農機裝備網絡協同制造參與主體利益分配機制研究

田宇航 張倩 李周

(北京機科國創輕量化科學研究院有限公司，北京 100044)

引言

農業機械化、智能化是農業現代化必經之路，國家通過各種優惠政策和農機購置補貼推動農機行業發展。根據中國《農機裝備發展行動方案(2016—2025)》，中國農機生產所需能力正在逐漸向多樣化發展，需要加強農機行業技術標準、行業大數據、試驗檢測能力、產品數字化平臺建設，合理利用行業基礎數據庫，推動農機制造服務業平臺建設[1]。充分運用大數據等信息技術，將其與農機制造業深度融合，是中國農業現代化發展的重要切入點[2]。

目前，農業裝備制造產業在數字技術應用與網絡協同制造方面的創新力不足，產業集聚區域內企業間仍以產品主導邏輯，資源、技術、知識的共享程度不高。在此背景下，出現了農機裝備服務型網絡協同制造模式，該模式以價值共創與共享為目標，以價值共創與共享為導向，以農機裝備網絡協同制造平臺為基礎，實現了農機裝備制造企業、供應商、生產性服務組織、政府和用戶從設計、制造到服務整個農機裝備制造過程的無縫銜接與協同管理[3]。

為確保農機網絡協同制造模式的穩定性與持續性，需要研究參與企業的最優利益分配機制，實現價值創造最大化。這類網絡協同制造參與主體之間的關系可通過其供應鏈來分析，目前國內外關于供應鏈利益分配的相關研究中，使用較多的是Shapley值法[4，5]。以合作博弈理論為基礎，使用Shapley值法可以設計合作時的利益分配方案，公平合理，有助于提高企業經營穩定性[6]。為了使利益分配結果更合理，很多學者對傳統的Shapley值法進行了改進[7，8]。王志剛等[9]從參與主體的貢獻程度大小和風險程度的角度對現實的收益分配情況進行了Shapley值法的修正，得到了相對合理和具有現實意義的利益分配方案。呂萍等[10]在傳統Shapley值法分配的基礎上，實施以風險補償和創新收益為基礎的利益分配原則，以使改進后的Shapley值法分配結果更趨于合理。蔡雁嶺等[11]綜合考慮資源投入、努力程度、合作風險等因素，構建了改進Shapley值法，得出結論，改進后的Shapley值法得出的利益分配機制更客觀合理。叢曉妮等[12]通過考慮風險的Shapley值方法對聯盟最大化的收益進行公平、合理的分配，為加入聯盟的公司提供有效的收益分配解決方案。

目前已有文獻中關于農機裝備網絡協同制造參與企業的利益分配的相關研究較少。因此，本文聚焦于農機裝備網絡協同制造模式參與主體的利益分配機制問題，以傳統Shapley值法為基礎，引入合作意愿、合作風險、資源投入3個修正因素，通過AHP方法確定修正因子的權重，建立基于改進的AHP-Shapley值法的農機裝備網絡協同利益分配模型，為農機裝備網絡協同主體利益分配機制研究提供思路。

1 農機裝備網絡協同制造模式下供應鏈分析

網絡協同制造模式下的參與企業通過供應鏈聯系在一起[13]，可利用其分析企業之間關系。農機裝備網絡協同制造模式下利益分配主體就是供應鏈企業，但該模式顛覆了傳統的“供應商—制造商—分銷商—用戶”的層級性運營模式，形成了跨層級的運營，其供應鏈運行模式，如圖1所示，供應鏈企業包括零部件供應商、裝備生產制造商、生產性服務商以及經銷商，供應鏈組織結構由簡單鏈狀形式向跨層級的、動態穩定的復雜形式過渡。通過整個供應鏈在動態中不斷優化價值創造的方式，各參與主體利用資源整合和信息交互提升資源效率，從而降低人力、物流成本，為供應鏈創造價值。

圖1 網絡協同制造供應鏈運行模式

參與到農機裝備網絡協同制造模式的企業，之前大多存在著專業化程度參差不齊，生產規模大小不一、產品結構不合理等問題[14]，網絡協同制造模式能夠有效改善這些問題，加強企業合作，優化資源配置，增加聯盟收益。從供應鏈角度來說，制造過程協同進行，生產周期縮短。農業裝備制造產業集聚區域網絡內的核心主體企業一般為農機裝備制造龍頭企業，也是整個供應鏈的核心，其對供應鏈有較大影響力，通過對供應鏈的多方面數據進行提煉、分析，形成符合用戶需求的整體設計方案，再進行分解、下達，多學科協同工作。

2 基于改進Shapley值法的農機裝備網絡協同制造供應鏈利益分配模型構建

農機裝備網絡協同制造供應鏈收益會隨著參與主體數量增加而增加，并進行非對抗性的利益活動，采用Shapley值法可以有效公平分配合作產生的利益。Shapley值法是用于解決合作博弈多方利益分配的一種常用方法，該方法基于合作成員的邊際貢獻，對收益進行分配，是一種充分體現合作成員對合作集體貢獻程度的利益分配方式[15]。

假設農機裝備網絡協同制造供應鏈中參與企業為集合N={1，2，3，…，n}，其中，i∈N代表企業i；τ為集合N的一個子集，即τ?N，表示n個企業中的一個可能的聯盟；|τ|為子集中元素個數；特征函數v給出任一聯盟τ所能獲得的最大總效能v(τ)，通常稱其為聯盟τ的價值；(N，v)組合構成了一個合作博弈。mi(τ)為參與企業i對聯盟τ的邊際貢獻，mi(τ)=v(τ)-v(τ/{i})，其中，τ/{i}代表除i之外τ中其他人形成的聯盟。Shapley的構思原則：博弈者i在(N，v)博弈下可能形成各種聯盟，只要將其對不同聯盟的邊際貢獻平均起來，就是其在N下應得的最終效用分配φi(N，v)，即為(N，v)博弈的Shapley值，其中，φ為農機裝備網絡協同制造供應鏈基于合作博弈理論的一組分配。

(1)

φ=(φ1，φ2，φ3，…，φn)

(2)

然而，傳統Shapley值法簡化和忽略了利益分配中必須要考慮的一些影響因素。由于市場變化的不確定性，要求供應鏈各參與主體有合作意識，隨意更改訂單、生產計劃等都將會影響其他參與企業的利益。因此，在市場機制下，為使得利益分配更加合理，利用合作意愿、合作風險、資源投入3個修正因素，對原Shapley值法進行修正，并且通過AHP方法確定修正因子的權重，引入綜合修正因子Δλi，從而完善了改進的AHP-Shapley值法利益分配模型。構造判斷矩陣，對矩陣進行歸一化處理，計算出矩陣的特征向量，對特征向量進行歸一化處理，計算得到各因素的權重Wi以及大特征值λmax。

改進模型：

(3)

(4)

(5)

3 算例分析

假設某一農機裝備網絡協同制造供應鏈主要由零部件供應商、裝備生產制造商、生產性服務商以及經銷商4家企業組成，記為N={1，2，3，4}，根據對農機行業調研發現，裝備生產制造商作為供應鏈核心企業，一般為規模企業，利潤較高，零部件供應商次之，生產性服務商與經銷商一般體量較小，所以假設該供應鏈各參與企業合作前后所獲利潤如表1所示。

表1 非合作下各企業利潤情況

在算例數據基礎上，零部件供應商和裝備制造商結成聯盟{1，2}，零部件供應商降低供貨價格，訂單量增加，收益提高；裝備生產制造商的零部件成本降低，供貨量穩定，收益提高，所以聯盟{1，2}成員企業合作后總收益增加。同理，算例中的4家企業，相互合作，都可以發揮各自的優勢，組成聯盟的收益都較合作前有所增加，假設合作后各個企業聯盟的收益情況如表2所示。

表2 合作后各聯盟利潤情況

3.1 傳統Shapley模型在農機裝備網絡協同制造供應鏈利益分配模型應用分析

將零部件供應商、裝備生產制造商、生產性服務商以及經銷商4個參與企業構成的供應鏈記為N={1，2，3，4}。集合中的1、2、3、4與零部件供應商、裝備生產制造商、生產性服務商以及經銷商4個參與企業一一對應。將各個參與企業組成的聯盟記為τ={1，2，…，k}(1≤k≤4)，τ?N，參與企業有8種可以參與的聯盟形式。根據傳統Shapley值法，合作聯盟下該供應鏈中零部件供應商的利益分配方案求解過程如表3所示。

表3 零部件供應商的分配收益

=812.13

同理可得，裝備生產制造商、生產性服務商以及經銷商分配得到的利潤分別為1161萬元、440.77萬元、564.1萬元，則在該模型下的農機裝備網絡協同制造供應鏈利益分配向量：

φ=(812.13，1161，440.77，564.1)

3.2 基于改進Shapley值法的農機裝備網絡協同制造供應鏈利益分配模型應用

本文為了提高利益分配的合理性，以傳統Shapley值法為基礎，引入合作意愿、合作風險、資源投入3個修正因素，改進的AHP-Shapley值法利益分配模型。

3.2.1 合作意愿

供應鏈各企業合作意愿越強，越有利于協同制造模式的發展完善，合作前提是合作對于每個合作企業都有利，零部件供應商按計劃生產可減少庫存成本，實現穩定收益；裝備制造商可按照用戶需求進行精準研發生產，并且可保證穩定零部件供應，減小成本；生產性服務商可以根據用戶需求提供研發相關服務，可保持穩定業務量；經銷商提供宣傳、銷售、售后等服務，減小資金負擔，專注于提高服務水平，利用網絡協同制造模式共享的信息可更高效服務。各企業的合作意愿與各企業實際情況相關。

本算例假設4家企業合作意愿排列為裝備制造商>經銷商>生產性服務商>零部件供應商，其權重為歸一化處理結果，在前面算例數據基礎上，根據經驗假設零部件供應商、裝備制造商、生產性服務商以及經銷商的權重占比為αi=(0.22，0.28，0.24，0.26)。

3.2.2 合作風險

供應鏈各企業形成合作之后，各個企業都會面臨不同的風險。參與企業承擔的風險越大，所分配的利益應該越多。如果參與企業為逃避損失或獲得其他利益而放棄聯盟，則零部件供應商可能面臨產品滯銷等問題，裝備制造商可能面臨無法按期交貨等問題。并且受政策以及市場影響，裝備制造商會承擔一定風險，其他參與企業承擔風險較小。

因此，在同理性條件下，4家企業的資源投入排列為裝備制造商>零部件供應商>經銷商>生產性服務商，其權重為歸一化處理結果，在前面算例數據基礎上，根據經驗假設零部件供應商、裝備制造商、生產性服務商以及經銷商的權重占比為βi=(0.3，0.35，0.15，0.2)。

3.2.3 資源投入

供應鏈各主體投入的有效資源越多，權重越大。裝備生產制造商作為供應鏈的核心企業，主導網絡協同制造的設計、生產、制造等任務，需要投入較大量的人力物力，可認為資源投入最大；零部件供應商需要根據網絡協同制造的需求進行生產，需要投入一定的資金、人力，可認為其資源投入適中；生產性服務商主要是為其他合作企業提供產品研發技術支持，其投入主要為人力投入，資源投入較小；經銷商主要負責宣傳、銷售以及售后服務等業務，該模式下其資源投入最小。

因此，在同理性條件下，4家企業的資源投入排列為裝備制造商>零部件供應商>生產性服務商>經銷商，其權重為歸一化處理結果，在前面算例數據基礎上，根據經驗假設零部件供應商、裝備制造商、生產性服務商以及經銷商的權重占比為γi=(0.26，0.3，0.24，0.2)。

3.2.4 確定各影響因素的權重

通過層次分析法(AHP)計算3個影響因素的權重。構造判斷矩陣，然后計算判斷矩陣的λmax和特征向量，再進行歸一化處理計算，得到每個元素的權重系數Wi，利用一致性指標、隨機一致性指標和一致性比率對其進行一致性檢驗，確保權重系數的合理性。影響因素判斷矩陣和結果如表4所示。

表4 影響因素判斷矩陣和結果

3.2.5 計算綜合修正因子Δλi

計算綜合評價值λi：

計算綜合修正因子Δλi：

3.3 結果分析

通過以上結果可得，農業裝備制造產業集聚區域協同利益分配主體零部件供應商、裝備制造商、生產性服務商、經銷商在結成聯盟前和運用運改進Shapley值法前后的利益分配對比，如表5和圖2所示，可以分析得到以下幾點。

表5 利益分配方案對比

圖2 利益分配對比圖

各企業獨自經營時利潤較低，計算結果滿足合作博弈的超可加性。該算例中各企業合作后的收益要比分離時收益高，大聯盟比小聯盟收益高，符合合作博弈的超可加性。

零部件供應商和裝備制造商在改進后的Shapley值法得到更高比例的分配利益。由圖2可知，該算例中，合作企業中零部件供應商和裝備制造商改進后Shapley值高于傳統Shapley值，這是由于零部件供應商和裝備制造商的綜合修正因子Δλi較大。具體表現為零部件供應商的合作意愿、合作風險、資源投入的水平都高于平均水平，所以，其改進后利益分配值略高于傳統Shapley值法的利益分配；裝備制造商的資源投入最大，而資源投入又是權重最大的影響因素，因此改進后利益分配值明顯高于傳統Shapley值法的利益分配。

生產性服務商和經銷商在改進Shapley值法的利益分配與傳統Shapley值法利益分配結果相比降低。服務性供應商和經銷商的Shapley值低于傳統Shapley；這是因為生產性服務商和經銷商的綜合修正因子Δλi<0。具體表現為生產性服務商和經銷商的合作意愿、合作風險、資源投入的綜合評價值低于平均值，所以其改進Shapley值法的利益分配值較低，如果想提高利益分配值，農機裝備網絡協同制造模式的各個參與主體可在影響因素權重較大的資源投入和合作意愿兩方面進行提升。

綜上，傳統Shapley值只能代表公司參與各種聯盟的平均水平，其每個階段對聯盟的影響受很多因素影響，會產生變化。所以本文引入了合作意愿、合作風險、資源投入等影響因素，構建了改進Shapley值法利益分配模型。在改進Shapley利益分配機制下，農機裝備網絡協同制造模式的各個參與主體為了提高各自利益分配值，會從機制所規定的幾個影響因素的角度出發，不斷提高自身水平，因此改進后的利益分配更有助于提高聯盟的總體效能，維持供應鏈穩定運營。

4 討論與建議

公平合理的利益分配機制是保障供應鏈合作關系的重要基礎。本文基于農機裝備網絡協同制造模式，以傳統Shapley值法為基礎，引入合作意愿、合作風險、資源投入等影響因素，構建改進的AHP-Shapley值法利益分配模型，并且進行了算例的分析驗證。

農機裝備網絡協同制造模式的高效穩定運行，需要各個參與企業的積極配合協作。本文建立的改進的AHP-Shapley值法利益分配機制可以極大調動各個企業的參與積極性，對于解決農機裝備協同制造的利益分配問題有一定的啟示意義。基于此，提出以下建議。

搭建農機裝備網絡協同制造平臺，建立完善的參與企業評價體系。農機裝備網絡協同制造模式的實現以農機裝備網絡協同制造平臺為基礎，本文的利益分配機制也需要依托農機裝備網絡協同制造平臺。平臺參與企業組建聯盟后，各個企業的發展目標從單一的思考如何提高自己的利潤，轉變為如何提高整個聯盟的效能以及自身的利益分配值。農機裝備網絡協同制造平臺應該構建一套完整的參與企業評價體系，階段性的對各個參與企業的評價指標進行評估，如本文提到的合作意愿、合作風險、資源投入等，可作為利益分配的重要依據。

規范合同簽訂流程與執行過程監管，減小參與企業的風險。隨著對利益分配影響因素的深入研究，發現聯盟企業間的誠信對供應鏈高效穩定運行具有重要意義，一旦某一個企業為了個人利益違背合作契約，將給聯盟其他企業造成很大風險，所以農機裝備網絡協同制造平臺在運行時要重視企業與企業之間合同簽訂，以及后續合同執行的監管。政府有關部門應該加強對合同簽訂執行的政策引導以及監管力度，創造良好的經濟環境，幫助企業平衡其面臨的合作風險。

提高參與企業滿意度，加大推廣力度，爭取更多合作企業加盟。通過對合作利益分配機制研究發現，在合作博弈理論中，大聯盟比小聯盟收益高。所以，網絡協同制造平臺應該重視利益分配合理性，不斷完善平臺經營環境，提高參與企業的滿意度，并且網絡協同制造平臺以及政府相關部門都應該積極對平臺進行宣傳推廣，引導更多的企業加入，實現價值共創與共享。

加大政府相關部門支持力度，建立健全信息引導機制。農機裝備市場動向與農業發展方向密不可分，政府相關部門對市場的把控，以及政策規劃走向可作為網絡協同制造平臺的重要信息源，可以極大降低參與企業的經營風險，并且可以引導整個農機裝備制造集群向社會需要的方向發展，實現自身利益分配最大化的同時實現其社會價值最大化。