基于领先用户的制造商创新决策及供应链协调策略

张菲菲，安贵鑫，张在旭

(中国石油大学(华东) 经济管理学院，山东 青岛 266580)

0 引言

随着信息时代的兴起以及全球化市场竞争的日趋激烈，消费者作为创新主体参与制造商的创新活动成为一种新兴的创新模式，这种模式使企业打破原有封闭式创新的界限，充分吸收消费者创新资源，从而快速响应市场需求、精准定位用户群体并高效研发出符合各种消费者要求的产品和服务。用户创新(user innovation)是用户为了改善自己的使用体验而参与到产品创新和工艺创新中，不仅包括提出新想法，提供新设备、新工具、新材料等，还包括辅助制造商创新产品和工艺[1-2]。针对用户创新的研究集中在用户参与创新的前期阶段，例如发现了产品使用者作为创新主体参与制造商创新过程这一现象，然后尝试界定用户创新的范围和内涵，研究激励用户参与创新的策略及其影响因素等[3]。用户创新重要的合作载体是制造商，一些文献从制造商的角度研究辅助用户参与创新。例如，在制造商利用网络创新平台吸引用户参与企业创新中，国外的平台网站有Inno Centiv，Topcoder，99design等，国内有海尔HOPE创新生态平台、美的开放式创新平台、华为开发者联盟等。用户创新工具箱也为用户参与创新提供了便利条件，制造商通过为顾客提供创新工具箱还可以挖掘领先用户并增加顾客参与创新的满意度，这种创新模式已经得到了广泛的应用[4]。

现有文献大多单独分析用户创新行为和研究制造商如何引导用户参与创新，很少分析用户参与创新对整个供应链的影响。许多案例研究证明用户参与创新可以有效降低创新风险，减少沉没成本，提高产品研发成功率，增加市场占有率，从而大幅提升企业的利润和价值[5-6]，而制造商的技术吸收能力是用户创新成果转化重要的中介条件[7]。同时，消费者对用户参与创新的产品具有更高的偏好，愿意支付相当的额外费用购买自己设计的产品[8]，从而增加零售商的利润。另一方面，用户参与制造商创新能够事先将需求信息传达至制造商，在一定程度上解决由信息不对称带来的资源浪费和“牛鞭效应”。因此，用户参与制造商的创新活动可以增加整个供应链的利润和效率，然而现实中用户创新的投入和支持工作基本由制造商承担，主要包括创新平台的建设与维护，以及向用户提供的资金、技术等[9]，零售商享受了用户创新带来的正向外部效应，却没有支付相应的成本，这种搭便车行为会对制造商的创新决策产生消极影响，因此从供应链的角度研究制造商与零售商的创新协调机制，激励制造商采用用户创新模式提升供应链利润具有重要意义。

关于供应链的协调机制已有丰富的研究成果，目前主要有批发价契约、回购契约、数量折扣契约和收益共享契约。Yoo等[10]研究批发价、回购和数量折扣合同3种常用的合同，探讨每个供应契约如何影响零售商的决策，进而影响整个供应链及其成员的利润；范建昌等[11]构建了一个由数量折扣契约和质量改进成本分担契约共同构成的协调机制，可以有效实现供应链系统协调；朱晓东等[12]构建了Stackelberg博弈定价模型，分别给出了分散决策和集中决策下双渠道的最优回收定价和利润，并使用收益共享契约来实现供应链Pareto改进。收益共享契约的本质是供应链成员间的协调机制，以集中供应链利润为参照，通过重新分配利润实现供应链Pareto改进的方法在供应链中有广泛的应用[13-15]。因此，本文利用收益共享契约对用户参与创新供应链进行协调，通过设置零售商收益共享比例激励制造商进行用户创新投入。

综上所述，国内外有关用户创新对供应链创新决策的影响研究较少，已有研究证明用户创新能够提升企业创新绩效，但影响机制未知。本文从供应链的角度出发，设计用户参与制造商创新的单一供应链结构协调策略。大部分文献通过消费者效用计算市场需求量，本文创新性地将消费者知识水平、参与创新成本和创新补贴纳入消费者效用函数，识别出领先用户需求，然后有针对地分析该消费者群体对供应链最优决策的影响。同时引入包括制造商技术吸收能力和消费者知识水平的成本函数，基于这两个函数先研究了制造商与零售商合作模式和分散决策模式下的供应链决策机制，再设计收益共享契约，将零售商也纳入创新体系，最后通过数值算例对比消费者创新补贴、消费者创新成本、消费者知识水平和制造商技术吸收能力对批发价格、零售价格、领先用户需求及供应链各方利润的影响，以期帮助企业理解领先用户创新对供应链的影响机制，结合自身条件选择合适的创新决策。

1 模型假设

U=θv-p-cu+αr。

(1)

表1 参数及符号定义

续表1

根据图1可以发现，普通用户不但对新产品的接受程度低，而且其知识水平不足以参与产品的有效创新；创新用户对最新问世的产品抱有极大兴趣，而对能否满足其更高的消费需求不关心，因此对制造商创新的辅助十分有限；专家用户往往属于某一领域的高级研究学者，能够为制造商提供新产品的改良意见，甚至完整的产品解决方案，但其购买意愿不强，不注重新产品的用户体验；领先用户是用户创新中最应关注的群体，该群体注重产品带来的消费价值并不断将自身需求与产品进行匹配，代表了市场上最新的需求前沿，而且领先用户还掌握产品创新的经验和知识，能够为制造商提供成熟的新产品解决方案，因此领先用户是用户创新的重要研究对象。

由效用函数可以计算领先用户的需求函数[17]：

(2)

消费者参与创新能够降低制造商的生产成本，假设单位生产成本与领先用户的知识水平α和制造商的技术吸收能力η成反比。生产成本函数

cm=co-ηα。

(3)

2 博弈均衡分析

2.1 集中决策模式下的供应链博弈模型

将合作模式作为一种理想模式，制造商和零售商以供应链整体利润最大化为目标进行决策。

供应链总利润函数

(4)

对式(4)求导可得

(5)

(6)

将式(6)代入式(2)和式(4)，可得集中决策下的领先用户需求和供应链新产品最优利润分别为：

(7)

(8)

2.2 分散决策模式下的供应链博弈模型

在分散式决策模式下，制造商和零售商符合单次Stackelberg博弈，制造商为领导者，零售商为追随者。制造商先确定新产品的批发价格，零售商再确定新产品的零售价格。制造商和零售商的利润函数分别为：

(9)

(10)

采用逆向归纳法求解，首先对零售商的利润函数求一阶偏导，可得

(11)

(12)

将式(12)带入制造商利润函数，并对新产品批发价格求一阶偏导，可得

(13)

(14)

将式(14)带入式(12)，得到零售商的新产品最优零售价格

(15)

将式(14)和式(15)带入式(2)、式(9)和式(10)，得到分散式决策下的领先用户需求以及制造商和零售商的最优利润：

(16)

(17)

(18)

因此，分散决策模式下的供应链总利润

(19)

命题1与集中决策模式相比，分散决策模式下的新产品零售价格上涨，领先用户需求减半，供应链整体利润下降。

命题1说明在分散决策下，零售商的高定价拉高了消费者对新产品接受程度的无差异点，进而降低了市场需求。可以很明显地看出，消费者对新产品的期望收益越高、知识水平越高、制造商的创新补贴越多，越会纵容零售商抬高新产品的零售价格来获得更多利润，不但损害了消费者的效用，而且影响了制造商的利润。

命题2两种决策模式下，制造商给予用户的创新激励r越大，领先用户的新产品需求量越多。

综上可知，在分散决策模式下，因为存在双重边际效应，供应链利润减少，同时领先用户的消费需求被削减，所以需要设计供应链协调机制，以优化分散决策模式。

2.3 收益共享契约下的供应链博弈模型

在用户创新模式下，零售商享受了用户创新带来的收益，为了促使制造商进一步加强用户创新的参与程度，双方分享销售产品的收益，零售商获得收益的份额为φ，制造商获得收益的份额为1-φ。决策顺序为：零售商提出收益共享比例φ，然后制造商决策w，最后零售商决策p。相应地，制造商和零售商所得的利润函数如下：

(20)

(21)

(22)

(23)

将最优新产品零售价格代入式(2)，可得领先用户需求

(24)

供应链整体利润

(25)

命题5不论分散决策模式还是收益共享契约协调模式，消费者知识水平α对领先用户需求量、制造商利润、零售商利润和供应链整体利润都产生正向影响。

证明略。该命题表明消费者的知识水平越高，越有利于促进制造商实现用户创新模式，因为该消费群体中领先用户的数量占比较大，对新产品的需求刺激了利润的提升。因此是否采用契约协调供应链，制造商都应该加强目标消费群体的知识水平识别，以确定是否采用用户创新模式来增加利润。

3 算例分析

因为收益共享契约协调供应链的结果与集中决策模式一致，本章重点对比分散决策和收益共享契约协调两种模式下，消费者创新补贴以及消费者和制造商的技术能力对领先用户需求、供应链成员利润和供应链整体利润的影响。模型中的基本参数赋值如下：v=10，co=3，β=0.5，φ=0.45。

3.1 消费者创新补贴r对供应链最优决策的影响

本节主要分析消费者创新补贴变化对领先用户需求、制造商和零售商最优利润、供应链整体利润产生的影响，同时讨论消费者创新成本高和低两种情况下的不同影响趋势。取cu∈{0.2,0.5}，固定消费者知识水平α=0.5，制造商技术吸收能力η=0.5。

图2所示为消费者不同创新成本下，制造商的创新补贴r对供应链最优决策的影响。由图2a可见，随着消费者创新补贴的递增，两种创新决策模式下的供应链整体利润变化均呈现为先递增后递减。图2b中领先用户的需求呈现递增趋势而且逐渐平缓，在验证命题2的同时补充说明创新补贴不是刺激领先用户需求的良药，如何辅助消费者降低创新成本才是有效的举措。从图2c和图2d可见，在零售商收益共享比例为0.45的协调下，制造商利润变化与供应链整体利润变化一致，零售商利润则呈递增趋势，增长速度渐缓，说明制造商提供给消费者的创新补贴越多，越会削弱制造商的盈利水平，不利于供应链整体利润的增长；收益共享契约协调模式下的零售商利润增幅较大，但对制造商利润改进不明显，零售商占据了大部分协调后增加的利润。另外，在消费者创新成本较低的情况下能够明显提升制造商、零售商和供应链整体利润，尤其对制造商利润提升效果明显，而且提升效果随着创新补贴r的增加逐渐减弱。

表2所示为在最优制造商利润和创新补贴r值下的零售商利润和供应链整体利润，同时给出供应链整体利润的最大值进行对比。可以看出，随着消费者创新成本的增加，最优创新补贴值也增加。分散决策模式下，当消费者创新成本较低时制造商利润高于零售商利润，当消费者创新成本较高时制造商利润小于零售利润，这是由于领先用户需求量受创新成本的影响而锐减，导致供应链利润下降，同时为了维护领先用户需求量，制造商增加了创新补贴，双重作用下，制造商利润下降的幅度超过零售商。收益共享契约协调供应链后，制造商利润虽然增加，但是低于零售商利润，零售商获得了更多的利润，其在该契约下更具优势。由于制造商处于供应链的领导者地位，当设置最优的创新补贴值时，供应链整体利润虽然没有达到最优，但是距离最大值已十分接近。因此，制造商给予消费者的创新补贴不是越高越好，而是根据消费者的创新成本设置合理的补贴区间，以获得最优制造商利润和供应链整体利润。

表2 最优制造商利润及创新补贴

3.2 消费者知识水平α对价格的影响

本节主要分析消费者知识水平对批发价格和零售价格的影响。除基本参数外，设消费者创新补贴r=1，cu=0.5，为了直观展示命题4，取η∈{0.5,2,4}分别对应制造商吸收能力的低、中、高水平。

图3所示为消费者知识水平对分散决策模式下批发价格的影响。从图中可以看出，当制造商的技术吸收能力处于低水平时，消费者知识水平越高，批发价格越高；当制造商的技术吸收能力处于中和高水平时，批发价格呈递减趋势，而且制造商的技术吸收能力越强，批发价格对知识水平的变化越敏感，降低幅度越大。因为制造商的技术吸收能力是将用户创新成果转化为企业创新绩效的能力，对比图2c可见，当技术吸收能力较低时，给予用户的创新补贴越高，制造商利润越低，其将通过提高产品批发价格来弥补利润损失。另外由式(14)可知，消费者知识水平越高，创新补贴与技术吸收能力的差距对批发价格的影响越大。说明当制造商的技术吸收能力较弱时不宜采用用户创新模式。

图4所示为消费者知识水平对分散决策模式下和收益共享契约模式下零售价格的影响。从图中可以看出，当制造商的技术吸收能力处于低水平时，两种决策模式下的零售价格均呈递增趋势，这是由批发价格递增导致的；当制造商的技术吸收能力处于中等水平时，消费者知识水平越高，分散决策模式下的零售价格越高，收益共享契约模式下的零售价格越小；当制造商的技术吸收能力处于高水平时，消费者知识水平越高，两种模式下的零售价格越小，而且契约模式下的零售价格对消费者知识水平更敏感，变化幅度较分散决策模式下更大。说明零售商通过共享收益能够有效降低制造商的创新成本，同时对消费者知识水平的响应更及时，而且用户参与程度越高产品售价越低，能够进一步刺激消费者参与创新，形成良性循环。

3.3 消费者知识水平α对供应链最优决策的影响

本节主要分析消费者知识水平和制造商吸收能力对供应链最优决策的影响，参数设置与上一节相同。

图5所示为制造商不同技术吸收能力下消费者知识水平对供应链最优决策的影响。从图中可以看出，两种模式下的消费者知识水平对供应链最优决策都产生积极的影响，而且制造商技术吸收能力越高，影响越显著，命题5得以验证。由图5a可见，收益共享契约下低技术吸收能力的供应链整体利润高于分散决策模式下中等技术吸收能力的供应链整体利润，仅在消费者知识水平很高时才略低于分散决策模式，中等技术水平的情况类似。因此从供应链整体利润来看，收益共享契约可以弥补制造商技术吸收能力不足带来的利润损失，当技术吸收能力不足时，制造商偏向于采用收益共享契约协调供应链决策。图5b说明收益共享契约可以明显增加领先用户需求，制造商技术吸收能力对领先用户需求的增加效果不显著，这在一定程度上体现了信息不对称，用户参与制造商创新时往往注重于在创新过程将自身的知识与需求结合，不关注创新成果的进一步生产试验，因此制造商技术吸收能力的强弱对消费者新产品需求的影响不明显。

图5c和图5d说明随着消费者知识水平的提升，收益共享契约对零售商的利润产生的增幅超过制造商，而且越来越大，制造商的吸收能力越强，利润增幅速度越快。制造商技术吸收能力对制造商利润的影响呈现断崖式递增，不论采取哪一种决策模式，技术吸收能力高的制造商利润一定高于技术吸收能力低的制造商；而对于零售商来说，收益共享契约下增加的利润大于制造商技术吸收能力对利润的影响，这是技术吸收能力带来的成本优势和契约模式获得的数量优势进行比较的结果。

4 结束语

在单一制造商和单一零售商组成的供应链系统下，本文基于领先用户需求分别构建了基于用户参与创新的集中式、分散式和收益共享契约下的供应链决策模型，采用Stackelberg博弈法求解了模型的最优解，并在最优决策下对模型进行了算例分析，对分散决策模式和收益共享契约模式的结果进行了比较，得出以下结论：

(2)随着消费者创新补贴的增加，供应链整体利润和制造商利润均先增后减，零售商利润为递增且逐渐平缓；收益共享契约对零售商利润的提升效果明显，而消费者创新成本越低，制造商利润提升得越明显；领先用户需求对消费者的创新成本变化更加敏感。因此在现实创新活动中，制造商激励消费者参与创新活动，一方面需要在合理区间内提供创新补贴；另一方面，应该设计出操作性强的方式或者改良用户创新工具箱，以降低创新难度，让消费者更容易地将自己的创新想法付诸实践，如此才能最大幅度地刺激领先用户需求，提高供应链利润。

(3)消费者知识水平对分散决策模式下的批发价格和两种决策模式下的零售价格的影响与制造商吸收能力和消费者创新补贴关系有关。当消费者创新补贴一定时，制造商的技术吸收能力越高，批发价格和零售价格随消费者知识水平提升下降得越低。制造商和零售商对新产品的定价要根据制造商的技术吸收能力和创新补贴来调整，当制造商认定自身转化投产用户创新产品的能力较强时，结合消费者参与创新对制造商研发和生产的贡献程度，适当调低新产品零售价格可以提高领先用户购买效用。当制造商对消费者创新补贴较多时，能够增加领先用户需求量，可以适当调高新产品零售价格。

(4)在两种决策模式下，随着消费者知识水平的增加，领先用户需求量、制造商利润、零售商利润和供应链整体利润均呈递增趋势，其中收益共享契约和制造商技术吸收能力的影响不尽相同。因此，在供应链决策中，如果制造商的技术吸收能力较低，制造商和零售商则应积极寻求合作，零售商通过分担制造商的用户创新成本能够刺激领先用户需求量，最终达成“双赢”的局面。制造商应该不断提升自身的技术实力以最大化用户创新对利润的正向影响，从这点可以看出，目前实现用户创新的企业大多为技术实力雄厚的行业领军者，其用户参与创新的成果转化率高，能够大幅提升自身利润。

在现实生活中，用户参与创新模式对需求、创新成本等的影响很复杂，市场上还存在新产品竞争的情况，因此考虑需求不确定及一对多供应链结构下用户参与供应链企业创新的协调策略，将是下一步的研究方向。