下游廠商自建產能時的供應鏈契約設計—基于上游廠商的視角

高　建　剛

(聊城大學 商學院，山東 聊城 252059)

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下游廠商自建產能時的供應鏈契約設計
—基于上游廠商的視角

高建剛

(聊城大學 商學院，山東 聊城 252059)

摘要：基于上游供應商的視角，分析下游廠商自建產能后，上游廠商的應對之策。結果表明:上游廠商可以通過采取兩部選擇權契約以保障自身產能投資和利潤的風險轉嫁問題。上游廠商的利潤因下游具有自有產能而下降。但在兩部選擇權契約下，上游廠商能夠收取保證金，雖然產能利用率風險受到轉嫁，但利潤變動的風險卻較小。下游廠商具有產能者因自行生產而減少訂購量，不具有產能者訂購量將會因此增加，但兩下游廠商的利潤均會增加。采取兩部選擇權契約能使上游利潤的變動風險小于其他契約，上游供應商的利潤得以保障。

關鍵詞：供應鏈；兩部選擇權契約；預先采購契約；自建產能

一、引言

產品市場的需求不確定性是影響供應鏈廠商產能投資決策的主要原因之一。季節(jié)性的變動、市場偏好與趨勢等等種種確定與不確定因素，均會造成需求數(shù)量波動。供應鏈廠商制定生產、訂購以及產能決策時，雖有許多預測方法，但由于預測的準確度有限，需求的不確定性仍然是一個棘手的問題。當需求劇烈攀升時，供應鏈下游廠商可能因為原料與零組件的短缺，造成巨額損失，且可能喪失市場先機與市占率。為避免此種情況的發(fā)生，下游廠商為能擁有穩(wěn)定的關鍵零組件和原料來源，往往自建產能。此種產業(yè)鏈下游廠商自建產能的例子多出現(xiàn)在液晶顯示面板供應鏈、太陽能電池供應鏈、筆記本代工產業(yè)等。如三星(SAMSUNG)與索尼(SONY)的監(jiān)視器與平面電視一般由臺灣面板供應商等供貨。但三星和索尼近年來修建第八代面板廠，減少對臺灣供應商的依賴。

當下游廠商自建產能，可以生產上游廠商的產品時，對供應鏈上下游廠商帶來的收益、風險是不對稱的。上游廠商的需求和利潤受到很大影響，其產能利用率劇烈變動，投資風險亦隨之增加。下游多利用接近終端市場的優(yōu)勢，可以迅速調整自身產量，具備了分配上下游訂單的權力。除了產能水平穩(wěn)定與提高生產彈性之外，自建產能還有助于下游廠商減少成本，如既可以節(jié)省交易成本，又可以加強生產成本的管控。

在下游建立自有產能時，上游廠商面臨著風險管控問題。針對產能使用率的波動問題，上游廠商可以考慮的策略分為兩種層次。一是以生產計劃與管理的手段解決產能利用率的波動問題；二是以契約的觀點、收費的機制來處理產能投資的風險。若以生產計劃與管理的手段處理風險，具體策略有：1.與多家下游合作，以分散風險；2.使用平準方法，以淡季時的存貨抵補旺季時旺盛需求，以平衡各季生產；3.利用多功能機臺的彈性或者是工時彈性調整產能與人員的使用。本文將從供應鏈契約角度處理上游廠商的投資風險問題。主要是因為我國(包括臺灣地區(qū))的許多高科技產業(yè)，如半導體、液晶顯示器、IC設計業(yè)等，多擔負國際代工生產任務，因此受下游廠商的影響很大。如何減少風險，增強供應鏈的控制權，提高我國企業(yè)的利潤水平和生產彈性，成為學界和產業(yè)界需要深入探討的問題。因此，利用契約設計來提高上游廠商的利潤并降低產能投資風險，非常符合我國的現(xiàn)實情況。為此，本研究從供應鏈的高度，處理頗具互動性的決策問題。為此，利用廠商間具有討價還價的特性，從契約設計的角度切入，假定廠商均為風險中立，以收費機制應對下游廠商產能利用率的風險變動。

二、文獻回顧

供應鏈契約研究奠基于報童模式，在基礎供應鏈契約研究中可以分為推式(push)契約和拉式(pull)契約。推式契約為下游完全承擔存貨風險的契約；拉式則相反，上游廠商完全承擔風險。有學者指出，風險承擔的狀況與產業(yè)特性息息相關：接單式生產的產業(yè)鏈，風險往往由買方(下游)承擔；存貨式生產的產業(yè)鏈，則為上游承擔存貨風險。為使得分擔風險的供應鏈協(xié)調，Eppen &Iyer[1](1997)、Barnes-Schuster et al.[2](2002)提出在特定的成本結構下，供需雙方的非合作博弈可以使整個供應鏈利潤最大化。還有許多學者提出最佳供應鏈整體利益后，再設置上下游分配利潤的參數(shù)與機制，如買回契約、數(shù)量彈性契約、銷售回扣契約、利潤分享契約、價格折扣契約、數(shù)量折扣契約等。

Wu et al.[3](2005)將存貨式生產模式中，引導上游廠商多建產能的契約稱作產能預約契約(capacity reservation contract)，并依下游廠商預留產能動機的不同，分為預先采購契約(advance purchase contract)和選擇權契約(option contract)兩類。預先采購契約一般是零售商與終端市場消費者之間，通過預定而獲得折扣的概念。相關研究有Tang et al.[4](2004)、Cachon[5](2004)、Ozer & Wei[6](2006)、Prasad et al.[7](2010)、Liu et al.[8](2014)。Cachon[5](2004)從存貨風險承擔的角度分析推式、拉式契約，并將具有上下游風險分擔特性的預先采購折扣契約與推式和拉式契約進行了比較，考察了三種契約對整個供應鏈廠商利潤的影響。選擇權契約可以分為三類：第一類是看漲期權(call option)契約。包括純粹選擇權契約(pure option contract)和混合市場選擇權契約(mixed market contract)。前者主要關注該契約的邊際彈性和經濟效率(Wang & Liu,2007;Zhao et al., 2010; Buzacott et al.,2011; Nosoohi & Nookabadi, 2014)[9-12]；后者研究的焦點是在選擇權市場和現(xiàn)貨市場的互動(Serel, 2007;Inderfurth & Kelle,2011)[13-14]。第二類是看跌期權(put option)契約(Chen & Parlar,2007)[15]，此類合約的主要形式是回購契約。包括旨在考察供應鏈協(xié)調的回購契約(Yang & Qi,2009)[16]以及使用動態(tài)博弈分析供應商和零售商互動的回購契約(Wang,2004; Granot &Yin,2005;Song et al.,2008)[17-19]。第三類文獻是雙向期權(bidirectional option)契約(Wang & Tsao,2006;Hu et al.,2007; Zhao et al.,2013)[20-22]。

相較于預先采購契約，選擇權契約針對產能投資收費較為直接：將產能視為一種選擇權，上游產能的數(shù)量即為下游廠商出資購買的選取權。對選擇權的預留與執(zhí)行，上游廠商向下游廠商收取兩種費用：一是保留產能的保證金，二是實際提貨的生產成本。這種收費在文獻中稱作兩部收費(two-part tariff)。Erkoc &Wu[23](2005)運用選擇權契約的特性，研究如何設計契約以達到下游分擔上游產能風險的目的。

在能夠實現(xiàn)供應鏈協(xié)調的契約中，產能預留契約的特性為將上游的產能投資風險分攤于下游廠商，其中，尤以對產能保留付費的選擇權契約對上游投資保障較為顯著，這與本文的研究目的相符。故本文使用選擇權契約中的兩部收費架構來設計模型，并考慮下游廠商自建產能的影響，以博弈論求解上下游的決策以及決策者的利潤。

三、基本模型

本文使用兩階段選擇權契約分析下游廠商建置產能后訂購量與訂購幾率的變化。假設上游供應商提供產品給兩家下游廠商。其中一家廠商有自有產能*如臺灣積體電路制造公司(臺積電)的大客戶豪威科技(Omni Vision)因接受了下游大客戶的訂單，故在武漢投資設立由中芯國際代管的12吋晶圓芯片半導體自建產能，但與供應商臺積電仍存在供貨合約。臺積電的另一大客戶蘋果(Apple)則不具有自有產能。同時，因為終端產品不同，這兩個下游廠商不具有競爭關系；即使產品相同，則市場因地理分割，仍可以視作(區(qū)域性)壟斷。，另一家廠商則無。假設上游供應商具有產能限制，因此，下游廠商對上游提供的產品可能存在競爭關系。如此假設，一方面較為符合現(xiàn)實；另一方面上游廠商亦可以利用下游廠商的競爭，操作批發(fā)價格與訂購量。此外，由于本文著眼于供應鏈上下游之間的互動，故下游銷售市場的競爭非本文關注重點，為此，假設終端市場為地理區(qū)隔市場，因此，兩下游廠商在終端市場無競爭關系。此外，假設上下游廠商均為風險中立(risk-neutral)者，此假設允許所有供應鏈廠商最大化自己的期望利潤(Li et al.,2013)[24]。

此外，終端市場的零售價格設為外生。主要是因為基于許多外部性因素的影響，該價格變動可能會牽動廠商其他相關商品的需求，因此，不會隨意調整，屬于非決策變量。

表1　符號含義說明

四、模型分析

顯然，上述模型可以視作一個Stackelberg博弈。對上述博弈，使用逆向歸納法求解。即先求解下游廠商的決策，后求解上游廠商的決策。

(一)下游廠商訂購量決策

1.不具自有產能的下游廠商的利潤期望值為

(1)

上述式(1)中，等式左側為利潤，第一個等號右側前兩項分別為市場需求量小于(大于)保留數(shù)量時的收入；第三項為保證金；最后兩項是提貨成本。將式(1)對yR求一階導數(shù)，并令其為零，有

(2)

在uv

(3)

由式(3)可以看出，下游訂購量受到市場銷售價格p以及上游廠商制定的兩項訂購成本b和uv的影響。由于

(4)

(5)

(6)

2.具有自有產能的下游廠商利潤期望值為

(7)

具有產能者將優(yōu)先以自有產能滿足市場需求，故當市場需求小于k時，并不會產生執(zhí)行價格帶來的成本。在自有產能數(shù)量建置后，該廠商需負擔產能固定成本，保證金為固定值。將式(7)對yR求一階導數(shù)，并令其為零得到

(8)

最優(yōu)保留產品數(shù)量為

(9)

由式(9)可以看出，下游廠商自有產能成本高低并不影響其訂購量決策，但自有產能的存在會降低下游廠商向上游購買量。由于

(10)

(11)

(12)

(13)

(二)上游廠商同時對保留價格和產能進行決策

根據(jù)兩部選擇權設計，上游的變動成本，均由下游廠商支付。因此，上游廠商為實現(xiàn)最大化的利潤，僅需要考慮產能固定成本和下游繳納的保證金。此時，上游廠商的利潤函數(shù)可以表示為

(14)

為求解上游企業(yè)的最佳決策，分兩種情況討論：

(15)

當上游廠商產能大于訂購量，將多付出不必要的固定成本。當上游可以決策產能時，為減少不必要的成本，上游決策會定于下游訂購量之和。

πS=bL-ufL

(16)

此時，L應制定在等于下游訂購量之和。

綜合兩種情形可知，當上游廠商打算最大化自身利潤時，產能會定于兩下游廠商對應保留價格的訂購量之和。即

(17)

下面推導最優(yōu)保留價格b。將兩下游廠商的訂購量帶入到供應商的利潤函數(shù)中，對b求一階導數(shù)，令其為零有

(18)

上游保留價格為可以使得上式成立的數(shù)值。由于式(18)未有解析解。因此，以下用數(shù)值進行模擬以考察上游廠商的最佳決策。

五、數(shù)值模擬與分析

(一)數(shù)值模擬

為凸顯上文分析的直觀意義，以數(shù)值驗證的方式，設立一個基準參數(shù)，考察上下游三廠商在某一家下游廠商具有自有產能時，三方的參數(shù)以及有關的決策變量，見表2。

表2　模型參數(shù)設定取值

市場零售價格的決定，在本文中非決策變量，為外生參數(shù)。為了制定一個合理的價格參數(shù)，在本文選取的其他價格參數(shù)確定之后，采用能夠使下游廠商獲得最大利潤的價格，設為10，如圖2所示。在上述參數(shù)設定下，廠商產量和保留價格、利潤見表3和表4。

表3　上下游廠商的產量和保留價格

表4　自建產能前后的利潤比較表

由表3、表4可以看出，采用兩部選擇權契約時，若其中一家下游廠商具備自有產能，此廠商向上游訂購量會減少，另一家下游廠商受此影響而增加訂購量。上游產能隨之下降，保留價格也因而減少。具備產能者因能節(jié)約交易成本和降低生產成本，利潤因而提高；另一下游廠商，因訂購量增加，利潤也隨之加大。上游銷售量因下游訂購而減少，利潤下降，但在兩部選擇權契約條件下，上游廠商因收取保證金，故在第一時期能回收投資成本，利潤為確定值，并無風險，又加上風險共擔的方式，能獲取額外的利潤。

以下對自有產能對廠商決策變量以及期望利潤的影響進行進一步模擬。本文分析兩種情況。第一種情況設定未具有自有產能的下游廠商面臨的市場規(guī)模較大；第二種情況設定具有自有產能的廠商具有的市場規(guī)模較大。每一種情況均和兩家下游廠商市場規(guī)模對等的情況作比較。

(二)未具有產能的下游廠商面臨的市場規(guī)模較大

1.自有產能對廠商保留價格的影響

下游廠商自有產能對上游廠商制定保留價格會產生負向影響；如果市場規(guī)模擴大，會提高上游廠商的保留價格。且在市場需求變動為均勻分配時，保留價格與下游廠商的自有產能為線性關系(見圖3)。

2.自有產能對廠商訂購量的影響

下游廠商自有產能越大，向上游的訂購量越小，但競爭對手向上游的訂購量越大。整體看，下游廠商自建產能時，會減少對上游廠商的訂購量(見圖4)。若市場規(guī)模增加，上游廠商的整體訂購量則會增加。

3.自有產能對廠商利潤的影響

下游廠商自建產能越大，自身利潤也越大。同時，也會增加競爭對手的利潤，但上游廠商的期望利潤則減少，如圖5所示。

(三)具有產能的下游廠商面臨的市場規(guī)模較大

1.自有產能對廠商保留價格的影響

下游廠商自有產能對上游廠商制定保留價格會產生負向影響；如果市場規(guī)模擴大，會提高上游廠商的保留價格，如圖6所示。對比圖3和圖6可知，在其他參數(shù)p、uv以及市場規(guī)模給定時，保留價格唯一地取決于下游廠商的自有產能k。

2.自有產能對廠商訂購量的影響

給定市場規(guī)模，自有產能增加會降低廠商自身的訂購量，但會增加競爭對手的訂購量。整體看，隨著自有產能的增加，上游廠商的產量會降低，如圖7所示。

3.自有產能對廠商利潤的影響

由圖5、圖8均可以看出，給定市場規(guī)模，下游廠商自建產能會增加自身和競爭對手的利潤，同時降低上游廠商的利潤。

(四)兩部選擇權和預先訂購選擇權契約的均衡結果比較

供應鏈契約種類很多，對上游產能投資風險的處理也不相同。本部分將選擇權契約和預先采購契約作比較，以論證本文提出的兩階段選擇權契約對產能投資和利潤風險具有較好的保障功能。為簡化分析，采用數(shù)值驗證的方式，參數(shù)取值見表2。計算結果見表5。

表5　兩種契約下決策參數(shù)和利潤比較

由表5可知，兩部選擇權契約下期望利潤與預先采購契約相比，預先采購契約能獲取較高的期望利潤，但由于其訂購量相當少，第一階段的確定性利潤相當?shù)?，供應商承受較高利潤風險。而兩部選擇權契約下確定性利潤較高，可以作為產能投資的保障。

六、結論

本文考察下游廠商建置自有產能的情況下，上游廠商如何應對自身產能投資的風險轉嫁問題。研究采用兩部選擇權契約的架構，建立三廠商的供應鏈模型，分別是一家上游廠商，兩家下游廠商，其中一下游廠商可以自建產能生產上游提供的部件。在廠商均追求利潤最大化的情況下，以博弈論分析供應商價格、產能決策以及下游的訂購量決策以及三者的利潤。為使結論簡單直觀，本文采用數(shù)值驗證的方法具體考察三方決策互動以及利潤的分配和風險。研究結論如下：

1.在兩部選擇權契約下，下游廠商具有產能者因自行生產而減少訂購量，不具有產能者訂購量將會因此增加，上游廠商的產能和保留價格均會降低。

2.上游廠商的利潤因下游具有自有產能而下降。但在兩部選擇權契約下，上游廠商能夠收取保證金，雖然產能利用率風險受到轉嫁，但利潤變動的風險卻較小。

3.由于采取多家下游的模型框架，使得上游有風險共擔的效果：在一家下游未執(zhí)行完保留數(shù)量時，能轉賣到另一家下游，因風險共擔所帶來的利潤得以增加。

最后，本文比較了兩部選擇權契約和預先購買契約的均衡結果，發(fā)現(xiàn)相較于預先購買契約，兩部選擇權契約確實有助于上游供應商應對下游建立自有產能后的風險轉嫁。在本文的模型設定下，采取兩部選擇權契約能使上游利潤的變動風險小于其他契約，供應商的利潤得以保障。

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(責任編輯：張雅秋)

The Design of Supply Chain Contract in Case of Downstream Manufacturers Self-building Capacity:A study from the perspective of upstream suppliers

GAO Jian-gang

(School of Business, Liaocheng University，Liaocheng Shandong 252059, China)

Abstract：From the perspective of the upstream suppliers, this paper analyzes the upstream manufacturers' countermeasures when the downstream manufacturers expand the business capacity. The study reveals a number of findings. First, the upstream manufacturers can transfer the risk in investment and profit by taking a two-part option contract. Upstream manufacturers' profits will decrease because of the downstream manufacturers' expanding business capacity. In the two-part option contract, the upstream manufacturers may charge a deposit from the downstream firms, which will reduce the risk of changes in profit although the capacity utilization is restricted at the same time. Second, the downstream manufacturers with expanded capacity would reduce the amount of order, while the manufacturers without such capacity will therefore increase the order, and the profit of both upstream and downstream manufacturers will increase. Finally, the two-part option contract can reduce the upstream manufacturers' risk of losing profits compared with situations in other contracts, and therefore guarantee the upstream suppliers' profit.

Key words：supply chain; two-part option contract; advance-purchase contract; self-built capacity

中圖分類號:F252.8

文獻標識碼：A

文章編號：1672-8106(2016)02-0109-09

作者簡介：高建剛，男，聊城大學商學院副教授，經濟學博士，工商管理博士后，碩士生導師。研究方向：產業(yè)組織與博奕論、創(chuàng)新與研發(fā)。

基金項目：山東省軟科學研究基地項目“產業(yè)升級與經濟協(xié)調發(fā)展”。

收稿日期：2015-09-15