收益共享契约下港口供应链协调的双层规划模型

严南南 丁伯根

摘要：为促进港口供应链上下游企业间的合作，构建收益共享契约下港口供应链协调的双层规划模型，上层模型目标为协调后的整体收益最大，下层模型目标为货主的总成本最小。综合考虑投入、风险、贡献、地位等努力程度因素对模型结果进行修正。设计混合遗传算法验证双层规划模型的合理性。通过算例验证表明：收益共享契约下的港口供应链协调能够产生更大的经济效益，实现收益共享，且修正后的收益分配机制使港口供应链成员局部收益最优。

关键词：港口供应链; 收益共享; 双层规划; 努力程度; 混合遗传算法

中图分类号： F552; F252.2

文献标志码： A

Abstract：In order to promote the collaboration between upstream and downstream enterprises in port supply chains， a bi-level programming model of port supply chain coordination under revenue sharing contract is constructed. The upper level model is aimed at maximizing the whole revenue after coordination， and the lower level model is built to minimize the total cost of cargo owners. The result of the model is modified by considering degree-of-effort factors such as investment， risk， contribution and status. The hybrid genetic algorithm is designed to verify the reasonability of the model. The example shows that， the port supply chain coordination under revenue sharing contract can produce greater economic benefits and achieve revenue sharing， and the modified revenue distribution mechanism makes the local income of port supply chain members optimal.

0 引 言

近年来，港口间竞争激烈，腹地交叉的港口之间为了争夺货源不断降低港口收费，严重加剧了港口企业的负担。为增强与其他港口抗衡的能力，港口企业积极展开与上下游企业间的联盟合作。理论上，只有当港口供应链成员从港口供应链总体效益最大化的角度出发规划自己的生产经营活动时，港口供应链才可能实现全局最优，而实际上，各港口供应链成员往往从自身利益出发展开合作，使得全局最优难以实现，导致港口供应链伙伴联盟的失败率居高不下。因此，制定港口供应链成员间的协调机制迫在眉睫。

学者们对港口供应链协调已经做了大量的研究。孙慧[1]对港口企业和航运企业间的联盟进行了分析论证，得出港口物流一体化后成本降低，并且能够带来超额利润;YANG等[2]构建了港口供应链协调模型，为港口管理者提供了理论框架;邵万清[3]通过因子分析法提取了港口服务供应链协调的主要要素，构建了港口服务供应链的协调模型。供应链整合后的利益分配是港口管理者不可回避的一个问题，也是学者们研究的焦点。CACHON等[4]研究了传统产品供应链中一个供应商与零售商之间的协调关系，建立了收益共享契约模型，计算结果表明收益共享下参与体收益可获得很大改善;蔡文学等[5]对比分析了收益共享契约、服务成本共担契约和收益共享-成本共担契约对内河港航的協调效果，结果表明收益共享-成本共担契约可实现内河港航供应链协调;戴建华等[6]基于Shapley值法对多人合作策略进行了分析，并针对收益分配不足考虑风险因子对成员收益进行修正;陆永明[7]分析得出无论港口物流服务需求是否具有价格敏感性，实施利益共享契约机制可实现Pareto改进;张智勇等[8]在讨论了港口物流服务供应链形成的必要性基础上，建立合作博弈模型，首次提出应用加权Shapley值法解决港口供应链收益分配问题。也有学者运用博弈论理论对港口供应链协调进行了研究。封学军等[9]运用博弈论对价格战中港口物流企业的策略做了对比，分析表明，建立在非价格竞争歧异性发展策略指导下的区域内港口物流战略联盟是实现港口供应链协调的重要途径;王玖河等[10]分别建立了Stackelberg均衡模型和Nash均衡模型，通过对比分析发现Stackelberg模型更能够实现利润的合理分配;张贵磊等[11]建立了主导型供应链的Stackelberg利润分配博弈模型，引入收益共享契约，分析了供应链主导型和零售商主导型的利润分配均衡问题。

综上可知，对港口供应链协调机制的研究已经成为近年来学者们的研究热点，部分学者运用博弈论对港口供应链联盟成员间合作关系进行了研究，但这些研究大多基于理论框架下的定性分析，并且缺少收益共享契约在港口供应链方面应用的研究。也有部分学者运用经济学模型，引入了影响港口收益分配的影响因子，对港口收益分配进行了研究，但大部分学者的研究只是从单方面的因素考虑[12-14]。由此，本文结合收益共享契约和博弈论思想，构建收益共享契约下港口供应链协调的双层规划模型，在以港口供应链收益最大为目标的基础上，新增以货主的总成本最小为下层目标。同时，将参与体的努力程度大小作为影响收益分配的主要原因对模型的结果进行修正，促进港口上下游企业间的协调合作。

1 模型构建

港口供应链有如下特征：一方面港口供应链管理者追求收益最大，另一方面货主受运输价格影响而选择价格较低的物流服务提供商，双方决策者都有各自的目标函数和约束条件，而且决策权相对独立。基于此，本文构建了收益共享契约下的港口供应链协调双层规划模型（见图1）。

收益共享契約下的港口供应链协调双层规划模型

1.1 模型假设

模型假设如下：（1）物流服务提供商降低对货主的收费可以吸引更多的货物运输量;（2）若成员参与港口供应链整合，则其货物只通过该港口发出且目的港已知;（3）各节点的货物流量按照货物运输成本最小来分流。

1.2 模型参数

i （i=1，2，…，I）表示货源地;j （j=1，2，…，J）表示目的地;t （t=w，n，h）表示链上各成员主体，其中w （w=1，2，…，W）表示从货源地到港口的陆上物流服务提供商，h （h=1，2，…，H）表示船公司，n （n=1，2，…，N）表示货物的启运港;Si表示货源地i的货量;Dj表示目的地j的货物需求量;x′t表示未构建港口供应链协调的各主体货量;pt表示供应链成员提供商品给货主的单位价格;ct表示链上成员的陆上运输和海上运输的单位运输成本以及港口的单位作业成本;pni、pnw和pnh分别表示港口对货主、陆上物流服务提供商和船公司的单位收费;din表示从货源地到启运港的距离;Qt表示参与整合的供应链成员的运输和作业能力约束，设参与体最大只能降低10%的收费，即α0=0.1。

决策变量：yiwnhj表示物流网络中的货量;xt表示物流网络中通过陆上物流服务提供商、港口或船公司的货量;αw和αh为参与构建港口供应链的陆上物流服务提供商和船公司提供运输服务时降低的收费比例;z为0-1变量，若港口供应链成员参与整合，则为1，否则为0;βw和βh为港口对参与供应链协调的陆上物流服务提供商和船公司的收益共享比例。

1.3 模型建立

4 结束语

本文基于现有的供应链管理研究成果对港口供应链资源协调进行了研究，建立了收益共享契约下港口供应链协调的双层规划模型，并采用混合遗传算法对模型进行求解;引入影响成员收益分配的投入、风险、贡献、地位等4个影响因子，通过设定影响因子的系数矩阵和权重，修正了基础模型的不足，避免了基础模型对港口企业利益分配过度，实现了港口供应链成员的收益分配与努力程度相挂钩，有效地维护和巩固了港口供应链成员间的合作关系。通过案例分析发现：港口实施收益共享协调机制后，港口和物流服务提供商的收益均有很大的提高，市场占有率扩大了，实现了规模经济效益。由此可知，基于收益共享契约的港口供应链协调机制具有较强的实用性，港口供应链协调的双层规划模型构建思路与实际基本吻合，具有较强的可操作性。

在充分了解港口供应链特性的基础上，还可以将最小服务时间考虑到模型中展开下一步研究。

参考文献：

[1]孙慧. 基于纵向联盟的港航物流一体化研究[D]. 青岛： 中国海洋大学， 2012.

[2]YANG Yan， ZHOU Qiang. Logistics and supply chain integration model of port in transportation networks[C]//2008 International Conference on Information Management. Innovation Management and Industrial Engineering， 2008， 144（2）： 402-406. DOI： 10. 1109/ICIII.2008.144.

[3]邵万清. 港口服务供应链的协调机制研究[D]. 上海： 东华大学， 2013.

[4]CACHON G P， LARIVIERE M A. Supply chain coordination with revenue-sharing contracts： strengths and limitations[J]. Management Science， 2005： 51（1）： 30-44. DOI： 10. 1287/mnsc.1040. 0215.

[5]蔡文学， 肖露， 姚浩峰， 等. 基于价格和服务竞争的内河港航协调契约研究[J]. 物流技术， 2014， 33（5）： 96-99. DOI： 10.3969/j.issn.1005-152X.2014.05.032.

[6]戴建华， 薛恒新. 基于Shapley值法的动态联盟伙伴企业利益分配策略[J]. 中国管理科学， 2004， 12（4）： 34-37. DOI： 10.3969/j.issn. 1005-152X.2014.05.032.

[7]陆永明. 港口供应链利益共享契约的协调机制[J]. 上海海事大学学报， 2017， 38（1）： 52-56. DOI： 10.13340/j.jsmu.2017.01.011.

[8]张智勇， 郑成华， 宋薛峰. 基于改进Shapley值的港口物流服务供应链利益分配分析[J]. 工业技术经济， 2009， 28（6）： 113-115. DOI： 10.3969/j.issn.1004-910X.2009.06.032.

[9]封学军， 严以新. 港口物流企业在价格战中的策略选择[J]. 交通运输工程学报， 2005， 5（2）： 113-116. DOI： 10.3321/j.issn：1671-1637.2005.02.027.

[10]王玖河， 夏炎， 方淑芬. 基于Stackelberg模型的港口供应链伙伴关系研究[J]. 燕山大学学报， 2006， 30（6）： 551-556. DOI： 10.3969/j. issn.1007-791X.2006.06.018.

[11]张贵磊， 刘志学. 主导型供应链的Stackelberg利润分配博弈[J]. 系统工程， 2006， 24（10）： 19-23. DOI： 10.3969/j.issn.1001-4098. 2006.11.004.

[12]王振锋， 王旭， 邓蕾. 基于Shapley值修正的服务供应链系统利益分配研究[J]. 计算机工程与应用， 2011， 47（26）： 235-237. DOI： 10. 3778/j.issn.1002-8331.2011.26.067.

[13]汪传旭， 张苏. 考虑风险和贡献因素的港口合作收益分配模型[J]. 交通运输工程学报， 2009， 9（1）： 113-119. DOI： 10.3321/j.issn. 1671-1637.2009.01.023.

[14]胡晓青， 王瑞， 王雪姣. 港口物流服务供应链的协调与利润分配研究[J]. 物流技术， 2016， 35（4）： 148-153. DOI： 10.3969/j.issn. 1005-152X.2016.04.034.

（编辑 贾裙平）