基于Shapley值法的煤炭產(chǎn)運銷供應(yīng)鏈利潤分配機制研究

高振祥，朱海民，史燕翔

(1.中國神華國際工程有限公司，北京 100007；2.中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 管理學(xué)院，北京 100083)

能源是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)。煤炭作為我國的主體能源，自改革開放以來，隨著中國工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，煤炭的需求也在快速增長，2012年的銷量達(dá)到了40.2億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，年均增長率高達(dá)9%，大量的市場需求使得煤炭企業(yè)運營模式較為單一。2012年以來，隨著經(jīng)濟發(fā)展速度放緩和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，煤炭消費的增長速度也大幅下降，煤炭行業(yè)出現(xiàn)供需失衡矛盾、煤價也大幅下跌。如何在煤炭行業(yè)下行的背景下，改變單一的運營模式、提高企業(yè)利潤成為亟待解決的重要問題。由于僅靠自身資源難以應(yīng)對激烈的市場競爭，因此煤炭企業(yè)必須向外部尋求資源、開展供應(yīng)鏈合作運營模式，將單個企業(yè)之間的競爭轉(zhuǎn)變?yōu)楣?yīng)鏈之間的競爭[1]。煤炭產(chǎn)、運、銷一體化是常見的供應(yīng)鏈合作方式，雖然一些煤炭企業(yè)參與了產(chǎn)運銷供應(yīng)鏈合作，通過信息、資源共享等多種協(xié)同措施降低了交易費用，并分散了風(fēng)險，但是如何對參與供應(yīng)鏈合作的產(chǎn)、運、銷企業(yè)進(jìn)行合理的利潤分配又成為困擾企業(yè)的難題。因此，本文對煤炭產(chǎn)運銷供應(yīng)鏈中企業(yè)的利潤分配機制進(jìn)行研究，以期為推動煤炭企業(yè)之間的合作、提高供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)的運轉(zhuǎn)效率和提高煤炭行業(yè)利潤提供參考借鑒。

關(guān)于利潤分配的相關(guān)研究，學(xué)者根據(jù)不同行業(yè)供應(yīng)鏈的特點選用不同的利潤分配方法。李洋和劉柄含等人[2]利用Stackelberg法對由制造商、分銷商、零售商組成的三級供應(yīng)鏈總收益進(jìn)行二次分配，并給出產(chǎn)品定價策略；楊懷珍等人[3]、鄒勇[4]對于由供應(yīng)商、第三方物流與制造商聯(lián)組成的供應(yīng)鏈上游段VMI&TPL模式，基于收益共享契約的視角，分別利用不對稱NASH談判法和最大熵值法建立VMI&TPL模式的利益分配機制；劉家財和李登峰[5]基于供應(yīng)鏈上各企業(yè)的整體滿意度最優(yōu)，利用模糊合作對策理論與方法對供應(yīng)鏈信息共享的利益進(jìn)行分配；王雪[6]考慮企業(yè)的核心能力對聯(lián)盟總利潤的影響，利用核心、核仁和SHAPLY值法對聯(lián)盟提出了更公平的利益分配改進(jìn)方案；黎楓和李廣霞[7]建立了收益共享契約下煤炭供應(yīng)鏈利益分配模型，運用成本分擔(dān)契約，解決多個供應(yīng)商之間的利益分配問題；李治和胡志全[8]、張英等人[9]分別運用 Shapley 值法對奶牛產(chǎn)業(yè)鏈和制造聯(lián)盟合作收益進(jìn)行分配；楊懷珍等人[10]引入風(fēng)險承擔(dān)、努力程度和資金投入3個修正因素對Shapley值法進(jìn)行改進(jìn)，并運用TOPSIS法確定修正系數(shù)，對農(nóng)超對接供應(yīng)鏈進(jìn)行利益分配。還有學(xué)者對供應(yīng)鏈利益分配的影響因素進(jìn)行了分析，白曉娟和賀云飛[11]認(rèn)為供應(yīng)鏈的利潤分配影響因素主要在投入因素、貢獻(xiàn)程度、承擔(dān)風(fēng)險三個方面；江書軍[12]認(rèn)為應(yīng)當(dāng)在煤炭供應(yīng)鏈利潤分配研究中重點關(guān)注生產(chǎn)成本、貢獻(xiàn)度、位置因素和創(chuàng)新能力等影響利潤分配的因素來推動煤炭企業(yè)供應(yīng)鏈的協(xié)調(diào)和穩(wěn)定發(fā)展；張慧和高竹蓮[13]在Shapley值法的基礎(chǔ)之上，綜合考慮技術(shù)創(chuàng)新、合作積極性、風(fēng)險三個因素對煤炭利益分配的激勵作用，為煤炭生產(chǎn)、流通、消耗企業(yè)供應(yīng)鏈利潤分配機制提出了改進(jìn)方案。

根據(jù)上述文獻(xiàn)綜述可知，對于煤炭供應(yīng)鏈，已有文獻(xiàn)主要集中于分析利潤分配的影響因素和煤電供應(yīng)鏈利潤分配機制，但目前還沒有文獻(xiàn)對煤炭產(chǎn)運銷的利潤分配機制進(jìn)行研究。煤炭產(chǎn)運銷聯(lián)盟通過各環(huán)節(jié)信息和資源的合理配置以獲取更高的收益，所以考慮到各成員對合作聯(lián)盟的貢獻(xiàn)程度的Shapley值法很適合煤炭產(chǎn)運銷供應(yīng)鏈的利潤分配機制研究。

因此，本文以煤炭產(chǎn)運銷供應(yīng)鏈為研究對象，利用產(chǎn)、運、銷企業(yè)的年報數(shù)據(jù)，分析供應(yīng)鏈上各經(jīng)濟主體的成本收益和價值增值情況，然后利用Shapley值方法，給出供應(yīng)鏈中各經(jīng)濟主體的利潤分配方案，并提出促進(jìn)供應(yīng)鏈發(fā)展的政策建議，以期構(gòu)建互惠共贏的煤炭產(chǎn)運銷供應(yīng)鏈合作模式，推動供應(yīng)鏈合作的穩(wěn)定性。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究方法

Shapley值是衡量聯(lián)盟中的成員按各自對聯(lián)盟總體收益的貢獻(xiàn)率來分配收益的一個概率值。當(dāng)聯(lián)盟中各成員的利益活動互不對抗，合作中人數(shù)的增加不會引起收益的減少，此時全體成員的合作將會帶來最大收益，這種最大收益分配方案即可用Shapley值法來衡量[14]。其定義如下：

設(shè)集合表示n個人組成的聯(lián)盟，對任意子集，存在實函數(shù)v(s)滿足：

v(φ) = 0

(1)

v(s1∪s2)≥v(s1) +v(s2) ，s1∩s2=φ

(2)

其中，s表示I中可能形成的任意一個聯(lián)盟，特征函數(shù)v(s)表示聯(lián)盟s在聯(lián)盟中因互動而獲得的最大收益。意為不合作無收益，表示合作收益大于各自收益的簡單加總，成員活動為非對抗性。設(shè)為n人從v(I)得到的分配，滿足：

xi≥v(i)，i=1，2，3，…n

(4)

在聯(lián)盟S中第i名成員獲得的利潤分配大小可表示為：

其中，s(i)是集合I中包含成員i的所有子集，|s|是s中元素個數(shù)，w(|s|)是加權(quán)因子，v(s)是子集s的收益，v(s|i)為子集s中除去合作伙伴i后可取的收益。

w(|s|)可以作為成員i在聯(lián)盟S的貢獻(xiàn)v(s)-v(s|i)不同合作狀態(tài)下的成本收益的一個加權(quán)因子。因此，成員i對他可能參與的所有聯(lián)盟所作貢獻(xiàn)的加權(quán)平均值(也稱為期望值)就是Shapley值。

1.2 數(shù)據(jù)來源

山西省是我國重要的煤炭生產(chǎn)、調(diào)出和轉(zhuǎn)化區(qū)域，山西的煤炭資源儲量大、分布廣、品種全，建國至2018年底，山西省累計生產(chǎn)原煤190億t，占全國800億t累計產(chǎn)量的1/4左右。本文的研究對象是煤炭產(chǎn)運銷供應(yīng)鏈，通過運用Shapley值法的模型對各主體單獨經(jīng)營和不同合作經(jīng)營情況供應(yīng)鏈整體的收益情況進(jìn)行測算，可以得到充分考慮各環(huán)節(jié)貢獻(xiàn)度的利潤分配方案，因此本文分別選取山西省煤炭產(chǎn)運銷供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)上較為代表性的生產(chǎn)企業(yè)A、運輸企業(yè)B和銷售企業(yè)C，通過搜集并整理相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實證研究，驗證此方法的可行性。

本文研究需要的數(shù)據(jù)主要包括生產(chǎn)單位、運輸單位、銷售單位三個方面。煤炭生產(chǎn)單位方面，煤炭生產(chǎn)成本包括原材料、人工成本、燃料及動力、折舊費、提取的維簡費、安全費等；運輸單位方面，鐵路運輸成本包括材料成本、電力及燃料，人工成本、貨運服務(wù)費、貨車使用費、折舊及攤銷、其他成本等；銷售單位方面，銷售單位的煤炭購買成本為生產(chǎn)單位的煤炭售價。三家單位日常經(jīng)營成本通過對各單位期間費用分?jǐn)偟矫繃嵜禾康慕痤~計算。對于運輸、采購的信息搜尋成本，從各單位年報中銷售費用中的廣告宣傳費得到。以上數(shù)據(jù)通過查閱各企業(yè)2018年的年報得到。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)運銷各環(huán)節(jié)成本收益分析

根據(jù)查詢生產(chǎn)單位和運輸單位的年報得到每單位煤炭的生產(chǎn)成本及運輸成本構(gòu)成見表1、表2。

表1 每單位煤炭的生產(chǎn)成本

表2 每單位煤炭的運輸成本

各單位單獨經(jīng)營時的成本除了生產(chǎn)單位的煤炭生產(chǎn)成本、運輸單位的運輸成本、銷售單位的煤炭采購成本還包括企業(yè)經(jīng)營管理中的經(jīng)營成本，因此各單位的收益為銷售商品或提供服務(wù)獲得的收入減去生產(chǎn)及經(jīng)營過程中的各項成本費用。通過計算得到產(chǎn)運銷供應(yīng)鏈上各主體單獨經(jīng)營時的成本收益情況見表3。

表3 單獨經(jīng)營時各單位成本收益情況表 (元/t)

當(dāng)煤炭生產(chǎn)單位A單獨經(jīng)營時，收益為銷售收入減去煤炭生產(chǎn)成本與經(jīng)營成本之和，為88.38元/t。當(dāng)運輸單位B單獨經(jīng)營時，收益為收入減運輸成本和經(jīng)營成本之和，為31.80元/t。銷售單位C單獨經(jīng)營時，購買煤炭的成本為生產(chǎn)單位的收入405.83元/t，銷售收入按照動力煤全年均價558.5元/t計算，收益為銷售收入減去購買煤炭成本和新增經(jīng)營成本之和，為61.35元/t。產(chǎn)運銷各單位的利潤分別占總收益的48.69%、17.52%、33.80%。

在合作狀態(tài)下，聯(lián)盟整體的成本收益有所變化。由于在煤炭產(chǎn)運銷供應(yīng)鏈中，各單位通過建立穩(wěn)定的供應(yīng)鏈合作關(guān)系，可以降低各環(huán)節(jié)相互信息搜尋等交易成本。煤炭市場具有需求必要性、購買渠道多等特點，因此煤炭生產(chǎn)企業(yè)與銷售企業(yè)間的宣傳、建立合作關(guān)系所發(fā)生的費用也就相應(yīng)更高，而受生產(chǎn)單位所處地理位置等因素影響，運輸單位與生產(chǎn)單位、銷售單位的關(guān)系相較穩(wěn)定一些。因此，本文假定生產(chǎn)單位、銷售單位之間的信息搜尋成本占報表中廣告宣傳費等營銷費用的70%，分別與運輸單位的信息搜尋成本占30%。根據(jù)表3，當(dāng)生產(chǎn)單位與運輸單位合作時，減少了相互的信息搜尋成本約為0.06元/t。根據(jù)對生產(chǎn)單位相關(guān)信息和數(shù)據(jù)的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)單位承擔(dān)的運輸費用主要包括鐵路運輸費用、公路運輸費、船舶、港口費等，該生產(chǎn)單位的交貨方式有到場交貨、直達(dá)煤車板交貨、下水煤離岸交貨、港口煤場交貨等方式，其中最主要的直達(dá)煤板車、到場交貨方式主要通過鐵路運輸。因此本文假設(shè)生產(chǎn)單位鐵路運輸成本占運輸費用的50%，生產(chǎn)單位原先的鐵路運輸成本按鐵路運輸單位的基準(zhǔn)運價0.10元/(t·km)計算，節(jié)約了10.88元/t。當(dāng)生產(chǎn)單位與銷售單位合作時，減少相互的信息搜尋成本約為0.26元/t。當(dāng)運輸單位與銷售單位合作時，銷售單位的鐵路運輸成本按鐵路運輸單位的基準(zhǔn)運價0.10元/(t·km)計算，節(jié)約了0.37元/t，同時減少相互的信息搜尋成本約為0.058元/t。

2.2 產(chǎn)運銷供應(yīng)鏈利潤分配測算

2.2.1 不同合作狀態(tài)下的成本收益

1)煤炭生產(chǎn)單位、運輸單位、銷售單位單獨經(jīng)營時的收益分別為88.38元/t、31.80元/t、61.35元/t。

2)當(dāng)煤炭生產(chǎn)單位和鐵路運輸單位合作而銷售單位不參與合作時，降低了生產(chǎn)單位以及鐵路運輸單位相互的運輸信息搜尋成本，同時減少了生產(chǎn)單位內(nèi)部鐵路運輸?shù)某杀?，此時合作收益為生產(chǎn)、運輸單位單獨經(jīng)營的收益和(120.18元)+生產(chǎn)單位節(jié)約的運輸成本(10.88元)+節(jié)約的信息搜尋成本(0.06元)=131.12(元/t)；當(dāng)生產(chǎn)單位和銷售單位合作而鐵路運輸單位不參與合作時，降低了采購時的交易成本和煤炭采購的信息搜尋成本，此時的合作收益為煤炭銷售收入(558.50元)-煤炭生產(chǎn)成本(187.03元)和生產(chǎn)單位與銷售單位的經(jīng)營成本(91.32+130.43元)+節(jié)約的信息搜尋成本(0.26元)=149.98(元/t)；當(dāng)運輸單位和銷售單位合作時，降低了銷售單位的鐵路運輸部分成本以及運輸信息搜尋成本和相關(guān)交易費用，此時的合作收益為運輸單位和銷售單位單獨經(jīng)營收益和(93.15元)+銷售單位合作節(jié)約運輸成本(0.37元)+節(jié)約的信息搜尋成本(0.058元)=93.58(元/t)。

3)當(dāng)生產(chǎn)單位、鐵路運輸單位和銷售單位共同參與合作經(jīng)營時，合作收益為煤炭銷售收入與運輸收入之和(651.68元)-生產(chǎn)單位總成本(317.45元)-運輸單位總成本(61.37元)-銷售單位新增經(jīng)營成本(91.32元)+節(jié)約的運輸成本(11.25元)+節(jié)約的信息搜尋成本(0.38元)=193.15(元/t)。

得到三家企業(yè)單獨經(jīng)營及不同合作狀態(tài)下的收益情況見表4。

表4 各單位單獨經(jīng)營與合作經(jīng)營收益狀況 元/t

2.2.2 Shapley值計算

將上述計算得到的數(shù)據(jù)帶入Shapley模型，分別得出生產(chǎn)單位、運輸單位和銷售單位的收益情況見表5—表7。

表5 不同合作狀態(tài)下的生產(chǎn)單位收益 元/t

表6 不同合作狀態(tài)下的運輸單位收益 元/t

表7 不同合作狀態(tài)下的銷售單位收益 (元/t)

通過Shapley值模型的計算得到在供應(yīng)鏈上各單位的利潤分配情況如下：

生產(chǎn)單位收益η生產(chǎn)單位(v)=29.46+16.55+14.77+33.19=93.98(元/t)

運輸單位收益η運輸單位(v)=10.60+7.12+5.37+14.39=37.49(元/t)

銷售單位收益η銷售單位(v)=20.45+10.27+10.30+20.68=61.69(元/t)

Shapley值計算結(jié)果見表8。

表8 Shapley值計算結(jié)果

通過表8可以看出：

1)煤炭產(chǎn)運銷合作的情況下的整體收益大于單獨經(jīng)營時各子單位的收益之和，同時各環(huán)節(jié)企業(yè)的收益都大于各自單獨經(jīng)營時獲得的收益，說明對于產(chǎn)運銷供應(yīng)鏈合作的運營模式來說，可以做到供應(yīng)鏈整體的價值增值，也可以為各環(huán)節(jié)上的單位創(chuàng)造更多價值。

2)從收益情況上看，合作狀態(tài)下鐵路運輸單位收益的增長比例最大，由單獨經(jīng)營時的31.8元/t上漲至37.49元/t，增加了17.88%，說明合作運營模式可以很好地改善運輸單位的收益狀況，同時也保證了生產(chǎn)單位和銷售單位的利潤。

3)就利潤分配而言，各單位單獨經(jīng)營時，該供應(yīng)鏈上生產(chǎn)、運輸、銷售單位的收益占比分別是48.69%、17.52%、33.80%，通過Shapley模型計算的產(chǎn)運銷的收益占比分別為48.65%、19.41%、31.94%。獲利最大的是煤炭生產(chǎn)單位，其次是銷售單位，鐵路運輸單位獲利最少。由于Shapley值法考慮到各主體對煤炭供應(yīng)鏈的貢獻(xiàn)程度，因此生產(chǎn)單位對煤炭供應(yīng)鏈的貢獻(xiàn)度最高，其利潤分配比較合理，同時應(yīng)當(dāng)增加鐵路運輸單位的利潤分配來保證利潤分配的公平性。

通過研究煤炭產(chǎn)運銷供應(yīng)鏈的利潤分配、建立健全煤炭產(chǎn)業(yè)的利潤協(xié)調(diào)機制，可以維持供應(yīng)鏈發(fā)展的穩(wěn)定性及可靠性，充分發(fā)揮1+1>2的合作優(yōu)勢，提升煤炭企業(yè)經(jīng)濟效益和行業(yè)競爭力，促進(jìn)我國煤炭資源產(chǎn)業(yè)的長期健康發(fā)展。

3 結(jié)論與建議

本文搜集山西省煤炭產(chǎn)運銷供應(yīng)鏈上的產(chǎn)、運、銷三家企業(yè)的數(shù)據(jù)，通過分析各環(huán)節(jié)主體單獨經(jīng)營與合作經(jīng)營時的成本收益構(gòu)成，運用Shapley值法計算了煤炭產(chǎn)運銷供應(yīng)鏈各主體的利潤分配，得到以下結(jié)論：①合作經(jīng)營時煤炭產(chǎn)、運、銷利潤比單獨經(jīng)營時分別增加了6.34%、17.88%、0.56%，整體收益增加6.4%，合作狀態(tài)下整體收益大于單獨經(jīng)營時各子單位的收益之和，同時各環(huán)節(jié)企業(yè)的收益都大于各自單獨經(jīng)營時獲得的收益；②單獨經(jīng)營時，產(chǎn)、運、銷單位的收益占比分別是48.69%、17.52%、33.80%，通過Shapley值法計算得到產(chǎn)運銷供應(yīng)鏈合理的利潤分配方案為：生產(chǎn)單位獲得供應(yīng)鏈整體收益的48.65%、運輸單位為19.41%、銷售單位為31.94%；③對產(chǎn)運銷供應(yīng)鏈的貢獻(xiàn)由大到小依次是煤炭生產(chǎn)單位、銷售單位、運輸單位。

對煤炭供應(yīng)鏈發(fā)展的建議有：①建立信息共享機制，方便企業(yè)更快地獲取價格、煤炭產(chǎn)品需求、運輸需求等信息，降低談判、信息搜尋等交易成本；②充分利用各環(huán)節(jié)的關(guān)聯(lián)性，如煤炭的裝卸、運輸環(huán)節(jié)。將資源充分整合，協(xié)調(diào)好中間產(chǎn)品的定價以及庫存管理等問題，降低各環(huán)節(jié)的成本支出，為煤炭供應(yīng)鏈獲取更大的利潤空間；③完善利潤分配機制，健全補償機制體系，構(gòu)建企業(yè)間的信任制度，平衡多元化利益主體的沖突，保證供應(yīng)鏈上各主體的收益公平、激發(fā)企業(yè)的合作積極性。