船舶產業鏈制造資源協同對企業利潤的影響

潘燕華　董恬恬

【摘 要】 不同于以往企業間共享產成品進行庫存轉運應對市場需求，存在競合關系的總裝企業協同彼此間的制造資源滿足接單生產需求，提高接單競爭能力。文章從船舶產業鏈上選取兩個獨立對稱的總裝企業，利用轉運的思想研究了在產業鏈上協同制造資源對總裝企業利潤的影響。通過構建制造資源協同下總裝企業利潤模型并求解Nash均衡，得出總裝企業的最優決策，分析了資源協同價格與最優持有量及利潤的關系，并解釋了協同價格對利潤的影響路徑。理論分析顯示，總裝企業間穩定的資源協同關系可幫助總裝企業在資源持有量、利潤以及處理過剩資源等方面獲得優勢；資源協同價格與最優持有量同向變化，與利潤反向變化。最后以一個算例說明上述結論。文章對船舶制造企業如何參與制造資源協同，化解產能過剩具有一定指導意義。

【關鍵詞】 制造資源協同； Nash均衡； 轉運； 船舶產業鏈； 非合作靜態博弈

【中圖分類號】 F230 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 1004-5937（2018）13-0036-07

一、引言

船舶產業鏈上的制造資源通常具有購置渠道少且金額高、使用專屬性及依賴性強等特點，因此鏈上主體間的協同合作，制造資源的協同共享成為了適應船舶產業鏈專業化分工、社會化協作的必然選擇[1-2]。從產業鏈內部上看，存在競合關系的鏈上主體利用智能制造一體化云平臺協同制造資源，通過主體間資源的協同共享，提高接單競爭能力的同時滿足生產制造需求；從產業鏈整體上看，生產協同有利于分散資源集中利用，集中資源分散服務，處理鏈上過剩制造資源的同時提高協同收入水平[3]。因此，如何利用轉運的思想協同制造資源增加主體利潤成為船舶產業鏈協同研究中值得關注的問題。

船舶產業鏈上的制造資源協同問題與分銷系統中的轉運問題都是從供需關系角度探討制造資源（或產品）的協同（或共享）問題。Krishnan et al.[4]在20世紀60年代就提出了多個零售商間的產品轉運問題，通過協調各主體間的庫存量實現整體利潤最大。Rudi et al.[5]研究了分散決策下的產品轉運定價及最優利潤水平決策。李怡娜等[6]采用轉運策略解決存在制造商生產能力約束時，雙分銷渠道下短生命周期產品的供需匹配問題。趙秋紅等[7]在考慮顧客購買轉移的情況下，對比不轉運策略說明了轉運策略在增加主體利潤方面的優勢。文獻[8-10]認為轉運可以幫助零售商緩解市場需求的不確定性帶來的庫存壓力，并分析了零售商利潤與轉運價格、轉運成本間的關系。文獻[11-12]構建了兩個零售商間的產品轉運模型，并提出了協調供應鏈達到整體最優的方法。

值得注意的是，以往的分銷系統多由制造商和銷售商兩級構成，而在船舶產業鏈中，總裝企業按訂單生產船東定制的大型復雜產品，它同時具有制造商和銷售商雙重身份，在產業鏈上處于核心地位。總裝企業間在船舶接單上存在競爭，但由于其使用的制造資源存在特殊性，當出現資源短缺時需要通過資源的協同共享實現生產訂單的按時交付。因此存在競合關系的總裝企業間研究的是如何協同制造資源以滿足接單生產需求，提高接單競爭能力的問題，而不是簡單討論多個銷售商間共享產成品以滿足市場需求。針對以上不同，本文從船舶產業鏈上選取兩個獨立對稱的總裝企業，利用轉運的思想研究在產業鏈上協同制造資源對總裝企業利潤的影響。通過構建制造資源協同下總裝企業利潤模型并求解非合作靜態博弈的Nash均衡，得出總裝企業的最優決策，發現了協同價格與資源最優持有量及利潤的關系，并以此來為總裝企業參與制造資源協同提供決策指導。

二、問題描述

船舶為單件小批生產的大型復雜產品[13]，其建造是從產品設計，獲取物料設備，加工成各制造級的組件、部件及分段，合攏為整船后交付船東的綜合裝配過程[14]，其業務協同過程具體見表1。在業務協同過程中所需的制造資源包括設備資源、人力資源、場地資源、無形資源、物料資源等[15-16]。如圖1所示，這些制造資源具有種類多、數量大、金額高、專屬性強等特點。

由于總裝企業擁有船臺等瓶頸資源，負責支撐分段吊裝和船體合攏，直接決定訂單能否如期完成[17]，因此船舶產業鏈是以總裝企業為核心的制造資源協同網絡，總裝企業在接單能力競爭的同時進行制造資源協同共享。在船舶建造實際工作中，經常發生總裝企業將其閑置的船臺、碼頭、高吊等制造資源租借給有需要的總裝企業使用的情況，既能增加本企業的對外服務收入，又能幫助有需要的總裝企業及時滿足訂單需求。

本文從船舶產業鏈上選取兩個獨立對稱的總裝企業，假設總裝企業在接單前持有一定數量的制造資源，接單后按客戶需求首先利用自有制造資源進行生產，若此時資源持有量不足以滿足訂單需求，根據總裝企業間是否參與制造資源協同存在兩種情況。情況1，不參與協同，即需求方無法通過外協補充制造資源，發生生產停滯，延誤交貨，產生違約損失；另一方的剩余制造資源處于閑置狀態，無法通過協同對外提供服務，損失資源協同收入。情況2，總裝企業間共享制造資源，需求方可在決定參與接單競爭前，以支付資源剩余方一定費用為代價獲得所需制造資源，增強接單生產能力，資源的協同共享數量是資源剩余量與需求量中的較小者。

三、模型構建

（一）假設說明及參數定義

假設總裝企業（i，j=1，2且i≠j）產品對制造資源的需求服從[0，1]上的均勻分布，且需求之間相互獨立。考慮到船舶產業鏈上的產品專屬性強，假設殘值為0。模型相關參數定義如下：

Qi：總裝企業i制造資源的持有量。

Di：市場對總裝企業i制造資源的需求量，總裝企業按訂單生產單件小批量的大型復雜產品，一旦訂單確定，制造資源需求量也隨之確定。

r：總裝企業投入單位制造資源獲得的訂單 。

w：總裝企業為獲得價值為r的訂單所承擔的生產成本。

p：總裝企業由于無法協同到相應數量制造資源而放棄接單時的單位機會成本。

A：總裝企業投入制造資源生產出產品的單位邊際增加價值，A=r+p-w。

c：單位制造資源的協同單價，如總裝企業j協同使用總裝企業i的制造資源時，c為i方獲得的單位資源協同收入，也是j方付出的單位資源使用成本，c∈[0，A]。

（三）總裝企業參與制造資源協同

從總裝企業是否參與制造資源協同產生的利潤差值來看，只要滿足協同共享條件參與資源協同，總裝企業獲得的利潤就會高于不參與時的利潤。這是因為對于制造資源過剩企業，由于船舶行業特性，制造資源專屬性較強，殘值近乎為0，如果能將過剩資源共享，協同服務于其他企業，就會有協同共享收入。對于制造資源需求方來說，只要邊際增加價值高于付出價格，就可以從協同共享中獲利，所以制造資源協同共享對雙方來說是共贏的選擇。隨著總裝企業間制造資源的最優持有量逐漸增大，協同與不協同的利潤差值在降低，但前者始終高于后者。

從前面的討論中可以看出，參與制造資源協同有助于總裝企業在資源持有量和利潤兩個方面獲益。由于制造資源的協同價格是影響總裝企業參與協同與否的關鍵因素，也是影響資源協同數量及收入的重要因素，故針對單位制造資源協同價格展開以下討論。

當制造資源單位協同價格上升時，總裝企業協同其他企業剩余制造資源時付出的使用成本隨之上升，有協同需求的總裝企業獲益程度逐漸降低。當制造資源單位使用成本接近于單位邊際增加價值時，總裝企業更趨向于依靠自有制造資源自給自足而不是選擇制造資源協同共享，所以總裝企業的制造資源持有量隨協同價格升高而升高。隨著資源協同價格的升高，資源需求方參與資源協同的積極性降低，資源短缺量隨之升高，此時的制造資源協同無法彌補制造資源短缺損失。資源需求方參與協同的積極性降低也會影響供給方，資源剩余量也會隨著協同價格的升高而升高，此時的制造資源協同也不能彌補制造資源過剩損失，最終導致了總裝企業整體利潤的降低。

五、算例分析

船臺是總裝企業的關鍵制造資源，由于近年來船舶訂單的飽滿程度不均衡，存在一些企業船臺超負荷而另一些企業船臺閑置的情況，因此船臺是總裝企業重要的可協同資源。本算例以某總裝企業協同20 000噸級船臺資源以建造64 000噸中型散貨船為例，驗證制造資源協同策略的可行性。

按行業內建造該船型的實際情況進行如下賦值。由于船臺資源的特殊性，其數量采用所占平方米數和使用天數雙重方式計量，該船型的船臺周期平均為90天，每天占用船臺面積10 000平方米，根據模型假設，本算例的總裝企業制造資源需求服從[0，900 000]的均勻分布。已知行業內該型號船臺的使用成本平均為每天每平方米2.75元，對外協同指導價格通常上浮15%，為每天每平方米3.17元，故該船臺資源的協同價格區間為[2.75，3.17]。該船訂單價格為200 000 000元，建造成本為190 000 000元，按行業內平均毛利潤的最大值計算該訂單的機會成本為16 000 000元，故協同船臺資源按訂單生產時，總裝企業使用該單位制造資源可獲得價值為222.22元的訂單，為獲得222.22元訂單所付出的建造成本為211.11元，單位機會成本為17.78元，單位邊際增加價值為28.89元。利用MATLAB軟件計算，得到如表2的結果。

當總裝企業不參與制造資源協同時，資源持有量要保證最大以應對不確定的市場需求，故資源最優持有量為最大值900 000；相反，在參與協同的策略下，從表2中可以看到，只要滿足資源協同共享條件，總裝企業的制造資源平均最優持有量都會低于不參與協同的數量。另外，由于持有過量的制造資源帶來的溢出成本或資源的短缺成本無法通過資源協同彌補，且損失了潛在的剩余制造資源對外協同收入，總裝企業不參與資源協同時獲得的平均期望收益會低于參與協同時的水平，以上充分說明了總裝企業間穩定的資源協同關系對于總裝企業在資源持有量和利潤方面的優勢，驗證了命題1和命題2的結論。從表中數據不難看出，隨著制造資源單位協同價格的上升，總裝企業的資源最優持有量在上升，利潤水平卻在下降，驗證命題3的結論。

為進一步說明制造資源協同策略對于總裝企業的優勢，對于同樣的制造資源持有量，總裝企業參與協同與否的利潤水平等相關數據如表3所示。

從表3的數據中可以清晰看出，隨著總裝企業持有量的上升，參與協同總裝企業的利潤水平是下降的；相反，不參與協同時，總裝企業由于制造資源持有量的增加，無需協同資源便可參與接單競爭，滿足接單生產需求，獲得的利潤也隨之增加，但作為關鍵制造資源的船臺在行業中數量有限，在接單競爭中僅依靠自身持有量會導致利潤增加水平有限。如圖6所示，兩種情況下的利潤差異逐漸減小，但參與時的利潤總是高于不參與時的水平。

在總裝企業參與制造資源協同的情況下，隨著制造資源單位協同價格的升高，資源需求方和供給方的協同參與度均在下降，這直接導致了制造資源短缺量和剩余量的提高，平均利潤水平的下降。在總裝企業依靠自給自足，不參與制造資源協同的情況下，為應對不確定的訂單需求，總裝企業一般在生產開始前選擇較高的資源持有量，在需求發生后，剩余制造資源由于無法參與協同共享往往帶來較高的持有成本或庫存溢出損失，會影響利潤水平，且該利潤減項與資源持有量同向變化。

對比協同與否兩種情況下的制造資源短缺量和剩余量，在每一種情況下，參與協同時的資源短缺量和剩余量都明顯低于不參與時的數量。由圖7可知，兩種情況下的制造資源短缺量均隨制造資源最優持有量同向變化，且數值差異逐漸減小，這也是兩種情況下的利潤水平差異逐漸減小的原因。圖8中，不參與協同時的制造資源剩余量的變化速度明顯快于參與協同時的水平，且數值差異會逐漸增加。這是因為參與制造資源協同，剩余資源可以及時對外協同處理，所以制造資源平均剩余量變化不明顯。相較于不參與制造資源協同，參與協同可有效幫助資源需求方及時獲得所需資源，降低制造資源短缺成本，滿足接單生產需求的同時提高接單競爭能力。對于資源供給方來說，參與協同可以幫助其迅速化解過剩資源帶來的閑置損失，降低制造資源溢出成本，提高船舶產業鏈資源利用效率的同時增加參與協同雙方的利潤水平。綜上所述，制造資源協同策略可幫助總裝企業在資源持有量、利潤及處理剩余制造資源等方面獲得優勢。

六、結語

本文利用轉運的思想研究了在船舶產業鏈上實施制造資源協同對總裝企業利潤的影響問題，通過構建制造資源協同下總裝企業利潤模型，求解非合作靜態博弈下的納什均衡解，并對影響利潤的關鍵因素制造資源單位協同價格進行分析，得出了以下結論：

1.由于船舶行業制造資源在購置、使用等方面的特殊性，鏈上主體間選擇制造資源協同共享是船舶產業鏈向專業化分工、社會化協作方向發展的必然結果。制造資源協同意味著存在競合關系的多個總裝企業可以通過云平臺共享彼此持有的制造資源，穩定的協同關系幫助資源需求方協同剩余制造資源滿足接單生產需求，提高接單競爭能力，也為資源供給方提供了處理過剩資源的方法，提高資源利用效率的同時獲得資源協同收入。

2.借鑒以往產品轉運研究，本文研究船舶產業鏈總裝企業間的制造資源協同問題，通過對比總裝企業是否參與資源協同時的利潤水平，發現只要在協同價格滿足一定條件下實施制造資源協同，總裝企業的利潤總會高于不參與協同時的水平，且在滿足訂單需求的情況下，參與協同下的制造資源最優持有量總是低于不參與時的水平，故應鼓勵總裝企業積極參與制造資源協同，實現互利共贏。本文還討論了單位制造資源的協同價格與最優持有量及利潤之間的關系，發現了資源協同價格對利潤的影響途徑。

3.本文考慮了總裝企業間協同共享某些制造資源（如船臺資源）對主體利潤的影響。這些資源具有使用依賴性強、持有成本高、有服務空閑期、可重復利用等特點，再加上時空交叉、任務并行、工程變更等情況經常發生導致總裝企業對制造資源的持有量難以準確估計。通過云平臺匹配，總裝企業間可協同共享此類空閑制造資源，這為總裝企業緩解產能過剩提供一定幫助。

4.本文僅討論了制造資源需求服從均勻分布的情況，不能代表所有需求種類，下一步將通過放松假設條件得出分布更具有普遍性的結論；通過命題討論發現當制造資源單位協同價格與總裝企業的利潤呈反方向變化時，關于如何激勵總裝企業間保持較低的制造資源協同價格可在接下來的研究中進行討論。

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