云环境下的价值链协同收益分配

王 平，王 克，潘燕华，葛世伦

(1.江苏科技大学 经济管理学院，江苏 镇江 212003；2.江苏科技大学 服务制造模式与信息化研究中心，江苏 镇江 212003)

0 引言

随着新技术革命和经济全球化的深入发展，世界各国的联系日益紧密，尤其是商品与生产要素在全球范围内大规模流动和自由配置，使得制造企业的跨边界协作活动日益增加，企业间相互渗透、融合和依存，逐步使制造业具有全球化特点。另外，制造业外部生存环境日趋动荡，顾客需求日益多样化和个性化，产品生命周期缩短，新技术、新设备快速更替，迫使企业必须通过经营模式变革，快速应对和适应外部环境变化[1]。以云计算技术为基础的新一代信息技术的快速发展和应用有效地打破了传统企业间的边界，通过资源高度汇聚、信息高效共享和流程公开透明，促进价值链企业间高质量的价值共创，从而推动企业管理理念与制造模式的转变[2]。

云计算技术为实现价值链企业间协作提供了新途径，成为新兴的制造模式，高效的协作关系可以帮助企业提高创新能力、增加竞争优势、增强利润表现[3]，价值链协同收益分配方案的科学性将直接影响价值链协作关系的稳定性和成员企业参与协同的积极性[4]。国内外学者已从价值链、供应链的角度对收益分配问题进行了大量的研究，主要方法集中在几方面：

(1)运用博弈论研究合作收益的分配问题 Cochon等[5]认为如果供应链成员间的收益分配决策行为达成成员间的Nash均衡，则供应链任何成员将不愿意偏离该均衡，此时供应链收益分配达到最优；潘会平等[6]利用Stackelberg博弈分析了不同收益分配方案对制造商和零售商利润的影响，并基于各方偏好的合作区间提出双方四六分成的利润分配方法；苗治平等[7]借助参与度隶属函数构建了模糊平均单调博弈模型，通过求解博弈模型来解决合作联盟最优利益分配问题；Ghosh等[8]通过博弈论方法建立了成本分摊机制模型，给出了成本分摊机制对供应链参与者关键决策的影响；李泉林等[9]在对云资源提供商的合作博弈收益分配研究中，分析了该合作博弈收益分配模型的超可加性、核心非空性和非凸性，并给出了求解方法。

(2)运用改进的Shapley值法研究收益分配问题 Qazi等[10]通过风险度量指标及其相互依存关系，利用Shapley值法构建了收益分配模型；王选飞等[11]利用Shapley值法计算各参与主体在联盟中的综合量化值，给出了动态联盟利益分配量化模型；于晓辉等[12]基于模糊Shapley值提出企业产学研合作问题的模糊收益分配策略；汪翔等[4]和李霞等[13]分别利用Shapley值法设计了合作联盟的收益分配问题。

(3)运用效用理论解决协作收益问题 Tantalo等[14]在研究利益相关者协同作用所创造的价值时从效用的角度出发，提出将多属性效用函数与战略行动结合，构建了利益相关者群体效用计算模型；Svejnar[15]基于效用、综合谈判力和底价提出Nash谈判解的N人协商谈判收益分配模型；孙东川等[16]提出Nash谈判模型的破裂点，确定了联盟效用最大化下的收益分配方案。

综上所述，现有的收益分配研究从理论到方法对价值链协同收益分配问题进行了深入研究。然而作为一种新型市场环境，云环境的价值链组建和协作模式与传统制造模式存在一定差异，现有研究不能很好地解决云环境下的价值链协同收益分配问题。本文在现有研究基础上，分析了云环境下市场环境的特点以及价值链协同合作模式的特点，基于效用理论构建了改进的Nash协商谈判收益分配模型，并通过仿真分析验证了模型的科学性和有效性。

1 云环境下价值链协同的收益分配模型

1.1 云环境下的市场环境特点

云环境下的价值链企业需要在产品全生命周期过程中共享各类资源和能力[17]，企业处在一种高度协同的生产状态中，其生产信息、价格信息公开透明，因此云环境下的企业处于一种完全竞争的市场环境，其具有如下特点：

(1)云环境下的市场上有大量生产者和消费者，任何一个生产者或消费者都不能影响市场价格。由于存在大量的生产者和消费者，同整个市场环境下的供给量和需求量相比，任何一个生产者和消费者的供给量和需求量所占比例都很小，因此，云环境下的生产者和消费者是市场既定价格的接受者而不是市场价格的决定者。

(2)云环境下制造企业的高度汇聚使得企业生产的产品具有同质性。生产企业所生产的商品在功能、质量、规格、服务等方面差异不大，企业无法通过产品的特异性形成市场垄断，从而享受垄断收益[18]。

(3)云环境下的制造资源具有完全流动性。企业可以自由地进入或退出一个行业，资源可以在各企业间或行业间完全自由地流动，没有进入或退出市场的障碍，任何一种资源可以及时地从亏损的生产中退出，并及时投向能获得最大利润的生产[19]。

(4)云环境下的信息完全透明，参与者能够充分了解市场及生产运营的各类信息。市场上的每一个生产者和消费者都掌握与自己经济决策有关的所有信息[20]，然后根据所掌握的信息做出最优的经济决策进行协同生产，从而获得最大的经济收益。

1.2 云环境下的价值链协同特点

(1)具有高度协同的工作流程，可以覆盖产品的全生命周期[21]。云环境下的价值链突破空间地域对企业生产经营范围和方式的约束，开展包括产品设计、制造、销售、采购、管理等产品全生命周期的业务活动，实现价值链协同以及社会资源的共享与集成[2]。

(2)价值链协同参与成员达成信息共享，实现共同目标和共同收益[3]。云环境下的价值链参与者在完全竞争市场环境下进行信息共享，以使目标具有一致性，并使价值链具有敏捷性，快速应对市场变化。

(3)价值链协同体进行风险共担和收益共享[3,22]。云环境下的价值链协同过程中，参与企业往往来自不同地域，具有不同特性，会承担不同风险或做出不同的创新性贡献。价值链协同体“风险共担、收益共享”的合作机制是确保其有效发展的强大动力[23]。

(4)价值链协同参与者在资源、技术及经济上可以进行优势互补[24]。基于优势互补的价值链通过协同在组织间产生竞争优势[25]来交换或开发新产品，从而产生超额收益，实现互利互惠，推动价值链企业共同成长。

(5)价值链收益分配追求效用最大化。在成熟的价值链协同中，每个成员公平分享收益和损失[3]，追求整体收益最大化。通过制定激励补偿机制对收益、投资和风险进行匹配[26]，在实现参与者期望收益的前提下，实现价值链整体效用最大化。

1.3 条件假设与描述

(1)理性假设 相比各企业分散经营，云环境下高度协同的价值链联盟形式将会获得更高的收益[27-28]，参与方具有协同的意愿和积极性。

(2)收益补偿机制假设[23,26]云环境下，价值链联盟作为“风险共担、收益共享”协同体的同时也是一个典型的非完全利益共同体[29]。协作过程各企业承担的风险和创新性的贡献不同，期望收益也不同，因此需要通过收益补偿机制使联盟成员在实现多方共赢的同时实现效用最大化。

(3)谈判协商假设 在完全竞争的云环境中，收益分配方案需要通过多方协商得出。在假设(1)(2)的前提下，联盟成员通过协商制定合理的收益补偿机制，以实现各自效用最大化，使价值链协作更加紧密。

理性假设为云环境下价值链协同体的形成提供了可能性，在各个成员具有合作意向的前提下，收益补偿机制对分配方案的制定起了修正作用，即在考虑风险、创新性等因素的影响下，承担较大风险或做出创新性贡献的企业将会得到一定的收益作为补偿。在满足参与约束和激励约束的前提下，考虑到云环境下的价值链协同体是一个非完全利益共同体，Nash协商谈判可以为价值链协同体提供一个公平合理的“风险共担、收益共享”收益平衡机制。

1.4 模型设计理论基础

本文以Pareto效率公理、Nash谈判公理为理论基础，构建的Nash谈判模型主要包括收益分配规则、效用、谈判破裂点3个基本要素。

(1)收益分配规则 为价值链协同体收益分配的核心，以3个企业参与价值链协同为例，x=(x1,x2,x3)为价值链协同体收益分配规则，在成员企业的所有可行收益分配集中，以保证整体收益为前提，将各成员效用函数乘积最大值的收益分配方案作为参与合作成员的分配方案，实现了整体效用最大化，可以极大地促进价值链整体的稳定性。

(2)谈判破裂点 任何协作均存在破裂的可能性，谈判破裂点描述了谈判破裂时成员企业可以获得的收益，需要注意的是，谈判破裂点虽然意味着谈判并未达成，但是仍可作为可行分配方案。谈判破裂点对成员参与合作的态度和结果会产生重要影响，其代表着参与合作者所能接受的收益底线，参与成员将不会接受低于谈判破裂点收益的分配规则。

(4)Nash谈判公理

1)对称性公理 如果价值链协同体中成员企业实力相当、地位对等，则成员企业将得到同样待遇，即使成员互换地位，谈判局势也不会发生改变。在不对称问题中，一般采用合适的方法将不对称问题转化为等价的对称问题，以便求解。例如，因谈判破裂点不同导致的不对称性，通过获取成员企业相对于谈判破裂点的净效用增量，可以将其转化为对称问题。

2)线性变换不变性公理 在价值链协同体中，如果对其合作成员的效用函数进行保序线性(对效用函数u进行线性变换,au+b,a>0)变换，则Nash谈判的结果不发生改变，变化的仅为效用的数值，即效用的相对度量。线性变换不变性公理可以将非对称谈判问题通过保序线性变换转化为对称问题，然后通过Pareto效率公理和对称性公理求解。

3)无关方案独立性公理 两个Nash谈判问题BS和BT具有相同的谈判破裂点d，其中一个可行结果集T包含在另一个可行结果集S中，T⊂S，而且谈判问题BS的解集位于谈判问题BT的可行结果集T中，即σ(BS)⊂T，则两个谈判问题的解集相同，σ(BT)=σ(BS)。将无关方案独立性公理同保序线性变换结合解决非对称谈判问题，可使扩展博弈的成员企业效用落在原问题的成员企业效用对集合内。

Pareto效率公理和Nash谈判公理诠释了Nash解的通用求解方法，而不必关心效用对集合是否规则、博弈是否对称。也就是说，如果问题满足以上公理，则企业谈判博弈的收益分配解是唯一的，且为如下规划问题的最优解(以3个企业参与协作为例)：

u2(d2))(u3(s3)-u3(d3))]。

s.t.

s1≥d1,s2≥d2,s3≥d3；

s≡(s1,s2,s3),d≡(d1,d2,d3)。

(1)

本文基于云环境下市场环境和合作模式的特点，在协同收益分配设计过程中充分利用上述公理，同时考虑收益补偿机制对价值链协同体稳定性的影响，在Nash谈判模型的基础上，从成员企业进行收益分配规则制定时的谈判破裂点入手引入权重，在保证谈判结果的前提下，寻求使价值链协同体整体效用最大的收益分配规则。

1.5 模型分析与求解

Shapley值法是用于解决多方合作对策问题的一种数学方法[30]，其基本的理论思想是根据各成员企业为合作带来的增值比例来分配收益。云环境下价值链成员间的协作为协同体带来了超额收益，各成员企业围绕协同体总收益分配进行谈判。在Nash谈判公理和Pareto效率公理的基础上构建改进后的Nash谈判模型，对价值链成员所提收益分配规则的主观效用进行描述。

i=1,2,…,n，j=1,2,…,m;

(2)

xij为价值链协同体i在j指标下获得的收益；X为n个协同体在m个指标上的收益分配矩阵，

i=1,2,…,n，j=1,2,…,m。

(3)

则第i个企业在j指标下的收益分配效用函数为

(4)

改进后的Nash谈判模型为

(5)

1.5.1 指标识别与分析

条件①②满足了理性假设，说明达成协同体后成员分配到的收益不低于独自完成生产任务所获得的收益。因此，定义价值链协同体的第i个成员谈判起始点(即谈判破裂点)为其根据谈判方案在j指标下独自完成生产任务时所获得的收益；条件③说明协同体内所有成员的收益之和正好为协同体的总收益。

1.5.2 指标权重赋值

根据熵值法求解指标权重：

(3)计算第j个指标的差异系数。指标差异越大，对方案评价的作用越大；熵值越小，指标的权重系数越大。差异系数hj=1-ej，1≤j≤m。

1.5.3 模型求解

价值链协同体在不同指标下创造的收益

(6)

第i个成员在第j指标下所提方案的效用函数

(7)

第i个企业在j指标下的收益即为下述模型的解：

s.t.

(8)

2 数值模拟

(1)模型数据假设 云环境下价值链协同体由3个制造企业组成，收益分配影响要素为成本投入、风险承担和创新性贡献。如果制造企业不达成价值链协同，则需要各自投入生产要素、机器设备和创新资源，并将独自承担风险。现假设制造企业A，B，C不达成价值链协同体时生产制造该产品均可获利700万元，则其在云环境下达成价值链协同体时，协同体总收益X(N)=2 750万元，并且在成本投入指标下的谈判破裂点分别为260万元、210万元、270万元，承担风险指标下的谈判点分别为190万元、230万元、220万元，创新性贡献指标下的谈判点分别为250万元、260万元、210万元。

(2)模型求解 根据上述熵值法求得A，B，C 3个企业在云环境下成本投入、风险承担、创新性贡献的指标权重β=(0.441 3，0.244 7，0.314 0)，经计算成本投入、风险承担、创新性贡献所应补偿的收益X′=(1 213.575，672.925，863.5)。通过解上述非线性方程组，求得的收益补偿分配方案如表1所示。

表1 3个的企业成本、风险承担、创新性贡献收益分配

3 结束语

本文针对云环境下的市场特点和价值链协同特点，基于谈判破裂点，采用Nash谈判公理、Pareto效率公理和效用理论研究了云环境下的价值链协同收益分配问题。首先，通过分析云环境对市场及企业协作模式的影响，提出云环境下的价值链协同收益分配问题；其次，分析了云环境下的市场环境及价值链协同的特点，由于云环境下的制造资源和服务需求高度汇聚，而且信息高度公开共享，认为云环境下的市场是一种完全竞争的市场，价值链企业在共同利益目标下业务协同、风险共担、收益共享，在实现价值链企业间的优势互补的同时提升了产品研制的效率和效益；然后，利用效用理论构建了改进的Nash谈判模型，并基于谈判破裂点矩阵，利用熵值法确定了收益分配的影响指标权重，通过非线性规划的方法对模型进行求解；最后，采用数值仿真验证了模型的科学性和有效性。

基于谈判破裂点的权重计算方法能够有效解决云环境下价值链协同收益分配过程中影响要素复杂多样、重要程度动态多变的问题，基于效用理论构建的收益分配模型能够在满足价值链各方期望收益的同时实现价值链整体效用的最大化。