不同主導權(quán)力下考慮零部件可維修性的服務型制造產(chǎn)品可靠性決策優(yōu)化

中圖分類號：F272 文獻標識碼：A 文章編號：2097-0145（2025）02-0049-10 doi：10.11847/fj.44.2.49

0 引言

在先進制造業(yè)與現(xiàn)代服務業(yè)“兩業(yè)融合”的背景下，服務型制造已成為當今世界各國爭創(chuàng)制造業(yè)強國的重要發(fā)展手段。服務型制造模式下，產(chǎn)品不僅僅被視為物理實體，更是與服務緊密融合的一部分[1]。發(fā)達國家面對全球制造業(yè)競爭加劇的國際環(huán)境，通過實施“再工業(yè)化”戰(zhàn)略來提升其制造業(yè)競爭力，例如英國工業(yè)2050戰(zhàn)略、美國制造業(yè)復興計劃以及歐洲最近的“工業(yè)5.0”戰(zhàn)略。同樣，我國也實施了一系列旨在大力發(fā)展服務型制造、提升我國制造業(yè)競爭力的重大舉措，如“十三五”規(guī)劃綱要倡導從“生產(chǎn)型制造”向“服務型制造”轉(zhuǎn)變[2]、“十四五”規(guī)劃和2035遠景目標綱要重點強調(diào)“深入實施制造強國戰(zhàn)略”。全球制造業(yè)正邁人關(guān)鍵性變革階段，我國制造業(yè)戰(zhàn)略的核心在于通過發(fā)展服務型制造來加速我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)制造強國的戰(zhàn)略宗旨。隨著新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合，數(shù)字性、智能性與可持續(xù)性理念在服務型制造中交織發(fā)展。產(chǎn)品在發(fā)生故障后，由于忽視零部件的可維修性而頻繁更換整機或零部件，造成了大量的浪費3，基于零部件可維修性研究產(chǎn)品可靠性契合了服務型制造對可持續(xù)性理念的需求。2023年6月2日，工業(yè)和信息化部等五部門聯(lián)合發(fā)布《制造業(yè)可靠性提升實施意見》指出了產(chǎn)品零部件、元器件可靠性水平提升的必要性，明確指出提升產(chǎn)品可靠性水平是提高企業(yè)核心競爭力、加快建設現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系以及實現(xiàn)制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵所在。因此，在考慮產(chǎn)品零部件可維修性的情形下，研究產(chǎn)品可靠性投人具有重要的現(xiàn)實意義。

在此背景下，隨著中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級，部分運營商因比制造商更靠攏于消費者群體而獲得更高的供應鏈主導權(quán)，服務型制造全生命周期中關(guān)鍵環(huán)節(jié)的決策效率和決策模式的影響機理等因供應鏈成員地位結(jié)構(gòu)的差異發(fā)生轉(zhuǎn)變，服務型制造商和運營商在現(xiàn)實供應鏈情境中的地位差異導致了不同的決策主導權(quán)[4-5]，形成了迥異的供應鏈結(jié)構(gòu)[。例如，英特爾[7]、卡特彼勒、三一重工等大型工程機械制造公司[8]，當為規(guī)模較小的運營商提供產(chǎn)品使用時，他們不僅提供設備本身，還負責操作培訓、技術(shù)支持、遠程維護等工作，此時的服務型制造商擁有主導權(quán)力，而對于較大規(guī)模的運營商，中建、中鐵等，卡特彼勒、三一重工等服務型制造商可能根據(jù)運營商的個性化需求設計產(chǎn)品可靠性[8-9]。根據(jù)具體情境選擇對自身有利的主導結(jié)構(gòu)策略是供應鏈實現(xiàn)合作優(yōu)化的關(guān)鍵。

服務型制造模式下，服務型制造商向運營商提供產(chǎn)品并依據(jù)產(chǎn)品使用時間收取服務費用，運營商使用產(chǎn)品獲得效益[2]。服務型制造商和運營商組成的供應鏈中，服務型制造商負責產(chǎn)品的修正性維護工作并承擔相關(guān)費用，運營商則根據(jù)產(chǎn)品正常使用時間付費。當產(chǎn)品發(fā)生故障時，服務型制造商通常有兩種故障處理方式，即修復現(xiàn)有零部件和替換新零部件。維護方式的選擇對服務型制造商的維護成本和利潤影響不同，選擇修復零部件可以有效降低服務型制造商的維修成本；而選擇更換零部件雖然成本較高，但能夠延長運營商產(chǎn)品的正常使用時間，從而提高雙方收益。在產(chǎn)品的全生命周期中，可靠性設計直接影響了產(chǎn)品的故障率和有效使用時間[3]。例如，服務型制造商生產(chǎn)高可靠性水平的產(chǎn)品能夠降低故障率[1-I1]、減少關(guān)鍵零部件的維修概率并延長產(chǎn)品的使用時間[12]，從而降低后期的運營維護成本[13]。然而，提高產(chǎn)品可靠性意味著增加成本，可能對整體利潤產(chǎn)生負面影響。

現(xiàn)有關(guān)于提升產(chǎn)品可靠性水平的文獻主要研究產(chǎn)品保修期[14]、備件庫存管理[15]以及服務型制造的全生命周期管理1等方面，許多學者為了控制產(chǎn)品可靠性的退化，強調(diào)了制造階段和早期使用階段的可靠性保證和維護活動。Desai和Purohit[16]最早提出了產(chǎn)品的內(nèi)在可靠性這個概念，產(chǎn)品的可靠性越低，租賃比例就越低。在備件庫存管理方面，Oner等[17認為關(guān)鍵部件的可靠性水平和備件庫存水平是決定系統(tǒng)停機時間和相應成本的兩個主要因素，優(yōu)化產(chǎn)品可靠性投人通常需要考慮備件庫存水平。戴勇[18考慮了供應商和客戶的風險態(tài)度對產(chǎn)品可靠性和庫存水平?jīng)Q策的影響。在產(chǎn)品設計方面，Jiang等[19認為提高產(chǎn)品可靠性意味著增加產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設計前期投資水平和降低產(chǎn)品故障率，這有助于減少產(chǎn)品運營成本和停機時間。Liao等2也從產(chǎn)品設計角度出發(fā)，提出了關(guān)鍵可靠性特性驅(qū)動的制造過程主動可靠性控制策略。劉曉陽等[21以實現(xiàn)動車維修總成本最低為目標，提出了基于綜合重要度序列的多部件系統(tǒng)機會維修策略，該策略優(yōu)先考慮維修對系統(tǒng)可靠性影響最大的關(guān)鍵部件，以確保整個系統(tǒng)的可靠性。

現(xiàn)有關(guān)于服務型制造供應鏈文獻研究主要聚焦于服務型制造的進化路徑，基于微觀、宏觀、媒介視角的價值創(chuàng)造，以及運維風險研究等外部性因素。Liu等[22]研究了服務型制造業(yè)推動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級的不同階段，并闡述了服務型制造的機理，提出了基于服務型制造的協(xié)同超網(wǎng)絡模型。馮廣琦等[2]從商業(yè)保險視角探討了不同資金約束下的服務型制造供應鏈設備運維問題。Jiang等[23]從微觀企業(yè)視角發(fā)現(xiàn)高質(zhì)量的人力和知識要素可以產(chǎn)生直接的技術(shù)溢出，從而促進企業(yè)創(chuàng)新。Liu和Zhao[24]研究發(fā)現(xiàn)企業(yè)可以通過積極引入服務要素來打破生產(chǎn)要素遞減的束縛這種價值創(chuàng)造邏輯。Wang等[25]研究了共享制造商的私人需求信息的問題，提供了關(guān)于服務成本競爭如何影響供應鏈中企業(yè)共享制造商私人需求信息的激勵的新見解。

關(guān)于供應鏈權(quán)力結(jié)構(gòu)差異方面，權(quán)力結(jié)構(gòu)多樣化影響供應鏈博弈決策過程。近年來，學者們的研究主要集中在權(quán)力結(jié)構(gòu)差異對渠道供應鏈影響[26]、閉環(huán)供應鏈定價決策與契約設計[24]、質(zhì)量激勵[27]、再制造產(chǎn)品[28]等方面。Clifford等[29]第一個研究將領(lǐng)導力和追隨者理論應用于閉環(huán)供應鏈[29]。權(quán)力結(jié)構(gòu)對供應鏈創(chuàng)新投資水平影響[30]以及不同供應鏈結(jié)構(gòu)對渠道效率的影響[31等均為實際應用提供了寶貴經(jīng)驗。針對二級雙渠道供應鏈系統(tǒng)，劉新民等[31]構(gòu)建了制造商主導和零售商主導等四種權(quán)力結(jié)構(gòu)下的供應鏈決策模型。劉仁軍和羅宇佳°研究了在三種電商供應鏈物流外包權(quán)力結(jié)構(gòu)下的供應鏈情境中，第三方物流企業(yè)的權(quán)力大小對電商物流供應鏈決策的影響。Zhou等[32研究了權(quán)力結(jié)構(gòu)對供應鏈成員績效的影響，結(jié)果表明權(quán)力結(jié)構(gòu)趨于平衡時，公平問題會降低供應鏈系統(tǒng)總效率。另外，不同主導權(quán)力下的供應鏈管理研究對服務型制造供應鏈決策優(yōu)化提供了理論借鑒。Liu等[33]在考慮產(chǎn)品可再生性機制和綠色金融水平的基礎上，研究了在制造商和服務提供商具有不同權(quán)力結(jié)構(gòu)以及企業(yè)社會責任承擔主體下，可再生能源供應鏈成員的最優(yōu)利潤模型，發(fā)現(xiàn)不同權(quán)力結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣勢排序取決于其在參與企業(yè)社會義務的程度。

上述文獻關(guān)于不同主導權(quán)力結(jié)構(gòu)的研究主要聚焦兩個方面：傳統(tǒng)買賣模式的渠道銷售，如制造商、零售商構(gòu)成的供應鏈網(wǎng)絡問題[23]和渠道競爭中制造商相對地位差異問題2]；或在傳統(tǒng)供應鏈中考慮閉環(huán)供應鏈中再制造過程及其他視角[28.33]，尚未考慮服務型制造模式下的情形。另外，目前尚未有研究考慮不同權(quán)力結(jié)構(gòu)對制造商產(chǎn)品可靠性決策的影響，而產(chǎn)品可靠性水平是產(chǎn)品維修特性的重要表征。

為此，本文對服務型制造中不同主導權(quán)力結(jié)構(gòu)下的產(chǎn)品可靠性決策與零部件可維修性進行研究。借鑒Jiang等的模型，本文在考慮零部件可維修特性的基礎上，運用Stackelberg博弈模型對服務型制造商主導和運營商主導兩種模式下的供應鏈決策問題進行研究，得出了在不同主導權(quán)力下供應鏈主體的最佳產(chǎn)品可靠性水平和最優(yōu)利潤；同時，對比分析了不同情境下各參數(shù)對服務型制造商和運營商決策的影響，并借助算例實驗對理論模型進行驗證分析，為服務型制造產(chǎn)品可靠性決策過程研究提供實踐指南與相關(guān)管理啟示。

1問題描述與模型假設

1.1 問題描述及決策過程

考慮由一個服務型制造商和一個運營商組成的服務型制造供應鏈，并且假設雙方無風險偏好，成員之間信息對稱、不存在道德風險。通常產(chǎn)品隨著使用次數(shù)或時間的增長，關(guān)鍵零部件（如飛機發(fā)動機）存在磨損、老化、故障等現(xiàn)象，此時需要對其進行替換或維修服務。因此，關(guān)鍵零部件的有效運行對產(chǎn)品正常使用至關(guān)重要。本文假設服務型制造商生產(chǎn)具有特定可靠性水平的產(chǎn)品，并向運營商提供產(chǎn)品維護服務。在此過程中，產(chǎn)品的可靠性指的是在規(guī)定時間和條件下無故障完成任務的能力[34］，產(chǎn)品的高可靠性水平意味著較高的前期成本投入與較低的后期維護成本。運營商使用產(chǎn)品來獲取效益，并根據(jù)產(chǎn)品的正常使用時間向服務型制造商支付費用。當服務型制造供應鏈由服務型制造商主導時，服務型制造商率先決定產(chǎn)品可靠性水平，運營商根據(jù)既定的產(chǎn)品可靠性水平確定產(chǎn)品使用時間；然而，實踐中當運營商規(guī)模較大且對產(chǎn)品性能和使用年限存在特定要求時，此時的主導權(quán)力結(jié)構(gòu)是運營商主導型，運營商根據(jù)供應鏈的相關(guān)信息率先決定產(chǎn)品的使用時間，服務型制造商作為跟隨者由產(chǎn)品使用時間確定產(chǎn)品的可靠性水平。

針對上述兩種主導權(quán)力，本文分別構(gòu)建了服務型制造商和運營商主導下的兩種供應鏈博弈模型，如圖1和圖2所示。

對于服務型制造商而言，產(chǎn)品生產(chǎn)階段，服務型制造商為生產(chǎn)可靠性水平 Rⁱ 的產(chǎn)品需要投入 的生產(chǎn)成本。產(chǎn)品運營階段，令產(chǎn)品單位時間使用價格為 p （簡稱使用價格），由于現(xiàn)實中產(chǎn)品使用價格受市場供需關(guān)系的制約，產(chǎn)品使用價格差異性較小，故本文假設其為外生變量[35]。服務型制造商根據(jù)維護需求對零部件進行修復或替換服務以保障設備有效運轉(zhuǎn)，產(chǎn)品運行時間及可靠性水平影響產(chǎn)品故障率，產(chǎn)品可靠性水平低時產(chǎn)品磨損報廢期較快、產(chǎn)品故障率高。此外，產(chǎn)品維護成本由零部件成本和維修成本兩部分構(gòu)成，假若產(chǎn)品關(guān)鍵零部件的單位成本為 ∣c∣ ，損壞的零部件被修復的概率為r ，其閾值為 0≤r≤1 ，則產(chǎn)品使用時間 T 內(nèi)期望零部件成本為 。當 r=0 時，零部件不可修復，需要直接替換零部件，此時服務型制造商投人的零部件期望成本為 [1]Orsdemir等[36-37]指出更耐用的產(chǎn)品需要更少的維護，本文模型構(gòu)建和耐用品建模原理相同，產(chǎn)品可靠性水平高則需要維修概率小，隨著產(chǎn)品使用時間Tⁱ 的延長，產(chǎn)品發(fā)生不可逆的衰退、老化現(xiàn)象，產(chǎn)量故障率增加，即 ，故產(chǎn)品使用過程中本文假設的服務型制造商維修成本為 。對于運營商而言，運營商決定產(chǎn)品使用時間 Tⁱ ，其選擇租用服務型制造商的產(chǎn)品設備獲得效益，此時，運營商支付服務型制造商產(chǎn)品使用費用 pT 。效用遞減的速率取決于產(chǎn)品的可靠性Rⁱ ，也就是說，產(chǎn)品可靠性越高，邊際效用遞減得越慢。若初次使用產(chǎn)品時獲得效用 w ，則單位時間內(nèi)運營商使用產(chǎn)品所獲得的邊際效用為 w-t/Rⁱ 運營商在產(chǎn)品使用時間 T 內(nèi)獲得的總效益為 t/Rⁱ）dt [37]。具體模型參數(shù)如表1所示。

2考慮零部件可維修性的供應鏈決策優(yōu)化模型構(gòu)建與求解

2.1 服務型制造商主導權(quán)力下供應鏈博弈模型構(gòu)建與求解

此情形下，服務型制造商作為供應鏈的主導者，首先決定產(chǎn)品的可靠性水平 R^p ，運營商作為跟隨者，根據(jù)既定產(chǎn)品可靠性 R^D 確定產(chǎn)品使用時間T^p ?？紤]關(guān)鍵零部件的維修特性，構(gòu)建了服務型制造商主導的供應鏈決策優(yōu)化模型，服務型制造商的利潤函數(shù)和運營商的效用函數(shù)分別為

通過逆向求解法對上式求解發(fā)現(xiàn)，服務型制造商主導下，運營商的效用函數(shù)是關(guān)于產(chǎn)品使用時間T^p 的凸函數(shù)，因此存在運營商的最優(yōu)產(chǎn)品使用時間 T^D* ，使得運營商效用最大；服務型制造商的利潤函數(shù)是關(guān)于產(chǎn)品可靠性水平 R^D 的凸函數(shù)，因此存在最優(yōu)產(chǎn)品可靠性水平 R^D* ，使得服務型制造商利潤最大。由此得到定理1。

定理1服務型制造商主導權(quán)力結(jié)構(gòu)下，服務型制造商的均衡產(chǎn)品可靠性水平 R^D* 、運營商的均衡產(chǎn)品使用時間 T^D* 、服務型制造商的均衡利潤π_m^D* 、運營商的均衡效用 II_o^D* 分別為

推論1 在 ∣c∣ 上單調(diào)遞減。

服務型制造商主導供應鏈的情況下，當單位零部件成本較低時，服務型制造商應生產(chǎn)可靠性水平高的產(chǎn)品。單位零部件成本較低意味著后期維護成本較低，因此，服務型制造商主導供應鏈時，其更愿意提高產(chǎn)品的可靠性水平以刺激運營商延長產(chǎn)品使用時間；較高產(chǎn)品可靠性和較低維護費用激勵運營商愿意長時間使用產(chǎn)品，此時服務型制造商和運營商利潤均在較高水平、雙方共贏。隨著單位零部件成本的增加，產(chǎn)品后期維護成本增加（特別是零部件直接替換情形下），使得服務型制造商通常選擇減少可靠性投人以穩(wěn)定總成本費用，此時，運營商產(chǎn)品使用時間縮短，雙方收益逐漸下降。

推論2（1）當 （c+m-cr）w/（2+c+m-cr）lt; 時， R^D*，π_m^D* 隨產(chǎn)品使用價格 p 單調(diào)遞增；當 （1+c+m-cr）w/（2+ c+m-cr）D*，π_m^D* 隨產(chǎn)品使用價格 p 單調(diào)遞減。

（2）當 （c+m-cr）w/（2+c+m-cr）

時， T^D* 隨產(chǎn)品使用價格 p 單調(diào)遞增；當 （2+3c+3m-3cr）w/ 3（2+c+m-cr）p* 隨產(chǎn)品使用價格 p 單調(diào)遞減。

（3）當 （c+m-cr）w/（2+c+m-cr）o^D* 隨產(chǎn)品使用價格 p 單調(diào)遞增；當 （1+2c+2m-2cr）w/ 2（2+c+m-cr）o^D* 隨產(chǎn)品使用價格 p 單調(diào)遞減。

當使用價格 p 較低時，即 （c+m-cr）w/（2+ c+m-cr）D* 隨 p 的增長而變小。當p 值較高時，即 （2+3c+3m-3cr）w/3（2+c+m-1） cr）

推論3 和 π_o^D* 在 r 上單調(diào)遞增。

考慮一種特殊情況，當 r=0 時，即零部件無法維修只能替換，替換零部件的成本費用遠高于修復零部件帶來的維修費用，先行決策的服務型制造商通過確定較低的產(chǎn)品可靠性水平引導運營商減少產(chǎn)品使用時間，以降低故障率。當 0

2.2運營商主導權(quán)力下供應鏈博弈模型構(gòu)建與求解

當服務型制造供應鏈由運營商主導時，運營商首先決定產(chǎn)品使用時間 T^c ，然后服務型制造商根據(jù)運營商要求生產(chǎn)可靠性水平為 R^c 的產(chǎn)品。此時，由于運營商占據(jù)供應鏈主導權(quán)，服務型制造商的利潤函數(shù)和運營商的效用函數(shù)表示為

借助逆向求解法先求最優(yōu)產(chǎn)品可靠性水平R^c* ，求導發(fā)現(xiàn)運營商主導下服務型制造商的利潤函數(shù)是關(guān)于產(chǎn)品可靠性水平 R^c 的凸函數(shù)，因此存在產(chǎn)品可靠性水平 R^c* ，使得服務型制造商利潤最大。同理亦存在產(chǎn)品使用時間 T^C* 使得運營商效用最大，定理2給出了運營商主導權(quán)力結(jié)構(gòu)下的均衡解。

定理2運營商主導權(quán)力結(jié)構(gòu)下，服務型制造商的最優(yōu)產(chǎn)品可靠性水平 R^c* 、運營商的均衡產(chǎn)品使用時間 T^c* 、服務型制造商的均衡利潤 π_m^c* 、運營商的均衡效用 π_o^c* 分別為

9（c+m-cr）（w-p））/256k

同理，當且僅當 9（c+m-cr）w/（9（c+m-cr）+ 8）

推論4 在 ∣c∣ 上單調(diào)遞增，而服務型制造商的均衡利潤 II_m^C* 隨著 的增大先增加后減少。

根據(jù)推論4可得，當運營商主導服務型制造供應鏈時，服務型制造商根據(jù)運營商的產(chǎn)品使用時間來確定產(chǎn)品的可靠性水平。與服務型制造商主導供應鏈的情形不同，較低的單位零部件成本和較高的可維修水平并不一定會為雙方帶來更多的利潤。這是因為如果單位零部件成本較高，運營商可以延長產(chǎn)品的使用時間，迫使服務型制造商生產(chǎn)更具可靠性的產(chǎn)品以降低維護成本。由于延長產(chǎn)品使用時間直接促進了運營商效益的增長，對于服務型制造商來說，產(chǎn)品使用時間延長有利于提高其收入。然而，當單位零部件成本過高時，故障發(fā)生后的高維修成本會直接損害服務型制造商的盈利能力，從而降低其利潤。因此，當單位零部件成本超過一定閾值時，服務型制造商的利潤會下降。綜上，運營商率先決策時，單位零部件成本越高，服務型制造商生產(chǎn)產(chǎn)品的可靠性水平越強，這有利于提高運營商的收益。然而，當單位零部件成本過高時，早期可靠性生產(chǎn)投人成本和后期新零部件替換維修成本就會嚴重影響服務型制造商的收益。因此，只有成本適中的單位零部件才會給服務型制造商帶來更多的利潤。

推論5當 9（c+m-cr）w/（8+9（c+m-cr））lt; plt;（2+9（c+m-cr）） ） w/（8+9（c+m-cr） 時，π_m^c* 在 p 上單調(diào)遞增;當 （2+9c+9m-9cr ） w/ （8+9（c+m-cr））m^c* 在 p 上單調(diào)遞減； 在 p 上單調(diào)遞減。

由上述推論可知，短期內(nèi)的價格上漲可能會增加服務型制造商的利潤。然而，如果單位使用價格過高導致運營商產(chǎn)品使用時間縮短，那么服務型制造商將不愿意支出更多費用提升產(chǎn)品可靠性水平。由此，產(chǎn)品的可靠性水平可能會降低，產(chǎn)品運行故障率增加，服務型制造商將支付更高的維修成本，可能帶來利潤損失。因此，過高或過低的產(chǎn)品使用價格對服務型制造商均是不利的。此時，若零部件修復率水平較高，產(chǎn)品的維護成本相對較低，運營商的長期使用成本下降，由于維修變得更加經(jīng)濟，產(chǎn)品的整體使用價值提升，運營商可能愿意支付更高的使用價格，即較高產(chǎn)品可維修性可以降低極端價格帶來的不利影響；相反地，若零部件修復率水平較低也將導致市場接受度降低，進一步抑制產(chǎn)品的使用價格。對于運營商來說，產(chǎn)品使用價格越低，越能刺激服務型制造商生產(chǎn)更高可靠性水平的產(chǎn)品，從而提高其效用。

推論6當 9（c+m-cr）w/（8+9（c+m-cr））lt; plt;9（c+m-cr）w/（4+9（c+m-cr）） 時， π_m^c* 在 r 上單調(diào)遞增；當 9在 r 上單調(diào)遞減; 在 r 上單調(diào)遞減。

上述推論表明，運營商主導下，較高的產(chǎn)品修復率不能致使服務型制造商生產(chǎn)較高可靠性產(chǎn)品。當零部件修復率較低時，運營商有動機提高產(chǎn)品使用時間以刺激服務型制造商提高產(chǎn)品可靠性水平。因為低修復率水平下，面臨較長的產(chǎn)品使用時間，服務型制造商不得不生產(chǎn)高可靠性水平的產(chǎn)品以降低產(chǎn)品故障率，這有利于運營商邊際效用遞減變緩。因此，在低修復率水平下，運營商反而能獲得更高的收益；另外，運營商主導下的低修復率水平意味著對產(chǎn)品可靠性投人要求高、替換零部件支出維修成本大，此時，服務型制造商的利潤較低。隨著修復率的提高，產(chǎn)品使用時間的延長使得服務型制造商受產(chǎn)品可靠性水平的影響不大，因此，服務型制造商不愿意投入更高的精力提升產(chǎn)品可靠性水平。產(chǎn)品的可靠性水平不高時，使用時間縮減會導致運營商效益不高；而此時生產(chǎn)成本的驟減間接造成了服務型制造商利潤的增加。當產(chǎn)品修復率水平很高而產(chǎn)品使用時間較短時，服務型制造商收益減少、整體利潤呈現(xiàn)下降態(tài)勢。

3對比分析

針對服務型制造商主導和運營商主導兩種權(quán)力主體下的最優(yōu)決策，本文分析了不同主導權(quán)力結(jié)構(gòu)下單位零部件成本、單位產(chǎn)品使用價格、產(chǎn)品修復率水平對服務型制造商與運營商決策的影響。依據(jù)Jiang等[的研究，本文設置相關(guān)參數(shù)為：m=1，w=20，k=4 。在數(shù)值模型中，考慮到單位零部件成本對產(chǎn)品可靠性水平、服務型制造商和運營商利潤的影響，設置 p=16，r=0.4 ;考慮到單位產(chǎn)品使用價格的影響，設置 ；考慮到產(chǎn)品修復率水平的影響，設置 p=16，c=3 。

（1）不同主導權(quán)力下產(chǎn)品可靠性對比分析

由推論2至6可知，服務型制造商主導供應鏈時，較低的單位零部件成本和較高的單位產(chǎn)品使用價格可以促使服務型制造商生產(chǎn)較高可靠性水平的產(chǎn)品；而運營商主導供應鏈時，較高的單位零部件成本和較低的單位產(chǎn)品使用價格可以促使服務型制造商生產(chǎn)較高可靠性水平的產(chǎn)品。在服務型制造商主導供應鏈下，隨著單位零部件成本的提升，產(chǎn)品可靠性水平降低，而隨著產(chǎn)品修復率水平的提升，制造商傾向于提供可靠性更高的產(chǎn)品，以降低長期維護成本；運營商主導則相反。服務型制造商主導下，隨著產(chǎn)品使用價格的增加，產(chǎn)品可靠性水平先升高后降低；運營商主導下，隨著產(chǎn)品單位使用價格的升高，產(chǎn)品可靠性水平降低。

供應鏈在服務型制造商主導下，較低成本的單位零部件對產(chǎn)品維修成本影響較小，服務型制造商更愿意主動提高產(chǎn)品可靠性水平吸引運營商延長產(chǎn)品使用時間，故此時產(chǎn)品可靠性水平較高；運營商主導下，較高的單位零部件成本通常代表高質(zhì)量產(chǎn)品，運營商通過延長產(chǎn)品使用時間促使服務型制造商提高產(chǎn)品可靠性水平。另外，服務型制造商主導供應鏈下，修復率水平較高時，故障造成的零部件替換成本幾乎可忽略不計，維修成本降低，服務型制造商更愿意主動增強產(chǎn)品的可靠性水平，以誘導運營商延長產(chǎn)品使用時間；運營商主導供應鏈下，產(chǎn)品修復率水平較低時，服務型制造商愿意提高產(chǎn)品可靠性水平以降低維修帶來的利潤損失或是引誘運營商延長產(chǎn)品使用時間。具體如圖3所示。

（2）不同主導權(quán)力下服務型制造商利潤對比分析對比兩種情形下，單位零部件成本、產(chǎn)品使用價格、產(chǎn)品修復率水平對服務型制造商利潤的影響，得到命題1。

命題1存在閾值

由命題1和前文推論可知，當單位零部件成本、產(chǎn)品使用價格、產(chǎn)品修復率水平較低或者較高時，服務型制造商主導權(quán)力下自身有更高的利潤。當單位零部件成本、產(chǎn)品使用價格、產(chǎn)品修復率水平適中時，運營商主導供應鏈時，服務型制造商有更高的利潤，即主導供應鏈并不一定能夠為企業(yè)帶來更多的收益，甚至會損害利益，如圖4所示。上述結(jié)論與傳統(tǒng)制造業(yè)差異較大，這是由服務型制造這種特殊的商業(yè)模式所決定的。

單位零部件成本過低，產(chǎn)品維修成本較小，服務型制造商主導下，其愿意花更多精力提高產(chǎn)品的可靠性水平以激勵運營商延長產(chǎn)品使用時間，服務型制造商收益增加；若運營商主導，單位零部件成本較高將刺激運營商延長產(chǎn)品使用時間，但會間接損害服務型制造商收益。故單位零部件成本較小時，服務型制造商主導下服務型制造商的利潤更大。單位零部件成本過高代表產(chǎn)品維修費用較高，服務型制造商主導供應鏈時，不愿運營商長時間使用產(chǎn)品，通常選擇降低產(chǎn)品的可靠性水平倒逼運營商減少產(chǎn)品使用時間，進而達成降低維修費用的目的，以保障自身利潤；運營商主導時，較長的產(chǎn)品使用時間先行選擇，隨著產(chǎn)品使用時間的延長，上升的劣化率使得維修成本持續(xù)增加，服務型制造商利潤受損。故單位零部件成本過高時，服務型制造商主導可以使其得到更多的利潤。單位零部件成本適中時，服務型制造商主導下，無法通過確定合適可靠性水平引導運營商做出決策，此時服務型制造商可能因保守決策無法實現(xiàn)效益最大化。

較高的產(chǎn)品修復率水平側(cè)面表征了較高的產(chǎn)品運行效率，在服務型制造商主導下，他們更傾向于自主投資以提高產(chǎn)品的可靠性，這促使運營商延長產(chǎn)品使用時間，在這種情況下，服務型制造商的利潤和運營商的效用都會增加；若為運營商主導，產(chǎn)品使用周期在短期內(nèi)被預先設定，導致服務型制造商的收益損失。當產(chǎn)品修復率水平較低時，若為服務型制造商主導供應鏈，其通常生產(chǎn)低可靠性產(chǎn)品降低成本、引導運營商縮短產(chǎn)品使用時間；若為運營商主導，由于長周期的產(chǎn)品使用時間被先行確定，服務型制造商因無法滿足運營商時間需求而收益受損。當產(chǎn)品修復率水平適中時，相比于服務型制造商主導自身的保守決策，運營商主導可以獲利更多。

（3）不同主導權(quán)力下運營商效用對比分析

對比兩種情形下，單位零部件成本、產(chǎn)品使用價格、產(chǎn)品修復率水平對運營商效用的影響，得到命題2。

命題2 存在閾值

當 時，π_o^c*gt;π_o^D* ;當 時， II_o^C*o^D* 。

由命題2和前文推論可知，當單位零部件成本較低、產(chǎn)品使用價格和產(chǎn)品修復率水平較高時，服務型制造商主導下，運營商效用更大；當單位零部件成本較高、產(chǎn)品使用價格和產(chǎn)品修復率水平較低時，運營商主導下自身效用更大，如圖5所示。

當單位零部件成本較低時，若服務型制造商主導供應鏈，其愿意主動提高產(chǎn)品的可靠性水平引導運營商延長使用產(chǎn)品時間，運營商和服務型制造商效益均增加；此時若運營商主導供應鏈，故障耗費的零部件成本對維修成本的影響較小，服務型制造商缺乏生產(chǎn)高可靠性水平產(chǎn)品的動機，產(chǎn)品效益降低，運營商效用降低。當單位零部件成本較高時，維修成本占比增大，而若運營商主導供應鏈，運營商先確定較長的產(chǎn)品使用時間，使得服務型制造商不得不生產(chǎn)高可靠性水平的產(chǎn)品，運營商效用增加。

當產(chǎn)品修復率水平較高時，若此時服務型制造商主導供應鏈，產(chǎn)品可靠性較高，運營商愿意延長產(chǎn)品使用時間；若運營商主導供應鏈，高修復率水平反而刺激服務型制造商降低產(chǎn)品可靠性，促使運營商縮短產(chǎn)品使用時間，這對服務型制造商和運營商都不利。當產(chǎn)品修復率水平較低時，維修成本增加，運營商主導下產(chǎn)品的使用時間先行決定，其產(chǎn)品可靠性較服務型制造商主導更高，運營商效用增加，故產(chǎn)品修復率水平較低時，運營商主導對其更為有利。

綜上，在服務型制造供應鏈中，并非占據(jù)主導地位的供應鏈成員總是獲得更大利益，這與以往研究中學者指出占據(jù)主導地位的供應鏈成員可贏得更高利益[38]的結(jié)論是相異的。因此，服務型制造商在決策是否放棄選擇占據(jù)主導結(jié)構(gòu)時應綜合考慮單位零部件成本、產(chǎn)品使用價格和產(chǎn)品修復率水平等因素。值得注意的是，當產(chǎn)品使用價格和零部件修復率水平過低時，服務型制造商可能會選擇放棄主導權(quán)；在服務型制造商主導下，單位零部件成本、產(chǎn)品使用價格和產(chǎn)品修復率水平參數(shù)對服務型制造商利潤與運營商效用的影響趨勢一致，而在運營商主導供應鏈時，趨勢可能有所不同，因為運營商的先行決策會使服務型制造商被動適應。

4結(jié)論與啟示

本文主要研究結(jié)論如下：（1）當考慮可維修特性與產(chǎn)品可靠性的關(guān)系時，如果可維修性水平較高，服務型制造商主導供應鏈可以通過提升產(chǎn)品可靠性水平來增加服務型制造商和運營商的收益。而供應鏈由運營商主導時則相反。（2）當考慮服務型制造商利潤時，在單位零部件成本、產(chǎn)品使用價格、產(chǎn)品修復率水平較低或者較高時，服務型制造商選擇自身主導獲利大；而在其他情形下，選擇運營商主導模式獲利大。（3）當考慮運營商效用時，在單位零部件成本較高、產(chǎn)品使用價格和產(chǎn)品修復率水平較低時，運營商主導供應鏈可獲得更高的效益，而在其他情形下，服務型制造商主導供應鏈，運營商可獲得更高的收益。

本文的研究結(jié)論對服務型制造供應鏈下的產(chǎn)品可靠性決策優(yōu)化有一定的管理啟示：一方面，在服務型制造供應鏈中，主導供應鏈一方不一定能獲得更高的收益，主導供應鏈是否對服務型制造商有利主要取決于市場環(huán)境下的維修特性和成本結(jié)構(gòu)。服務型制造商在提供產(chǎn)品使用服務時應考慮產(chǎn)品可靠性和維護成本的平衡，在面對可維修性較低的產(chǎn)品時，可以通過提升維護能力，減少長期運營風險。另一方面，服務型制造商與運營商應建立更緊密的合作機制，在產(chǎn)品設計階段充分考慮運營商的需求以及產(chǎn)品維修特性優(yōu)化可靠性設計，實現(xiàn)雙方共贏。因此，實踐中的管理者應通過完善技術(shù)創(chuàng)新體系、建設智慧運維服務合作機制的方式提高服務型制造企業(yè)的產(chǎn)品可靠性決策水平，以降低非優(yōu)勢主導地位結(jié)構(gòu)帶來的不利影響，保障服務型制造企業(yè)的平穩(wěn)運行。

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Abstract：With thedevelopmentof next-generation information technologyandthe transformationandupradingof China’s manufacturing industry，some operators have gained higher supply chain dominance than manufacturers due to their closer proximity to consumer groups.Thisshift hasalteredthe decision-making eficiencyand mechanisms of key aspectsof the service-oriented manufacturing lifecycle，driven by diferences in the positions of supply chain members. In this context，the diferences indominance within the service-oriented manufacturing supply chainand component repairabilitydetermine the maintenance strategieschosen byservice-oriented manufacturers，which in turn influence their decisions regarding product reliability.

Giventhis，how do enterprises decideon productreliabilitylevel under the service-oriented manufacturer-led model versus the operator-ledmodel within service-orientedmanufacturing supply chains？Aditionaly，under these two diffrent dominance models，considering factors such as repair characteristics，when do both partiesachieve greater profits？This paper willexplore these questions.First，the studyutilizes the Stackelberg game model todiscuss the supply chain decision-making problems under the service-oriented manufacturer-led and operator-led models，obtaining equilibrium decisions.Second，itcomparesand analyzes the impactof three parameters—unit component cost，product usage price，and component repair rate $$ on product reliability level，optimal profit for service-oriented manufacturers， andoptimal benefits foroperators under the two scenarios.Third，theoretical modelsareValidatedandanalyzed through case studies.

Theconclusions of this study provide valuablemanagerialinsights forproductreliabilitydecisions ofservice-oriented manufacturers considering component repairability under diferent dominant power structures．On theone hand，ina service-oriented manufacturing supply chain，operator dominance does not necessrily achieve higher profits.Whether taking the leadershipole benefits theservice-oriented manufacturerlargelydependsontherepair characteristicsand cost structurein the market environment.When providing product usage services，service-oriented manufacturers should balance product reliabilityand maintenance costs．In cases where product maintainability is low，theycanenhance maintenance capabilities to mitigate long-termoperational risks.On the other hand，service-oriented manufacturers and operatorsshould establish closer colaboration mechanisms.During the product design phase，manufacturers should fully consider the needs of operatorsand optimizereliability designby incorporating product maintenance characteristics to achieve mutual benefits.Therefore，managers in practice should improve thetechnologicalinovation systemand develop an intelligent operation and maintenance service cooperation mechanism to enhance product reliabilitydecision-making in service-oriented manufacturing enterprises．Thisapproachhelpsmitigate thenegative impactof suboptimal leadership structures and ensures the stable operation of service-oriented manufacturing enterprises.

Key words：service-oriented manufacturing；product reliability level;component repairability；dominant power