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标题 基于制造能力共享的云平台成本分担策略分析
范文 袁钰琦



摘 要：文章考虑制造商剩余制造能力共享的动态性及其对产品需求产生的影响，利用随机微分对策理论，研究云平台提出成本分担对供应链系统优化影响问题。运用汉密尔顿—雅可比—贝尔曼方程，分别求得了合作策略和云平台提出成本分担策略的均衡制造能力共享有效匹配努力水平、剩余制造能力共享有效匹配水平及其期望和方差和云平台成本分担比例，并对这两种情形进行了数值比较分析。研究发现，参与方的合作促进了制造能力共享有效匹配水平的提高；云平台提出的成本分担契约不仅提高了供应链系统总利润，且降低了制造能力共享实施的风险，进一步使供应链系统得到优化。
关键词：制造能力共享；随机微分博弈；汉密尔顿—雅可比—贝尔曼方程；成本分担
中图分类号：F273.7 文献标识码：A
Abstract： Considering the stochastic dynamics of manufacturing capacity sharing and the impact on product demand， we study the problem of cloud platform cost-sharing contract on supply chain system optimization applying stochastic differential game theory. By using the Hamilton-Jacobi-Bellmann equation， the equilibrium matching level of the surplus manufacturing capacity sharing， the effective matching level of the participating parties， and the expected， variance of matching level of the surplus manufacturing capacity sharing and cloud platform cost sharing ratio， were compared and analyzed in the cooperative sharing and cloud platform cost sharing. We find that： the cooperation of the participants in the manufacturing capacity sharing facilitated the improvement of the effective matching level of the manufacturing capacity sharing， and the cloud platform proposed to cost sharing not only to improve the total profit of the supply chain， but also to reduce the risk of manufacturing capacity sharing. So that the supply chain system further optimized.
Key words： manufacturing capacity sharing； stochastic differential game； Hamilton-Jacobi-Bellman equation； cost sharing
随着全球经济的快速发展和市场竞争的加剧，国内外企业为了获得更多利益，积极推广物联网技术，并开始对云制造模式进行了应用。我国最早進行云制造研究的李伯虎院士对其定义为：云制造是一种利用网络和云制造服务平台，按用户需求组织网上制造资源（制造云），为用户提供各类按需制造服务的一种网络化制造新模式[1]。当企业没有相应的制造能力或缺乏制造资源时，可利用物联网技术由智能终端实时连接到云制造平台寻找制造能力和制造资源，再由云制造平台进行有效的匹配以满足企业的制造需求，减少企业制造资源短缺的损失[2]。企业通过云制造平台，可以实现多种类制造能力和制造资源的交易[3]。因此，研究企业在应用云平台的制造能力共享技术时的动态策略问题具有重要意义。
1 相关研究回顾
国内外学者对云制造服务模式以及关键技术进行了相关研究。Wu Dazhong，Thames J. Lane（2012）等人设计了一种包含四种参与者的云制造模型：云用户、云提供者、云中介者和云负载者[4]。张霖（2011）等人认为以云计算为主要技术支撑的云制造，其平台和系统架构更加灵活，伸缩性和扩展性强[5]。高杨（2013）等人认为基于物联网技术的云制造，可实现再生资源相关业务需求系统的信息集成与闭环供应链中服务的管理集成[6]。
除此之外，学者对云制造平台在供应链管理中的应用进行了相关研究。潘新宇（2015）等人分析了云制造平台匹配的精确度、带来额外利润的多少、可能造成损失的大小等因素对制造能力需求商策略选择行为演化的影响[7]。邓蕊（2016）等人研究了云平台企业参与制造剩余能力共享后的决策影响研究[8]。潘新宇（2016）在考虑制造商剩余制造能力共享的动态性及对需求产生影响的基础上，研究了企业各方的动态决策问题[9]。
遗憾的是，上述研究并未考虑制造商所提供的生产资源与云平台的实际需求之间的差异性。制造资源匹配的效果取决于云平台在制造资源池中所抽取的资源与云平台的实际资源需求比较的结果，而这个比较过程是一个随机过程。本文将基于制造能力共享匹配随机波动性，研究云平台及制造能力提供商的动态策略问题，比较分析动态环境中合作策略和云平台提出成本分担策略的均衡结果。
2 基本假设和符号说明
2.1 相关符号说明（见表1）
2.2 基本假设
本文考虑由一个制造商和一个云平台构成的供应链系统且双方生产销售同类产品且销售价格不同。本文假设制造的最终产品为生命周期较长的产品，如电器类产品。由于本文考虑的是云平台P与制造能力提供商M之间的剩余制造能力共享问题，所以将云平台P与制造能力需求商作为剩余制造能力需求整体。
该供应链系统中各成员相互之间关系如图1所示：
本文的相关假设条件如下：
（1）假设制造能力有效匹配水平是一个动态变化的过程。在制造能力共享时，能力匹配的有效程度不仅受能力共享参与者为此付出的努力水平的影响，而且还受制造能力自身特性的影响。
此外，剩余制造能力匹配效果随着云平台P随机抽取的剩余制造能力不同而不同。为了刻画这一过程，我们假设云平台P随机抽取制造能力的过程是一个维纳过程。制造能力有效匹配水平可用下式所示的状态方程表示：
（2）本文考虑制造能力提供商M与云平台P的产品替代因素。同时，制造能力共享有效匹配水平对制造商M和云平台P的产品需求具有正外部溢出效应。假设t时刻需求与制造能力有效匹配水平关系如下[9]：
（3）假设制造商M和云平台P为制造能力有效匹配而努力所付出的成本是关于有效匹配水平的凸函数，有效匹配成本函数CAt、CFt借鉴J rgensen S等[10]的假设，其关系为：
3 模型分析
3.1 制造能力提供商占主导的Stackelberg博弈模型
为了使供应链总系统利益最大化，制造能力提供商M与云平台P的合作是一个重要手段。本小节将研究在制造能力共享时，制造能力提供商M与云平台P进行合作的情形。
由图3可看出，云平臺所愿意承受的成本分担比例随着制造能力共享支付价格w的提高而减少，这与实际较符。并从中还可以看出，当剩余制造能力价格w≈1.67，云平台P承担的成本分担比例为0，这是云平台P主动提出成本分担契约的临界条件。
（4）供应链系统的制造能力共享有效匹配水平的期望与方差相对应差值分别为：
以上结果显示，合作策略下的制造能力有效匹配水平的期望与方差均高于成本分担契约情形，这说明成本分担契约会降低制造能力共享有效匹配水平，但在一定程度上也降低了制造能力共享的风险。
5 结论与展望
本文考虑制造能力共享匹配的随机动态性，利用随机微分对策理论，研究单个云平台与单个制造商组成的二级供应链系统中，由云平台主导的成本分担契约对该供应链系统优化的问题。以此建立了一个随机微分对策模型，运用HJB方程分别求得了合作策略和成本分担契约两种情形下均衡的能力共享有效匹配水平、参与方各自能力共享有效匹配努力水平、能力共享有效匹配水平的期望和方差以及云平台P成本分担比例，并对两种情形进行了数值比较分析。研究发现：一方面相比成本分担契约，合作策略对制造能力共享有效水平的提高都是有促进作用的。另一方面，相比合作策略，成本分担契约不仅提高供应链系统总利润，且在一定程度上可降低制造能力共享实现的风险，并在适当范围内，云平台愿意为制造能力提供商承担一定比例的成本。
在不完全信息情况下，要使参与方达成完全合作是非常困难的。由此看来，成本分担契约相比完全合作策略情形更贴切实际，因此成本分担契约在进行制造能力共享时可以加以考虑。
本文不足之处是简化了该供应链系统，若考虑制造能力共享需求商的行为策略，该模型会更完整更符合复杂的现实情形。
参考文献：
[1] 李伯虎，张霖，王时龙，等. 云制造——面向服务的网络化制造新模式[J]. 计算机集成制造系统，2010，16（1）：1-7.
[2] XU X. From cloud computing to cloud manufacturing[J]. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing， 2012，28（1）：75-86.
[3] 王时龙，宋文艳，康玲，等. 云制造环境下的制造资源优化配置研究[J]. 计算机集成制造系统，2012，18（7）：1396-1405.
[4] WU D， THAMES J L， ROSEN D W， et al. Towards a Cloud-Based Design and Manufacturing Paradigm： Looking Backward， Looking Forward[C] // In： ASME 2012 International Design Engineering Technical Conferences & Computers and Information in Engineering Conference， 2012.
[5] 张霖，罗永亮，范文慧，等. 云制造及相关先进制造模式分析[J]. 计算机集成制造系统，2011，17（3）：458-468.
[6] 高杨，李健. 基于物联网技术的再制造闭环供应链信息服务系统研究[J]. 科技进步与对策，2014（3）：19-25.
[7] 潘新宇，赵道致，吴成霞. 云制造平台对制造商策略选择行为演化的影响[J]. 软科学，2015（10）：125-130.
[8] 邓蕊，赵道致. 云平台剩余能力共享对企业决策影响研究[J]. 甘肃科学学报，2016，28（3）：103-108.
[9] 潘新宇. 云制造环境下制造能力共享的动态策略分析[J]. 工业技术经济，2016，35（5）：16-28.
[10] J RGENSEN S， SIGU S P， ZACCOUR G. Dynamic cooperative advertising in a channel[J]. Journal of Retailing， 2000，76（1）：71-92.
[11] PRASAD A， SETHI S P. Competitive Advertising Under Uncertainty： A Stochastic Differential Game Approach[J]. Journal of Optimization Theory and Applications， 2004，123（1）：163-185.
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更新时间：2024/12/23 3:18:35