潘燕華 董恬恬
【摘 要】 不同于以往企業(yè)間共享產(chǎn)成品進(jìn)行庫(kù)存轉(zhuǎn)運(yùn)應(yīng)對(duì)市場(chǎng)需求,存在競(jìng)合關(guān)系的總裝企業(yè)協(xié)同彼此間的制造資源滿足接單生產(chǎn)需求,提高接單競(jìng)爭(zhēng)能力。文章從船舶產(chǎn)業(yè)鏈上選取兩個(gè)獨(dú)立對(duì)稱的總裝企業(yè),利用轉(zhuǎn)運(yùn)的思想研究了在產(chǎn)業(yè)鏈上協(xié)同制造資源對(duì)總裝企業(yè)利潤(rùn)的影響。通過(guò)構(gòu)建制造資源協(xié)同下總裝企業(yè)利潤(rùn)模型并求解Nash均衡,得出總裝企業(yè)的最優(yōu)決策,分析了資源協(xié)同價(jià)格與最優(yōu)持有量及利潤(rùn)的關(guān)系,并解釋了協(xié)同價(jià)格對(duì)利潤(rùn)的影響路徑。理論分析顯示,總裝企業(yè)間穩(wěn)定的資源協(xié)同關(guān)系可幫助總裝企業(yè)在資源持有量、利潤(rùn)以及處理過(guò)剩資源等方面獲得優(yōu)勢(shì);資源協(xié)同價(jià)格與最優(yōu)持有量同向變化,與利潤(rùn)反向變化。最后以一個(gè)算例說(shuō)明上述結(jié)論。文章對(duì)船舶制造企業(yè)如何參與制造資源協(xié)同,化解產(chǎn)能過(guò)剩具有一定指導(dǎo)意義。
【關(guān)鍵詞】 制造資源協(xié)同; Nash均衡; 轉(zhuǎn)運(yùn); 船舶產(chǎn)業(yè)鏈; 非合作靜態(tài)博弈
【中圖分類號(hào)】 F230 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A 【文章編號(hào)】 1004-5937(2018)13-0036-07
一、引言
船舶產(chǎn)業(yè)鏈上的制造資源通常具有購(gòu)置渠道少且金額高、使用專屬性及依賴性強(qiáng)等特點(diǎn),因此鏈上主體間的協(xié)同合作,制造資源的協(xié)同共享成為了適應(yīng)船舶產(chǎn)業(yè)鏈專業(yè)化分工、社會(huì)化協(xié)作的必然選擇[1-2]。從產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)部上看,存在競(jìng)合關(guān)系的鏈上主體利用智能制造一體化云平臺(tái)協(xié)同制造資源,通過(guò)主體間資源的協(xié)同共享,提高接單競(jìng)爭(zhēng)能力的同時(shí)滿足生產(chǎn)制造需求;從產(chǎn)業(yè)鏈整體上看,生產(chǎn)協(xié)同有利于分散資源集中利用,集中資源分散服務(wù),處理鏈上過(guò)剩制造資源的同時(shí)提高協(xié)同收入水平[3]。因此,如何利用轉(zhuǎn)運(yùn)的思想?yún)f(xié)同制造資源增加主體利潤(rùn)成為船舶產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同研究中值得關(guān)注的問(wèn)題。
船舶產(chǎn)業(yè)鏈上的制造資源協(xié)同問(wèn)題與分銷系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)運(yùn)問(wèn)題都是從供需關(guān)系角度探討制造資源(或產(chǎn)品)的協(xié)同(或共享)問(wèn)題。Krishnan et al.[4]在20世紀(jì)60年代就提出了多個(gè)零售商間的產(chǎn)品轉(zhuǎn)運(yùn)問(wèn)題,通過(guò)協(xié)調(diào)各主體間的庫(kù)存量實(shí)現(xiàn)整體利潤(rùn)最大。Rudi et al.[5]研究了分散決策下的產(chǎn)品轉(zhuǎn)運(yùn)定價(jià)及最優(yōu)利潤(rùn)水平?jīng)Q策。李怡娜等[6]采用轉(zhuǎn)運(yùn)策略解決存在制造商生產(chǎn)能力約束時(shí),雙分銷渠道下短生命周期產(chǎn)品的供需匹配問(wèn)題。趙秋紅等[7]在考慮顧客購(gòu)買(mǎi)轉(zhuǎn)移的情況下,對(duì)比不轉(zhuǎn)運(yùn)策略說(shuō)明了轉(zhuǎn)運(yùn)策略在增加主體利潤(rùn)方面的優(yōu)勢(shì)。文獻(xiàn)[8-10]認(rèn)為轉(zhuǎn)運(yùn)可以幫助零售商緩解市場(chǎng)需求的不確定性帶來(lái)的庫(kù)存壓力,并分析了零售商利潤(rùn)與轉(zhuǎn)運(yùn)價(jià)格、轉(zhuǎn)運(yùn)成本間的關(guān)系。文獻(xiàn)[11-12]構(gòu)建了兩個(gè)零售商間的產(chǎn)品轉(zhuǎn)運(yùn)模型,并提出了協(xié)調(diào)供應(yīng)鏈達(dá)到整體最優(yōu)的方法。
值得注意的是,以往的分銷系統(tǒng)多由制造商和銷售商兩級(jí)構(gòu)成,而在船舶產(chǎn)業(yè)鏈中,總裝企業(yè)按訂單生產(chǎn)船東定制的大型復(fù)雜產(chǎn)品,它同時(shí)具有制造商和銷售商雙重身份,在產(chǎn)業(yè)鏈上處于核心地位。總裝企業(yè)間在船舶接單上存在競(jìng)爭(zhēng),但由于其使用的制造資源存在特殊性,當(dāng)出現(xiàn)資源短缺時(shí)需要通過(guò)資源的協(xié)同共享實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)訂單的按時(shí)交付。因此存在競(jìng)合關(guān)系的總裝企業(yè)間研究的是如何協(xié)同制造資源以滿足接單生產(chǎn)需求,提高接單競(jìng)爭(zhēng)能力的問(wèn)題,而不是簡(jiǎn)單討論多個(gè)銷售商間共享產(chǎn)成品以滿足市場(chǎng)需求。針對(duì)以上不同,本文從船舶產(chǎn)業(yè)鏈上選取兩個(gè)獨(dú)立對(duì)稱的總裝企業(yè),利用轉(zhuǎn)運(yùn)的思想研究在產(chǎn)業(yè)鏈上協(xié)同制造資源對(duì)總裝企業(yè)利潤(rùn)的影響。通過(guò)構(gòu)建制造資源協(xié)同下總裝企業(yè)利潤(rùn)模型并求解非合作靜態(tài)博弈的Nash均衡,得出總裝企業(yè)的最優(yōu)決策,發(fā)現(xiàn)了協(xié)同價(jià)格與資源最優(yōu)持有量及利潤(rùn)的關(guān)系,并以此來(lái)為總裝企業(yè)參與制造資源協(xié)同提供決策指導(dǎo)。
二、問(wèn)題描述
船舶為單件小批生產(chǎn)的大型復(fù)雜產(chǎn)品[13],其建造是從產(chǎn)品設(shè)計(jì),獲取物料設(shè)備,加工成各制造級(jí)的組件、部件及分段,合攏為整船后交付船東的綜合裝配過(guò)程[14],其業(yè)務(wù)協(xié)同過(guò)程具體見(jiàn)表1。在業(yè)務(wù)協(xié)同過(guò)程中所需的制造資源包括設(shè)備資源、人力資源、場(chǎng)地資源、無(wú)形資源、物料資源等[15-16]。如圖1所示,這些制造資源具有種類多、數(shù)量大、金額高、專屬性強(qiáng)等特點(diǎn)。
由于總裝企業(yè)擁有船臺(tái)等瓶頸資源,負(fù)責(zé)支撐分段吊裝和船體合攏,直接決定訂單能否如期完成[17],因此船舶產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)且钥傃b企業(yè)為核心的制造資源協(xié)同網(wǎng)絡(luò),總裝企業(yè)在接單能力競(jìng)爭(zhēng)的同時(shí)進(jìn)行制造資源協(xié)同共享。在船舶建造實(shí)際工作中,經(jīng)常發(fā)生總裝企業(yè)將其閑置的船臺(tái)、碼頭、高吊等制造資源租借給有需要的總裝企業(yè)使用的情況,既能增加本企業(yè)的對(duì)外服務(wù)收入,又能幫助有需要的總裝企業(yè)及時(shí)滿足訂單需求。
本文從船舶產(chǎn)業(yè)鏈上選取兩個(gè)獨(dú)立對(duì)稱的總裝企業(yè),假設(shè)總裝企業(yè)在接單前持有一定數(shù)量的制造資源,接單后按客戶需求首先利用自有制造資源進(jìn)行生產(chǎn),若此時(shí)資源持有量不足以滿足訂單需求,根據(jù)總裝企業(yè)間是否參與制造資源協(xié)同存在兩種情況。情況1,不參與協(xié)同,即需求方無(wú)法通過(guò)外協(xié)補(bǔ)充制造資源,發(fā)生生產(chǎn)停滯,延誤交貨,產(chǎn)生違約損失;另一方的剩余制造資源處于閑置狀態(tài),無(wú)法通過(guò)協(xié)同對(duì)外提供服務(wù),損失資源協(xié)同收入。情況2,總裝企業(yè)間共享制造資源,需求方可在決定參與接單競(jìng)爭(zhēng)前,以支付資源剩余方一定費(fèi)用為代價(jià)獲得所需制造資源,增強(qiáng)接單生產(chǎn)能力,資源的協(xié)同共享數(shù)量是資源剩余量與需求量中的較小者。
三、模型構(gòu)建
(一)假設(shè)說(shuō)明及參數(shù)定義
假設(shè)總裝企業(yè)(i,j=1,2且i≠j)產(chǎn)品對(duì)制造資源的需求服從[0,1]上的均勻分布,且需求之間相互獨(dú)立??紤]到船舶產(chǎn)業(yè)鏈上的產(chǎn)品專屬性強(qiáng),假設(shè)殘值為0。模型相關(guān)參數(shù)定義如下:
Qi:總裝企業(yè)i制造資源的持有量。
Di:市場(chǎng)對(duì)總裝企業(yè)i制造資源的需求量,總裝企業(yè)按訂單生產(chǎn)單件小批量的大型復(fù)雜產(chǎn)品,一旦訂單確定,制造資源需求量也隨之確定。
r:總裝企業(yè)投入單位制造資源獲得的訂單 。
w:總裝企業(yè)為獲得價(jià)值為r的訂單所承擔(dān)的生產(chǎn)成本。
p:總裝企業(yè)由于無(wú)法協(xié)同到相應(yīng)數(shù)量制造資源而放棄接單時(shí)的單位機(jī)會(huì)成本。
A:總裝企業(yè)投入制造資源生產(chǎn)出產(chǎn)品的單位邊際增加價(jià)值,A=r+p-w。
c:?jiǎn)挝恢圃熨Y源的協(xié)同單價(jià),如總裝企業(yè)j協(xié)同使用總裝企業(yè)i的制造資源時(shí),c為i方獲得的單位資源協(xié)同收入,也是j方付出的單位資源使用成本,c∈[0,A]。
(三)總裝企業(yè)參與制造資源協(xié)同
從總裝企業(yè)是否參與制造資源協(xié)同產(chǎn)生的利潤(rùn)差值來(lái)看,只要滿足協(xié)同共享?xiàng)l件參與資源協(xié)同,總裝企業(yè)獲得的利潤(rùn)就會(huì)高于不參與時(shí)的利潤(rùn)。這是因?yàn)閷?duì)于制造資源過(guò)剩企業(yè),由于船舶行業(yè)特性,制造資源專屬性較強(qiáng),殘值近乎為0,如果能將過(guò)剩資源共享,協(xié)同服務(wù)于其他企業(yè),就會(huì)有協(xié)同共享收入。對(duì)于制造資源需求方來(lái)說(shuō),只要邊際增加價(jià)值高于付出價(jià)格,就可以從協(xié)同共享中獲利,所以制造資源協(xié)同共享對(duì)雙方來(lái)說(shuō)是共贏的選擇。隨著總裝企業(yè)間制造資源的最優(yōu)持有量逐漸增大,協(xié)同與不協(xié)同的利潤(rùn)差值在降低,但前者始終高于后者。
從前面的討論中可以看出,參與制造資源協(xié)同有助于總裝企業(yè)在資源持有量和利潤(rùn)兩個(gè)方面獲益。由于制造資源的協(xié)同價(jià)格是影響總裝企業(yè)參與協(xié)同與否的關(guān)鍵因素,也是影響資源協(xié)同數(shù)量及收入的重要因素,故針對(duì)單位制造資源協(xié)同價(jià)格展開(kāi)以下討論。
當(dāng)制造資源單位協(xié)同價(jià)格上升時(shí),總裝企業(yè)協(xié)同其他企業(yè)剩余制造資源時(shí)付出的使用成本隨之上升,有協(xié)同需求的總裝企業(yè)獲益程度逐漸降低。當(dāng)制造資源單位使用成本接近于單位邊際增加價(jià)值時(shí),總裝企業(yè)更趨向于依靠自有制造資源自給自足而不是選擇制造資源協(xié)同共享,所以總裝企業(yè)的制造資源持有量隨協(xié)同價(jià)格升高而升高。隨著資源協(xié)同價(jià)格的升高,資源需求方參與資源協(xié)同的積極性降低,資源短缺量隨之升高,此時(shí)的制造資源協(xié)同無(wú)法彌補(bǔ)制造資源短缺損失。資源需求方參與協(xié)同的積極性降低也會(huì)影響供給方,資源剩余量也會(huì)隨著協(xié)同價(jià)格的升高而升高,此時(shí)的制造資源協(xié)同也不能彌補(bǔ)制造資源過(guò)剩損失,最終導(dǎo)致了總裝企業(yè)整體利潤(rùn)的降低。
五、算例分析
船臺(tái)是總裝企業(yè)的關(guān)鍵制造資源,由于近年來(lái)船舶訂單的飽滿程度不均衡,存在一些企業(yè)船臺(tái)超負(fù)荷而另一些企業(yè)船臺(tái)閑置的情況,因此船臺(tái)是總裝企業(yè)重要的可協(xié)同資源。本算例以某總裝企業(yè)協(xié)同20 000噸級(jí)船臺(tái)資源以建造64 000噸中型散貨船為例,驗(yàn)證制造資源協(xié)同策略的可行性。
按行業(yè)內(nèi)建造該船型的實(shí)際情況進(jìn)行如下賦值。由于船臺(tái)資源的特殊性,其數(shù)量采用所占平方米數(shù)和使用天數(shù)雙重方式計(jì)量,該船型的船臺(tái)周期平均為90天,每天占用船臺(tái)面積10 000平方米,根據(jù)模型假設(shè),本算例的總裝企業(yè)制造資源需求服從[0,900 000]的均勻分布。已知行業(yè)內(nèi)該型號(hào)船臺(tái)的使用成本平均為每天每平方米2.75元,對(duì)外協(xié)同指導(dǎo)價(jià)格通常上浮15%,為每天每平方米3.17元,故該船臺(tái)資源的協(xié)同價(jià)格區(qū)間為[2.75,3.17]。該船訂單價(jià)格為200 000 000元,建造成本為190 000 000元,按行業(yè)內(nèi)平均毛利潤(rùn)的最大值計(jì)算該訂單的機(jī)會(huì)成本為16 000 000元,故協(xié)同船臺(tái)資源按訂單生產(chǎn)時(shí),總裝企業(yè)使用該單位制造資源可獲得價(jià)值為222.22元的訂單,為獲得222.22元訂單所付出的建造成本為211.11元,單位機(jī)會(huì)成本為17.78元,單位邊際增加價(jià)值為28.89元。利用MATLAB軟件計(jì)算,得到如表2的結(jié)果。
當(dāng)總裝企業(yè)不參與制造資源協(xié)同時(shí),資源持有量要保證最大以應(yīng)對(duì)不確定的市場(chǎng)需求,故資源最優(yōu)持有量為最大值900 000;相反,在參與協(xié)同的策略下,從表2中可以看到,只要滿足資源協(xié)同共享?xiàng)l件,總裝企業(yè)的制造資源平均最優(yōu)持有量都會(huì)低于不參與協(xié)同的數(shù)量。另外,由于持有過(guò)量的制造資源帶來(lái)的溢出成本或資源的短缺成本無(wú)法通過(guò)資源協(xié)同彌補(bǔ),且損失了潛在的剩余制造資源對(duì)外協(xié)同收入,總裝企業(yè)不參與資源協(xié)同時(shí)獲得的平均期望收益會(huì)低于參與協(xié)同時(shí)的水平,以上充分說(shuō)明了總裝企業(yè)間穩(wěn)定的資源協(xié)同關(guān)系對(duì)于總裝企業(yè)在資源持有量和利潤(rùn)方面的優(yōu)勢(shì),驗(yàn)證了命題1和命題2的結(jié)論。從表中數(shù)據(jù)不難看出,隨著制造資源單位協(xié)同價(jià)格的上升,總裝企業(yè)的資源最優(yōu)持有量在上升,利潤(rùn)水平卻在下降,驗(yàn)證命題3的結(jié)論。
為進(jìn)一步說(shuō)明制造資源協(xié)同策略對(duì)于總裝企業(yè)的優(yōu)勢(shì),對(duì)于同樣的制造資源持有量,總裝企業(yè)參與協(xié)同與否的利潤(rùn)水平等相關(guān)數(shù)據(jù)如表3所示。
從表3的數(shù)據(jù)中可以清晰看出,隨著總裝企業(yè)持有量的上升,參與協(xié)同總裝企業(yè)的利潤(rùn)水平是下降的;相反,不參與協(xié)同時(shí),總裝企業(yè)由于制造資源持有量的增加,無(wú)需協(xié)同資源便可參與接單競(jìng)爭(zhēng),滿足接單生產(chǎn)需求,獲得的利潤(rùn)也隨之增加,但作為關(guān)鍵制造資源的船臺(tái)在行業(yè)中數(shù)量有限,在接單競(jìng)爭(zhēng)中僅依靠自身持有量會(huì)導(dǎo)致利潤(rùn)增加水平有限。如圖6所示,兩種情況下的利潤(rùn)差異逐漸減小,但參與時(shí)的利潤(rùn)總是高于不參與時(shí)的水平。
在總裝企業(yè)參與制造資源協(xié)同的情況下,隨著制造資源單位協(xié)同價(jià)格的升高,資源需求方和供給方的協(xié)同參與度均在下降,這直接導(dǎo)致了制造資源短缺量和剩余量的提高,平均利潤(rùn)水平的下降。在總裝企業(yè)依靠自給自足,不參與制造資源協(xié)同的情況下,為應(yīng)對(duì)不確定的訂單需求,總裝企業(yè)一般在生產(chǎn)開(kāi)始前選擇較高的資源持有量,在需求發(fā)生后,剩余制造資源由于無(wú)法參與協(xié)同共享往往帶來(lái)較高的持有成本或庫(kù)存溢出損失,會(huì)影響利潤(rùn)水平,且該利潤(rùn)減項(xiàng)與資源持有量同向變化。
對(duì)比協(xié)同與否兩種情況下的制造資源短缺量和剩余量,在每一種情況下,參與協(xié)同時(shí)的資源短缺量和剩余量都明顯低于不參與時(shí)的數(shù)量。由圖7可知,兩種情況下的制造資源短缺量均隨制造資源最優(yōu)持有量同向變化,且數(shù)值差異逐漸減小,這也是兩種情況下的利潤(rùn)水平差異逐漸減小的原因。圖8中,不參與協(xié)同時(shí)的制造資源剩余量的變化速度明顯快于參與協(xié)同時(shí)的水平,且數(shù)值差異會(huì)逐漸增加。這是因?yàn)閰⑴c制造資源協(xié)同,剩余資源可以及時(shí)對(duì)外協(xié)同處理,所以制造資源平均剩余量變化不明顯。相較于不參與制造資源協(xié)同,參與協(xié)同可有效幫助資源需求方及時(shí)獲得所需資源,降低制造資源短缺成本,滿足接單生產(chǎn)需求的同時(shí)提高接單競(jìng)爭(zhēng)能力。對(duì)于資源供給方來(lái)說(shuō),參與協(xié)同可以幫助其迅速化解過(guò)剩資源帶來(lái)的閑置損失,降低制造資源溢出成本,提高船舶產(chǎn)業(yè)鏈資源利用效率的同時(shí)增加參與協(xié)同雙方的利潤(rùn)水平。綜上所述,制造資源協(xié)同策略可幫助總裝企業(yè)在資源持有量、利潤(rùn)及處理剩余制造資源等方面獲得優(yōu)勢(shì)。
六、結(jié)語(yǔ)
本文利用轉(zhuǎn)運(yùn)的思想研究了在船舶產(chǎn)業(yè)鏈上實(shí)施制造資源協(xié)同對(duì)總裝企業(yè)利潤(rùn)的影響問(wèn)題,通過(guò)構(gòu)建制造資源協(xié)同下總裝企業(yè)利潤(rùn)模型,求解非合作靜態(tài)博弈下的納什均衡解,并對(duì)影響利潤(rùn)的關(guān)鍵因素制造資源單位協(xié)同價(jià)格進(jìn)行分析,得出了以下結(jié)論:
1.由于船舶行業(yè)制造資源在購(gòu)置、使用等方面的特殊性,鏈上主體間選擇制造資源協(xié)同共享是船舶產(chǎn)業(yè)鏈向?qū)I(yè)化分工、社會(huì)化協(xié)作方向發(fā)展的必然結(jié)果。制造資源協(xié)同意味著存在競(jìng)合關(guān)系的多個(gè)總裝企業(yè)可以通過(guò)云平臺(tái)共享彼此持有的制造資源,穩(wěn)定的協(xié)同關(guān)系幫助資源需求方協(xié)同剩余制造資源滿足接單生產(chǎn)需求,提高接單競(jìng)爭(zhēng)能力,也為資源供給方提供了處理過(guò)剩資源的方法,提高資源利用效率的同時(shí)獲得資源協(xié)同收入。
2.借鑒以往產(chǎn)品轉(zhuǎn)運(yùn)研究,本文研究船舶產(chǎn)業(yè)鏈總裝企業(yè)間的制造資源協(xié)同問(wèn)題,通過(guò)對(duì)比總裝企業(yè)是否參與資源協(xié)同時(shí)的利潤(rùn)水平,發(fā)現(xiàn)只要在協(xié)同價(jià)格滿足一定條件下實(shí)施制造資源協(xié)同,總裝企業(yè)的利潤(rùn)總會(huì)高于不參與協(xié)同時(shí)的水平,且在滿足訂單需求的情況下,參與協(xié)同下的制造資源最優(yōu)持有量總是低于不參與時(shí)的水平,故應(yīng)鼓勵(lì)總裝企業(yè)積極參與制造資源協(xié)同,實(shí)現(xiàn)互利共贏。本文還討論了單位制造資源的協(xié)同價(jià)格與最優(yōu)持有量及利潤(rùn)之間的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)了資源協(xié)同價(jià)格對(duì)利潤(rùn)的影響途徑。
3.本文考慮了總裝企業(yè)間協(xié)同共享某些制造資源(如船臺(tái)資源)對(duì)主體利潤(rùn)的影響。這些資源具有使用依賴性強(qiáng)、持有成本高、有服務(wù)空閑期、可重復(fù)利用等特點(diǎn),再加上時(shí)空交叉、任務(wù)并行、工程變更等情況經(jīng)常發(fā)生導(dǎo)致總裝企業(yè)對(duì)制造資源的持有量難以準(zhǔn)確估計(jì)。通過(guò)云平臺(tái)匹配,總裝企業(yè)間可協(xié)同共享此類空閑制造資源,這為總裝企業(yè)緩解產(chǎn)能過(guò)剩提供一定幫助。
4.本文僅討論了制造資源需求服從均勻分布的情況,不能代表所有需求種類,下一步將通過(guò)放松假設(shè)條件得出分布更具有普遍性的結(jié)論;通過(guò)命題討論發(fā)現(xiàn)當(dāng)制造資源單位協(xié)同價(jià)格與總裝企業(yè)的利潤(rùn)呈反方向變化時(shí),關(guān)于如何激勵(lì)總裝企業(yè)間保持較低的制造資源協(xié)同價(jià)格可在接下來(lái)的研究中進(jìn)行討論。
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