基于演化博弈的供應鏈成員實施RFID技術的投資決策分析

王文杰，趙道致

（天津大學經濟與管理學部，天津300072）

基于演化博弈的供應鏈成員實施RFID技術的投資決策分析

王文杰，趙道致

（天津大學經濟與管理學部，天津300072）

針對零售商和供應商組成的兩級供應鏈系統，研究了RFID技術應用于供應鏈的演化機理問題。首先探討了初始投入成本、RFID技術的超額收益和上下游相互依賴關系對博弈雙方投資決策的影響。在此基礎上，通過引入成本分擔機制和懲罰機制，對演化模型進行Pareto改進，從理論上分析了模型存在最優分擔比例的條件和相關管理啟示。最后，采用數值分析研究了博弈雙方相互依賴程度和零售商成本分擔比例等參數對供應鏈演化結果的影響。研究結果表明：零售商和供應商均實施RFID技術的概率與初始投入成本負相關，與超額收益和相互依賴程度正相關；在一定條件下，零售商存在最優的成本分擔比例來促進供應鏈實現RFID技術革新，同時適當的懲罰力度有利于降低博弈方的機會主義；供應商對零售商的依賴程度對雙方均投資RFID技術的影響更顯著。

RFID；演化博弈；激勵機制

物聯網是面向信息社會的全球化基礎設施，它使人們能夠基于已有的和演化形成中的可共同操作的信息和通訊技術，通過物（實體的或虛擬的）的互聯提供先進的服務［1］。無線射頻識別（radio frequency identification）作為物聯網的關鍵技術之一，自出現以來一直倍受企業界和學術界的關注。大型零售企業沃爾瑪（Wal-Mart）、樂購（Tesco）、麥德龍（Metro）等已推廣使用RFID技術，以實現商品的快速轉移交付［2］。

研究表明，RFID技術能夠有效削減成本、增加收益、改善流程、提高服務質量，實現了供應鏈系統中產品的可追溯性和可見性，進而得到更加準確的信息，實現可靠、快速的操作過程［3］。Choi［4］建立了有無RFID技術協助的零售商補貨問題的供應鏈模型，探討了供應鏈上下游的風險問題和供應鏈整體的期望收益問題，得出當RFID的標簽成本較低時，引入RFID技術是提高期望收益、降低風險的有效手段。Gaukler等［5］在（Q，R）補貨策略下研究了RFID技術對供給可視性的影響，并提出了在不確定的補貨提前期和不確定的需求環境下分析零售商如何通過RFID技術得到訂貨進度信息的問題。Whang［6］以RFID技術的采用時間為決策變量，研究了動態博弈下上下游企業的均衡策略，指出技術合作和成本分擔都可以改善RFID技術實施過程中的搭便車問題。另外，RFID技術可以有效消除庫存管理中的庫存信息不準確問題。Heese［7］在零售商和生產商的批發價格契約下，研究了庫存信息不準確對雙重邊際化效應的影響，指出借助RFID技術可以實現上下游的信息共享，解決雙重邊際化問題，實現Pareto改進。Iglehart和Morey［8］用數理分析模型解決了交易誤差造成的庫存信息不準確問題，研究了單一商品在一個重新訂貨點進行補貨的庫存系統。在此基礎上，Lee和Ozer［9］將RFID技術引入模型中，得出較小誤差可以使與交易誤差相關的存貨成本降低5.9%。Kok等［10］通過比較RFID技術應用前后零售商和供應商的成本變化，得出了RFID標簽的損益平衡價格，研究表明該價格與丟失商品的價值、商品損耗量、應用RFID后仍存在的損耗量密切相關。范體軍等［11］同時考慮零售型供應鏈中的商品錯放和損耗引起的庫存不準確問題，采用回購契約對供應鏈進行協調，得出“商品的單位生產成本、庫存成本、商品錯放率、損耗率越高，供應鏈企業投資RFID的意愿越強烈”的結論。

綜上所述，現有研究多集中在RFID技術對供應鏈管理的協調和改善上，主要關注點仍為RFID技術的標簽成本，并沒有對RFID技術能否在供應鏈庫存管理中成功應用的內在機理進行研究。另一方面應用RFID技術的企業案例也表明：即使RFID技術存在明顯的技術優勢，但在供應鏈管理領域的推廣仍面臨很大問題。宋培健等［12］也指出：在市場存在網絡外部性的條件下，采購商對供應商采取命令式和補貼式兩種策略均能推動供應商采用RFID技術，但補貼式策略降低了采購商較早實施新技術的可能性。RFID技術的推廣主要取決于供應商的決策，如Wal-Mart和美國國防部的RFID技術推廣計劃在實施初期均受到其供應商不同程度的抵制。目前多數大型RFID項目仍然部署在美洲、歐洲、中東和非洲等地，亞太地區作為制造業務的主體，但RFID技術的市場仍有待開發。因此，本文以實際情況中較為常見的零售商和供應商組成的合作關系為研究框架，對有限理性的供應鏈成員投資決策行為進行分析，探討了上下游企業實施RFID技術的演化機理以及有助于技術推廣的成本分擔契約和懲罰機制，為供應鏈投資決策提供理論建議。

1 供應鏈成員引入RFID技術的演化博弈分析

1.1 演化博弈模型的構建

考慮由多個零售商和多個供應商組成的兩級分散決策供應鏈系統，假設零售商之間以及供應商之間不存在競爭關系，且均為有限理性，應用雙種群演化博弈方法分析零售商和供應商之間行為策略的演化穩定性［13］。上下游獨立選擇是否引入RFID技術，若選擇實施該項技術，則雙方均需對各自的軟硬件設施進行革新并運營維護，設零售商和供應商購置RFID技術相關設備初始投入成本分別為m和n，同時新技術的實施使得雙方的收益分別變為π1R和π1S。若雙方對于RFID技術均持有觀望態度，選擇不實施，則短期內雙方收益不變，分別為π0R和π0S。如果只有一方選擇引入RFID技術，則實施方需要承擔初始成本投入m或n，但同時也將獲得額外收益。Δπ′S和Δπ′R分別表示供應商和零售商的收益增量，假設這部分收益小于所支付的投入成本，即Δπ′S＜n和Δπ′R＜m。而沒有實施的一方可能由于無法提供更好的產品和服務、訂貨提前期較長等原因面臨訂單數量減少或合作關系破裂等風險，該風險給企業造成的損失與該企業對實施方企業的依賴程度相關。RS表示當只有零售商選擇引入RFID技術時，供應商將面臨的風險。RR表示當只有供應商選擇采用時，零售商將面臨的風險。α和β分別表示零售商對供應商的依賴程度和供應商對零售商的依賴程度。依賴程度越高，上下游企業的合作關系越穩定，風險給未實施方帶來損失越大。為方便闡述依賴程度對企業收益的影響，在此分別用α2RR和β2RS表示雙方決策不一致時，零售商和供應商將出現可能的損失，進而得到供應商和零售商策略空間為（不實施RFID，實施RFID）時的二維支付矩陣（見圖1）。

圖1 供應商和零售商的支付矩陣

1.2 演化穩定策略（ESS）求解

設零售商中選擇實施RFID的比例為x（0＜ x＜1），則不實施的比例為（1－x）；供應商中實施RFID的所占比例為y（0＜y＜1），則不實施的比例為（1－y）。對零售商而言，實施RFID的適應度為；不實施RFID的適應度為；平均適應度可表示為

根據Malthusian方程［14］，零售商選擇采用RFID技術的增長率˙x／x等于其適應度減去平均適應度，由此可得零售商選擇實施RFID技術的復制動態方程：

同理可得，供應商選擇實施RFID技術的復制動態方程：

證明 由式（1）和式（2）可得

根據FRIEDMAN［15］提出的方法，上述演化系統平衡點的穩定性可由該系統的Jacobi矩陣的局部穩定性分析得到。該系統的Jacobi矩陣為

由此可得矩陣J的行列式和跡的值，并通過行列式和跡的值和符號判斷局部穩定性，分析結果見表1。

表1 供應鏈系統的演化穩定結果

1.3 演化博弈影響因素分析

長期范圍內，零售商和供應商演化博弈的穩定策略為（實施RFID，實施RFID）和（不實施RFID，不實施RFID），演化結果取決于零售商群體和供應商群體的初始狀態。為促進雙方均選擇引入新技術，實現博弈的Pareto最優，可借助相位圖（見圖2）來分析系影響統演化動態的主要因素。

圖2 供應鏈系統演化相位圖

圖2 中A，B，D連成的折線是供應鏈系統收斂于不同結果的臨界線。若系統初始狀態位于折線左下方的區域內，則（不實施RFID，不實施RFID）為博弈雙方的最終策略；若系統初始狀態位于折線右上方的區域Ⅱ內，零售商和供應商在長期的演化博弈中均逐漸趨于選擇引入RFID技術。由鞍點D的坐標可知，四邊形OADB的面積為：

命題2 零售商和供應商的投資決策均為實施RFID的概率與運營成本m和n負相關，與供應鏈成員之間的相互依賴程度正相關。

證明 由式（3）可得，

即S的大小隨著供應商的運營成本的增加而增1大，鞍點D逐漸趨近于點C（1，1），博弈雙方最終選擇不實施新技術的概率增加。該結論也在一定程度上表明：RFID技術在市場推廣的初期，由于技術不成熟、安裝成本過高等原因，供應鏈成員即使了解新技術能夠有效提高供應鏈管理水平，解決庫存不準確、提前期不確定等問題，但仍然抱有觀望態度。

S1是關于β的減函數，零售商對供應商的依賴程度越高，則選擇實施RFID技術的可能性越大。同理，得到S1也是關于α的減函數。說明較高的依賴程度使得供應鏈上下游在決策時更多地考慮對方是否實施RFID，為維持供應鏈合作關系的穩定性，博弈雙方將更加主動地選擇推廣新技術。

命題3 其他因素不變的情況下，無論博弈雙方是單獨進行RFID技術的實施推廣，還是同時選擇投資RFID技術，實施方收益的增量越大，零售商與供應商實現（實施RFID，實施RFID）演化穩定策略的概率越大。

綜上所述，該兩級供應鏈系統最終是否能夠達到（實施RFID，實施RFID）的演化穩定策略受到新技術運營成本、獲利能力以及相互依賴程度的影響，建立合理的成本分擔機制和監督懲罰機制能夠協助供應鏈實現Pareto改進。

2 激勵機制下供應鏈演化博弈分析

在實際供應鏈管理中，零售商由于庫存商品種類較多，管理更加復雜，故更愿意采用RFID技術來消除庫存環節中的商品損耗和錯放、交易錯誤等問題（如Wal-Mart），因此假設零售商有主動采用RFID技術的動機，且為鼓勵供應商實施RFID技術，可以通過契約形式主動分擔供應鏈運營成本，設該比例為r。同時，博弈雙方為維護上下游依賴關系的穩定性，減少機會主義，可以設定相應的監督懲罰發機制，沒有實施RFID技術的一方需要向實施方賠償P單位的罰金，則此時博弈雙方的支付矩陣如圖3所示。

圖3 激勵機制下供應商和零售商的支付矩陣

設零售商中選擇實施RFID的比例為x，供應商中實施RFID的所占比例為y。零售商采取“實施RFID”、“不實施RFID”的適應度分別為供應商采取“實施RFID”、“不實施RFID”的適應度分別為

則零售商和供應商選擇實施RFID技術的復制動態方程分別為：

命題4 長期范圍內，零售商和供應商協定的懲罰力度不大時，只要零售商承擔的成本不大于實施RFID技術后的收益增量，則存在最優的成本分擔比例激勵供應商選擇推廣RFID技術；當懲罰力度足夠大時，則無論零售商的成本分擔比例如何變化，（1，1）始終為供應鏈的演化穩定策略。

則

不能判斷S關于r

2

的單調性，故求二階導數得到：

當博弈雙方的懲罰力度較大時，滿足P＞max｛m－Δπ′R，n－Δπ′S｝，那么由穩定性定理可知，（1，1）為該演化博弈唯一的穩定策略，零售商和供應商初始時實施RFID技術的比例x，y取任何值，以及成本分擔比例如何變化，都會在供應鏈合作關系的不斷演化過程中，趨近雙方均實施RFID這一投資決策。

圖4 懲罰力度較大時演化相位圖

3 數值分析

通過算例進一步驗證和分析以上兩種激勵機制以及上下游依賴關系對零供雙方長期演化結果的影響。零售商和供應商組成的供應鏈系統未投資推廣RFID技術時，零售商和供應商的收益分別為π0R＝1 200，π0S＝800。由于下游零售商可以沿用上游供應商的RFID標簽，故上下游進行設備購置和系統更新的成本分別為m＝500，n＝600。單獨實施RFID技術的企業可獲得的收益增量為Δπ′R＝300，Δπ′S＝200，懲罰成本為P＝100。若雙方的決策均為實施RFID技術，則雙方的收益將明顯增加，π1R＝2 300，π1S＝1 500。為貼近實際情況，分別討論了供應商對零售商的依賴程度更高、零售商對供應商依賴程度較高、上下游依賴程度均偏低以及上下游依賴程度均偏高4種情況，且依賴關系越緊密，可能面臨的風險越大。依賴程度高低和風險高低的取值分別為0.2和0.6，200和500。供應鏈上下游依賴關系和成本分擔比例對投資決策的影響如圖5所示。

圖5 成本分擔比例對投資策略的影響

零售商和供應商之間依賴程度越高，則成本分擔比例的激勵作用越明顯，但隨著依賴程度的增加，雙方均選擇投資RFID技術的概率對成本分擔比例越不敏感，說明建立穩定供應鏈的依賴關系能夠協助上下游達到決策的統一，加速技術更新。另一方面，當零售商和供應商之間存在不平等的依賴關系時，最優成本分擔比例相差較大。若供應商對零售商的依賴程度較高，則對零售商而言，可利用較為強勢的地位，以較低的分擔比例推動供應商實施RFID技術；若零售商對供應商的依賴程度較高，則零售商必須承擔供應商絕大部分的初始投入成本，才能最有效地促進供應鏈上下游同時選擇投資RFID技術。所以在供應鏈上下游博弈中，供應商越依賴零售商，則供應鏈推行RFID技術的可能性越大，這在一定程度上解釋了當前比較成功的RFID實施案例大多由零售商占據主導地位的原因。

4 結術語

本文研究了不存在競爭且博弈主體有限理性的情況下，由供應商和零售商組成的供應鏈系統能否成功實施RFID技術的演化機理問題。分析結果表明：雙方實現（實施RFID，實施RFID）的演化穩定策略與新技術運營成本負相關，與獲利能力以及相互依賴程度正相關。進而考慮了在成本分擔契約和懲罰機制作用下，通過理論研究和數值分析的方法，探討零售商和供應商的演化特點。當懲罰力度較小時，存在最優的成本分擔比例使得博弈向實施RFID技術的方向演化，但供應鏈仍有可能得到（不實施RFID，不實施RFID）的投資結果；當懲罰成本較大時，雙方為維護合作關系的穩定性降低損失，即便在短期內存在不實施RFID技術的零售商或供應商，但隨著交易和合作周期的增長，最終均會選擇投資推廣該技術。本文假設RFID技術能夠提高零售商和制造商的收益，但實際中影響博弈方收益的因素很多，供應鏈企業收益是否增加仍需驗證，后續研究將進一步分析RFID技術對供應鏈收益的影響，以及在上下游信息不對稱且市場存在競爭狀況下博弈方的投資決策變化。

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（責任編輯陳 艷）

Evolutionary Game Analysis of Investm ent Decision-M aking for Using RFID Technology on Supply Chain

WANGWen-jie，ZHAO Dao-zhi

（College of Management and Economics，Tianjin University，Tianjin 300072，China）

For a two-echelon supply chain system consists of suppliers and retailers，this paper conducted a research on evolutionary mechanism of investment decision-making for using RFID technology.Firstly，the effects of the initial investment cost，excess income of RFID and the interdependent relationship were explored.On this basis，the Pareto improvement of game model wasanalyzed through the introduction of cost-sharing mechanism and punishment mechanism，resulting in the conditions of optimal sharing ratio and related management inspiration theoretically.Also numerical analysis on the effectiveness of the interdependence degree and cost sharing ratio were performed.The results indicate that the probability of installation of RFID on both partners has a negative correlation with initial investment cost and a positive correlation with excess income of RFID and the interdependent degree；under certain condition，there is an optimal cost-sharing ratio for retailers to promote the technology innovation on supply chain，meanwhile，appropriate punishment helps to reduce opportunism；the decision of investing RFID made by both sides is more sensitive to the dependence of suppliers on retailers.

RFID；evolutionary game；incentive mechanism

O21

A

1674－8425（2016）12－0154－08

10.3969／j.issn.1674－8425（z）.2016.12.024

2014－12－21

國家自然科學基金資助項目（71072155）

王文杰（1987—），女，河北廊坊人，碩士研究生，主要從事物流與供應鏈管理、運營管理研究，E-mail：wangwenjie9125＠qq.com；趙道致（1956—），男，江蘇無錫人，博士，教授，主要從事為物流與供應鏈管理、運營管理、工業工程等研究。

王文杰，趙道致.基于演化博弈的供應鏈成員實施RFID技術的投資決策分析［J］.重慶理工大學學報（自然科學），2016（12）：154－161.

format：WANG Wen-jie，ZHAO Dao-zhi.Evolutionary Game Analysis of Investment Decision-Making for Using RFID Technology on Supply Chain［J］.Journal of Chongqing University of Technology（Natural Science），2016（12）：154－161.