企業橫向競爭對供應鏈整體績效影響

李鋒魏瑩

摘要：以多級供應鏈系統為對象，研究供應鏈內部成員企業之間的橫向競爭對供應鏈整體運營績效的影響。鑒于所研究問題的復雜特性，通過建立研究對象的多智能體模型，采用計算機仿真方法獲取供應鏈的運營績效指標值。研究結果表明供應鏈內部成員企業之間的橫向競爭能夠提高供應鏈系統的整體運營績效。但是，對于競爭中處于弱勢的企業而言，競爭會降低其收益。因此，可以通過收益共享等機制來實現供應鏈協調。

關鍵詞：橫向競爭；多級供應鏈；運營績效；多智能體技術

中圖分類號： F270 文獻標志碼：A 文章編號：1009-055X（2015）01-0015-07

一、引言現實世界中的供應鏈系統絕大多數是由多個制造商，分銷商，批發商，或者多個零售商組成的供應“網絡”，而不是簡單的供應“鏈”。在此網絡中，企業除了與上、下游企業之間存在著縱向競爭行為以外，還面臨著與同級企業之間的橫向競爭威脅。因此，研究復雜供應鏈中企業之間的橫向競爭行為有著十分重要的現實意義。

二、國內外研究現狀由于受到供應鏈網絡結構復雜性引發的企業決策行為復雜性制約，當前在供應鏈管理研究領域中，主要以一些簡單的二級供應鏈網絡為研究對象，并多采用博弈論方法進行具體問題的數學建模與分析。其中，代表性的工作包括：Bernstein等人研究了一個供應商和多個相互競爭的零售商組成的二級供應鏈系統中零售商訂貨價格和訂貨量對系統績效的影響[1]；Cachon等人對比分析了一個供應商和多個零售商組成的二級供應鏈情境下收益共享契約、價格折扣契約、回購契約等多種契約的效率[2]；Ha等人研究兩個供應商和一個顧客之間的就產品價格和發貨頻率展開的三階段非合作博弈，指出了發貨頻率提高能夠提升供應商的競爭力等結論[3]；孫多青和馬曉英分析了多個零售商下逆向供應鏈中的定價策略和利潤分配問題[4]；陳敬賢等人以零售商之間的橫向貨物轉運為研究對象，采用隨機規劃方法計算最佳的訂貨點[5]；陳兆波等人應用動態投影系統理論分析了多供應商、多零售商組成的供應鏈網絡下制造商之間、零售商之間的博弈行為，并計算了產品供應量、服務水平等決策變量最佳值[6]；侯琳琳和邱菀華分析了零售商之間價格博弈對供應鏈績效的影響，并分析了收益共享契約的有效性[7]；劉春林研究了一個供應商和多個競爭零售商構成的二級供應鏈系統的線性轉移支付契約設計問題[8]；劉麗文等人分析了一個供應商、多個同質零售商組成的供應鏈系統下，傳統庫存管理、信息共享和供應商管理庫存三種模式下供應鏈整體運作績效[9]等。

由于供應鏈網絡結構的復雜性，不同的成員企業在系統中的地位和相互關系各不相同，數學建模分析成員企業之間的交互對系統整體績效的影響非常困難。進而，在此建模分析基礎上尋找企業之間博弈解極其困難。因此如前所示，傳統的數學建模分析通常分析一些結構簡單、關系簡單的供應鏈網絡問題。近年來，隨著計算機仿真技術的發展，一些專家也逐步嘗試采用計算機建模與分析方法對此問題進行研究。例如，黎繼子等人應用系統動力學仿真方法分析了兩個二級供應鏈為滿足集群市場需求而產生的零售商之間的產品調運問題[10]；Li采用多智能體建模方法為供應鏈網絡中每位成員企業建立其智能體決策模型，并采用仿真方法研究了系統的運行績效問題[11]；劉紅和王平采用系統動力學建模方法仿真了多級供應鏈系統中的牛鞭效應現象[12]；Marquez等人采用系統動力學建模方法仿真分析了四級供應鏈中不同范圍內信息共享條件下的企業績效[13]等。

總的來說，當前對于供應鏈成員企業橫向競爭研究還不成熟，不足之處如下：1）前人的研究工作主要以二級供應鏈系統為對象，對于多級供應鏈系統的研究工作還不多見；2）以多級供應鏈系統為對象的前期研究工作，很少考慮成員企業之間博弈行為，多以合作為主，如轉運問題；3）考慮供應鏈成員企業的橫向競爭行為時，多以企業自身利潤最大化或成本最小化為目標，很少從供應鏈整體視角考慮供應鏈協同問題。而本文則采用多智能體建模與仿真方法，自底向上地建立多級供應網絡的系統模型。通過系統仿真，分析供應鏈系統中企業間的橫向競爭對供應鏈系統的整體績效的影響和作用。

三、四級供應鏈模型在前期工作[11，14]基礎上，本文以圖1所示的四級供應鏈為研究對象，主要研究兩個批發商之間的橫向競爭行為對供應鏈整體績效的影響。

該供應鏈系統由一個零售商，兩個非同質、獨立的批發商A和批發商B，一個分銷商，和一個制造商組成，服務于外部市場的產品需求。在供應鏈系統內部，零售商將根據批發商A、B的各自產品報價決定它們的訂貨量，即批發商A和批發商B通過產品的批發價格進行博弈，以獲得訂單。

在此四級供應鏈系統的多智能體仿真模型中，每一個智能體代表一個成員企業。在每一個仿真周期中，“批發商A”智能體、“批發商B”智能體、“分銷商”智能體的行為可以描述為：

1）收到來自供應鏈上游發來的產品，以及供應鏈下游發來的產品訂貨需求；

2）利用上游發來的產品和當前企業的產品庫存滿足下游的本期產品需求以及歷史缺貨累計量，即發貨；

3）進行下一期的產品需求預測，并結合現有庫存量和缺貨量，向上游企業發出本期的產品訂貨需求。

“零售商”智能體將根據本期批發商A、B的各自產品報價決定向它們下發的訂貨量，具體為：

1）收到來自批發商A、B發來的產品，以及“外部市場”智能體發來的產品訂貨需求；

2）利用批發商A、B發來的產品和企業的庫存產品滿足“外部市場” 智能體的本期產品需求以及歷史缺貨累計量，即發貨；

3）進行下一期的產品需求預測，并結合現有庫存量和缺貨量，確定本期的產品訂貨需求；

4）根據批發商A、B的產品報價，確定各自本期的訂貨需求。

由于本模型不考慮制造商的產能約束問題，即來自“分銷商”智能體的產品訂貨需求總能夠被滿足，因此在每一個仿真周期中，“制造商” 智能體的行為可以描述為：

1）收到“分銷商”智能體發來的產品訂貨需求；

2）利用本期生產出的產品和企業的庫存滿足“分銷商”智能體的本期產品需求以及歷史缺貨累計量；

3）進行下一期的產品需求預測，并結合現有庫存量和缺貨量，制定本期的產品生產計劃。

具體來說，該四級供應鏈模型中各智能體的參數設置如下：

公式（6）-（7）中，OAt、OBt分別代表第t期批發商A、B的訂貨量，IAt-1、IBt-1分別代表第t-1期末批發商A、B的缺貨量。

零售商的初始庫存量為20，安全庫存量為10，且其發往外部市場的產品能夠立即到達。

批發商A的初始庫存量為14，安全庫存量為10（由批發商A發往零售商的產品要經過2個單位的時間延遲才能到達）。

批發商B的初始庫存量為6，安全庫存量為5（由批發商B發往零售商的產品要經過2個單位的時間延遲才能到達）。

分銷商的初始庫存量為20，安全庫存量為20（分銷商發往批發商A和B的產品要經過2個單位的時間延遲才能到達）。

制造商的初始庫存量為20，安全庫存量為25。制造商的生產周期為2，且發貨延時為2期。由于制造商有足夠的生產產能，因此分銷商的訂貨總將在5期之后到達。

四、批發商之間的橫向競爭博弈本模型中考慮批發商A和B通過每期的產品報價進行競爭，而零售商則根據批發商的各自報價決定本期的向批發商A和批發商B各自下發的訂貨量。

假定零售商制定了一個產品的標準價格p，批發商A可以選擇產品的價格為標準價格p，或者打折價095·p；而批發商B也有兩種報價，一種是標準價格p，另一種是打折價09·p。

根據批發商的不同報價組合，零售商分配訂貨需求如表1所示。

由公式（8）和公式（9）的計算結果可得到混合策略納什均衡解：在系統仿真運行中，每期中“批發商A”智能體將以3/4的概率選擇報價為095·p，1/4的概率選擇報價為p，從而獲得最大的期望收益；而“批發商B”智能體則以3/7的概率選擇報價為09·p，4/7的概率選擇報價為p，從而獲得最大的期望收益。

為了對比分析成員企業競爭對供應鏈系統整體績效的影響，本文同時仿真分析以下兩種情況：

1）供應商A和供應商B不采取競爭行為，因此零售商總是將70%的訂貨量分配給供應商A，而剩下的30%給供應商B。

2）供應商A和供應商B采取針鋒相對策略（Tit-for-Tat）進行競爭：開始時都選擇標準價格p。此后，供應商A和B都根據對方的前一次競爭策略制定對自己更有力的競爭策略[16]。

在針鋒相對策略下，假定第n-1期供應商A和B都選擇標準價格p，即策略為（p，p）。由表2數據可知，第n期時供應商A會選擇標準價格p從而希望獲得07·Ot·p的收益；而供應商B會選擇打折價09·p，從而希望得到0315·Ot·p的收益。因此，零售商根據供應商A和B的本期報價（p，09·p），將65%的訂貨量分配給供應商A，而剩下的35%給供應商B。依此分析，可以得到供應商A和B的競爭策略為以下四個策略組合的順序循環，即（p，p）→（p，09·p）→（095·p，09·p）→（095·p，p）。根據供應商A和B的競爭策略，可以零售商分配給供應商A和B的訂貨量為順序循環：（07，03）→（065，035）→（07，03）→（0725，0275）。

五、供應鏈系統績效指標參考評價供應鏈系統績效的SCOR模型，本文以供應鏈訂貨需求的波動、需求滿足率以及庫存成本等成本指標作為衡量供應鏈系統績效的指標集合[17]。具體來說，這些指標包括：

1）需求波動：供應鏈成員企業的訂貨（生產）量時間序列的方差與外部市場的需求時間序列的方差比值，即牛鞭效應指標值[18]：

從供應鏈系統角度上講，各成員企業的牛鞭效應指標值越小越好。

此處需要特別指出的是，由于批發商A、批發商B每期獲得的僅是來自零售商的部分訂貨量，因此，批發商A、批發商B的牛鞭效應指標值明顯低于分銷商，也明顯低于零售商。從該數據上并不能直觀反映出外部市場需求在批發商環節被放大，但是，可以對比不同情景下該指標值的大小。

2）準時交貨率：供應鏈成員企業按照公式（4）發貨。其中發貨量為Ot-It-1，或者為Ot的次數Ci占總發貨次數Ct的比例，即：

公式（14）中，常數項ch代表單位產品一期的庫存成本，cp代表單位產品一期的缺貨成本。

六、仿真結果分析作者在開放性多智能體系統仿真開發平臺-REPAST（http：//repastsourceforgenet）基礎上開發實現了前文所述的四級供應鏈系統。

由于系統仿真模型中外部市場需求中包含隨機變量，且批發商A和B采取的最優混合競爭策略也存在隨機概率，因此各模型的仿真重復100次（仿真周期為1000），記錄每一次仿真得到的供應鏈系統的各項績效指標值，并以100次仿真結果的平均值作為系統績效評價值。

如前文所述，在仿真研究供應鏈系統中批發商A和批發商B之間的競爭博弈情景中，本文總共仿真和對比分析三種情景下的供應鏈系統績效指標：

情景1：批發商A和批發商B無橫向競爭；

情景2：批發商A和批發商B采取“針鋒相對”的博弈策略；

情景3：批發商A和批發商B采取混合策略納什均衡解的博弈策略。

三種情景下需求波動的量化指標-牛鞭效應值統計結果如表3所示。

從表3中的數據可知，當批發商A和B存在橫向競爭關系時，供應鏈中的零售商、分銷商和制造商的需求波動情況都有明顯下降。并且，在競爭中處于強勢的批發商A的需求波動也得到下降，而處于弱勢的批發商B的需求波動卻得到放大。此仿真結論符合供應鏈管理中對風險分擔策略（risk pooling）的分析，即當批發商A和批發商B的訂貨需求時間序列的相關系數降低時，其上游企業的需求波動會有所減少[19]。

同時，當批發商A和批發商B采用理性策略（混合策略納什均衡）進行博弈時，供應鏈中的零售商、分銷商和制造商的需求波動要小于采用“針鋒相對”策略博弈下的需求波動。同樣，在競爭中處于強勢的批發商A的需求波動也得以下降，而處于弱勢的批發商B的需求波動卻得到放大。

仿真數據表明：從需求波動的角度來說，供應鏈中處于弱勢的企業不愿意與強勢企業競爭，因為競爭關系的出現將導致其需求波動變大；而供應鏈中的強勢企業，以及其他節點上的企業則傾向于通過競爭來降低需求波動。

表4給出了三種情景下的供應鏈各節點企業的服務水平-準時交貨率指標數據。

從表4中的數據可以看出，除了批發商B以外的其他供應鏈節點企業，在有競爭關系的狀態下，準時交貨率都有所提高。并且競爭關系的存在，對下游企業的影響程度要大于對上游企業的影響程度。

并且，當企業采用理性策略進行博弈時，所有企業的準時交貨水平都要高于“針鋒相對”策略下的準時交貨水平。

表4數據表明：從準時交貨的角度來說，供應鏈中處于弱勢的企業也不愿意與強勢企業競爭，因為競爭關系的出現將導致其對下游客戶（零售商）供貨的準時交貨率降低；而供應鏈中的強勢企業，以及其它節點上的企業則傾向于通過競爭來提高準時交貨率。

此結論也符合對表3的數據分析：競爭關系的存在導致了批發商B的需求波動增加，且由于其采用移動平均法預測未來一期的需求，因此其供貨時的準時交貨率下降；而其它企業則因為需求波動降低，移動平均法預測需求的精度提高，所以其準時交貨率提高。

表5給出了三種情景下的供應鏈各節點企業的庫存成本統計量-相對平均庫存率指標數據。

從表5中的數據可以看出，存在競爭關系將降低供應鏈所有成員企業的庫存成本。并且，理性策略下的競爭，能夠更加有效地降低企業的庫存成本。

同時，表6給出了三種情景下的供應鏈各節點企業的缺貨成本統計量-相對平均缺貨率指標數據。

從表6中的數據可以看出，存在競爭的環境下，零售商、批發商A、分銷商和制造商的缺貨率也有所降低；而批發商B的缺貨率有所增加。并且，當企業（批發商A和批發商B）采用理性策略進行競爭時，零售商、批發商A、分銷商和制造商的缺貨率更低；而批發商B的缺貨率更高。

結合表5和表6的數據可以表明：從庫存成本的角度上說，理性的競爭能夠有效地降低供應鏈中零售商、批發商A、分銷商和制造商的成本。而對于批發商B來說，競爭使得其需求波動增加，“供不應求”的現象出現更多，因此其準時交貨率也相應下降。

通過以上的三種情景下供應鏈系統績效的仿真，可以得到；對于供應鏈內部競爭中的弱勢企業而言，競爭將降低其自身的運營績效—服務水平、庫存成本、缺貨率/缺貨成本；但是對于供應鏈中的其它企業而言，引入了內部的競爭機制，都能夠有效地提高它們的運營績效。因此，從提升供應鏈整體績效角度出發，可以通過引入競爭機制提高系統的整體運行績效。對于由于競爭而利益受損的成員企業，其損失的利益可以由競爭而獲利的成員企業進行利益的補償。從供應鏈協調的視角，此情景下通過對因引入內部競爭機制而 “額外”獲利的供應鏈內部企業的二次分配，使得最終供應鏈內部所有企業都因此而受益，即通過收益共享（profit—sharing）形式的供應鏈契約實現供應鏈績效改善和協調。[20]對于此類供應鏈契約的具體形式，本文不繼續討論。具體來說，對仿真結果進行數據分析可以得出以下結論：

1）供應鏈內部的橫向競爭能夠抑制供應鏈中牛鞭效應現象，即需求波動的逐級放大。需求波動的降低，從而能夠提高企業的服務水平-準時交貨率，并能夠降低成本（庫存成本和缺貨成本）。

2）對于競爭中的弱勢企業，競爭關系的存在會增加其成本，并降低其服務水平。

3）由于存在橫向競爭的供應鏈網絡中除去競爭中弱勢企業的運營績效有所下降外，其他企業都有所上升，因此可以通過收益共享機制實現利潤在供應鏈內部企業的二次分配，通過補償弱勢企業的一定損失來實現整個供應鏈系統的協調。

因此，對于現實中的供應鏈系統而言，本文研究結果表明可以普遍地通過引入供應鏈內部成員企業的競爭機制來提升系統的整體運營績效。對于由于引入內部競爭而因此受損的成員企業，其損失的利益部分可以由因此獲益的成員企業共同補償，從而實現所有企業都能因此受益。

七、結論供應鏈網絡中成員企業之間的橫向和縱向競爭行為普遍存在，且會對供應鏈系統整體運作產生影響。但是，由于供應鏈系統的系統復雜性，以及企業競爭中采取的策略的主觀性，傳統的數學建模與分析的方法難以適用于研究此類問題。因此，本文應用多智能體建模方法建立問題模型，并通過計算機仿真來分析和量化橫向競爭行為對供應鏈整體績效的影響。

對于本文所研究的一個典型四級供應鏈系統來說，橫向競爭將提高供應鏈系統的整體績效水平，以及各成員企業的績效水平（除了競爭中處于劣勢位置的批發商B以外）。從此仿真結果可以知道，在保持供應鏈現有結構和關系不變的前提下，競爭行為是被供應鏈中的成員企業默許的。而在競爭中處于劣勢的企業則可以通過供應鏈收益共享機制分享競爭帶來的收益。參考文獻：

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Abstract： In this paper， a multiagent based simulation framework is proposed to model a multiechelon supply chain system， in which two heterogeneous distributors compete for retailers orders. Impact of horizontal competition on the supply chain performance is analyzed under different competition strategies， and further quantified by multiagent simulation approach. Results show that the horizontal competition behavior between two distributors can improve the performance of the whole supply chain system， which， however， reduces the performance of the weaker player in the competition. In this situation， profitsharing strategy should be utilized to achieve supply chain coordination.

Key words： horizontal competition； multiechelon supply chain； system performance； multiagent technology