基于制造能力共享的云平臺成本分擔策略分析

袁鈺琦

摘 要：文章考慮制造商剩余制造能力共享的動態性及其對產品需求產生的影響，利用隨機微分對策理論，研究云平臺提出成本分擔對供應鏈系統優化影響問題。運用漢密爾頓—雅可比—貝爾曼方程，分別求得了合作策略和云平臺提出成本分擔策略的均衡制造能力共享有效匹配努力水平、剩余制造能力共享有效匹配水平及其期望和方差和云平臺成本分擔比例，并對這兩種情形進行了數值比較分析。研究發現，參與方的合作促進了制造能力共享有效匹配水平的提高；云平臺提出的成本分擔契約不僅提高了供應鏈系統總利潤，且降低了制造能力共享實施的風險，進一步使供應鏈系統得到優化。

關鍵詞：制造能力共享；隨機微分博弈；漢密爾頓—雅可比—貝爾曼方程；成本分擔

中圖分類號：F273.7 文獻標識碼：A

Abstract： Considering the stochastic dynamics of manufacturing capacity sharing and the impact on product demand， we study the problem of cloud platform cost-sharing contract on supply chain system optimization applying stochastic differential game theory. By using the Hamilton-Jacobi-Bellmann equation， the equilibrium matching level of the surplus manufacturing capacity sharing， the effective matching level of the participating parties， and the expected， variance of matching level of the surplus manufacturing capacity sharing and cloud platform cost sharing ratio， were compared and analyzed in the cooperative sharing and cloud platform cost sharing. We find that： the cooperation of the participants in the manufacturing capacity sharing facilitated the improvement of the effective matching level of the manufacturing capacity sharing， and the cloud platform proposed to cost sharing not only to improve the total profit of the supply chain， but also to reduce the risk of manufacturing capacity sharing. So that the supply chain system further optimized.

Key words： manufacturing capacity sharing； stochastic differential game； Hamilton-Jacobi-Bellman equation； cost sharing

隨著全球經濟的快速發展和市場競爭的加劇，國內外企業為了獲得更多利益，積極推廣物聯網技術，并開始對云制造模式進行了應用。我國最早進行云制造研究的李伯虎院士對其定義為：云制造是一種利用網絡和云制造服務平臺，按用戶需求組織網上制造資源（制造云），為用戶提供各類按需制造服務的一種網絡化制造新模式[1]。當企業沒有相應的制造能力或缺乏制造資源時，可利用物聯網技術由智能終端實時連接到云制造平臺尋找制造能力和制造資源，再由云制造平臺進行有效的匹配以滿足企業的制造需求，減少企業制造資源短缺的損失[2]。企業通過云制造平臺，可以實現多種類制造能力和制造資源的交易[3]。因此，研究企業在應用云平臺的制造能力共享技術時的動態策略問題具有重要意義。

1 相關研究回顧

國內外學者對云制造服務模式以及關鍵技術進行了相關研究。Wu Dazhong，Thames J. Lane（2012）等人設計了一種包含四種參與者的云制造模型：云用戶、云提供者、云中介者和云負載者[4]。張霖（2011）等人認為以云計算為主要技術支撐的云制造，其平臺和系統架構更加靈活，伸縮性和擴展性強[5]。高楊（2013）等人認為基于物聯網技術的云制造，可實現再生資源相關業務需求系統的信息集成與閉環供應鏈中服務的管理集成[6]。

除此之外，學者對云制造平臺在供應鏈管理中的應用進行了相關研究。潘新宇（2015）等人分析了云制造平臺匹配的精確度、帶來額外利潤的多少、可能造成損失的大小等因素對制造能力需求商策略選擇行為演化的影響[7]。鄧蕊（2016）等人研究了云平臺企業參與制造剩余能力共享后的決策影響研究[8]。潘新宇（2016）在考慮制造商剩余制造能力共享的動態性及對需求產生影響的基礎上，研究了企業各方的動態決策問題[9]。

遺憾的是，上述研究并未考慮制造商所提供的生產資源與云平臺的實際需求之間的差異性。制造資源匹配的效果取決于云平臺在制造資源池中所抽取的資源與云平臺的實際資源需求比較的結果，而這個比較過程是一個隨機過程。本文將基于制造能力共享匹配隨機波動性，研究云平臺及制造能力提供商的動態策略問題，比較分析動態環境中合作策略和云平臺提出成本分擔策略的均衡結果。

2 基本假設和符號說明

2.1 相關符號說明（見表1）

2.2 基本假設

本文考慮由一個制造商和一個云平臺構成的供應鏈系統且雙方生產銷售同類產品且銷售價格不同。本文假設制造的最終產品為生命周期較長的產品，如電器類產品。由于本文考慮的是云平臺P與制造能力提供商M之間的剩余制造能力共享問題，所以將云平臺P與制造能力需求商作為剩余制造能力需求整體。

該供應鏈系統中各成員相互之間關系如圖1所示：

本文的相關假設條件如下：

（1）假設制造能力有效匹配水平是一個動態變化的過程。在制造能力共享時，能力匹配的有效程度不僅受能力共享參與者為此付出的努力水平的影響，而且還受制造能力自身特性的影響。

此外，剩余制造能力匹配效果隨著云平臺P隨機抽取的剩余制造能力不同而不同。為了刻畫這一過程，我們假設云平臺P隨機抽取制造能力的過程是一個維納過程。制造能力有效匹配水平可用下式所示的狀態方程表示：

（2）本文考慮制造能力提供商M與云平臺P的產品替代因素。同時，制造能力共享有效匹配水平對制造商M和云平臺P的產品需求具有正外部溢出效應。假設t時刻需求與制造能力有效匹配水平關系如下[9]：

（3）假設制造商M和云平臺P為制造能力有效匹配而努力所付出的成本是關于有效匹配水平的凸函數，有效匹配成本函數CAt、CFt借鑒J rgensen S等[10]的假設，其關系為：

3 模型分析

3.1 制造能力提供商占主導的Stackelberg博弈模型

為了使供應鏈總系統利益最大化，制造能力提供商M與云平臺P的合作是一個重要手段。本小節將研究在制造能力共享時，制造能力提供商M與云平臺P進行合作的情形。

由圖3可看出，云平臺所愿意承受的成本分擔比例隨著制造能力共享支付價格w的提高而減少，這與實際較符。并從中還可以看出，當剩余制造能力價格w≈1.67，云平臺P承擔的成本分擔比例為0，這是云平臺P主動提出成本分擔契約的臨界條件。

（4）供應鏈系統的制造能力共享有效匹配水平的期望與方差相對應差值分別為：

以上結果顯示，合作策略下的制造能力有效匹配水平的期望與方差均高于成本分擔契約情形，這說明成本分擔契約會降低制造能力共享有效匹配水平，但在一定程度上也降低了制造能力共享的風險。

5 結論與展望

本文考慮制造能力共享匹配的隨機動態性，利用隨機微分對策理論，研究單個云平臺與單個制造商組成的二級供應鏈系統中，由云平臺主導的成本分擔契約對該供應鏈系統優化的問題。以此建立了一個隨機微分對策模型，運用HJB方程分別求得了合作策略和成本分擔契約兩種情形下均衡的能力共享有效匹配水平、參與方各自能力共享有效匹配努力水平、能力共享有效匹配水平的期望和方差以及云平臺P成本分擔比例，并對兩種情形進行了數值比較分析。研究發現：一方面相比成本分擔契約，合作策略對制造能力共享有效水平的提高都是有促進作用的。另一方面，相比合作策略，成本分擔契約不僅提高供應鏈系統總利潤，且在一定程度上可降低制造能力共享實現的風險，并在適當范圍內，云平臺愿意為制造能力提供商承擔一定比例的成本。

在不完全信息情況下，要使參與方達成完全合作是非常困難的。由此看來，成本分擔契約相比完全合作策略情形更貼切實際，因此成本分擔契約在進行制造能力共享時可以加以考慮。

本文不足之處是簡化了該供應鏈系統，若考慮制造能力共享需求商的行為策略，該模型會更完整更符合復雜的現實情形。

參考文獻：

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[6] 高楊，李健. 基于物聯網技術的再制造閉環供應鏈信息服務系統研究[J]. 科技進步與對策，2014（3）：19-25.

[7] 潘新宇，趙道致，吳成霞. 云制造平臺對制造商策略選擇行為演化的影響[J]. 軟科學，2015（10）：125-130.

[8] 鄧蕊，趙道致. 云平臺剩余能力共享對企業決策影響研究[J]. 甘肅科學學報，2016，28（3）：103-108.

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