基于Stackelberg博弈的供应链中信息共享的价值分析

宁波大学考核答题纸（20 10 20 11 学年第 二 学期）课号： 课程名称： 供应链管理专题 改卷教师： 学号： 姓 名： 潘汉青 得 分： 基于Stackelberg博弈的供应链中信息共享的价值分析摘 要：基于单一制造商与单一零售商所构成的供应链系统，本文运用Stackelberg博弈的基本理论，在信息不共享和信息共享这两种情况下，分别对供应链系统的成本控制和利润增值进行研究。通过对模型的分析，明确了供应链中信息共享的价值：信息共享可以降低供应链的成本，增加供应链的利润，并且得出信息共享程度越高，整个供应链产生的利润就越大。关键字：博弈论；供应链；信息共享；价值分析Abstract: In the supply chain system with a manufacturer and a retailer, this paper use the basic theory of Stackelberg gamble, and analyze the cost control and profit value-added under the condition of information sharing or not. Through the analysis of the model, this paper defines the value of information sharing in the supply chain: information sharing can reduce supply cost and increase profit of the supply chain, and the higher degree of information sharing, the greater profit arising.Key Words: gamble theory; supply chain system; information sharing;value analysis一、引言21世纪企业之间的竞争实质上是供应链之间的竞争。顾客的消费水平不断提高，需求日趋多样化和多变性，这对产品或服务的快速响应提出了越来越高的要求，因此，企业越来越注重协调供应链之间的关系，而协调供应链的关键就是实现信息共享。企业只有在供应链各个节点实现高质量的信息传递与共享，才能保证供应链的协调运行。因此,信息共享作为维持合作关系的重要途径,受到了各个企业的广泛关注。Stackelberg博弈特征的供应链属于典型的分布控制型供应链，其中存在一个主导者和一个跟随者，双方均以追求自身利益最大化为目标，是具有独立决策权的决策者。本文从Stackelberg博弈的基本理论出发，假设供应链系统中存在两个行为主体：制造商是整个供应链的主导者，零售商事跟随者，从成本控制和利润增值这两个方面来分析供应链中信息共享的价值。二、信息共享在成本控制中的价值分析此时的供应链中存在两个两个行为主体：一个是制造商，另一个是零售商。在成本控制方面，为追求自身利益的最大化，制造商会尽量控制其生产成本与库存成本，零售商则会尽量控制其订货成本与库存成本。在传统的供应链中，制造商按照订单以一定批量进行生产，零售商则根据库存情况周期性地向生产商订购产品；在信息共享的供应链中，制造商与零售商共同预则市场需求，双方的库存状况透明，可以认为整个供应链中只存在一处库存。本文中的变量说明如下：生产或采购的批量为Q；制造商的生产率（单位时间产量）为P，零售商的总需求量为D；制造商的每次生产成本为S1，单位产品的存储费用为H1；零售商的每次订货费用为S2，单位产品的存储费用为H2。因此，制造商和零售商的成本函数分别为： 供应链的总成本：1、不进行信息共享时的博弈分析当制造商与零售商不共享库存信息时，零售商根据具体的库存情况周期性地向制造商订购一定数量的产品，制造商根据订货量进行批量生产。因此，双方会选择各自最优的生产和订货批量来降低自己的成本，即制造商会选择最优生产批量，而零售商则选择最优订货批量。求解过程如下：当制造商选择最优生产批量时，对CS(Q)进行求导，由 得：，则供应链的总成本为：当零售商选择最优订货批量时，对CL(Q)进行求导，由 得：，则供应链的总成本为：2、进行信息共享时的博弈分析当制造商与零售商共享库存信息时，双方开始共同预测市场的需求，此时双方的库存合二为一，呈现透明状态。因此，此时的目标函数为总成本最小下的经济批量，即联合经济批量。当制造商与零售商选择联合经济批量时，由得，则供应链的总成本为： 显然，C3C1，C3C2，说明共享库存信息可以降低供应链的库存成本，共享信息的价值是两者之间的差额，即：价值=min(C1,C2 )-C3。因此，企业在实施供应链管理的过程中，进行信息共享与数据交换，可以降低企业的经营成本，从而提升企业竞争力。三、信息共享在利润增值中的价值分析 此时的供应链中存在两个两个行为主体：一个是制造商（主导者），另一个是零售商（跟随者），他们都是独立的决策者，其目标是实现各自利润的最大化。因此，决策过程为：制造商根据市场需求制定产品的生产计划，在生产完成之后与销售之前确定批发价格，以实现自己的利益最大化。然后，根据制造商的批发价格，零售商在进行市场分析的基础上，确定产品的零售价和订货量以实现利润的最大化。本文中的主要变量说明如下：制造商商品的批发价为P1，零售商在批发价的基础上增加的价格为P2；销售量为Q，其函数表达式为：Q=a-b(P1+P2)，其中a和b为常数；制造商生产产品的单位成本为C1，零售商单位产品的销售成本为C2。因为制造商与零售商的单位成本随着自己可利用的技术信息的增加而减少，设X1为制造商自身拥有的信息，X2为零售商自身拥有的信息，X1是制造商向零售商提供的信息，X2是零售商向制造商提供的信息，其中代表信息共享的程度，0,1。由此可得：制造商的利润函数表达式：零售商的利润函数表达式：供应链的利润函数表达式：1、不进行信息共享时的博弈分析制造商与供应商不进行信息共享时，两者呈现完全的市场关系，此时=0。此时，制造商要实现利润最大化，其批发价作为决策变量，必须满足利润最大化的一阶导数条件，从而到得P1的函数表达式：把P1代入Q=a-b(P1+P2)并化简得到：把Q代入并化简得到： 在满足上述条件的情况下，接着考虑零售商利润最大化的条件，求得P2的函数表达式：由P2可以计算出各项经济指标，P1，Q的表达式如下 最终可以得出整个供应链利润函数的表达式为：2、进行信息共享时的博弈分析 制造商与零售商进行信息共享时，此时，按照不进行信息共享时的求解方法与过程，可以得出信息共享时的Stackelberg博弈的均衡解。在进行信息共享的条件下，供应链中相应的价格、销售量分别为： 从而得出供应链的总利润为：3、数值算例假设：C1=2，C2=1，X1=0.6，X2=0.4，a=100，b=10，根据上述的推导过程，我们可以计算得出信息共享与信息不共享时的均衡结果，如表1所示。表1 信息不共享与信息共享时的均衡结果及比较值销售量Q制造商利润零售商利润总利润信息不共享=0204080120信息共享=0.220.542.02584.05126.075=0.42144.188.2132.3=0.621.546.22592.45138.675=0.82248.496.8145.2=122.550.625101.25151.875由表1可知，信息共享时的销售量大于信息不共享时的销售量，信息共享时制造商与零售商的利润大于信息不共享时的利润，信息共享时整个供应链的总利润大于信息不共享时的利润。信息共享时，随着制造商和零售商信息共享水平的提高，销售量、制造商利润、零售商利润和整个供应链的利润都呈逐渐增长的趋势。因此，在相互信任的前提下，供应链中的企业只有进行信息共享，才能获得较高的利润。信息共享不仅提高了企业的利润，更重要的是大大提高了整个供应链的总利润。四、总结本文运用Stackelberg博弈的基本理论，分别针对信息不共享和信息共享这两种情况，对单一制造商和单一供应零售商构成的两级供应链系统的成本控制和利润增值进行研究。通过对信息部共享和信息共享的均衡结果进行比较与分析，我们可以看出：与信息不共享时相比，当制造商与零售商进行信息共享时，企业以及整个供应链的成本将会降低，而利润将会增加，并且随着信息共享程度的增加，整个供应链的利润也会逐渐增加。因此，进行供应链管理，加强供应链企业间的信息共享，是企业降低运营成本，增加企业利润，提升竞争力的有效