基于智能物聯網平臺生態的價值共創激勵策略研究

傅建曉，任雪杰，趙林度

(東南大學經濟管理學院，江蘇南京 210096)

1 研究背景

作為實體經濟命脈，制造業一直是世界各國的戰略重心。我國高度重視制造業創新發展，習近平總書記曾說：制造業是科技創新的主戰場，創新是制造業發展的“牛鼻子”。近年來，我國制造業獲得高速發展，但一直面臨大而不強的困境，處于全球價值鏈中低端環節。在日新月異的今天，新一輪科技革命催生出眾多新業態、新模式，制造業面臨著從以產品為中心向以服務為中心轉型的新機遇、新挑戰，服務化成為全球制造業轉型發展的重要趨勢。在后疫情時代以及全球價值鏈重構的機遇下，實現制造業服務化轉型是我國乃至全球各國搶占價值鏈高端環節、實現產業升級的重要議題。

AIoT（AI+IoT，即智能物聯網）技術的迅猛發展，為制造業服務化轉型注入新動力。AIoT 是人工智能技術（artificial intelligence,AI）和物聯網技術IoT（Internet of Things）的融合，它使設備自動分析收集的數據，在沒有人工干預的情況下根據數據分析結果做出決策并采取行動，讓智能設備變得更加智能［1］。在智慧城市、車聯網、智能家居、智慧醫療、智能穿戴、工業物聯網等領域，AIoT 均發揮著重要作用，是傳統制造業數字化、智能化、定制化轉型發展的快速通道。新技術與制造業融合，創造了大量創新場景，如海爾醫療基于AIoT 打造智慧血壓、智慧按摩、智慧睡眠等服務，創造了智能物聯賦能家庭健康的全新理念；Sensoria Health 公司和Optima Molliter 公司［2］基于Azure IoT 打造了一款智能傷口管理鞋，可提高患者對治療方案的依從性，縮短康復時間。

AIoT 技術的價值在于它使各類產品智能互聯，延伸了單個產品之外的價值主張，形成一整套服務解決方案，極大提升了客戶體驗。平臺是AIoT 技術實現價值的核心所在，如海爾COSMOPlat、Azure IoT、阿里云IoT 等。平臺為其他企業和客戶提供軟件研發、系統集成、應用開發、價值增值等多種服務，實現技術共享，助力服務創新。硬件制造商借助平臺的規模和渠道優勢，不斷增強獲客能力。大量知識、技術提供者以開發者身份參與平臺生態建設，借助平臺資源和能力，持續實現個人價值轉化。各類主體通過AIoT 平臺聯系起來，形成松散耦合的生態系統，在資源及能力互補的價值網絡中共同創造生態系統價值，最終為所有參與者帶來競爭優勢［3］。與此同時，生態系統參與者如何在政策和市場環境中分配價值，最終形成以客戶為中心有利于價值共創的協同合作機制，成為AIoT 平臺生態發展的難題之一。合理的利益分配機制能夠提高主體對平臺的歸屬感和價值創造積極性，確保他們在資源交換和整合方面更快達成一致［4］。平臺通常采取一定措施推動價值在各主體間的有序分配和流動。例如，小米投資1 億元設立AIoT 開發者基金，以激勵硬件設備制造商、AI 開發者及AI 公司的研發積極性。

近年來，國內外有關平臺生態系統和價值共創的研究蓬勃發展，大部分研究以理論分析、演化機制為主，集中于客戶與企業的價值共創。葛安茹等［5］從平臺包絡視角分析了平臺生態系統競爭優勢的構建路徑。張化堯等［6］以小米為例，探討商業孵化型平臺生態系統的價值共創機制。王節祥等［7］從互補與依賴關系的解耦角度提出平臺生態系統中的參與者戰略。Van 等［8］使用數學方法研究得出企業與客戶合作比獨立研發創造更多價值，但忽略了價值共創的動態性。Demirezen 等［9］建立微分博弈模型從動態視角研究了客戶與供應商的價值共創。Ren 等［10］研究得出基于知識共享的動態價值共創對共創雙方都有利，并且價值產出存在峰值。

部分學者討論了不同激勵方式對制造商的影響，主要關注如何激勵制造商披露信息或提升質量。Chen 等［11］發現信息不對稱條件下政府可以通過補貼方式激勵制造商透露其真實努力水平和生產成本。Mai 等［12］研究發現零售商提供的固定合同，成本共擔合同和直接合同都能激勵制造商提高產品質量，直接合同的激勵效果最明顯。盧超等［13］分析了政府同儕激勵補貼對制造商綠色研發積極性的影響。趙道致等［14］研究了云平臺如何制定質量罰金比率和交易傭金比例以激勵供應商提高質量水平。黃書真等［15］研究合作減排、合作促銷和成本共擔3 種合作模式對制造商減排努力水平的影響。

綜上所述，以往有關平臺生態系統和價值共創的研究主要集中在理論機制方面，較少應用數學方法。部分學者使用數學模型研究價值共創，但只考慮了客戶與企業間的二元關系，忽略了企業間的合作。針對制造商激勵策略的研究，大多從供應鏈視角出發，關于平臺激勵制造商、生態系統內激勵的研究相對較少。在上述研究的基礎上，本文使用微分博弈模型研究制造商、開發者和AIoT 平臺的動態價值共創問題，重點關注不同合作模式的激勵效果，以彌補現有文獻的不足。本文計算求得無激勵模式、成本共擔模式、協同合作模式3 種情形下參與者的最優策略、最優收益和生態系統最優收益，獲得制造商、開發者和AIoT 平臺在共同研發過程中的最優策略，討論有利于3 類主體合作研發的收益分配機制，并進一步分析關鍵因素對生態系統收益的影響作用，為AIoT 平臺生態系統的激勵策略和利益分配提供決策支持。

2 微分博弈模型

2.1 問題描述

本文在制造業服務化背景下，研究 AIoT 平臺生態內不同主體合作研發以提高產品服務創新水平的問題，聚焦于不同合作模式和激勵策略對參與主體和生態系統的影響。本文構造的概念模型如圖1 所示。在政府政策，社會和文化情境中，AIoT 平臺作為生態構建者，承接了生態內各企業的多種服務，包括軟件研發、系統集成、價值增值、應用、通信等。AIoT 平臺、制造商和開發者以客戶體驗為核心，共同研發智能物聯網產品，貢獻各自的資源和能力，延伸產品服務功能，使產品更加個性化、數字化和智能化。

圖1 基于AIoT 平臺生態的產品創新系統

2.2 模型假設

根據問題背景，本文作出以下假設：

假設1：制造商、開發者和AIoT 平臺的研發成本與努力水平有關，研發成本是努力水平的凸函數，即投入的努力水平越高，研發成本越高。研發成本主要考慮兩方面因素：人力資源成本和企業技術轉化成本［16］。人力資源成本為企業技術轉化成本為

假設2：產品研發是一個動態過程，需要參與者不斷合作與創新，最終達到最佳產品配置［17］。本文將產品創新水平視為一個狀態變量，它受各參與方努力水平和創新能力的影響。假設t時刻產品創新水平為，智能物聯網產品的研發過程滿足式（2）［18］：

制造商的目標函數為：

開發者的目標函數為：

AIoT 平臺的目標函數為：

2.3 模型建立及求解

2.3.1 無激勵模式

在無激勵模式中，AIoT 平臺不對制造商和開發者提供任何激勵措施，即。3 類主體相互獨立且地位平等，均以實現自身收益最大化為目標，會同時做出對自身最有利的理性決策，此時的最優策略組合達到Nash 均衡狀態。

平臺生態系統總收益為：

2.3.2 成本共擔模式

在成本共擔模式中，AIoT 平臺是產品創新的主導者，制造商和開發者是跟隨者，平臺分別給予激勵制造商和開發者成本補貼，以提高其研發積極性。AIoT 平臺先確定成本補貼比例和努力水平，制造商和開發者觀察到平臺的決策后，會做出相應的跟隨策略來保證自身收益最大化。平臺在做出最終決策前應能夠預測到制造商和開發者的應對策略。因此，采用逆向歸納法，求解該情形下的Stackelberg 均衡狀態。

AIoT 平臺根據制造商和開發者的決策來決定自身努力程度和對其他主體的成本補貼比例，其HJB方程可以表示為：

將式（30）、式（32）～式（34）代入HJB 方程中,化簡得：

2.3.3 協同合作模式

在此情形下，AIoT 平臺，制造商和開發者協同合作，3 類主體以平臺生態系統收益最大化為目標，共同確定最優努力水平及最優收益函數。此時，平臺為制造商和開發者承擔的努力成本屬于內部資金轉移，激勵系數可取［0，1］內的任意值。此時，平臺生態系統的目標函數為：

3 3 種模式的對比分析

比分析3 種情形下制造商、開發者和AIoT 平臺最優努力水平、最優收益函數和平臺生態系統的最優收益函數，本文得出以下結論。

命題1與無激勵模式相比，成本共擔合同下平臺的努力水平保持不變，制造商和開發者的努力水平均有提升，提升幅度等于平臺對其成本的補貼比例，即最優激勵系數。協同合作模式下，3 類主體的努力水平最高。即

證明：要使協同合作模式實現個體收益最大化，即要滿足：

4 模型仿真

4.1 3 種模式的最優收益比較

最優收益函數如圖2 所示，在成本共擔模式和協同合作模式中，制造商、開發者、AIoT 平臺的收益均隨時間增加，研發前期增加幅度較大，后期逐漸趨于平穩。無論是對于參與者個體或是生態系統整體而言，協同合作模式均優于成本共擔模式，兩者都優于無激勵模式。此仿真結果與命題2、命題3和命題4 的結論相符。

圖2 最優收益函數

在無激勵模式中，3 類主體及生態系統的收益均隨時間遞減，最后趨于平穩。這與命題5 有關，當產品初始創新水平相對較高時，采用無激勵模式將使參與者收益隨時間遞減。若初始創新水平較低時，則3 種合作模式都使參與者收益隨時間遞增。智能物聯網作為技術和知識密集型行業，其產品初始創新水平是比較高的，因此成本共擔模式和協同合作模式更適用于此類行業環境，能夠為價值共創參與方帶來價值。

4.2 協同合作模式中重要參數的影響

4.2.1 創新能力系數λi(i=M,D,P)的影響

圖3 和對的影響

4.2.2 努力成本系數μi(i=M,D,P)的影響

圖4 和t 對的影響

4.2.3 熟悉度系數ki(i=M,P)的影響由式（64）得，隨著的增加，小幅降低，對收益的影響并不明顯。此結果表明，盡管新興技術與新場景的結合會產生較高的技術轉化成本，但其只會小幅降低最終收益。因此，智能物聯網產品的研發，應從注重概念可行性的技術主導思想轉向注重價值創造的價值驅動方法［20］，從創造客戶價值的角度評估其應用潛力。和t對的影響如圖5 所示。

圖5 和對的影響

5 結論和展望

面對新一片藍海，制造企業、平臺、開發者等生態參與者要制定新環境下的合作模式，才能在新一輪創新浪潮中創造更多價值。本文利用微分博弈模型研究AIoT 平臺生態系統中制造商、開發者和AIoT 平臺的合作研發問題，分別求得3 類主體在無激勵模式、成本共擔模式、協同合作模式下的最優努力水平、最優收益及平臺生態系統最優收益。通過對比3 種模式下的均衡解和仿真結果，得到以下結論：（1）成本共擔模式和協同合作模式的激勵效果明顯，均在不同程度上提升了參與主體的努力水平。協同合作模式下，3 類主體的努力水平最高；成本共擔模式的激勵強度等于平臺對制造商和開發者成本的補貼比例。因此，平臺可根據自身需求及市場環境變化靈活調整補貼力度。（2）協同合作模式在提升3 類主體收益的同時，提高了生態系統整體收益，是構建AIoT 平臺生態系統的最佳方案和發展方向，但如果收益劃分不合理，3 類主體的收益則會低于非合作模式。為同時達到個體和系統的帕累托最優，應合理設置收益分配系數的取值范圍。（3）當產品的初始創新水平較高，而參與主體的努力水平和創新能力較低時，產品研發不僅不會使生態系統收益增加，反而使會收益隨時間下降。（4）為提高平臺生態系統整體收益，參與主體應針對性采取措施，如提高創新能力和技術熟悉度，降低努力成本系數，增加邊際收益。（5）技術轉化成本對生態系統整體收益的影響較小，因此，盡管智能物聯網產品的研發存在諸多技術挑戰，但從產品服務創新和生態價值角度看，其價值潛力仍然是巨大的。

本文將平臺生態系統中的參與者分成3類主體，但是同一類主體內部存在復雜的競合關系，為簡化模型，本文沒有針對此問題建模。除本文研究的激勵措施外，還存在諸如企業商譽、平臺競爭力等因素影響參與者努力水平，未來可研究上述因素的激勵效果。隨著客戶數據、產品使用數據的增多，如何利用數據價值改進產品設計，創造更多客戶價值將成為研究重點。另外，可以研究AIoT 平臺生態系統的最優規模和結構組成，使參與者能夠以最穩定的狀態持續創造價值。