基于制造商工艺创新能力的供应链产品质量决策及协调研究

林志炳 罗 城

(福州大学经济与管理学院，福建福州 350108)

引言

近年来，诸如三星Note7自燃事件、长春疫苗事件等质量安全事故频发，引起了政府和消费者对产品质量安全问题的高度关注。面对着严峻的市场压力，例如联想、苹果等大型企业已经将产品质量安全问题上升到了战略层面，期望通过产品质量的提升增强其市场竞争力。一般而言，供应链环境下的产品质量是由供应链上的全体成员来共同实现的，不仅需要企业自身环节的质量保证，更是需要确保供应链其他环节不出现问题。事实上，三星Note7事件的调查结果表明Note7自燃事故的主要原因就是供应商提供的劣质电池所导致的;而长春疫苗事件的发生则是由于生产过程出问题导致“效价测定”不符合标准规定。此外，虽然高质量产品能为企业在市场竞争中带来很大的优势，但提高产品质量的同时又会导致产品成本的增加。而面对质量成本带来的压力，企业可以通过提升自身工艺创新能力来降低产品在生产过程中的边际成本以缓解质量成本的压力。因此，供应链管理者必须将下游工艺创新能力及上游零部件质量问题同时纳入供应链质量管理之中，确保产品的质量安全。

和本文相关的文献主要包括两方面：工艺创新和产品质量决策。工艺创新又被称为过程创新，在已有文献中学者们普遍认为工艺创新活动就是通过提高生产力的方式来降低边际生产成本，提高产品质量。关于工艺创新对供应链影响的研究中，较多学者是在信息对称的前提下进行的研究。例如，温小琴和胡奇英在同时考虑质量意识和制造商的工艺创新能力的情况下，探讨了供应链产品质量选择问题，并且证明了制造商工艺创新能力的提高对供应链产品质量和系统利润的提升都是有利的。[1]李星北和齐二石在条件风险值度量准则下，探讨了制造商不同的风险偏好对供应商创新投资决策的影响。[2]Lin认为技术创新能力和创新投入对供应链整合水平产生正向影响。[3]在供应链契约对工艺创新影响的研究中,Bhaskaran和Krishnan探讨了过程创新和成本分摊策略对新产品开发决策的影响。[4]孙彩虹和于辉认为数量折扣契约机制修正了回购契约过分激励零售商过程创新的同时实现了供应链创新行为的协调。[5]现实中，由于渠道间存在竞争，一些学者在渠道竞争环境下探讨了工艺创新对供应链的影响，例如Gupta和Loulou研究了供应链中由于过程创新而产生的产品差异如何影响不同分销渠道结构下的产品质量决策。[6]朱立龙和孙淑慧研究了制造商进行创新投入时，不同渠道结构下供应链成员如何进行产品质量决策的问题。[7]赵海霞和艾兴政通过构建制造商是否进行流程创新的竞争供应链模型发现创新投资系数较小且横向竞争较弱，或者仅创新投资系数较大时，实现上下游双赢的占优均衡决策是进行流程创新。[8]此外，有少数学者研究了信息不对称下的工艺创新对供应链的影响。例如，Samar等研究了非对称信息条件下考虑零售商过程创新的混合渠道供应链如何设计最优产品契约。[9]田巍等探讨了在混合渠道供应链中零售商创新投入信息对称和不对称两种情况时，创新投入是如何影响供应链绩效的。[10]

在供应链产品质量决策方面，已有学者探讨了供应链契约对质量决策的影响，如肖迪和潘可文以供应商和零售商构成的二级供应链为研究对象，对比了收益共享契约和批发价格契约对产品质量决策的影响，证明了收益共享契约对供应商更有利。[11]Chao等研究了由制造商与供应商组成的二级供应链的质量决策问题，设计了回购契约以激励制造商提高其质量决策水平。[12]王道平等发现当制造商存在风险规避时，通过批发价格—质量成本分担契约可以协调供应链。[13]一些学者对渠道竞争环境下的质量决策问题进行了探讨，例如朱立龙和姚昌研究了竞争生产商环境下的质量决策问题。[14]随后朱立龙还构建了双寡头零售商分销渠道产品质量控制策略模型，探讨了不同渠道权力结构中的产品质量决策问题。[15]李永飞等研究了针对质量敏感和不敏感的客户类型在产品质量、价格、提前期相互竞争下的二级供应链的协调问题[16]；随后李永飞等又对拥有直销和零售双渠道的制造商在不同模式下考虑质量改进的渠道协调问题进行了研究并表明混合渠道情形的纯零售模式对系统最为有利。[17]刘咏梅等研究了渠道竞争环境下制造商推广新产品时的质量选择及定价问题，并且分析了新产品质量对零售价格及制造商利润的影响。[18]此外，部分学者还考虑了信息不对称下的质量决策问题，例如Hsieh和Liu探讨了不同程度信息下供应商和制造商如何制定质量检验策略以及质量投资方针。[19]Yehezkel讨论了道德风险条件下零售商如何进行产品质量决策的问题。[20]邓力等以双渠道供应链为研究对象，探讨了不同披露模式对产品质量信息披露效果及渠道成员利润的影响。[21]

综上所述，供应商的零部件质量和制造商的工艺创新能力会同时影响产品的质量水平，但现有文献未能将上游零部件质量以及下游工艺创新能力纳入同一框架内进行讨论。因此，本文将在供应商主导的情形下探讨上游零部件质量和下游工艺创新能力对产品质量的影响，探讨如何实现供应链协调，并在此基础上比较不同权力结构下的产品质量水平及渠道成员利润差异。

一、模型假设与描述

二、模型S

在模型S中，供应商首先决定零部件质量水平和批发价格，然后制造商决定工艺水平以及零售价格。供应商和制造商的目标函数如下：

(1)

性质1：供应商主导的Stackelberg博弈中，(1)博弈的均衡解为：

其中：X1=eαf(4k-θ2)-e-αk(eαθλ-h0)2

证明：略。

从性质2可知，随着制造商工艺创新能力α的增强：(1)制造商将选择提高产品的工艺水平并相应提高零售价格，而供应商将相应提高零部件质量水平与批发价格，制造商与供应商的行为提高了产品质量，降低了边际生产成本，导致需求量以及边际利润的提升。(2)产品需求量与边际利润的提高将使制造商与供应商的经济利润得到提升。由于工艺创新能力的提升能提高供应商的经济利润，因此作为核心企业的供应商将更倾向于选择工艺创新能力较强的制造商进行合作，这也意味着作为跟随者的制造商需要努力提高自身的工艺创新能力从而获得更高的利润。

证明：略。

从性质3可知，随着消费者的质量敏感系数θ的提升：(1)由于消费者对产品质量认可度的提高，因此制造商将选择提高产品的工艺水平并相应提升零售价格，而供应商将选择提高零部件质量水平和批发价格。此时产品性价比的提升将导致市场需求量的增大。(2)制造商与供应商的利润将同时得到提升。渠道成员可以适当进行产品质量宣传以提高消费者对产品的质量认可程度，使消费者愿意为高质量产品支付较高的价格，从而为企业带来更高的利润。

证明：略。

从性质4可知，随着工艺水平因子λ的提高：(1)由于工艺水平对产品质量的影响程度不断增强，制造商将更有意愿提高产品的工艺水平并提高零售价格。此时，产品的市场需求量也将增大，制造商的利润将上升。(2)在预测到制造商的决策行为之后，供应商会通过提高零部件质量水平与批发价格的方法来应对竞争，最终将导致其利润水平的提升。

三、供应链协调

(一)集中决策

集中决策模式下，供应链系统的目标函数可用如下模型进行描述：

(2)

性质5：集中决策下，(1)博弈的均衡解为

其中：

X2=2eαf(2k-θ2)-e-αk(eαθλ-h0)2

证明:略。

性质6表明：(1)集中决策模式下，由于双边际效应的减小，零部件质量水平和工艺水平均大于分散决策模式，此时市场需求量也将得到提升。(2)当供应商质量投资成本系数较大且制造商工艺创新能力较高时，分散决策模式下的零售价格将高于集中决策情形。此时,相较于集中决策模式，分散决策模式下的产品将具有高价低质的特点，从而导致分散决策模式下的供应链系统利润将低于集中决策模式。(3)当供应商质量投资成本系数较小或者制造商工艺创新能力较低时，虽然集中决策模型中的零售价格将高于分散决策模型中的零售价格，但由于产品质量的提升导致需求增长带来的收益要高于产品价格提升带来的不利影响，因此相较于分散决策模式，集中决策模式对供应链系统经济利润的提升仍然有利。

(二)协调契约设计

通过上述分析可知，分散式供应链系统存在协调空间。为了提升供应链系统利润，本文设计了收益共享—成本分担契约以实现供应链协调。在收益共享—成本分担契约RS(ω,φ,μ)中，制造商承担比例为μ(0<μ<1)的零部件质量投资成本和固定加工成本，而供应商承担的零部件质量投资成本和固定加工成本的比例为1-μ。同时，制造商还将向供给商分享一定比例收益，制造商的单位保留产品收益比例为φ(0<φ<1)，则供应商获得单位产品收益比例为1-φ。

收益共享—成本分担契约下，制造商和供应商的目标函数如下：

(3)

性质7：当契约参数满足ω=φc-(1-φ)e-αh0qm，φ=μ时，收益共享—成本分担契约能够实现供应链系统协调。

其中：φ∈[φ1,φ2]，

解得：

四、模型讨论

前文分析了供应商占主导地位时的质量决策问题。然而，在现实情况下，当供应商面对强势制造商时，两者之间进行的可能是Nash博弈，甚至可能是制造商占主导地位的Stackelberg博弈。因此，本文将在不同渠道权力结构下探讨渠道成员的质量决策问题。

在模型N中，供应商和制造商同时做出决策。令m=p-ω表示制造商在批发价格基础上的加价，可得渠道成员的目标函数为：

(4)

其中：

X3=2eαf(3k-θ2)-e-αk(eαθλ-h0)2

在模型M中，制造商首先决定工艺水平和零售价格，然后供应商再决定零部件质量水平和批发价格。渠道成员的目标函数为：

(5)

采用逆向归纳解得：

其中：X4=4eαf(2k-θ2)-e-αk(eαθλ-h0)2

证明：当θ2/2

从性质8中可知：(1)当零部件质量投资成本系数较小时，模型M中的零部件质量水平和工艺水平最高，而模型S中的零部件质量水平和工艺水平则最低。这主要是因为在模型M中，较高的零部件质量投资成本效率可以在一定程度上缓解作为制造商提高产品质量的压力，这将减轻渠道之间的双边际效应，使制造商与供应商选择提高工艺水平与零部件质量水平。(2)当零部件质量投资成本系数较大时，随着制造商工艺创新能力的增强，模型S中的零部件质量水平和工艺水平将由最低逐渐增至最高。这主要是因为：当制造商工艺创新能力足够高时，作为跟随者的制造商将可以通过工艺水平的提升来弱化供应商先动优势，从而减轻双边际效应，最终提高自身工艺水平及零部件质量水平。

证明：当k>θ2时

五、数值分析

本文借助数值方法探讨供应链系统利润在不同渠道权利结构下的差异。具体参数假设如下：a=30，c=8，θ=0.8，λ=5，f=4，h0=3。

由图1可知，当零部件质量投资成本系数较小时，模型M中的供应链系统利润最大，模型N次之，模型S最小。这是因为，当零部件质量投资成本系数较小时，模型M中的产品质量水平最高，模型N次之，模型S产品质量水平最小，而高质量产品会促进零售价格和需求的上升，最终使得供应链系统获得更高的利润。

图1 工艺创新能力对供应链系统利润的影响(θ2/2

2.当k>θ2时，假设取k=4，α<α0=2.87，此时αM=0.04，αN=0.94，取α∈[0，2]。

由图2可知，当零部件质量投资成本系数较大时，若制造商工艺创新能力较弱，则模型N中的供应链系统利润最大。这是因为权力均衡的N模型加剧了渠道成员间的垂直竞争，有利于产品质量的提升，从而提高了供应链系统的利润。而在Stackelberg博弈中，作为领导者的渠道成员虽然可以利用渠道权力的优势获得更高的利润，但将牺牲跟随者的利润，导致跟随者的决策进一步偏离供应链系统的最优决策，降低了供应链系统的利润；若制造商的工艺创新能力较强，则供应链系统利润将在模型S中达到最大。这意味着具有较强工艺创新能力的制造商可以选择具有较强渠道权力的供应商进行合作，从而实现供应链系统利润的改进。

图2 工艺创新能力对供应链系统利润的影响(k>θ2)

六、结论

本文同时考虑了上游供应商的零部件质量和下游制造商的工艺创新能力，构建了由供应商主导的Stackelberg博弈模型，探讨了渠道成员的质量决策问题。首先，给出了Stackelberg博弈的均衡解，并分析了制造商工艺创新能力、消费者质量敏感系数以及工艺水平因子对渠道成员最优决策与利润的影响；然后，设计了收益共享—成本分担契约实现了供应链协调；最后，比较了产品质量和渠道成员利润在不同渠道权力结构下的差异。

根据前文分析，得出以下结论：(1)在供应商主导的Stackelberg博弈模型中，制造商工艺创新能力、消费者质量敏感系数以及工艺水平因子的增大能够提升产品的质量水平，提高供应链系统的利润。(2)由于双边际效应的存在，分散决策模式下的供应链存在协调的空间。此时，通过收益共享—成本分担契约可以实现供应链协调。(3)渠道成员的渠道权力强弱能显著影响其利润，一般情况下，渠道权利越强，渠道成员的利润越高，但这种情况会受到零部件质量投资成本系数和工艺创新能力的影响而改变。(4)当零部件质量投资成本系数较大且制造商工艺创新能力较低时，模型N中的产品质量水平和供应链系统利润达到最优；这意味着渠道内部一定程度的竞争将有助于产品质量水平与供应链系统利润的提升。(5)当零部件质量投资成本系数较小时，模型M中的产品质量水平和供应链系统利润达到最优；而当制造商工艺创新能力较高时，模型S中的产品质量水平和供应链系统利润达到最优。这意味着当制造商、供给商作为跟随者时，较强的工艺创新能力、零部件质量投资成本效率将能降低渠道权力的差异，减轻双边际效应，从而提高产品的质量水平与供应链系统利润。这表明：(1)作为跟随者，应通过自身能力的提升，来弥补其后动的劣势。(2)作为领导者，应协助其他企业提升自身能力，从而提升产品质量水平和供应链系统利润。

本文通过理论研究和数值分析得到了一些有意义的结果，但仍存在一些可扩展的方向：(1)考虑有零售商参与的三级供应链模型。(2)由于质量决策过程中存在很多的信息不对称问题，未来也可研究信息不对称下博弈模型。(3)考虑多个制造商和多个供应商的竞争情况，讨论横向竞争环境下的质量决策问题。

注释：

[1][23]温小琴、胡奇英：《基于质量意识和工艺创新的供应链质量决策》，《管理科学学报》2018年第2期。

[2]李星北、齐二石：《考虑不同风险偏好的供应链企业创新投资决策模型》，《管理学报》2014年第4期。

[3]Lin H.F., “The impact of socialization mechanisms and technological innovation capabilities on partnership quality and supply chain integration”,InformationSystems&E-BusinessManagement, vol.12, no.2(2014), pp.285-306.

[4]Bhaskaran S.R., Krishnan V., “Effort, revenue, and cost sharing mechanisms for collaborative new product development”,ManagementScience, vol.55, no.7(2009), pp.1152-1169.

[5]孙彩虹、于 辉：《如何恰当激励零售商的过程创新行为》，《系统工程学报》2008年第6期。

[6]Gupta S., Loulou R., “Process innovation, product differentiation, and channel structure: strategic incentives in a duopoly”,MarketingScience, vol.17, no.4(1998), pp.301-316.

[7]朱立龙、孙淑慧：《创新投入下供应链分销渠道产品质量决策研究》，《管理评论》2019年第5期。

[8]赵海霞、艾兴政：《竞争供应链环境下基于成本降低的流程创新选择》，《管理学报》2018年第10期。

[9]Samar K.M., Zhu X., Yue X., “Optimal contract design for mixed channels under information asymmetry”,ProductionandOperationsManagement, vol.17,no.6(2008), pp.641-650.

[10]田 巍、蒋 侃、王东红：《信息不对称下混合渠道零售商创新投入的供应链影响研究》，《运筹与管理》2014年第2期。

[11]肖 迪、潘可文：《基于收益共享契约的供应链质量控制与协调机制》，《中国管理科学》2012年第4期。

[12]Chao G.H., Iravani S.M.R., Savaskan R.C., “Quality improvement incentives and product recall cost sharing contracts”,ManagementScience, vol.55, no.7(2009), pp.1122-1138.

[13]王道平、赵 超、程延平：《考虑质量控制和损失规避的供应链协调研究》，《控制与决策》2018年第12期。

[14]朱立龙、姚 昌：《竞争生产商分销渠道产品质量策略Stackelberg博弈分析》，《科研管理》2013年第9期。

[15]朱立龙：《双寡头零售商分销渠道产品质量控制策略研究》，《管理评论》2016年第10期。

[16]李永飞、苏 秦、童 键：《基于客户质量需求的供应链协调研究》，《软科学》2012年第8期。

[17]李永飞、苏 秦、郑 婧：《考虑质量改进的双渠道供应链协调研究》，《软科学》2015年第8期。

[18]刘咏梅、廖 攀、胡军华：《电子商务环境下考虑竞争的新产品开发和定价策略研究》，《管理工程学报》2016年第2期。

[19]Hsieh C.，Liu Y.,“Quality investment and inspection policy in a supplier-manufacturer supply chain”,EuropeanJournalofOperationalResearch, vol.202, no.3(2010), pp.717-729.

[20]Yehezkel Y., “Retailers' choice of product variety and exclusive dealing under asymmetric information”,RandJournalofEconomics, vol.39, no.1(2010), pp.115-143.

[21]邓 力、赵瑞娟、郑建国、伍大清：《双渠道供应链质量信息披露策略》，《系统管理学报》2019年第1期。

[22]Thatcher M.E., Pingry D.E.,“Understanding the business value of information technology investments: Theoretical evidence from alternative market and cost structures”,JournalofManagementInformationSystems, vol.21, no.2(2004), pp.61-85.