供應(yīng)鏈采購風(fēng)險(xiǎn)管理中期權(quán)合同的定價研究

吳有華，陳慧麗，何健敏

(東南大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，南京 211189)

1 模型概述

考慮單個供應(yīng)商，單個制造商(后文中被稱為采購商)，單種產(chǎn)品以及單銷售季節(jié)的情況，該供應(yīng)商向采購商提供原材料或零配件，該采購商則向終端顧客銷售最終的產(chǎn)品，終端客戶的需求是隨機(jī)變量。采購商采購的產(chǎn)品具有Newsvendor（報(bào)童模型）特點(diǎn)。

在銷售季節(jié)開始的零時刻，采購商以單價w訂購Q單位的產(chǎn)品，同時采購商以單價c購買q單位的期權(quán)合同，每單位的期權(quán)合同使采購商有權(quán)利(并非義務(wù))決定是否在銷售季節(jié)結(jié)束之前以X的交割價格獲得一單位的產(chǎn)品。供應(yīng)商承諾的產(chǎn)量為Q+q，銷售季節(jié)過后供應(yīng)商剩余產(chǎn)品每單位的殘值是VS，采購商剩余產(chǎn)品每單位的殘值為Vm。

后文涉及的符號介紹：

D顧客需求，由制造商（后文成為購買商）提供的產(chǎn)品；

μ隨機(jī)變量D的期望值；σ隨機(jī)變量D的標(biāo)準(zhǔn)差；

r采購商的單位銷售價格；m供應(yīng)商的單位成本；

X期權(quán)的執(zhí)行價格；

SM采購商的單位短缺成本；

根據(jù)上述內(nèi)容，以下關(guān)系恒成立：

c+X≥w c+vM≤w r+SM≥c+X (1)

如果第一個不等式不成立，則采購商通過購買一單位期權(quán)合同進(jìn)行交割獲得一單位產(chǎn)品的總成本低于現(xiàn)貨市場中訂購產(chǎn)品的單位成本，這樣會使現(xiàn)貨市場無效。如果第二個不等式不成立，期權(quán)合同的存在就沒有意義，因?yàn)閣-vM＜c表示在需求不確定的情況下為了避免短缺，采購商可以基于需求的預(yù)測以w的單價購買較多的產(chǎn)品作為儲備，銷售季節(jié)末以vm的單價處理剩余產(chǎn)品，這種操作采購商的成本僅為wvM，小于利用期權(quán)合同付出的成本c。如果當(dāng)采購商在銷售季節(jié)初訂購的產(chǎn)量不能滿足需求時可以從現(xiàn)貨市場上以單價ws獲得產(chǎn)品，則SM=ws-r，此時第三個不等式簡化為ws≥c+X，如該式不成立則現(xiàn)貨市場會使得期權(quán)市場過剩。

供應(yīng)合同中的四個變量Q，q，c，X是通過供應(yīng)商和采購商的談判博弈確定地。用Stackelberg博弈對該過程建模，其中供應(yīng)商是主導(dǎo)企業(yè)，采購商是追隨企業(yè)，采購商根據(jù)供應(yīng)商的定價，確定最優(yōu)的采購決策。同時假設(shè)信息是對稱的，供應(yīng)商可以出采購商的產(chǎn)品訂購量，從而制定最優(yōu)定價決策。假設(shè)采供雙方都是理性，自私，風(fēng)險(xiǎn)中性的。

2 采購商的訂購決策

采購商有兩個決策變量：訂貨數(shù)量Q和期權(quán)購買量q，總的訂購數(shù)量為T=Q+q，其期望利潤是：

采購商的期望利潤又可以寫成：

將式（4）分別對變量Q，q求偏導(dǎo)，并使之為零：

由于[x]+是遞增的凸函數(shù)，X≥vM和 r+SM≥X 成立，則（2）式中采購商的利潤GM(Q,q)是變量（Q，q）的凹函數(shù)。注意如果（7）是嚴(yán)格不等式，（5）和（6）就是采購商的最佳訂貨量 Q，q；如果（7）為等式，則 q=0。

考慮采購商的最佳采購量 Q，q（即（7）式成立時）隨(c，X)的增減變化性：

（5）式中F-1的自變量可以變形為：，根據(jù)（1）中的條件，很明顯這個式子的值是隨(c，X)遞增的，因此現(xiàn)貨最佳采購量Q是隨(c，X)遞增的。

同樣（6）中F-1的自變量可以變形為：，根據(jù)（1）中的條件，該式的值對(c，X)是遞減的，考慮以上證明過Q隨(c，X)遞增的性質(zhì)可知期權(quán)采購量是隨(c，X)遞減的。

考慮采購商期望利潤GM(Q,q)隨(c，X)變動的增減性：

首先考慮X：根據(jù)（4）式可知 GM通過變量Q，q期權(quán)交割價格X變動。因?yàn)镚M對Q，q的偏導(dǎo)在Q，q取得最優(yōu)解時為零，所以=-q+F(x)dx≤0（其中F(x)≤1），GM對X遞減，即同理有=-q+≤0，GM也 c對遞減。

3 供應(yīng)商的定價決策

供應(yīng)商的利潤模型如下：

采購商的目標(biāo)函數(shù)可以簡化為：

另外(c，X)滿足（1）式以及（7）式。 供應(yīng)商把(Q，q)當(dāng)做(c，X)的函數(shù)。

（9）中的目標(biāo)函數(shù)還可以寫成：

將該目標(biāo)函數(shù)分別對c，X求偏導(dǎo)得：

根據(jù)（5）（6）式可以得到：QC'=[(X-VM)f(Q)]-1

將最后兩個等式帶入（12）式中，

代入（14）式中得到：

另外根據(jù)（5）式有w-X-c+(X-VS)F(Q)=(VM-VS)F(Q)

當(dāng)VM≥VS時，上式等號左邊各項(xiàng)都是非負(fù)的（前面已經(jīng)說明Q是c的增函數(shù)），此時≥0，采購商希望期權(quán)的交割價格盡可能的大，為了同時滿足（7）式的約束，采購商會令期權(quán)價格盡可能接近零，以便X可以盡可能的最大化。當(dāng)VM＜VS時供應(yīng)商對期權(quán)的最優(yōu)定價決策就符合（14）（15）兩式。

4 算例研究

為了驗(yàn)證上文中建立的供應(yīng)商、采購商之間的Stackelberg博弈模型，可以用于求解采購商對現(xiàn)貨和期權(quán)合同的最優(yōu)采購決策，以及供應(yīng)商對期權(quán)價格和期權(quán)執(zhí)行價格的最優(yōu)決策，通過一個算例加以分析。

假設(shè) m=30,r=85,SM=30,υs=10,VM=5,Vw=45，經(jīng)檢驗(yàn)假設(shè)的數(shù)值均滿足條件（1）、（7）的要求。同時假設(shè)隨機(jī)變量顧客需求D服從[500,1000]上的均勻分布。

根據(jù)供應(yīng)商的定價決策分析知道當(dāng)VM＜VS時供應(yīng)商對期權(quán)的最優(yōu)定價決策就符合（14）、（15）兩式。因此把假設(shè)的數(shù)值代入（14）、（15）進(jìn)行計(jì)算可得供應(yīng)商對期權(quán)價格和期權(quán)執(zhí)行價格的最優(yōu)決策分別為c*=20,X*=55。

將供應(yīng)商的最優(yōu)定價決策代入采購商的反應(yīng)函數(shù)（5）、（6）兩式中?？梢郧蠼獾玫讲少徤痰膶ΜF(xiàn)貨和期權(quán)合同的最優(yōu)采購決策分別為Q*=800,q*=33。

5 小結(jié)

目前許多文獻(xiàn)已經(jīng)證明期權(quán)合同在分散采購風(fēng)險(xiǎn)和提高供應(yīng)鏈效率上確實(shí)有重要作用，但是能夠合理地確定期權(quán)合同的價格是在實(shí)務(wù)中應(yīng)用期權(quán)合同的前提，研究期權(quán)價格的最優(yōu)決策具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和理論價值，而已有文獻(xiàn)對這方面關(guān)注比較少。為了更好地實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避和共享，本文初步探討了期權(quán)合同價格的最優(yōu)決策方法，希望能為進(jìn)一步的研究奠定基礎(chǔ)。不過本文中假設(shè)的市場環(huán)境和采購問題較為簡單，考慮了一個采購商和一個供應(yīng)商的情況，沒有涉及一對多甚至是多對多的情況；并假設(shè)市場中產(chǎn)品的銷售價格固定，不會受市場需求變動的影響，這些都是需要進(jìn)一步研究探討的問題。

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