云平台剩余能力共享对企业决策影响研究
2016-07-08赵道致
邓 蕊,赵道致
(天津大学 管理与经济学部,天津 300072)
云平台剩余能力共享对企业决策影响研究
邓蕊,赵道致
(天津大学 管理与经济学部,天津300072)
摘要互联网的发展以及物联网技术的成熟为传统制造业带来变革。各种云服务的出现,使企业之间的关系变得更为复杂。为探讨新技术对供应链成员带来的影响,将制造业同类企业分为两类:产能过剩型企业和产能不足型企业。通过引入云制造平台进行资源共享,运用博弈论的基本方法,研究剩余制造能力共享之后企业的价格决策以及最终利润变化,并将传统的外包或分享与平台共享做比较。结果表明:通过平台合作,可以更好地提高两类企业的利润,从而使得社会资源更加有效地分配。同时,在共享中还需要注意公平问题,制定好激励机制。
关键词云制造；资源共享；Stackelberg博弈
随着物联网技术的发展,其应用变得越来越广泛。国际电信联盟在2012年的物联网回顾报告中细化了物联网的定义,并对其发展过程、参考模型以及一些在商业领域的模型进行了探讨[1]。关于云制造平台,李伯虎等[2]提出了云制造的概念并对其进行了完善,构建了制造云端化和制造即服务的理念。而云制造平台发展的日益成熟,对制造企业达成企业资源深度可视化,并提高整个供应链的资源使用率,都会有很大的帮助。例如,丰田公司通过云制造的理念,将分布在日本的汽车制造资源,通过云平台对资源进行远程的调度使用。
平台的出现,使得制造企业间原有的竞争关系转变为有资源共享的合作与竞争并存的关系。关于物联网下制造资源共享的研究,赵道致等[3,4]对物联网环境下制造资源的转移策略和分享策略进行了研究。关于企业间竞争关系的研究,张荣等[5]做了关于企业之间的古诺竞争研究,Tsay等[6]通过对电子商务环境下的市场冲突进行分析,对供需双方企业之间存在的竞争与合作关系进行了研究。同制造商的提前期问题类似,企业之间的资源共享,响应时间的长短,可能对企业的利润造成影响。Hua等[7]在研究中探究了集中和分散决策下双渠道提前期的影响,王盼霞等[8]探究了在随机需求下,双渠道供应链的决策问题,并给出一定的契约规则。而以上研究中,对于云制造平台出现后制造企业间的竞争与合作并存的关系却缺少研究。
以此为背景,研究将具体探索制造企业在物联网环境下的经济行为。为对比传统共享和云制造平台共享的不同,并突出平台共享及时性的特点,引入了需求反应时间的概念。并认为在物联网环境下,时间将无限小,从而缩短其搜索成本,降低企业的交易成本。
1问题描述
李伯虎等[9]对云制造的体系架构作了基本定义,同时定义了云服务平台的基本功能和包含物理资源层、虚拟资源层、服务层、应用接口层和应用层在内的服务层次。我们以云制造服务平台出现后,对制造企业之间的资源共享方式进行研究,将制造能力包装成为可以用于交易的产品,研究共享企业之间由于供应链结构变化导致的新的决策问题。在此,我们将制造能力定义为制造资源(企业完成产品整个生命周期所有生产活动的物理元素)和生产效率[10]。
传统同类制造企业之间属于竞争关系,每个制造商或者制造资源拥有者都是独立决策的(如图1),传统制造商之间为争得同一客户而竞争。但在这种情况下按订单生产,一旦制造能力不足,就会导致延期交货,使企业的信誉收到损害。
而云制造平台出现后,制造商之间沟通和交流更为方便,资源的虚拟化和可视化也使企业外部交易成本变得更低,从而促进制造商之间的资源共享。研究将对制造商之间剩余制造能力的共享问题进行分析,把云制造平台上的资源共享企业分成两大类;一类是制造能力富足的企业,一类是制造能力缺乏的企业。两类企业存在竞争关系,当后者需要从外部直接购买制造能力时,二者又增加一层合作关系(如图2)。
对于两类制造企业的行为,将其分为两种情况考虑。首先是竞争情况下的行为决策,其次是剩余能力共享后的行为决策分析。竞争阶段,两类企业同时决策,进行价格博弈。在云制造平台上,产能不足的企业处于价格谈判劣势,产能富足的企业先指定共享价格,产能不足的企业选择接受与否。而用M1表示制造能力不足企业,M2表示制造能力充足企业。
假设两个制造商的需求量分别为Q1和Q2,且都为线性函数[11]。
(1)产能不足一方的需求函数:
Q1=θa-b1p1+kp2;
(1)
(2)产能充足一方的需求函数:
Q2=(1-θ)a-b2p2+kp1;
(2)
其中:θ为产能不足一方的市场份额(0<θ<1);a为市场需求量;k1、k2表示两类制造商产品替代系数(假设k1=k2=k,且k 为了便于研究,我们对制造商的制造模式和市场行为进行以下假设:云制造平台上的制造企业,可以进行分散式作业和协同作业。平台提供资源的协调和匹配服务,且平台上的制造企业更多的采用按照订单的生产方式。而云制造允许企业间进行合作、协同制造完成任务,并对制造能力进行自由的调配和共享。 2模型建立 2.1只存在竞争关系时的情况分析 (1)不考虑产能的情况如果不考虑到产能约束,两类制造商最优利润为 maxπ1=(p1-c1)Q1=(p1-c1)(θa-b1p1+kp2), (3) maxπ2=(p2-c2)Q2=(p2-c2)(θa-b2p2+kp1), (4) 其中:c1、c2分别表示产能M1和M2的制造成本。通过求偏导数,联立求解两个厂商的最优利润下的定价策略: (5) 得 (6) (7) (8) (9) (2)考虑产能约束的情况当考虑制造能力A时,产能不足的制造商利润为 (10) 假设制造商企业都按照订单方式生产,价格确定之后,进行生产制造。因此,当出现产能不足情况不能按期交货时,厂商的相应利润依然按照需求预测中的最优价格计算。所以,对于产能充足的一方M2,利润为 maxπ2=(p2-c2)Q2= (p2-c2)[(1-θ)a-b2p2+kp1]。 (11) 对于制造能力稀缺的一方,当 时,有 (12) 而当需求量大于制造能力,即 时,有 (13) 将式(13)中的结论代入式(11)得出M2的最优利润。 2.2剩余制造能力共享情况下的分析 (14) (15) s.t. θa-b1p1+kp2≥A。 由于产能富足的一方在平台共享后有资源优势,因此具有领先者优势,双方形成Stackelberg博弈。 maxπ1=(p1-c1)A+(p1-ps-γlt) (θa-b1p1+kp2-A), (16) (17) 产能充足的制造商M2决策其出售价格p2和共享资源的价格ps,来优化自己的利润: maxπ2=(p2-c2)[(1-θ)a-b2p2+kp1]+ (ps-c2)(θa-b1p1+kp2-A), (18) 采用K-T条件式对问题进行求解,制造能力剩余的厂商利润函数的K-T条件如下: (19) 解得 2.3共享的反应时间对收益的影响 云制造平台上的资源共享和剩余制造能力的共享,与传统共享外包的主要区别就在于加入平台和物联网技术后,企业资源的可视化和交易的即时性有所提高。 由ps的表达式可知,lt的大小影响到其定价,且令 可以写为 Y=γltb1(k2-b1b2)。 由于k2-b1b2<0,可以得到,Y与γltb1负相关,即ps定价与对共享需求的反应时间呈负相关关系。从而,影响到提供剩余制造能力一方的利润。 云制造平台出现后,大大缩短了对剩余需求的反应时间,对于需求提供方,可以定更高一些的分享价格提高自己的利润。对于需求方,反应时间的缩短使得搜索成本降低,从而提高整体利润。由于云制造平台的资源便利可得性的特点,可以假设在平台上,剩余制造能力共享时所需的反应时间为lt=0。 3模型结果分析 对模型做数值分析,令a=100;b1=b2=1;c1=c2;k=0.4;A=10;γ=0.5; 平台上的剩余制造资源共享的反应时间lt=0；传统的剩余制造资源共享的反应时间lt=10。探究三种情景下,制造商的最优利润与市场占有率的关系。 三种情景分别为: 情景1:只有竞争关系的两类制造商利润与市场占有率关系分析; 情景2:传统共享模式下两类制造商利润与市场占有率关系分析(lt=10); 情景3:云制造平台共享模式下两类制造商利润与市场占有率关系分析(lt=0)。 图3为情景1下最优利润和占有率关系的数值分析以及供应链整体利润的变化。 图4为情景3中最优利润和供应链上的总利润随市场占有率变化的情况,由于平台反应时间快,因此双方和总体利润得到了很大的提高。 为了便于比较,图5中展示了情景2中两类企业的最优利润和供应链上的总利润随市场占有率变化的情况。在传统共享的模式下,对共享需求的反应时间较长。 从图3～图5中可以看出,在产能共享的情况下,由于剩余的资源被充分利用,产能缺乏的厂商需求得到了弥补,整个供应链的效率得到了提高,而总的利润也提高。说明在云制造平台下,通过共享,无论是对于何种市场占有率的结构,供应链整体的盈利水平都能够得到提升。 为了探索两类企业在共享中的收益大小,图6对企业参与共享前后的利润增加量进行了对比。 从图6可以看出,在算例给出的条件下,产能不足企业M1的市场占有率越大,参与共享两方企业利润的增加量越大。但是,总体来说,产能充足的企业通过共享获得的利润增加量大于产能不足的企业。说明在剩余制造能力共享上,产能充足的企业更具谈判力,但是也要注意公平的原则,为了激励产能不足的企业在云平台上进行需求寻找,可以鼓励利润高的M2类厂商进行转移支付,从而使得平台上双边企业更好的参与进来。 为了对比传统贡献方式的利润和云平台共享方式的利润变化,图7将传统共享和平台共享下供应链的整体利润进行了对比。 从图7可以看出,即便传统模式下也有剩余能力的共享(外包等),大多数也是临时发生,没有统一的管理。同时,传统形式下对剩余产能共享的反应速度更慢,造成共享后,总的利润也要比平台上共享所获得的总利润少。因此,云制造平台对于更好的运用制造企业的资源和分配有很大帮助。 4结论 通过对传统竞争模式和平台共享模式下的利润变化进行研究,我们发现,在同等市场占有率情况下,供应链总体利润都是高于单纯竞争模式下的利润,且产能不足企业占有率越大,通过平台共享而提升的总利润就越高。同时,从算例也可以看出,通过共享,原本产能不足的企业和产能充足的企业都有了更好的利润收入。整条供应链收益变大,效率提高。通过对这一供应链结构的改变进行分析,将制造企业的盈利和供应链的总收益进行前后对比,为企业剩余能力共享决策提供依据和参考。此外,研究在探索平台参与方面仍然有很多不足之处。例如,平台对企业行为的约束机制未能考虑在内,如果考虑平台的约束和激励,制造商之间的行为可能更为丰富,且更贴近实际,为未来云制造平台的实际运营提供一定的参考价值。产能充足的企业通过共享而得到更优的利润,而产能不足的企业通过共享得到的利润提升比较少。说明平台在运营中,应该考虑到供求双方利润提升的公平性。为了促进产能不足一方使用平台的积极性,可以考虑制定补贴政策或者收益转移策略,从而使得平台更加有效地运营。 参考文献: [1]International Telecommunication Union,Telecommunication Standardization Section (ITU-T).Next Generation Networks—Frameworks and Functional Architecture Models—Overview of the Internet of Things.Recommendation ITU-T Y.2060[M].Geneva:ITU,2013. 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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. 基金项目:国家自然科学基金资助项目( 71472134). 作者简介:邓蕊(1989-),女,山西临汾市人,硕士研究生,研究方向为物联网供应链.E-mail:dengrui_nk@yeah.net. 中图分类号:F272 文献标志码:A 文章编号: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.[邓蕊,赵道致.云平台剩余能力共享对企业决策影响研究[J].甘肃科学学报,2016,28(3):103-108.]
