFID的比例為x，供應(yīng)商中實施RFID的所占比例為y。零售商采取“實施RFID”、“不實施RFID”的適應(yīng)度分別為供應(yīng)商采取“實施RFID”、“不實施RFID”的適應(yīng)度分別為

則零售商和供應(yīng)商選擇實施RFID技術(shù)的復制動態(tài)方程分別為：

命題4 長期范圍內(nèi)，零售商和供應(yīng)商協(xié)定的懲罰力度不大時，只要零售商承擔的成本不大于實施RFID技術(shù)后的收益增量，則存在最優(yōu)的成本分擔比例激勵供應(yīng)商選擇推廣RFID技術(shù)；當懲罰力度足夠大時，則無論零售商的成本分擔比例如何變化，（1，1）始終為供應(yīng)鏈的演化穩(wěn)定策略。

則

不能判斷S關(guān)于r

2

的單調(diào)性，故求二階導數(shù)得到：

當博弈雙方的懲罰力度較大時，滿足P＞max｛m－Δπ′R，n－Δπ′S｝，那么由穩(wěn)定性定理可知，（1，1）為該演化博弈唯一的穩(wěn)定策略，零售商和供應(yīng)商初始時實施RFID技術(shù)的比例x，y取任何值，以及成本分擔比例如何變化，都會在供應(yīng)鏈合作關(guān)系的不斷演化過程中，趨近雙方均實施RFID這一投資決策。

圖4 懲罰力度較大時演化相位圖

3 數(shù)值分析

通過算例進一步驗證和分析以上兩種激勵機制以及上下游依賴關(guān)系對零供雙方長期演化結(jié)果的影響。零售商和供應(yīng)商組成的供應(yīng)鏈系統(tǒng)未投資推廣RFID技術(shù)時，零售商和供應(yīng)商的收益分別為π0R＝1 200，π0S＝800。由于下游零售商可以沿用上游供應(yīng)商的RFID標簽，故上下游進行設(shè)備購置和系統(tǒng)更新的成本分別為m＝500，n＝600。單獨實施RFID技術(shù)的企業(yè)可獲得的收益增量為Δπ′R＝300，Δπ′S＝200，懲罰成本為P＝100。若雙方的決策均為實施RFID技術(shù)，則雙方的收益將明顯增加，π1R＝2 300，π1S＝1 500。為貼近實際情況，分別討論了供應(yīng)商對零售商的依賴程度更高、零售商對供應(yīng)商依賴程度較高、上下游依賴程度均偏低以及上下游依賴程度均偏高4種情況，且依賴關(guān)系越緊密，可能面臨的風險越大。依賴程度高低和風險高低的取值分別為0.2和0.6，200和500。供應(yīng)鏈上下游依賴關(guān)系和成本分擔比例對投資決策的影響如圖5所示。

圖5 成本分擔比例對投資策略的影響

零售商和供應(yīng)商之間依賴程度越高，則成本分擔比例的激勵作用越明顯，但隨著依賴程度的增加，雙方均選擇投資RFID技術(shù)的概率對成本分擔比例越不敏感，說明建立穩(wěn)定供應(yīng)鏈的依賴關(guān)系能夠協(xié)助上下游達到?jīng)Q策的統(tǒng)一，加速技術(shù)更新。另一方面，當零售商和供應(yīng)商之間存在不平等的依賴關(guān)系時，最優(yōu)成本分擔比例相差較大。若供應(yīng)商對零售商的依賴程度較高，則對零售商而言，可利用較為強勢的地位，以較低的分擔比例推動供應(yīng)商實施RFID技術(shù)；若零售商對供應(yīng)商的依賴程度較高，則零售商必須承擔供應(yīng)商絕大部分的初始投入成本，才能最有效地促進供應(yīng)鏈上下游同時選擇投資RFID技術(shù)。所以在供應(yīng)鏈上下游博弈中，供應(yīng)商越依賴零售商，則供應(yīng)鏈推行RFID技術(shù)的可能性越大，這在一定程度上解釋了當前比較成功的RFID實施案例大多由零售商占據(jù)主導地位的原因。

4 結(jié)術(shù)語

本文研究了不存在競爭且博弈主體有限理性的情況下，由供應(yīng)商和零售商組成的供應(yīng)鏈系統(tǒng)能否成功實施RFID技術(shù)的演化機理問題。分析結(jié)果表明：雙方實現(xiàn)（實施RFID，實施RFID）的演化穩(wěn)定策略與新技術(shù)運營成本負相關(guān)，與獲利能力以及相互依賴程度正相關(guān)。進而考慮了在成本分擔契約和懲罰機制作用下，通過理論研究和數(shù)值分析的方法，探討零售商和供應(yīng)商的演化特點。當懲罰力度較小時，存在最優(yōu)的成本分擔比例使得博弈向?qū)嵤㏑FID技術(shù)的方向演化，但供應(yīng)鏈仍有可能得到（不實施RFID，不實施RFID）的投資結(jié)果；當懲罰成本較大時，雙方為維護合作關(guān)系的穩(wěn)定性降低損失，即便在短期內(nèi)存在不實施RFID技術(shù)的零售商或供應(yīng)商，但隨著交易和合作周期的增長，最終均會選擇投資推廣該技術(shù)。本文假設(shè)RFID技術(shù)能夠提高零售商和制造商的收益，但實際中影響博弈方收益的因素很多，供應(yīng)鏈企業(yè)收益是否增加仍需驗證，后續(xù)研究將進一步分析RFID技術(shù)對供應(yīng)鏈收益的影響，以及在上下游信息不對稱且市場存在競爭狀況下博弈方的投資決策變化。

［1］ LI Z Y.Overview of Internet of Things［J］.Computer Measurement＆Control，2012，20（6）：1445-1657.

［2］ MURPHY-HOYE M，LEE H，RICE J.A Real-world Look at RFID［J］.Supply Chain Management Review，2005，9（5）：18-26.

［3］ TAJIMA，M.Strategic Value of RFID in Supply Chain Management［J］.Journal of Purchasing and Supply Management，2007，13（4）：261-273.

［4］ TSAN-MING C.Coordination and Risk Analysis of VMI Supply Chains with RFID Technology［J］.Transactions on Industrial Informatics，2011，7（3）：497-504.

［5］ GAUKLER G M，HAUSMAN W H A.RFID in supply chain management［C］／／E-Business and E-Government（ICEE）.［s.n.］：［s.l.］，2005：3279-3282.

［6］ SEUNGJIN W.Timing of RFID Adoption in a Supply Chain［J］.Management Science，2010，56（2）：343-355.

［7］ HEESE H S.Inventory Record Inaccuracy，Double Marginalization，and RFID doption［J］.Production and Operations Management，2007，16（5）：542-553.

［8］ IGLEHART D L，MOREY R C.Inventory Systems with Imperfect Asset Information［J］.Management a Science，1972，18：388-394.

［9］ LEEH，OZER O.Unlocking the Value of RFID［J］.Production and Operation Management，2007，16（1）：40-64.

［10］KOK A G D，DONSELAAR K H V，WOENSEL T V.A break-even analysis of RFID technology for inventory sensitive to shrinkage［J］.International Journal of Production Economics，2008，112（2）：521-531.

［11］范體軍，張麗，李琳，等.基于RFID技術(shù)的零售型供應(yīng)鏈投資決策研究［J］.管理學報，2013，10（8）：1230-1237.

［12］宋培健，張宏斌.網(wǎng)絡(luò)外部性、采購商策略與供應(yīng)商采用RFID技術(shù)的決策［J］.管理工程學報，2008，22（1）：49-52.

［13］謝識予.經(jīng)濟博弈論［M］.3版.上海：復旦大學出版社，2007.

［14］CACHON G.Supply Chain Coordination with Contracts［C］／／Handbooks in Operations Research and Management Science：Supply Chain Management.［s.n.］：［S.l.］，2003：229-339.

［15］FRIEDMAN D.Evolutionary Game in Economics［J］.E-conometric，1991，59（3）：637-666.

（責任編輯陳 艷）

Evolutionary Game Analysis of Investm ent Decision-M aking for Using RFID Technology on Supply Chain

WANGWen-jie，ZHAO Dao-zhi

（College of Management and Economics，Tianjin University，Tianjin 300072，China）

For a two-echelon supply chain system consists of suppliers and retailers，this paper conducted a research on evolutionary mechanism of investment decision-making for using RFID technology.Firstly，the effects of the initial investment cost，excess income of RFID and the interdependent relationship were explored.On this basis，the Pareto improvement of game model wasanalyzed through the introduction of cost-sharing mechanism and punishment mechanism，resulting in the conditions of optimal sharing ratio and related management inspiration theoretically.Also numerical analysis on the effectiveness of the interdependence degree and cost sharing ratio were performed.The results indicate that the probability of installation of RFID on both partners has a negative correlation with initial investment cost and a positive correlation with excess income of RFID and the interdependent degree；under certain condition，there is an optimal cost-sharing ratio for retailers to promote the technology innovation on supply chain，meanwhile，appropriate punishment helps to reduce opportunism；the decision of investing RFID made by both sides is more sensitive to the dependence of suppliers on retailers.

RFID；evolutionary game；incentive mechanism

O21

A

1674－8425（2016）12－0154－08

10.3969／j.issn.1674－8425（z）.2016.12.024

2014－12－21

國家自然科學基金資助項目（71072155）

王文杰（1987—），女，河北廊坊人，碩士研究生，主要從事物流與供應(yīng)鏈管理、運營管理研究，E-mail：wangwenjie9125＠qq.com；趙道致（1956—），男，江蘇無錫人，博士，教授，主要從事為物流與供應(yīng)鏈管理、運營管理、工業(yè)工程等研究。

王文杰，趙道致.基于演化博弈的供應(yīng)鏈成員實施RFID技術(shù)的投資決策分析［J］.重慶理工大學學報（自然科學），2016（12）：154－161.

format：WANG Wen-jie，ZHAO Dao-zhi.Evolutionary Game Analysis of Investment Decision-Making for Using RFID Technology on Supply Chain［J］.Journal of Chongqing University of Technology（Natural Science），2016（12）：154－161.