物聯網技術改進下制造商和零售商合作機制研究

(1.電子科技大學 經濟與管理學院，四川 成都 611731； 2.湖北經濟學院 工商管理學院，湖北 武漢 430205)

1 引言

物聯網是實現萬物互聯的智能化管理網絡。調查顯示,預計到2020年底,全球物聯網智能物將達2120億個[1]。物聯網使物理對象通過“交談”來看、聽、想和執行工作實現共享信息和協調決策[2],因此物聯網入口產品作為“交談”的平臺受到廣泛關注。手機、可穿戴設備、Nest溫控器等都被曾作為物聯網入口產品。物聯網入口產品的優點是容易實現用戶導流從而掌握物聯網中所有數據,因此物聯網入口之爭異常激烈。近幾年,制造商紛紛利用智能音箱搶占物聯網入口。國外智能音箱有Echo、Google Home、Home Pod,國內阿里巴巴、酷狗音樂、喜馬拉雅等也宣布推出智能音箱。Canalys分析報告指出智能音箱出貨量將從2018年的1.14億臺增加到2019年的2.079億臺,而據Strategy AnalyTIcs發布的數據顯示去年全球智能家居市場支出總額接近960億美元。從以上可以看出入口產品物聯網技術的突破,將帶來非入口產品銷量大大提升,即存在技術的溢出效應。在此背景下,為搶占市場,2016年京東聯合漫步者、惠威、飛利浦等著名音箱品牌商成立了首個音響行業智能聯盟。根據它們品牌的特點,市場定位、功能定位結合京東提供的技術來生產產品,即零售商和入口產品制造商展開以物聯網技術為背景的深度合作。那么當入口產品制造商的物聯網技術改進對非入口產品產生溢出效應時,零售商和入口產品制造商合作的效率如何？零售商和入口產品制造商在成本分擔合同下合作時應如何進行合同設計？

以往對物聯網的研究主要表現為定性分析?！拔锫摼W”這個詞最初由Ashton[3]提出,用來描述物聯網形成的過程“在日常用品中增加RFID和其他傳感器”。部分學者認為物聯網架構包含三層：應用層、網絡層和感知層[4,5]。Al-Fuqaha等[6]設計了物聯網的五層結構：對象層、對象抽象層、服務管理層、應用層和商業層。還有一些學者論述了物聯網下的挑戰:有效性嚴重依賴軟硬件技術水平[7,8]、績效評估難度大[9,10]、管理難度高[11,12]、端對端的互用性問題[13,14]、安全和隱私問題[15,16]。而采用定量的方法分析考慮物聯網技術的溢出效應下制造商和零售商合作的較少。

關于產品研發中技術溢出效應的研究主要分為兩類：縱向技術溢出[17,18]和橫向技術溢出[19,20]。在橫向技術溢出方面,D’Aspremont和Jacquemin[19]構建了雙寡頭均存在技術溢出的兩階段博弈模型,研究結果表明當技術溢出率足夠大時,合作研發能夠激勵制造商創新。在前者研究的基礎上,霍沛軍等[20]研究雙方合作、半合作、不合作三種模式下制造商利潤最大化的溢出水平。郭焱和郭彬[21]利用多階段動態博弈方法來探討全聯盟合作、先聯盟后競爭、不聯盟三種競合模式的選擇問題。李衛紅和白楊[22]在鏈與鏈競爭背景下研究橫向技術溢出對供應商研發投資策略的影響。研究結果表明一定程度的技術溢出有利于提高制造商創新的熱情?？梢钥闯?以往研究中的技術溢出效應僅發生在生產同質產品的制造商間。但是在物聯網背景下,物聯網技術水平的提高不僅對入口產品需求產生影響同時還對非入口產品需求產生影響。然而,目前學者很少考慮研發時某產品技術改進對其他非同類產品需求造成的影響。

本文針對現有文獻研究的不足和物聯網背景下的入口產品制造商與零售商運營現狀,以物聯網技術改進為背景,考慮入口產品制造商的物聯網技術改進對非入口產品產生溢出效應,構建了一個零售商、一個入口產品制造商和一個非入口產品制造商構成的兩級供應鏈模型。以分散化供應鏈績效為基準,比較分析了零售商與入口產品制造商縱向一體化合作模式和分散化模式的產品價格、銷量和供應鏈績效差異,然后引入成本分擔合同分析了基于物聯網的供應鏈績效和物聯網技術的帕累托改進問題。

2 基本假設與模型

本文基于物聯網構建了入口產品制造商、非入口產品制造商和一個零售商的兩級供應鏈模型。物聯網入口產品制造商和非入口產品制造商的產品完全不同且不具有替代性,但均通過零售商進行銷售。本文將零售商和制造商的關系分為兩類：(1)零售商與兩個制造商互相獨立決策的模式,即分散化結構;(2)零售商與入口產品制造商的縱向一體化合作模式。

為方便描述,本文將物聯網入口產品制造商記為制造商1,其產品記為產品1;非入口產品制造商記為制造商2,其產品記為產品2。從前文可知,物聯網技術下對入口產品發出指令可以實現對非入口產品的智能化控制,且入口產品的物聯網技術水平越高,對非入口產品的控制效率越高,因此入口產品的物聯網技術水平越高,不僅自身銷量越高,同時非入口產品的銷量也越高。即入口產品的物聯網技術水平的提高對非入口產品具有溢出效應。根據文獻[23],假設產品i的線性需求函數為

q1=a-β1p1+λ1S

(1)

q2=1-β2p2+λ2S

(2)

物聯網技術成本由入口產品制造商承擔,其表示為

C(S)=ηS2

(3)

不失一般性,本文還存在的其他主要假設:(1)將產品2的潛在市場規模標準化為1；(2)制造商的邊際生產成本為零；(3)文中上標dd,cd分別表示分散化結構和零售商與入口產品制造商的縱向聯盟結構,以及上標co表示零售商與入口產品制造商成本分擔合作模式。文中下標πJ,πM1,πM2,πJM1分別表示零售商、制造商1、制造商2以及聯盟的利潤。

表1 相關參數說明

3 物聯網技術改進下的合作模式研究

3.1 分散化結構

在分散化結構下,兩個制造商和零售商的博弈順序為：首先制造商1決定產品1的批發價格w1和物聯網技術水平S;然后制造商2決定產品2的批發價格w2;最后零售商基于利潤最大化原則根據兩種產品的批發價格及物聯網技術水平決定產品的銷售價格pi。

由于兩個制造商和零售商采用分散化經營的策略,則制造商1,制造商2,以及零售商的利潤函數分別為

(4)

(5)

(6)

將(1)、(2)、(3)式帶入(4)、(5)、(6)式根據博弈順序按照逆推法求分散決策下物聯網技術水平為

兩種產品的批發價格分別為

兩種產品的價格分別為

進一步推出兩種產品銷量分別為

制造商以及零售商的利潤分別為

3.2 零售商和入口產品制造商的縱向聯盟

在零售商和制造商1的縱向聯盟且非入口產品制造商獨立經營的供應鏈結構下,由于縱向聯盟掌握物聯網技術,因此縱向聯盟在供應鏈中占主導地位。從而縱向聯盟和非入口產品制造商的博弈順序為：首先縱向聯盟決定產品的銷售價格pi和物聯網技術水平S;然后制造商2決定其產品的批發價格w2。

制造商2和縱向聯盟的利潤函數分別為

(7)

(8)

將(1)、(2)、(3)式帶入(7)、(8)式按照博弈順序,由逆推法求解得cd模式下物聯網技術水平為

產品2的批發價格為

兩種產品的價格分別為

進一步推出兩種產品的銷量分別為

縱向聯盟JM1和制造商2的利潤分別為

3.3 比較分析

比較分散化結構和縱向聯盟結構下的均衡產品價格和銷量,物聯網技術水平可得以下命題。

命題1說明,當零售商和入口制造商基于縱向一體化聯盟合作時,物聯網技術水平、兩種產品的銷量以及非入口產品的價格都增加,但是入口產品的價格可能增加也可能降低。當入口產品的潛在市場規模較小時價格提高,當入口產品的潛在市場規模較大時價格降低。這是由于縱向一體化消除了雙重邊際效應,使得聯盟在物聯網技術上的投入增加。因此對非入口產品而言,均衡價格和銷量都增加。但是對入口產品而言,物聯網技術水平的提高一方面造成成本增加,另外一方面也提高了產品銷量增加了零售商的總收益。因此當成本效應更強時,入口產品價格提高,當收益增加更顯著時,入口產品價格降低。

命題2說明,零售商和入口產品制造商縱向聯盟合作時,相對于分散化決策,零售商和入口產品制造商的總利潤以及非入口產品制造商的利潤更高。因此零售商和入口產品制造商的合作不僅對聯盟有利,對非入口產品制造商也有利。這是由于在縱向一體化結構中零售商和入口產品制造商之間的雙重邊際效應消失,為了實現總利潤最大化,需要對產品價格、物聯網技術水平進行權衡。聯盟決策者提高物聯網技術水平并通過調整產品價格提高了總體利潤,且由于對非入口產品產生了溢出效應,從而非入口產品制造商的利潤也提高。

通過命題2可知,分散化決策下的零售商和入口產品制造商的總利潤與零售商、入口產品制造商一體化合作時聯盟總利潤總存在偏離,導致了兩者總利潤的損失,為直觀刻畫兩種情形下供應鏈績效的差異,并考察入口產品自身性質,如潛在市場規模、價格敏感系數、物聯網技術敏感系數對供應鏈績效差異的影響,令β2=0.6,λ2=0.3，分別作：圖1：當β1=0.5,λ1=0.4,η=0.8時,入口產品潛在市場規模a對兩種情形下零售商和制造商1利潤總和的影響；圖2：當a=0.7,λ1=0.4,η=0.8時,入口產品價格敏感系數β1對二者利潤總和的影響；圖3：當a=0.7,β1=0.5,η=0.8時，入口產品的物聯網技術敏感性系數λ1對二者利潤總和的影響。

由圖1可知,分散決策下零售商和入口產品制造商利潤總和與聯盟利潤都隨入口產品制造商的潛在市場規模的增加而增加,但是隨著潛在市場規模的增加,分散化決策下的利潤損失增加。由圖2可知，兩種情形下的利潤都隨入口產品的需求價格敏感系數的增加而減少,且價格敏感系數越大,分散化決策的績效損失越少。由圖3可知,兩種情形下的利潤都隨入口產品的物聯網技術敏感系數的增加而增加,且物聯網技術敏感系數越大,分散化決策下的績效損失越大。因此,當入口產品的潛在市場規模越大、需求對價格敏感度較低、對物聯網技術敏感度較高時,零售商和入口產品制造商合作產生的效果越好。

圖1 入口產品潛在市場規模對零售商和制造商1總利潤的影響

圖2 入口產品價格敏感系數對零售商和制造商1總利潤的影響

圖3 入口產品技術敏感系數對零售商和制造商1總利潤的影響

4 成本分擔合同下的合作研究

通過前文對零售商與入口制造商的縱向一體化策略和分散化策略下供應鏈系統利潤的比較,識別了分散化模型下的供應鏈效率損失。此時,零售商有動力通過供應鏈合同來實現供應鏈績效的改進,因此本文進一步考慮零售商與入口產品制造商在成本分擔合同下的合作問題。

成本分擔合同被廣泛應用在供應鏈協調問題中,Ghosh和Shah[23]在綠色供應鏈中采用成本分擔合同提高了綠化程度、制造商利潤以及供應鏈利潤。Leng和Parlar[24]在一個多供應商、單個制造商的供應鏈中引入成本分擔合同使系統范圍的期望利潤最大化。Chao等[25]在外包供應鏈中研究發現成本分擔合同給制造商和供應鏈帶來更高的利潤,減輕了質量信息的不對稱,提高了產品質量。

假設零售商承擔入口產品制造商物聯網技術成本的比例為θ,0<θ<1。因此制造商1、制造商2、零售商的利潤為

(9)

(10)

(11)

兩種產品的批發價格分別為

產品1和2的價格分別為

進一步推出兩個產品的銷售量分別為

零售商、制造商1和制造商2的利潤分別為

5 比較分析

為了考察成本分擔合同下物聯網技術水平的變化情況,對比了分散化結構、縱向聯盟結構、成本分擔合同下的物聯網技術水平,得到命題3。

命題3說明零售商和入口產品制造商基于成本分擔合同的合作總是有利于提高物聯網技術水平。且當物聯網技術成本系數高于閾值時,若零售商為入口制造商分擔的物聯網成本達到一定比例,則成本分擔合同下的物聯網技術水平可以達到聯盟情形下的最優技術水平。反之,若成本分擔比例較小,則成本分擔合同下的物聯網技術水平總是低于聯盟時的最優技術水平。

接下來研究零售商成本分擔比例在什么范圍內能實現入口產品制造商、非入口產品制造商以及零售商利潤的帕累托改進，分析得到命題4。

命題4說明,相對于分散決策,只要零售商分擔物聯網技術成本,入口產品制造商和非入口產品制造商利潤都增加。但是零售商想要獲得更高利潤則成本分擔比例只能在一定較小范圍內。因此若要實現三者利潤都增加,成本分擔比例需在一定較小范圍內。這也說明在一定條件下成本分擔合同可以實現三者利潤的帕累托改進。這是由于當零售商分擔物聯網技術成本時,入口產品制造商的物聯網技術成本降低,從而有能力提高物聯網技術水平,進一步增加了入口產品和非入口產品的銷量,因此三者的收益都增加。但是當零售商分擔的成本過高時,增加的總收益不足以抵消成本增加,因此,零售商只能在一定程度上分擔入口產品制造商的物聯網技術成本。

接下來探討入口產品的潛在市場規模、需求價格敏感系數、物聯網技術敏感系數對零售商成本分擔比例范圍的影響,得到命題5。

記θ*為成本分擔比例范圍且θ*∈(0,θ2)。

命題5說明,當入口產品的潛在市場規模在較小范圍內時,入口產品的需求價格敏感系數越大或物聯網技術敏感系數越小,零售商可選擇的成本分擔比例范圍越大;而當其潛在市場規模高于閾值時,入口產品的需求價格敏感系數越小或物聯網技術敏感系數越大,零售商可選擇的成本分擔比例范圍越大。這是由于,物聯網技術水平和成本隨入口產品市場規模的增加而增加,但市場規模越大零售商收益增加的較少,因此零售商可分擔的成本比例下降。當市場規模較小時,零售商總收益較小,又由于入口產品對價格越不敏感或對物聯網技術越敏感時物聯網技術成本越大,因此零售商可分擔的成本比例下降。而當市場規模較大時零售商收益較大,因此相同情形下可分擔的比例增加。

命題6說明，當零售商和入口產品制造商基于成本分擔合同進行合作時，物聯網技術水平、入口和非入口產品的銷量和利潤都隨成本分擔比例的增加而增加。而對于零售商而言，在物聯網成本系數不太高時，承擔的成本比例越高越好，但是若物聯網成本系數高于閾值，零售商利潤隨分擔的成本比例先增加后降低。

6 結論與啟示

本文基于物聯網平臺構建了一個入口產品制造商、一個非入口產品制造商和一個零售商的供應鏈模型,其中入口產品的物聯網技術水平的提高使非入口產品的銷量得到提升。以分散化決策下供應鏈績效為基準,分析零售商和入口產品制造商合作的可行性,并研究了在成本分擔合同下的合作機制設計。結果表明：入口產品的潛在市場規模越大、價格敏感度較低、物聯網技術敏感度較高時,零售商與入口產品制造商合作的動機越強。相對于分散化決策,零售商為入口制造商分擔一定比例的物聯網技術成本能實現提高供應鏈及制造商和零售商利潤的帕累托改進。同時二者基于成本分擔合同的合作還有利于提高物聯網技術水平，甚至在一定條件下高于縱向一體化結構下的最優物聯網技術水平。當入口產品市場規模較小時,若入口產品對價格越敏感或對物聯網技術越不敏感時,零售商越愿意分擔更多成本。當市場規模較大時,若入口產品對價格越敏感或對物聯網技術越不敏感,則零售商傾向于分擔更少的成本。

本文的相關研究結論豐富了物聯網的相關研究,并結合實際情況為零售商和制造商基于物聯網技術的合作提供了理論支撐，有助于指導管理實踐中供應鏈運作和決策。主要表現為兩個層面的啟示,第一,零售商和提供物聯網技術的入口產品制造商應該積極尋求相互的合作,因為合作不僅能有利于提高物聯網技術水平從而有利于社會的發展,而且有利于企業利潤的增長從而有利于企業的發展。第二,零售商與入口產品制造商基于成本分擔合同進行合作是可行的,即零售商分擔部分的物聯網技術成本對企業、供應鏈或者社會物聯網技術的發展都是有利的。

此外，本文的局限性體現在，本文僅考慮了零售商和入口產品制造商的合作，而在現實中，零售商和非入口產品制造商也存在合作關系。在零售商既與入口產品制造商又與非入口產品制造商進行合作的情形下，他們之間的合作關系應該如何構建，需要進一步的分析。