下游厂商自建产能时的供应链契约设计—基于上游厂商的视角

高　建　刚

(聊城大学 商学院，山东 聊城 252059)



下游厂商自建产能时的供应链契约设计
—基于上游厂商的视角

高建刚

(聊城大学 商学院，山东 聊城 252059)

摘要：基于上游供应商的视角，分析下游厂商自建产能后，上游厂商的应对之策。结果表明:上游厂商可以通过采取两部选择权契约以保障自身产能投资和利润的风险转嫁问题。上游厂商的利润因下游具有自有产能而下降。但在两部选择权契约下，上游厂商能够收取保证金，虽然产能利用率风险受到转嫁，但利润变动的风险却较小。下游厂商具有产能者因自行生产而减少订购量，不具有产能者订购量将会因此增加，但两下游厂商的利润均会增加。采取两部选择权契约能使上游利润的变动风险小于其他契约，上游供应商的利润得以保障。

关键词：供应链；两部选择权契约；预先采购契约；自建产能

一、引言

产品市场的需求不确定性是影响供应链厂商产能投资决策的主要原因之一。季节性的变动、市场偏好与趋势等等种种确定与不确定因素，均会造成需求数量波动。供应链厂商制定生产、订购以及产能决策时，虽有许多预测方法，但由于预测的准确度有限，需求的不确定性仍然是一个棘手的问题。当需求剧烈攀升时，供应链下游厂商可能因为原料与零组件的短缺，造成巨额损失，且可能丧失市场先机与市占率。为避免此种情况的发生，下游厂商为能拥有稳定的关键零组件和原料来源，往往自建产能。此种产业链下游厂商自建产能的例子多出现在液晶显示面板供应链、太阳能电池供应链、笔记本代工产业等。如三星(SAMSUNG)与索尼(SONY)的监视器与平面电视一般由台湾面板供应商等供货。但三星和索尼近年来修建第八代面板厂，减少对台湾供应商的依赖。

当下游厂商自建产能，可以生产上游厂商的产品时，对供应链上下游厂商带来的收益、风险是不对称的。上游厂商的需求和利润受到很大影响，其产能利用率剧烈变动，投资风险亦随之增加。下游多利用接近终端市场的优势，可以迅速调整自身产量，具备了分配上下游订单的权力。除了产能水平稳定与提高生产弹性之外，自建产能还有助于下游厂商减少成本，如既可以节省交易成本，又可以加强生产成本的管控。

在下游建立自有产能时，上游厂商面临着风险管控问题。针对产能使用率的波动问题，上游厂商可以考虑的策略分为两种层次。一是以生产计划与管理的手段解决产能利用率的波动问题；二是以契约的观点、收费的机制来处理产能投资的风险。若以生产计划与管理的手段处理风险，具体策略有：1.与多家下游合作，以分散风险；2.使用平准方法，以淡季时的存货抵补旺季时旺盛需求，以平衡各季生产；3.利用多功能机台的弹性或者是工时弹性调整产能与人员的使用。本文将从供应链契约角度处理上游厂商的投资风险问题。主要是因为我国(包括台湾地区)的许多高科技产业，如半导体、液晶显示器、IC设计业等，多担负国际代工生产任务，因此受下游厂商的影响很大。如何减少风险，增强供应链的控制权，提高我国企业的利润水平和生产弹性，成为学界和产业界需要深入探讨的问题。因此，利用契约设计来提高上游厂商的利润并降低产能投资风险，非常符合我国的现实情况。为此，本研究从供应链的高度，处理颇具互动性的决策问题。为此，利用厂商间具有讨价还价的特性，从契约设计的角度切入，假定厂商均为风险中立，以收费机制应对下游厂商产能利用率的风险变动。

二、文献回顾

供应链契约研究奠基于报童模式，在基础供应链契约研究中可以分为推式(push)契约和拉式(pull)契约。推式契约为下游完全承担存货风险的契约；拉式则相反，上游厂商完全承担风险。有学者指出，风险承担的状况与产业特性息息相关：接单式生产的产业链，风险往往由买方(下游)承担；存货式生产的产业链，则为上游承担存货风险。为使得分担风险的供应链协调，Eppen &Iyer[1](1997)、Barnes-Schuster et al.[2](2002)提出在特定的成本结构下，供需双方的非合作博弈可以使整个供应链利润最大化。还有许多学者提出最佳供应链整体利益后，再设置上下游分配利润的参数与机制，如买回契约、数量弹性契约、销售回扣契约、利润分享契约、价格折扣契约、数量折扣契约等。

Wu et al.[3](2005)将存货式生产模式中，引导上游厂商多建产能的契约称作产能预约契约(capacity reservation contract)，并依下游厂商预留产能动机的不同，分为预先采购契约(advance purchase contract)和选择权契约(option contract)两类。预先采购契约一般是零售商与终端市场消费者之间，通过预定而获得折扣的概念。相关研究有Tang et al.[4](2004)、Cachon[5](2004)、Ozer & Wei[6](2006)、Prasad et al.[7](2010)、Liu et al.[8](2014)。Cachon[5](2004)从存货风险承担的角度分析推式、拉式契约，并将具有上下游风险分担特性的预先采购折扣契约与推式和拉式契约进行了比较，考察了三种契约对整个供应链厂商利润的影响。选择权契约可以分为三类：第一类是看涨期权(call option)契约。包括纯粹选择权契约(pure option contract)和混合市场选择权契约(mixed market contract)。前者主要关注该契约的边际弹性和经济效率(Wang & Liu,2007;Zhao et al., 2010; Buzacott et al.,2011; Nosoohi & Nookabadi, 2014)[9-12]；后者研究的焦点是在选择权市场和现货市场的互动(Serel, 2007;Inderfurth & Kelle,2011)[13-14]。第二类是看跌期权(put option)契约(Chen & Parlar,2007)[15]，此类合约的主要形式是回购契约。包括旨在考察供应链协调的回购契约(Yang & Qi,2009)[16]以及使用动态博弈分析供应商和零售商互动的回购契约(Wang,2004; Granot &Yin,2005;Song et al.,2008)[17-19]。第三类文献是双向期权(bidirectional option)契约(Wang & Tsao,2006;Hu et al.,2007; Zhao et al.,2013)[20-22]。

相较于预先采购契约，选择权契约针对产能投资收费较为直接：将产能视为一种选择权，上游产能的数量即为下游厂商出资购买的选取权。对选择权的预留与执行，上游厂商向下游厂商收取两种费用：一是保留产能的保证金，二是实际提货的生产成本。这种收费在文献中称作两部收费(two-part tariff)。Erkoc &Wu[23](2005)运用选择权契约的特性，研究如何设计契约以达到下游分担上游产能风险的目的。

在能够实现供应链协调的契约中，产能预留契约的特性为将上游的产能投资风险分摊于下游厂商，其中，尤以对产能保留付费的选择权契约对上游投资保障较为显著，这与本文的研究目的相符。故本文使用选择权契约中的两部收费架构来设计模型，并考虑下游厂商自建产能的影响，以博弈论求解上下游的决策以及决策者的利润。

三、基本模型

本文使用两阶段选择权契约分析下游厂商建置产能后订购量与订购几率的变化。假设上游供应商提供产品给两家下游厂商。其中一家厂商有自有产能*如台湾积体电路制造公司(台积电)的大客户豪威科技(Omni Vision)因接受了下游大客户的订单，故在武汉投资设立由中芯国际代管的12吋晶圆芯片半导体自建产能，但与供应商台积电仍存在供货合约。台积电的另一大客户苹果(Apple)则不具有自有产能。同时，因为终端产品不同，这两个下游厂商不具有竞争关系；即使产品相同，则市场因地理分割，仍可以视作(区域性)垄断。，另一家厂商则无。假设上游供应商具有产能限制，因此，下游厂商对上游提供的产品可能存在竞争关系。如此假设，一方面较为符合现实；另一方面上游厂商亦可以利用下游厂商的竞争，操作批发价格与订购量。此外，由于本文着眼于供应链上下游之间的互动，故下游销售市场的竞争非本文关注重点，为此，假设终端市场为地理区隔市场，因此，两下游厂商在终端市场无竞争关系。此外，假设上下游厂商均为风险中立(risk-neutral)者，此假设允许所有供应链厂商最大化自己的期望利润(Li et al.,2013)[24]。

此外，终端市场的零售价格设为外生。主要是因为基于许多外部性因素的影响，该价格变动可能会牵动厂商其他相关商品的需求，因此，不会随意调整，属于非决策变量。

表1　符号含义说明

四、模型分析

显然，上述模型可以视作一个Stackelberg博弈。对上述博弈，使用逆向归纳法求解。即先求解下游厂商的决策，后求解上游厂商的决策。

(一)下游厂商订购量决策

1.不具自有产能的下游厂商的利润期望值为

(1)

上述式(1)中，等式左侧为利润，第一个等号右侧前两项分别为市场需求量小于(大于)保留数量时的收入；第三项为保证金；最后两项是提货成本。将式(1)对yR求一阶导数，并令其为零，有

(2)

在uv

(3)

由式(3)可以看出，下游订购量受到市场销售价格p以及上游厂商制定的两项订购成本b和uv的影响。由于

(4)

(5)

(6)

2.具有自有产能的下游厂商利润期望值为

(7)

具有产能者将优先以自有产能满足市场需求，故当市场需求小于k时，并不会产生执行价格带来的成本。在自有产能数量建置后，该厂商需负担产能固定成本，保证金为固定值。将式(7)对yR求一阶导数，并令其为零得到

(8)

最优保留产品数量为

(9)

由式(9)可以看出，下游厂商自有产能成本高低并不影响其订购量决策，但自有产能的存在会降低下游厂商向上游购买量。由于

(10)

(11)

(12)

(13)

(二)上游厂商同时对保留价格和产能进行决策

根据两部选择权设计，上游的变动成本，均由下游厂商支付。因此，上游厂商为实现最大化的利润，仅需要考虑产能固定成本和下游缴纳的保证金。此时，上游厂商的利润函数可以表示为

(14)

为求解上游企业的最佳决策，分两种情况讨论：

(15)

当上游厂商产能大于订购量，将多付出不必要的固定成本。当上游可以决策产能时，为减少不必要的成本，上游决策会定于下游订购量之和。

πS=bL-ufL

(16)

此时，L应制定在等于下游订购量之和。

综合两种情形可知，当上游厂商打算最大化自身利润时，产能会定于两下游厂商对应保留价格的订购量之和。即

(17)

下面推导最优保留价格b。将两下游厂商的订购量带入到供应商的利润函数中，对b求一阶导数，令其为零有

(18)

上游保留价格为可以使得上式成立的数值。由于式(18)未有解析解。因此，以下用数值进行模拟以考察上游厂商的最佳决策。

五、数值模拟与分析

(一)数值模拟

为凸显上文分析的直观意义，以数值验证的方式，设立一个基准参数，考察上下游三厂商在某一家下游厂商具有自有产能时，三方的参数以及有关的决策变量，见表2。

表2　模型参数设定取值

市场零售价格的决定，在本文中非决策变量，为外生参数。为了制定一个合理的价格参数，在本文选取的其他价格参数确定之后，采用能够使下游厂商获得最大利润的价格，设为10，如图2所示。在上述参数设定下，厂商产量和保留价格、利润见表3和表4。

表3　上下游厂商的产量和保留价格

表4　自建产能前后的利润比较表

由表3、表4可以看出，采用两部选择权契约时，若其中一家下游厂商具备自有产能，此厂商向上游订购量会减少，另一家下游厂商受此影响而增加订购量。上游产能随之下降，保留价格也因而减少。具备产能者因能节约交易成本和降低生产成本，利润因而提高；另一下游厂商，因订购量增加，利润也随之加大。上游销售量因下游订购而减少，利润下降，但在两部选择权契约条件下，上游厂商因收取保证金，故在第一时期能回收投资成本，利润为确定值，并无风险，又加上风险共担的方式，能获取额外的利润。

以下对自有产能对厂商决策变量以及期望利润的影响进行进一步模拟。本文分析两种情况。第一种情况设定未具有自有产能的下游厂商面临的市场规模较大；第二种情况设定具有自有产能的厂商具有的市场规模较大。每一种情况均和两家下游厂商市场规模对等的情况作比较。

(二)未具有产能的下游厂商面临的市场规模较大

1.自有产能对厂商保留价格的影响

下游厂商自有产能对上游厂商制定保留价格会产生负向影响；如果市场规模扩大，会提高上游厂商的保留价格。且在市场需求变动为均匀分配时，保留价格与下游厂商的自有产能为线性关系(见图3)。

2.自有产能对厂商订购量的影响

下游厂商自有产能越大，向上游的订购量越小，但竞争对手向上游的订购量越大。整体看，下游厂商自建产能时，会减少对上游厂商的订购量(见图4)。若市场规模增加，上游厂商的整体订购量则会增加。

3.自有产能对厂商利润的影响

下游厂商自建产能越大，自身利润也越大。同时，也会增加竞争对手的利润，但上游厂商的期望利润则减少，如图5所示。

(三)具有产能的下游厂商面临的市场规模较大

1.自有产能对厂商保留价格的影响

下游厂商自有产能对上游厂商制定保留价格会产生负向影响；如果市场规模扩大，会提高上游厂商的保留价格，如图6所示。对比图3和图6可知，在其他参数p、uv以及市场规模给定时，保留价格唯一地取决于下游厂商的自有产能k。

2.自有产能对厂商订购量的影响

给定市场规模，自有产能增加会降低厂商自身的订购量，但会增加竞争对手的订购量。整体看，随着自有产能的增加，上游厂商的产量会降低，如图7所示。

3.自有产能对厂商利润的影响

由图5、图8均可以看出，给定市场规模，下游厂商自建产能会增加自身和竞争对手的利润，同时降低上游厂商的利润。

(四)两部选择权和预先订购选择权契约的均衡结果比较

供应链契约种类很多，对上游产能投资风险的处理也不相同。本部分将选择权契约和预先采购契约作比较，以论证本文提出的两阶段选择权契约对产能投资和利润风险具有较好的保障功能。为简化分析，采用数值验证的方式，参数取值见表2。计算结果见表5。

表5　两种契约下决策参数和利润比较

由表5可知，两部选择权契约下期望利润与预先采购契约相比，预先采购契约能获取较高的期望利润，但由于其订购量相当少，第一阶段的确定性利润相当低，供应商承受较高利润风险。而两部选择权契约下确定性利润较高，可以作为产能投资的保障。

六、结论

本文考察下游厂商建置自有产能的情况下，上游厂商如何应对自身产能投资的风险转嫁问题。研究采用两部选择权契约的架构，建立三厂商的供应链模型，分别是一家上游厂商，两家下游厂商，其中一下游厂商可以自建产能生产上游提供的部件。在厂商均追求利润最大化的情况下，以博弈论分析供应商价格、产能决策以及下游的订购量决策以及三者的利润。为使结论简单直观，本文采用数值验证的方法具体考察三方决策互动以及利润的分配和风险。研究结论如下：

1.在两部选择权契约下，下游厂商具有产能者因自行生产而减少订购量，不具有产能者订购量将会因此增加，上游厂商的产能和保留价格均会降低。

2.上游厂商的利润因下游具有自有产能而下降。但在两部选择权契约下，上游厂商能够收取保证金，虽然产能利用率风险受到转嫁，但利润变动的风险却较小。

3.由于采取多家下游的模型框架，使得上游有风险共担的效果：在一家下游未执行完保留数量时，能转卖到另一家下游，因风险共担所带来的利润得以增加。

最后，本文比较了两部选择权契约和预先购买契约的均衡结果，发现相较于预先购买契约，两部选择权契约确实有助于上游供应商应对下游建立自有产能后的风险转嫁。在本文的模型设定下，采取两部选择权契约能使上游利润的变动风险小于其他契约，供应商的利润得以保障。

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(责任编辑：张雅秋)

The Design of Supply Chain Contract in Case of Downstream Manufacturers Self-building Capacity:A study from the perspective of upstream suppliers

GAO Jian-gang

(School of Business, Liaocheng University，Liaocheng Shandong 252059, China)

Abstract：From the perspective of the upstream suppliers, this paper analyzes the upstream manufacturers' countermeasures when the downstream manufacturers expand the business capacity. The study reveals a number of findings. First, the upstream manufacturers can transfer the risk in investment and profit by taking a two-part option contract. Upstream manufacturers' profits will decrease because of the downstream manufacturers' expanding business capacity. In the two-part option contract, the upstream manufacturers may charge a deposit from the downstream firms, which will reduce the risk of changes in profit although the capacity utilization is restricted at the same time. Second, the downstream manufacturers with expanded capacity would reduce the amount of order, while the manufacturers without such capacity will therefore increase the order, and the profit of both upstream and downstream manufacturers will increase. Finally, the two-part option contract can reduce the upstream manufacturers' risk of losing profits compared with situations in other contracts, and therefore guarantee the upstream suppliers' profit.

Key words：supply chain; two-part option contract; advance-purchase contract; self-built capacity

中图分类号:F252.8

文献标识码：A

文章编号：1672-8106(2016)02-0109-09

作者简介：高建刚，男，聊城大学商学院副教授，经济学博士，工商管理博士后，硕士生导师。研究方向：产业组织与博奕论、创新与研发。

基金项目：山东省软科学研究基地项目“产业升级与经济协调发展”。

收稿日期：2015-09-15