云平臺剩余能力共享對企業(yè)決策影響研究

鄧　蕊,趙道致

(天津大學(xué) 管理與經(jīng)濟(jì)學(xué)部,天津　300072)

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云平臺剩余能力共享對企業(yè)決策影響研究

鄧蕊,趙道致

(天津大學(xué) 管理與經(jīng)濟(jì)學(xué)部,天津300072)

摘要互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成熟為傳統(tǒng)制造業(yè)帶來變革。各種云服務(wù)的出現(xiàn),使企業(yè)之間的關(guān)系變得更為復(fù)雜。為探討新技術(shù)對供應(yīng)鏈成員帶來的影響,將制造業(yè)同類企業(yè)分為兩類:產(chǎn)能過剩型企業(yè)和產(chǎn)能不足型企業(yè)。通過引入云制造平臺進(jìn)行資源共享,運用博弈論的基本方法,研究剩余制造能力共享之后企業(yè)的價格決策以及最終利潤變化,并將傳統(tǒng)的外包或分享與平臺共享做比較。結(jié)果表明:通過平臺合作,可以更好地提高兩類企業(yè)的利潤,從而使得社會資源更加有效地分配。同時,在共享中還需要注意公平問題,制定好激勵機制。

關(guān)鍵詞云制造；資源共享；Stackelberg博弈

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,其應(yīng)用變得越來越廣泛。國際電信聯(lián)盟在2012年的物聯(lián)網(wǎng)回顧報告中細(xì)化了物聯(lián)網(wǎng)的定義,并對其發(fā)展過程、參考模型以及一些在商業(yè)領(lǐng)域的模型進(jìn)行了探討[1]。關(guān)于云制造平臺,李伯虎等[2]提出了云制造的概念并對其進(jìn)行了完善,構(gòu)建了制造云端化和制造即服務(wù)的理念。而云制造平臺發(fā)展的日益成熟,對制造企業(yè)達(dá)成企業(yè)資源深度可視化,并提高整個供應(yīng)鏈的資源使用率,都會有很大的幫助。例如,豐田公司通過云制造的理念,將分布在日本的汽車制造資源,通過云平臺對資源進(jìn)行遠(yuǎn)程的調(diào)度使用。

平臺的出現(xiàn),使得制造企業(yè)間原有的競爭關(guān)系轉(zhuǎn)變?yōu)橛匈Y源共享的合作與競爭并存的關(guān)系。關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)下制造資源共享的研究,趙道致等[3,4]對物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下制造資源的轉(zhuǎn)移策略和分享策略進(jìn)行了研究。關(guān)于企業(yè)間競爭關(guān)系的研究,張榮等[5]做了關(guān)于企業(yè)之間的古諾競爭研究,Tsay等[6]通過對電子商務(wù)環(huán)境下的市場沖突進(jìn)行分析,對供需雙方企業(yè)之間存在的競爭與合作關(guān)系進(jìn)行了研究。同制造商的提前期問題類似,企業(yè)之間的資源共享,響應(yīng)時間的長短,可能對企業(yè)的利潤造成影響。Hua等[7]在研究中探究了集中和分散決策下雙渠道提前期的影響,王盼霞等[8]探究了在隨機需求下,雙渠道供應(yīng)鏈的決策問題,并給出一定的契約規(guī)則。而以上研究中,對于云制造平臺出現(xiàn)后制造企業(yè)間的競爭與合作并存的關(guān)系卻缺少研究。

以此為背景,研究將具體探索制造企業(yè)在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的經(jīng)濟(jì)行為。為對比傳統(tǒng)共享和云制造平臺共享的不同,并突出平臺共享及時性的特點,引入了需求反應(yīng)時間的概念。并認(rèn)為在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下,時間將無限小,從而縮短其搜索成本,降低企業(yè)的交易成本。

1問題描述

李伯虎等[9]對云制造的體系架構(gòu)作了基本定義,同時定義了云服務(wù)平臺的基本功能和包含物理資源層、虛擬資源層、服務(wù)層、應(yīng)用接口層和應(yīng)用層在內(nèi)的服務(wù)層次。我們以云制造服務(wù)平臺出現(xiàn)后,對制造企業(yè)之間的資源共享方式進(jìn)行研究,將制造能力包裝成為可以用于交易的產(chǎn)品,研究共享企業(yè)之間由于供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致的新的決策問題。在此,我們將制造能力定義為制造資源(企業(yè)完成產(chǎn)品整個生命周期所有生產(chǎn)活動的物理元素)和生產(chǎn)效率[10]。

傳統(tǒng)同類制造企業(yè)之間屬于競爭關(guān)系,每個制造商或者制造資源擁有者都是獨立決策的(如圖1),傳統(tǒng)制造商之間為爭得同一客戶而競爭。但在這種情況下按訂單生產(chǎn),一旦制造能力不足,就會導(dǎo)致延期交貨,使企業(yè)的信譽收到損害。

而云制造平臺出現(xiàn)后,制造商之間溝通和交流更為方便,資源的虛擬化和可視化也使企業(yè)外部交易成本變得更低,從而促進(jìn)制造商之間的資源共享。研究將對制造商之間剩余制造能力的共享問題進(jìn)行分析,把云制造平臺上的資源共享企業(yè)分成兩大類;一類是制造能力富足的企業(yè),一類是制造能力缺乏的企業(yè)。兩類企業(yè)存在競爭關(guān)系,當(dāng)后者需要從外部直接購買制造能力時,二者又增加一層合作關(guān)系(如圖2)。

對于兩類制造企業(yè)的行為,將其分為兩種情況考慮。首先是競爭情況下的行為決策,其次是剩余能力共享后的行為決策分析。競爭階段,兩類企業(yè)同時決策,進(jìn)行價格博弈。在云制造平臺上,產(chǎn)能不足的企業(yè)處于價格談判劣勢,產(chǎn)能富足的企業(yè)先指定共享價格,產(chǎn)能不足的企業(yè)選擇接受與否。而用M1表示制造能力不足企業(yè),M2表示制造能力充足企業(yè)。

假設(shè)兩個制造商的需求量分別為Q1和Q2,且都為線性函數(shù)[11]。

(1)產(chǎn)能不足一方的需求函數(shù):

Q1=θa-b1p1+kp2;

(1)

(2)產(chǎn)能充足一方的需求函數(shù):

Q2=(1-θ)a-b2p2+kp1;

(2)

其中:θ為產(chǎn)能不足一方的市場份額(0<θ<1);a為市場需求量;k1、k2表示兩類制造商產(chǎn)品替代系數(shù)(假設(shè)k1=k2=k,且k

為了便于研究,我們對制造商的制造模式和市場行為進(jìn)行以下假設(shè):云制造平臺上的制造企業(yè),可以進(jìn)行分散式作業(yè)和協(xié)同作業(yè)。平臺提供資源的協(xié)調(diào)和匹配服務(wù),且平臺上的制造企業(yè)更多的采用按照訂單的生產(chǎn)方式。而云制造允許企業(yè)間進(jìn)行合作、協(xié)同制造完成任務(wù),并對制造能力進(jìn)行自由的調(diào)配和共享。

2模型建立

2.1只存在競爭關(guān)系時的情況分析

(1)不考慮產(chǎn)能的情況如果不考慮到產(chǎn)能約束,兩類制造商最優(yōu)利潤為

maxπ1=(p1-c1)Q1=(p1-c1)(θa-b1p1+kp2),

(3)

maxπ2=(p2-c2)Q2=(p2-c2)(θa-b2p2+kp1),

(4)

其中:c1、c2分別表示產(chǎn)能M1和M2的制造成本。通過求偏導(dǎo)數(shù),聯(lián)立求解兩個廠商的最優(yōu)利潤下的定價策略:

(5)

得

(6)

(7)

(8)

(9)

(2)考慮產(chǎn)能約束的情況當(dāng)考慮制造能力A時,產(chǎn)能不足的制造商利潤為

(10)

假設(shè)制造商企業(yè)都按照訂單方式生產(chǎn),價格確定之后,進(jìn)行生產(chǎn)制造。因此,當(dāng)出現(xiàn)產(chǎn)能不足情況不能按期交貨時,廠商的相應(yīng)利潤依然按照需求預(yù)測中的最優(yōu)價格計算。所以,對于產(chǎn)能充足的一方M2,利潤為

maxπ2=(p2-c2)Q2=

(p2-c2)[(1-θ)a-b2p2+kp1]。

(11)

對于制造能力稀缺的一方,當(dāng)

時,有

(12)

而當(dāng)需求量大于制造能力,即

時,有

(13)

將式(13)中的結(jié)論代入式(11)得出M2的最優(yōu)利潤。

2.2剩余制造能力共享情況下的分析

云制造平臺出現(xiàn)后,如果Q1A,則需要在平臺上進(jìn)行共享。關(guān)于尋找以及獲得共享部分制造能力的反應(yīng)時間,將按照石永強等[12]、Hua等[7]對提前期反應(yīng)時間相關(guān)成本進(jìn)行類似的定義,即剩余資源共享下的反應(yīng)時間成本為γlt,其中l(wèi)t是獲得共享制造能力的反應(yīng)時間,γ為共享反應(yīng)時間對產(chǎn)能不足廠商M1的成本影響系數(shù)(假設(shè)反應(yīng)時間長短對制造能力充足的一方M2影響忽略不計)。同時,假設(shè)M2有足夠多的產(chǎn)能去彌補M1的空缺,且共享部分產(chǎn)能的價格為ps,則二者的利潤表達(dá)式如下:

(14)

(15)

s.t. θa-b1p1+kp2≥A。

由于產(chǎn)能富足的一方在平臺共享后有資源優(yōu)勢,因此具有領(lǐng)先者優(yōu)勢,雙方形成Stackelberg博弈。

maxπ1=(p1-c1)A+(p1-ps-γlt)

(θa-b1p1+kp2-A),

(16)

(17)

產(chǎn)能充足的制造商M2決策其出售價格p2和共享資源的價格ps,來優(yōu)化自己的利潤:

maxπ2=(p2-c2)[(1-θ)a-b2p2+kp1]+

(ps-c2)(θa-b1p1+kp2-A),

(18)

采用K-T條件式對問題進(jìn)行求解,制造能力剩余的廠商利潤函數(shù)的K-T條件如下:

(19)

解得

2.3共享的反應(yīng)時間對收益的影響

云制造平臺上的資源共享和剩余制造能力的共享,與傳統(tǒng)共享外包的主要區(qū)別就在于加入平臺和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)后,企業(yè)資源的可視化和交易的即時性有所提高。

由ps的表達(dá)式可知,lt的大小影響到其定價,且令

可以寫為

Y=γltb1(k2-b1b2)。

由于k2-b1b2<0,可以得到,Y與γltb1負(fù)相關(guān),即ps定價與對共享需求的反應(yīng)時間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。從而,影響到提供剩余制造能力一方的利潤。

云制造平臺出現(xiàn)后,大大縮短了對剩余需求的反應(yīng)時間,對于需求提供方,可以定更高一些的分享價格提高自己的利潤。對于需求方,反應(yīng)時間的縮短使得搜索成本降低,從而提高整體利潤。由于云制造平臺的資源便利可得性的特點,可以假設(shè)在平臺上,剩余制造能力共享時所需的反應(yīng)時間為lt=0。

3模型結(jié)果分析

對模型做數(shù)值分析,令a=100;b1=b2=1;c1=c2;k=0.4;A=10;γ=0.5; 平臺上的剩余制造資源共享的反應(yīng)時間lt=0；傳統(tǒng)的剩余制造資源共享的反應(yīng)時間lt=10。探究三種情景下,制造商的最優(yōu)利潤與市場占有率的關(guān)系。

三種情景分別為:

情景1:只有競爭關(guān)系的兩類制造商利潤與市場占有率關(guān)系分析;

情景2:傳統(tǒng)共享模式下兩類制造商利潤與市場占有率關(guān)系分析(lt=10);

情景3:云制造平臺共享模式下兩類制造商利潤與市場占有率關(guān)系分析(lt=0)。

圖3為情景1下最優(yōu)利潤和占有率關(guān)系的數(shù)值分析以及供應(yīng)鏈整體利潤的變化。

圖4為情景3中最優(yōu)利潤和供應(yīng)鏈上的總利潤隨市場占有率變化的情況,由于平臺反應(yīng)時間快,因此雙方和總體利潤得到了很大的提高。

為了便于比較,圖5中展示了情景2中兩類企業(yè)的最優(yōu)利潤和供應(yīng)鏈上的總利潤隨市場占有率變化的情況。在傳統(tǒng)共享的模式下,對共享需求的反應(yīng)時間較長。

從圖3～圖5中可以看出,在產(chǎn)能共享的情況下,由于剩余的資源被充分利用,產(chǎn)能缺乏的廠商需求得到了彌補,整個供應(yīng)鏈的效率得到了提高,而總的利潤也提高。說明在云制造平臺下,通過共享,無論是對于何種市場占有率的結(jié)構(gòu),供應(yīng)鏈整體的盈利水平都能夠得到提升。

為了探索兩類企業(yè)在共享中的收益大小,圖6對企業(yè)參與共享前后的利潤增加量進(jìn)行了對比。

從圖6可以看出,在算例給出的條件下,產(chǎn)能不足企業(yè)M1的市場占有率越大,參與共享兩方企業(yè)利潤的增加量越大。但是,總體來說,產(chǎn)能充足的企業(yè)通過共享獲得的利潤增加量大于產(chǎn)能不足的企業(yè)。說明在剩余制造能力共享上,產(chǎn)能充足的企業(yè)更具談判力,但是也要注意公平的原則,為了激勵產(chǎn)能不足的企業(yè)在云平臺上進(jìn)行需求尋找,可以鼓勵利潤高的M2類廠商進(jìn)行轉(zhuǎn)移支付,從而使得平臺上雙邊企業(yè)更好的參與進(jìn)來。

為了對比傳統(tǒng)貢獻(xiàn)方式的利潤和云平臺共享方式的利潤變化,圖7將傳統(tǒng)共享和平臺共享下供應(yīng)鏈的整體利潤進(jìn)行了對比。

從圖7可以看出,即便傳統(tǒng)模式下也有剩余能力的共享(外包等),大多數(shù)也是臨時發(fā)生,沒有統(tǒng)一的管理。同時,傳統(tǒng)形式下對剩余產(chǎn)能共享的反應(yīng)速度更慢,造成共享后,總的利潤也要比平臺上共享所獲得的總利潤少。因此,云制造平臺對于更好的運用制造企業(yè)的資源和分配有很大幫助。

4結(jié)論

通過對傳統(tǒng)競爭模式和平臺共享模式下的利潤變化進(jìn)行研究,我們發(fā)現(xiàn),在同等市場占有率情況下,供應(yīng)鏈總體利潤都是高于單純競爭模式下的利潤,且產(chǎn)能不足企業(yè)占有率越大,通過平臺共享而提升的總利潤就越高。同時,從算例也可以看出,通過共享,原本產(chǎn)能不足的企業(yè)和產(chǎn)能充足的企業(yè)都有了更好的利潤收入。整條供應(yīng)鏈?zhǔn)找孀兇?效率提高。通過對這一供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)的改變進(jìn)行分析,將制造企業(yè)的盈利和供應(yīng)鏈的總收益進(jìn)行前后對比,為企業(yè)剩余能力共享決策提供依據(jù)和參考。此外,研究在探索平臺參與方面仍然有很多不足之處。例如,平臺對企業(yè)行為的約束機制未能考慮在內(nèi),如果考慮平臺的約束和激勵,制造商之間的行為可能更為豐富,且更貼近實際,為未來云制造平臺的實際運營提供一定的參考價值。產(chǎn)能充足的企業(yè)通過共享而得到更優(yōu)的利潤,而產(chǎn)能不足的企業(yè)通過共享得到的利潤提升比較少。說明平臺在運營中,應(yīng)該考慮到供求雙方利潤提升的公平性。為了促進(jìn)產(chǎn)能不足一方使用平臺的積極性,可以考慮制定補貼政策或者收益轉(zhuǎn)移策略,從而使得平臺更加有效地運營。

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Influence Study of Remaining Capacity Sharing in Cloud Platform on Business Decisions

Deng Rui,Zhao Daozhi

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

Key wordsCloud manufacture;Resource sharing;Stackelberg game

AbstractThe development of Internet and maturity of technology of Internet of things bring revolution for the traditional manufacturing industry.The occurs of different cloud services make the relations between companies be more complicated.In order to discuss the influence brought by new technology on members of supply chain,other companies same with manufacturing industry can be divided into two classifications:companies with excess production capacity and companies with insufficient production capacity.The corporate price decisions and final profit change after conducting resources sharing by introducing cloud manufacturing platform,and after research on the remaining manufacturing capacity sharing by using basic approach of game theory.The results of comparison between traditional outsourcing or sharing and platform indicate that profits of two-type company can be better promoted so that to have social resources distributed in a more effective way by platform cooperation.Meantime,fairness problem also need to pay attention to to formulate a good incentive systems during sharing.

doi:10.16468/j.cnki.issn1004-0366.2016.03.022.

收稿日期:2015-08-11;修回日期:2015-09-14.

基金項目:國家自然科學(xué)基金資助項目( 71472134).

作者簡介:鄧蕊(1989-),女,山西臨汾市人,碩士研究生,研究方向為物聯(lián)網(wǎng)供應(yīng)鏈.E-mail:dengrui_nk@yeah.net.

中圖分類號:F272

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號:1004-0366(2016)03-0103-06

引用格式:Deng Rui,Zhao Daozhi.Influence Study of Remaining Capacity Sharing in Cloud Platform on Business Decisions[J].Journal of Gansu Sciences,2016,28(3):103-108.[鄧蕊,趙道致.云平臺剩余能力共享對企業(yè)決策影響研究[J].甘肅科學(xué)學(xué)報,2016,28(3):103-108.]