區塊鏈背景下供應鏈主體利潤分配研究

冉文學，楊禮凡，王 艷，崔艷梅

（1.云南財經大學 物流學院，云南 昆明 650221；2.紅河學院 商學院，云南 蒙自 661100；3.北京盛世華人供應鏈管理有限公司，北京 100023）

1 前言

牛鞭效應廣泛存在于供應鏈中。信息不對稱是牛鞭效應的最主要原因之一，而供應鏈合作伙伴之間的信息共享是提高供應鏈績效、降低牛鞭效應的一項主要手段[1]。

區塊鏈技術是一項全新的技術組合，其（點對點分布式數據基礎設施）被認為是最具顛覆性的技術之一，能夠創建分散的貨幣（如比特幣）、自動執行的數字合同（智能合同）和可通過互聯網控制的智能資產（智能財產）[2]。區塊鏈技術具有分散性、去中介化、去中心化、時序性（時間戳）、匿名性、組維護性、開放性、可編程性、分散性、不可更改的加密數據、安全性和可靠性等技術特征[3]，其正在以這些特征顛覆式的影響著供應鏈管理。

消費者偏好的不確定性增加了預測需求量的難度，從而增加了零售商的風險。為了規避風險，零售商傾向于減少庫存，這又加劇了供求不匹配。已有研究表明，收益分享合同有利于削弱買方的風險規避，實現供應鏈的協調[4]。

關于供應鏈利潤分配及協調已經有許多學者做了研究，劉佩佩和代建生[5]考慮了三級供應鏈情況下成本分擔的收益共享契約對供應鏈的協調研究。Hamed Vafa Arani等[6]則研究了收益共享期權合同情況下的供應鏈協調即收入分配問題。Song Huihui和Gao Xuexian[7]則利用博弈論分析了收益共享契約下的綠色供應鏈上下游成員間的利益分配以及供應鏈整體績效影響的問題。Benyong Hu 和Yi Feng[8]則研究了供應側與需求側都存在不確定性條件下，通過收益共享契約和服務需求為模型研究這種情形下的供應鏈優化和協調。角佩璇[9]則同時考慮了收益共享和成本共擔契約納入閉環供應鏈協調設計并利用斯塔克爾伯格博弈模型來分析求解，認為分散決策下供應鏈的利潤要低于集中決策下供應鏈的利潤。

在區塊鏈技術背景下的供應鏈協調即利益分配研究較少，但也有一些學者做了探討。閆妍和張錦[10]研究了在區塊鏈技術背景下的供應鏈主體風險規避問題。Liang Liu 等[11]也考慮了區塊鏈技術影響下的供應鏈各主體間的風險規避問題。

綜上所述，已有的研究中，考慮牛鞭效應下供應鏈成員間的利益分配問題以及供應鏈協調問題的研究較少，現有的研究一般都是建立在這樣一種假設下，即市場的實際需求量就是零售商的訂貨量，同時零售商的訂貨量就是供應商的生產量，這是不符合實際情況的（按訂單生產的情況除外）。正如前文所言，牛鞭效應廣泛存在于供應鏈中，因此，考慮供應鏈各方的利益分配及協調問題不應該忽略牛鞭效應的存在。同時，基于區塊鏈技術帶來的信息共享，從而很好的解決牛鞭效應這一假設與以往的研究不同，據此，本文提出了基于區塊鏈技術的供應各方利潤分配模型，并通過博弈論的方法求解均衡解。

2 模型和符號說明

2.1 問題及模型描述

如圖1所示，基于區塊鏈技術對供應鏈的信息共享程度影響為前提條件，本文研究一個供應商和一個零售商組成的供應鏈。在該供應鏈系統中，供應商負責生產多周期產品，本文將多周期問題抽象為單周期問題。零售商面臨著隨機需求，其以市場預測的需求量d 為基礎向供應商訂貨，訂貨量為D，供應商則以零售商的訂貨量為基礎組織生產，供應商生產量為Q，供應商的邊際成本為cs，批發價為ps，顧客則通過零售商以零售價pr購買商品，零售商的邊際成本為cr，在周期末尚未出售的產品單位殘值為v。根據牛鞭效應，假設供應鏈上各方的所有信息都與區塊鏈應用程度相關，即與供應鏈上下游企業使用區塊鏈技術的程度q（0≤q≤1）相關，也即q 越大各參與方之間的庫存、銷售、信用等信息的共享程度越高。

圖1 區塊鏈技術背景下市場模型

本文考慮兩種供應鏈模型：第一種情況是供應商占主導地位，零售商為從屬地位。另一種情況是零售商占主導地位，供應商為從屬地位。

模型假設：

（1）供應鏈上的所有參與方都是經濟理性的。

（2）零售商所面臨的市場是隨機需求x，x 為非負、連續的隨機變量。服從概率密度函數f(x)，其分布函數F(x)連續、可微，F(0)=0,x∈[0,+∞)。

（3）供應鏈上各主體的信息共享程度被區塊鏈技術應用程度直接影響。

（4）在期末尚未出售的產品殘值為v，且產品殘值小于生產商的邊際成本cs。

（5）零售商與供應商合作的前提是他們所得的利潤均不低于其保留利潤，但他們的保留利潤之和低于供應鏈的最大盈利。

（6）區塊鏈技術的引入會對供應鏈各參與方帶來額外的成本，根據Banker 的研究[12]，本文假設這個成本為：cB=γq2，其中γ是一個確定的常數。

（7）本次研究假設供應鏈上的成員都是采取保守策略，即會多進貨，供應大于等于需求。

2.2 符號及定義

模型所涉及參數及其定義見表1。

表1 模型符號及定義

2.3 數學模型

根據供應鏈中的牛鞭效應，本研究中的零售商訂貨量D 以及供應商的生產量Q 都與市場需求量預測d以及供應鏈各主體的信息共享程度，也就是區塊鏈技術的使用程度有著如下關系：

其中,考慮供應商位于零售商后端，β ＞α。

零售商各周期需求獨立同分布，供應鏈的期望收入為：

即：

即：

供應商與零售商之間通過收入共享契約重新分配供應鏈總利潤，契約內容在雙方進一步決策前就已經擬定，一般情況下，契約中的收入分享比例由主導企業決定。零售商、供應商以及供應鏈整體的利潤函數分別為：

3 分散決策情況

3.1 供應商主導情況下的博弈

在分散決策情況下，供應商在供應鏈中處于主導地位，零售商處于跟隨地位，典型的如汽車生產廠家與其經銷商之間的關系。在這種情況下，處于主導地位的供應商先做決策，處于從屬地位的零售商則跟隨供應商的決策行動，這是一個典型的斯塔克爾伯格博弈。供應商的決策變量為收入分享比例h和批發價格ps。零售商則通過確定訂貨量來影響區塊鏈應用程度q。即供應商給定的區塊鏈應用程度q必須符合零售商的訂貨條件（零售商利潤最大化條件），否則零售商將選擇不訂貨而導致供應鏈合作中斷。

先考慮零售商利潤最大化條件(零售商通過決定訂購量以達到自己的利潤最大化，實際上訂購量又會反應到區塊鏈應用程度上來)：

則此時零售商的最優決策為：

注：式中第一種情況為零售商的利潤大于其保留利潤，零售商與供應商合作；第二種情況為零售商獲得的利潤低于其保留利潤，選擇不與供應商合作，零售商不向供應商訂貨。

供應商的決策是在預見零售商的最優反應函數的基礎上做出的，因供應商處于供應鏈的主導地位，他能獲取的利潤必然會超過其保留利潤，供應商的最優決策是使得供應鏈的利潤達到最大值，同時確定合理的分配比例，使得自己能分得的利潤最大化。即供應商的決策為：

考慮供應鏈利潤最大化：

供應商欲使零售商按照自己的要求采取區塊鏈技術應用程度，即使得自己的利潤最大化。只有零售商利潤最大化和供應鏈利潤最大化同時成立時，零售商才會選擇應用區塊鏈技術，即q**=q*。此時收入共享比例和批發價之間存在如下關系：

供應商通過調節批發價和收入分享比例之間的關系，可使得零售商實現利潤最大化（即零售商愿意參與供應鏈合作）。供應商還可以通過調整收入分成比例，使得零售商只獲得保留利潤則供應商利潤達到最大值。

均衡條件下的利潤為：

其中，供應鏈的區塊鏈應用程度、批發價和收入分成比例分別為：

定義1 在非合作模式下的供應商主導供應鏈中，供應商決定批發價和收入分成比例，在采用區塊鏈技術的背景下，供應鏈利潤增大了，但是增加的利潤均被供應商通過調節收入分成比例攫取，處于跟隨地位的零售商只能獲得保留利潤。同時，由于供應商有著決定采用區塊鏈技術的權利，零售商只得跟隨供應商采用區塊鏈技術，通過結果也能發現，引入區塊鏈技術后，零售商的訂貨量D 和供應商的生產量Q都減小了(更趨近于市場真實需求)，即減少了供應鏈的成本，這和實際情況是相符的。同時，在分散決策的情況下對于給定的區塊鏈技術使用成本系數γ, 以及零售價pr,供應商和零售商有最優的區塊鏈應用程度q*，批發價ps*以及收入分成比例h*。

3.2 零售商主導情況下的博弈

在分散決策的情況下，零售商在供應鏈中處于主導地位，供應商處于從屬地位，典型的如沃爾瑪超市與上游供應商之間的關系。由零售商先確定區塊鏈應用程度q（這會影響訂購量D），供應商決定是否跟隨零售商的決策應用區塊鏈技術，如果供應商選擇不參與，則供應鏈合作瓦解，如果供應商選擇參與則供應鏈合作繼續。在引入區塊鏈技術后零售商先確定收入分成比例h，供應商再依據零售商給定的條件確定批發價ps。

與供應商主導的情況不同，零售商主導的供應鏈中收入分成比例h和批發價ps分別由零售商和供應商決定，故處于主導地位的零售商不能直接調節收入分成比例h和批發價ps使得供應商只能獲得保留利潤，故零售商做決策時是按照自己利益最大化的原則來決定區塊鏈應用程度，而不是以整個供應鏈利益最大化的原則來決定區塊鏈應用程度。

考慮零售商利潤最大化條件，可得零售商采取區塊鏈技術的條件，見式（10）。零售商給出區塊鏈應用程度這一條件后，供應商根據自己的利潤最大化條件決定是否跟隨零售商應用區塊鏈技術，令可得：

實際上是由零售商決定區塊鏈應用程度q 和收入分享比例h，供應商只能決定批發價ps，供應商愿意跟隨零售商的決策采用區塊鏈技術就必然有：q*=q***，此時供應商決定的批發價ps和零售商的收入共享比例h有如下關系：

最后零售商通過調節收入分成比例h，適當分配供應鏈收入，使得各參與方均能獲得各自滿意的利潤。零售商必然會通過調整收入分成比例h 使得供應商只能獲得保留利潤，此時的收入分成比例滿足如下關系：

在此均衡條件下的利潤分配如下：

定義2 在零售商主導的供應鏈中，由于零售商先給出區塊鏈應用程度q，處于跟隨地位的供應商要想參與區塊鏈技術改造，必然會在其批發價決策指定時有所妥協，最后處于主導地位的零售商則會通過收入分成比例適當調整各自的利益，使得供應商愿意參與供應鏈合作。由于采用區塊鏈技術，供應鏈整體利潤增大，但是處于跟隨地位的供應商依然只能獲得保留利潤。零售商則通過調整收入分享比例而攫取整個增加的利潤。零售商的訂貨量和供應商的生產量都因為采用區塊鏈技術而得到降低（更接近市場實際需求），這與實際情況相符。

4 集中決策

在集中決策的情況下，無論誰處于主導地位，供應鏈上區塊鏈應用程度都會以供應鏈整體利潤最大化來決定，考慮供應鏈利潤最大化，則供應鏈區塊鏈技術應用程度如（14）式所示，對應的訂貨量和生產量為：

在集中決策的情況下，通過提前的協商，供應鏈上區塊鏈技術應用程度得以提前確定，這里也隱含一個信息，即在后續的決策中，供應商已經提前知曉零售商的訂貨決策。

4.1 供應商主導情況下的博弈

在集中決策的情況下，處于主導地位的供應商先做決策，處于從屬地位的零售商則跟隨供應商的決策行動，區塊鏈應用程度決定后，處于主導地位的供應商再通過確定收入分成比例h，批發價ps，調整雙方利益分配，使得零售商愿意合作。即零售商只要能獲得保留利潤，則供應鏈合作即可達成，為了讓零售商按照式（14）采用區塊鏈技術，必有：

即：

此時有：

可得：

此時供應商的均衡解有很多，但只要供應商決定的收入分成比例h 和批發價ps滿足式（28）的關系，零售商就會愿意合作。其中，一個最簡單的情況就是供應商以等于邊際成本cs的批發價向零售商出售產品，同時通過調整收入分享比例來協調零售商的利潤。此時的均衡解為：

定義3 在供應商主導的供應鏈中，通過集中決策模式，區塊鏈應用程度會提高，這主要是因為在合作模式下供應商會適當補貼零售商因采取區塊鏈技術而帶來的成本，即保證零售商獲得的利潤不低于其保留利潤。但零售商因為處于從屬地位，也只能獲得保留利潤。通過與非合作模式情況下的對比我們發現，區塊鏈應用程度會有所提高，這主要是由于供應商會適當的補貼零售商，讓其按照供應鏈利潤最大化的原則來決定區塊鏈應用程度。

4.2 零售商主導情況下的博弈

在集中決策的情況下，區塊鏈應用程度q 確定后，零售商的訂貨量也隨之確定，供應商在決定批發價之前就已經觀測到零售商的訂貨量。但是，處于主導地位的零售商依然可以通過先確定收入分成比例h(ps)，供應商再依據零售商給定的條件確定批發價ps，因為零售商處于主導地位，在實際協商過程中，零售商必然是“強迫”供應商確定一個較低的批發價，并通過適當的收入分成比例使得供應商只能獲得保留利潤。處于跟隨地位的供應商則只能選擇“順從”，因為他選擇合作，則能獲得保留利潤，如果選擇不合作，則連保留利潤都會失去。此時供應商參與區塊鏈改造的條件如式（19）所示，同時供應商給出的批發價如下：

之后零售商決定收入分成比例，零售商做決策比較簡單，在合作的情況下，零售商能觀測到供應方的所有決策，零售商只要確保供應方獲得保留利潤，自己攫取剩余利潤即可：

均衡時利潤分配如下：

其中，批發價和收入分成比例分別為：

定義4 在零售商主導的供應鏈中，同樣區塊鏈應用程度也會相比于分散決策時有所提高。由于采用區塊鏈技術，供應鏈整體利潤增大，但是處于跟隨地位的供應商依然只能獲得保留利潤。零售商則通過調整收入分享比例而拿走了整個剩余的利潤。零售商的訂貨量和供應商的生產量都因為采用區塊鏈技術而得到降低（更接近市場實際需求）。

5 結論

在供應鏈采用區塊鏈技術的條件下，供應鏈的牛鞭效應能得到比較好的解決。這就能很好的解決零售商訂貨量和供應量相差極大的現象。同時，通過引入收入共享契約，能很好的放大供應鏈的整體利潤。但是，這個利潤的增長量總會被供應鏈的主導方通過收益分配獲取，而處于跟隨的一方則只能被動的跟隨主導方行動，不過供應方可通過調節利潤分配，使得處于跟隨的另一方總能獲得保留利潤，而不至于被淘汰出局。同時，在主導型供應鏈中，在引入區塊鏈技術的情況下，集中決策比分散決策更能使供應鏈總體效益達到最優。本研究有一些局限性：在實際情況下，利益分享比例很大程度上取決于雙方的討價還價能力，而不是完全由主導方直接決定，本研究中分享比例完全由主導方決定的假設不完全符合實際中的所有情況，后續的研究將繼續深化這一問題。