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标题

原油供应链网络竞合博弈研究

范文

王丹萍　王宇奇

摘要：针对原油供应链网络中多条供应链竞合方式选择日趋复杂的现象，通过分析原油供应链网络中多条供应链的竞合特征、影响因素、表现方式等规律，发现原油供应链网络中企业存在的竞合问题。运用博弈论理论方法对供应链网络中链内企业纵向竞合和链际企业横向竞合进行建模分析，结果表明链内企业只受利益因素影响时多采取竞争方式，受风险等其他因素影响时采取合作方式，而链际企业采用以合作为主的竞合方式可以很好地分配企业的市场份额，降低炼化企业采购成本，从而保证原油供应链网络达到多赢的状态。

关键词：原油；供应链网络；竞合；博弈

中图分类号：C31

文献标志码：A

文章编号：1008-7133（2015）04-0052-07

近年来，随着经济的高速发展，石油对各国经济发展的作用愈发明显，研究原油供应链网络博弈问题对选择合适的竞合关系，维持原油供应链网络的稳定发展具有重要意义。原油供应链网络是由多条原油供应链共同作用运行的集合网络。每一条供应链指原油从产地开发生产后，通过船舶、管道、铁路、公路等多种运输方式将原油通过转运存储或直运送达到炼化企业的过程。在整个原油供应链网络中，一方面，面对相同的客户，网络内各企业间之间存在竞争的关系。另一方面，基于双方共同的利益追求，一各企业间也存在着合作的状况。

影响原油供应链企业间竞合关系的原因很多。Lababidi等认为需求的不确定性对整个原油石化供应链的规划决策有很大的影响。不确定的市场需求，市场价格，原材料成本和生产量都是影响原油供应链规划决策的重要参数。Doukas等提出根据欧洲整个能源供应状况来看，影响其原油得以安全稳定的供应的众多因素中，强调风险分析和风险最小化的关键性地位，分析探究好风险性的相关问题对于欧洲原油供应链具有重要作用。王宇奇针对国内的原油供应状况，提出了外界资源和环境水平的相关问题对于我国原油工业持续发展的重要影响。

在供应链网络中，Chen研究了一个供应商和多个零售商分销系统的协调机制，讨论了有折扣契约和无折扣契约下供应链渠道利润的变化，进而证明了协调的价值。Cachon基于库存理论下研究了由一个供应商N个零售商组成的两层供应链竞争模型。在链际多供应链竞争方面的文献有：Nagurney等首次提出了供应链网络的竞争模型，并利用变分不等式方法构建了供应链网络均衡模型。Pice等从定性角度利用德尔菲法对供应链与供应链竞争问题开展了研究。Zhang从供应链与供应链竞争的角度提出了供应链经济概念，给出了研究供应链链际竞争与合作的理论平台，并进一步构建了供应链与供应链竞争的网络经济模型，利用变分不等式刻画了供应链与供应链竞争的均衡状态。国内学者对于多链的研究较少，王璇等在产业集群的角度，运用博弈论研究了集群式供应链的特点做出了解释。李柏勋通过以N条包含单链式供应链为研究对象，运用博弈理论对多供应链间间的博弈均衡解进行了分析和求解。曹晓刚等将基于变分不等式和均衡理论研究了随机需求与再制造率不确定条件下的供应链竞争行为及均衡条件，研究结果表明为了增加企业利润及产品交易量可以将风险最小化和利润最大化作为基本原则。陈艺玮通过分析供应链网络风险后建立了供应链网络风险管理双环模式，从而增强抗风险能力。田玉英等通过研究发现采用竞合方式对中石油和中石化两个石油公司的发展有很好的助推作用。

本文针对由多条供应链构成的复杂的原油供应链网络，通过分析原油供应链网络的竞合规律，运用博弈论理论，分别从链内和链际两种不同维度下，建立博弈模型，制定相应的竞合策略，以便于为链上企业科学决策提供参考。

1原油供应链网络竞合规律

竞合关系，概括起来说就是供应链企业之间存在着既竞争又合作的一种互动关系。具体是指在整个原油供应链网络大环境下，各企业之间的一种协调机制，通常是在目标一致性前提下，因各企业间的相关性、差异性以及互补性为基础，通过市场需求驱动的一种以竞争来促进合作，以合作来提升供应链企业竞争力的资源优化配置的动态过程。内在动力就是共同的利益目标，外在动力就是市场需求。

1.1原油供应链网络竞合特征

（1）动态灵活性。原油供应链网络的竞合关系从整体上看是供应链系统资源优化配置的动态过程，原油市场是一个复杂度很高的大系统，影响其竞合关系的因素很多，而原油供应系统的不确定性已然影响到了原油供应链上各节点企业竞合策略选择。这就使得企业会随时因为外在环境的变化或者是内在自身因素的影响，不断地做出调整，优化资源配置。很多时候前一秒还是竞争对手的双方这一秒就因为共同的目的达成了合作，下一秒可能又形成了对立竞争。

（2）交叠依存性。原油供应链网络中的企业并不是完全的对立竞争或者是完全的合作，竞争与合作关系的界定也不是十分的泾渭分明、一成不变，相反是存在一定的交叠依存性的。市场需求的竞争同时促进了双方的合作，而合作的同时各家企业也是在为了提升本身的竞争力，以更好地参与市场竞争。原油供应链通常都是多条供应链同时作用，就使得竞合关系形成了交叠性，竞争中也有一定的合作存在，合作的同时也存在着竞争。无论竞争还是合作都不可能脱离对方而单独存在。

1.2原油供应链链内竞合影响因素

按照原油供应链的结构和运作方式，一般可以分2种维度对供应链竞合关系进行分析，其中，整个供应链网络中的每一条链存在交易的上下级企业间的竞合属于纵向竞合关系，也称作是链内竞合。而并行的多条供应链相同价值链环节的节点企业的跨链间竞合属于一种横向的竞合关系，即链际竞合。影响原油供应链企业竞争合作关系的因素很多，这些因素所起到的作用也不尽相同，本文考虑到原油供应链的特殊性，主要总结以下因素：

（1）利益因素。每条供应链都是由原油供应方、原油需求方以及连接二者之间的各节点及渠道构成。当每个节点都始终具有相对的自主经营权时，无论从原油供应方还是炼化企业都会最先为了追求自身利益的最大化，在价格制定上进行博弈，以争取获得最符合自身利益的产品价格定位。这时就形成了最基本层次上的竞争，链上企业间的“讨价还价”。由此可以看出，利益因素是链内影响竞合关系的最主要的因素。

（2）风险因素。原油的政治特性决定了相对于大多数炼化企业而言，除却要追求利益的最大化之外，在特定时期保证原油供应的安全稳定对整个社会经济发展的作用更为重要。无论是政治风险还是运营安全风险，都会对炼化企业和油田公司间的竞合策略选择影响很大。

（3）其他因素。除了以上的主要因素，天气状况、国际垄断主义、自然灾祸等都会严重的干预到油田公司与炼化企业间的竞合政策的选择。

1.3原油供应链链际竞合影响因素

在原油供应链网络中，在相同价值链环节的节点处，会同时具有多个提供同质服务或产品的企业，他们之间同样存在着更为复杂的竞合关系。原油供应链网络中链际间竞合的影响因素主要分为以下几个方面：

（1）市场占有率。在整个原油供应链网络中，每条链所占到的市场份额、市场结构因素的动态变化很大程度上影响了供应链中各企业是否会采取合作策略缔结联盟。供应方和需求方谁能最大限度的掌握市场的话语权，谁就能处于优势地位。无论是原油供应企业之间还是各大炼化企业之间一定时期内为争夺市场结构下的主动优势，都会根据市场结构的不断变化改变自身的策略，自发或人为的形成战略联盟，加强自身在原油市场中的力量，掌握先机。为防止在合作中丧失竞争优势，合作企业存在明显的机会主义倾向，会隐瞒一些重要的信息，从而影响到合作预期目标的达成，也可能由于独占，而引起争端和冲突，致使合作出现破裂。这种机会主义因素的存在对竞合策略的选择有很大的影响。

（2）价格敏感度。相对比其他产品，原油产品本身具有较强的地域性特点。不同产地的原油的品质、产量、提货期、运输的方式等都不尽相同，而原油供应链网络中炼化企业对于上述原因所引起的原油价格的差异的敏感性也不一样。首先从原油供应地而言，原油一般都呈现地域性的特征，中东，北非、拉丁美都是主要的原油出口国，掌握原油开采、开采量的权利，石油作为一种战略资源，是国家经济上的生命线，原油的供应情况关系到国家的经济安全，受到了极大的重视。价格敏感度对链上企业的竞合策略的选取影响极大。国家还可以通过行使外交职能改善与相应国家的关系，为本国的交易争取更多的优惠条件。当然也存在某些大国，利用军事政治权利，对原油输出国进行打压，干预控制以影响他国的竞合策略的选择。

（3）其他因素。供应系统中企业不可能也没有必要在每个方面都做到最好。企业集中力量发展提高自我核心能力高的活动，把自己不擅长的、不重要的活动交给其他企业去完成，由此也会产生合作，例如我国原油资源的进口主要依赖于外籍邮轮，约有将近90%是通过与外籍邮轮公司合作，依靠外籍邮轮来承运的。这种合作由于自身降低成本同时提高效率的内部驱动，合作具有长久些和相互信任性。突发事件对原油供应链中各企业的策略选择也会有一定的影响作用。2013年以色列空袭叙利亚军事设施，造成了合作关系的破裂，迅速推高原油价格。除了上述几个主要的影响因素以外，投机炒作、军事行动、美元汇率以及天气状况等同样影响着各决策方的策略选择。

1.4原油供应链网络竞合表现方式

原油供应链企业的链内的竞争方式主要表现在供需互动的过程中。原油供应链的链内竞争主要是价格竞争的互动过程，由于双方的决策目标不完全一致，都会通过讨价还价的竞争方式来争取最具经济性的交易方式，使得供应链内部的价值发生转移，利益重新分配。合作主要表现为买卖关系的建立，同时满足双方需求。通过竞合关系的动态协调，提升了整条供应链的综合实力，提高了供应链的整体效益。

链际的竞争方式主要表现在处于同价值链上的企业之间，为了争夺更多的市场份额，与同级其他竞争对手的斗争，占据更多的利益优势。合作方式的体现主要体现在组成战略联盟、汇总采购、整合运输资源上。原油公司间采取合作策略，组成战略联盟，OPEC组织就是以亚洲、非洲和拉丁美洲一些主要的原油生产国合作的国际性石油组织，通过生产配额制，协调统一各成员国的利益，在原油市场争取更多的市场份额。简言之，就是各炼化企业通过及时汇总自家的原油需求量上报形成一个整体的需求量，向各国大型的油田公司大批量集中购买原油，目的是拥有更多的话语权从而掌握价格优势。集中起来进行原油购买就可以使用优先使用较大的船舶，相比分散的小的运输工具，节省了单位运费，提高了运输的满载率，加强了对整体运输工具的利用效用。

2原油供应链竞合博弈分析

2.1链内企业的纵向竞合博弈

链内企业的纵向竞合博弈是整体原油供应链系统竞合中最基本的表现形式，又因为链内的竞合博弈主要体现在链上企业在交易过程中的“讨价还价”上，这里以炼化企业与其原油供应商间构成的供应链为例，给出链内纵向竞合博弈的基本假设。其中，炼化企业为该原油供应链的链主企业j（j=1，2，…，m），同时存在i（i=1，2，…，n）个油田公司为其提供原油供应。

以下会用到的符号以及代表的含义如下，πi：油田公司i：预期内净利润所得；πj：炼化企业j：预期内净利润所得；pi：油田公司i：把原油销售给炼化企业的价格；pj：炼化企业j的成品油产品价格；sij：炼化企业j在特定周期内对油田公司i的原油需求量；qij：炼化企业j从油田公司i处订购的原油数量；di：油田公司i每次的订单处理费用；dj：炼化企业j一次订货费用；ci：油田公司i开采勘探原油的总成本；ti：油田公司i单位量原油的中转存储成本；tj：炼化企业j单位量原油的中转存储成本。

（2）合作策略。当风险因素的影响作用占主导时，原油供应链上各方更趋从于选择合作策略。因为原油供应链网络中各企业存在长期的、固定的合作关系，确保原油供应的安全性与稳定性。即油田公司i和炼化企业建立共同的合作关系时，炼化企业将从供应链网络的总利润最大化角度出发选择最优的经济订货量。供应链网络的总体利润所得表示为

比较式（6）和（11），易证明π合≥π竞，即当供应链各方选择合作时，供应链系统的总利润所得远远大于各方竞争时的收益，这也是目前被广泛认可的结论。事实上，各方都采取合作时，供应链网络整体利润最优，但这并不意味着链上每个企业各方都达到了本身的最优，这时获得更多利润的一方愿意采取合作，但利润减少的一方宁愿选择竞争，这就存在着博弈。若通过合作双方都取得了更高的收益，采取（合作，合作）策略，博弈达到均衡，各方受益；但如有一方利益受损，采取（合作，不合作）策略，就出现了博弈的非均衡，会导致成本增加。所以就出现了总体利益更大的一方采取一定的补偿机制给予利益受损的一方，促成合作的继续进行。以上述原油供应为例分析，炼化企业为保证原油供应的安全稳定性，必须在供应链合作中，在自身收益得到增加后，为补偿油田公司i收益的可能减少，鼓励油田公司i的积极参与合作，会采取“补偿激励”，对油田公司i进行补偿，假设补偿支付为B（B≥0）显然B满足小于炼化企业利益的增加值，同时大于原油公司利益减少值，π1′、π2′分别表示油田公司合作前后的利润收益。

对于炼化企业而言，因为π合-B≥π竞，在理性考虑下选择“合作”；对于油田公司i来说，因为π合-B≥π竞，在理性考虑下也会选择“合作”，所以就达成了博弈问题的Nash均衡解为（合作，合作）。由此可以看出，在原油供应链网络的链内竞合上，是以合作为主导的博弈，炼化企业追求原油供应的安全稳定，积极采取合作的策略，同时油田公司可以通过合作取得更高的利润也会以合作为主导。

2.2链际企业间横向竞合博弈

链际间企业的横向竞合博弈是原油供应链系统竞合中较较复杂的一种，主要体现在原油的勘探，采购，运输，存储等节点上提供同质服务或产品的企业间的竞合博弈，这里以原油供应链中运输上的竞合为例，给出链际横向竞合博弈的基本假设。由于地缘政治，经济利益，应对风险等因素的考虑，运输商之间经常采取合作策略，是原油供应链系统中比较普遍的合作方式之一。该供应链模型是由上游企业和n个运输商构成的两级供应链，n个运输商企业提供相同的产品服务，各运输商间采用Cournot进行博弈。

性质：对于n条供应链链间横向博弈，运输商的价格存在纯策略Nash均衡。

证明根据Nash纯策略均衡定理，①在n人博弈中，若存在：每个参与人的策略空间Si是欧式空间的一个非空的、紧的凸子集；②利润函数π（pi，pj）是连续的；③π（pi，pj）是关于价格pi拟凹的，那么此博弈存在纯策略Nash均衡。

假设在n个运输商博弈过程中分为两类，一部分选择信息共享的合作策略，另一部分企业不参加合作，其中，假设第一类运输商数量为m（m≤n），其余个运输商n-m个为第二类不合作的。

第一类选择合作策略的运输公司，其余的运输公司然是接受原来的运输量作为其接单量处理数据。第一类运输公司通过合作，降低了边际成本，降低幅度为△C。假设存在两条供应链进行合作，这时参与合作的供应链的价格将降低△p，市场需求上升。

通过合作策略，参与合作的运输商间获得了更多的市场份额，同时合作使得自身的边际成本降低，这m个运输商因为本身的边际成本降低就会选择以低于原来的各链不合作时的价格来进行合作，这样上游企业就自然会将更多的运输份额分配给第一类合作的运输商，同理，第二类未参与合作的运输商的份额自然就下降了。

当然，在下一轮博弈中，第一类运输商采取合作策略获得了更多的市场份额，因此理性的决策人会继续采取合作策略以获得更多的运输量，从而利润增加。第二类运输商也会在上一轮博弈中吸取经验教训，采取降价策略，造成利润的继续下降，同时会和之前的第一类运输商之间产生竞争。这样经过若干轮博弈后，第二类运输商会因为每次利润的减少而被淘汰出供应链。

3算例分析

下面希望通过数值分析说明以下几点问题：

通过对初始环境的值进行设定，计算不同供应链的销量和利润；

分析不同市场占有率的供应链进行合作时的销量和利润变化，验证多条供应链在采取合并策略时，供应链利润变大。

根据以往运输商间和上游企业某月的交易数据，测算初始参数，假设有五条供应链，潜在市场占有率分别0.18，0.19，0.20，0.21，0.22。供应链编号为：1号到5号。边际成本为均50，竞争强度为0.5，价格敏感度为0.5，总体需求为1000。∑C=250，如表1所示。

从这里看出，五条供应链的潜在市场占有率相差5%时，最终的利润相差10%左右。

此时如果1号供应链和2号供应链在原油供应中进行运输存储合作，使边际成本下降10，他们进行合作之后，∑C=230。又因为

从这里看出，当市场占有率接近时，通过运输存储合作降低边际成本可以大幅提高竞争力和利润。这样的合作削弱了其他供应链的利润，降低了客户的采购成本。

4结论

运用博弈论研究了原油供应链网络之间的竞合关系，根据原油供应链网络的特点，揭示了原油供应链网络竞合的特征、影响因素以及表现形式等规律，从链内纵向竞合和链际横向竞合两种维度进行了分析。通过分析可知，原油供应链链内企业间的通过讨价还价的竞争同时也会转化为合作共享，一定程度上会促进供应链系统的整体效益，实现多赢。相比于链内企业间的竞合，链际企业间的竞合表现形式更为多样，受影响的因素也很复杂，链际企业竞合多是以合作为主，竞争作为伴随物而进行的一种竞争的合作，扩大了参与合作企业的市场份额，淘汰了实力较弱的企业，同时也降低了炼化企业的采购成本，达到多赢。同时除了运输上的合作，原油供应链在共享市场缔结联盟等方面也存在着竞合，契约机制的引进也是下一步研究的重点。

[编辑：厉艳飞]

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