应用RFID技术的供应链收入共享契约研究

2018-05-04 11:53:50王俊艳张鑫磊张苗苗
天津科技大学学报 2018年2期
关键词:残值缺货零售商

王俊艳,张鑫磊,张苗苗

(天津科技大学包装与印刷工程学院,天津 300222)

供应链管理是对供应商、制造商、分销商、顾客等组成的网络中的物流、信息流、资金流进行管理的过程.供应链的各个参与者均有不同的经济目标,一般情况下,企业会根据自身的经济目标制定生产(销售)策略,以降低整个供应链系统绩效.因此,制定合理有效的供应链契约显得尤为重要.所谓供应链契约是指通过提供合适的信息和激励措施,保证买卖双方协调,优化销售渠道绩效的有关条款,即使供应链不能达到最好的协调,也可能存在帕累托最优解,以保证每一方的利益至少不比原来差[1].

Pasternack[2]最早提出供应链契约理论,他主要研究单个供应商、单个零售商、一种商品的市场情况,研究结论是:商品的转移支付价格与市场需求不相关,制造商不需要根据需求制定契约,而是需要通过新增利润保证零售商有效合作;制造商可以回收零售商销售剩余部分商品,从而实现供应链系统协调.在此基础上,越来越多的学者开始关注和研究各种形式的供应链契约.Tsay等[3]认为制定供应链契约主要是为了实现提高供应链系统的总利益,在分散协调机制下供应链的总利益与集中管理机制下的总利益相近,激励供应链各个参与者共同承担风险.

收入共享最早出现在音像租赁行业,之后便引起学者的广泛关注.Cachon等[4]和Lariviere等[5]提出收入共享契约基础研究框架,并探讨了该契约的使用范围,也证明应用收入共享契约机制可以取得更好的经济效果.Cachon等[4]用详细的统计数据对收入共享契约在提高影碟租赁行业的收益方面进行了实证研究,录像带租赁公司应用收入共享契约后,销售额比原来增加了75%,,同时市场占有率也上升了7%,.

物联网被称为是在计算机、互联网之后当代信息产业革命的第3次浪潮,已经上升为我国的国家发展战略,成为今后长时间的产业任务.在物联网中,射频识别(radio frequency identification,RFID)是实现物联网的关键技术.由于供应链中库存信息不准确问题广泛存在,严重影响了供应链系统的效益.RFID技术具有突出的自动读取和货物追踪能力、精确敏锐的数据捕捉能力,可以有效避免库存商品数量不准确或者错位,进而降低供应链库存管理成本.供应链系统应用 RFID技术,可以提高库存准确性、减少商品丢失、改进分销中心和零售商店的补货策略[6];可以处理供应链中库存商品错放、库存消耗等供应链管理问题[7];能够解决交易错误类问题[8];可以节省 17%,的人工成本[9],库存能够减少 10%,~30%,[10];范体军等[11]针对单供应商和单零售商的两级供应链,考虑提前期变化对供应链及其成员收益的影响,研究了应用 RFID技术前后分散式供应链和集中式供应链的收益情况,并探讨了契约参数的变化对供应链协调的影响.

现有研究对应用 RFID技术的供应链契约研究并不多,已有文献主要是研究投入RFID技术给供应链系统带来的益处,较少针对某种供应链契约具体研究投入RFID是否合理,能够为供应链系统带来多少利润增量.张晓仪[12]、周莹莹[13]、安佳琪[14]在研究应用 RFID技术的解决库存不准确问题时建立了两级供应链模型,模型中RFID技术投入成本由制造商和零售商共同承担,但是此模型与实际问题并不吻合,实际运作中RFID技术投入一般为制造商承担.结合现有研究成果,考虑实际供应链系统运作情况,本文建立了收入共享机制下更贴近实际运作的系统模型,通过数理分析方法研究了收入共享契约机制下未应用和应用RFID技术供应链能否实现系统协调,能否提高供应链利润,投资引入物流信息技术给供应链参与者带来的影响等问题.

1 问题描述与假设

由单一制造商、单一零售商构成的二级供应链中,每个销售季度初,供应链所面对的需求是随机的,制造商生产的商品仅仅可以卖给此零售商,零售商制定最佳订货数量,在单个销售季度中,零售商仅有一次订货机会,在销售季度内若发生缺货情况,该供应链系统将产生缺货成本;在销售季度内若发生商品剩余情况,剩余商品会产生残值,由于 RFID可以重复利用,单位商品 RFID也会随之产生残值.在收入共享契约机制下,制造商会分得零售商部分比例的销售收入,由于零售商考虑自身经济利益,在与制造商共同分享收入,则应用RFID技术的投入成本由制造商全部承担.本文作以下假设:在一个周期内,市场对商品的需求是随机变量分别为需求的累计分布函数和概率密度函数,函数是连续增函数且可微的.零售商单位产品收入共享率是决策变量.假设每个周期内已知随机需求的概率分布且具有一般性,由于产品不同时其需求满足不同的分布形式,所以此处没有给出具体分布函数.在某些特定的情形时,可以由历史记录或者其他措施估计.

2 模型建立与分析

在收入共享契约下,制造商和零售商共享销售收入,零售商按比例分得销售收入;单季度内商品的最终销售率定义为供应链出货率.文中所用变量符号的含义见表1.

表1 变量符号的含义Tab. 1 Meaning of variable symbols

命题 1 收入共享契约下,未应用 RFID的供应链可以实现供应链协调,供应链系统的最优订货量为

证明:

(1)建立模型

对于传统供应链而言,供应链系统的总期望利润由商品期望销售收入、剩余商品残值、去除制造商生产成本、缺货惩罚成本.

为保证研究问题的合理化,显而易见商品单价与单位商品缺货惩罚成本之和应大于单位剩余商品残值,由此可知,供应链利润函数二级导数小于0,即供应链利润函数πTP是关于的qTP凹函数,存在最优订货批量.

令函数πTP关于qTP的一阶导数为 0,可以求得传统供应链系统最优订货批量为

基于收入共享契约,传统供应链的零售商的期望利润为与制造商共享的商品销售收入、剩余库存商品残值、去除缺货惩罚成本、付给制造商的商品进价.

因为零售商利润函数二级导数小于 0,即零售商利润函数πTPR是关于qTP的凹函数,零售商存在最优订货批量令一阶导数为0,即

基于收入共享契约,传统供应链的制造商的期望利润为零售支付的商品进价、除去缺货惩罚成本、商品的生产成本.(2)分析模型

当零售商的最优订货批量与供应链系统的最优订货批量相同时,即可证明命题1传统供应链应用收入共享契约可以实现供应链系统协调.

结论 1对于制造商而言,当接受零售商支付商品的价格wRF>c时,制造商可以实现自身盈利,而当接受零售商支付商品的价格wRF<c时,制造商可以与零售商共享销售收入,且共享销售比例不能低于,制造商即可以实现自身盈利的经济目标.综上,收入共享契约下,可以实现整个供应链系统协调.

命题 2 应用 RFID供应链收入共享契约可以实现供应链协调,供应链系统的最优订货量为

证明:

(1)建立模型

基于 RFID技术的供应链系统期望利润为商品期望销售收入、制造商的生产成本、RFID技术成本、缺货惩罚成本、剩余商品和RFID的残值:

为保证研究问题的合理化,显而易见商品单价 p与单位商品缺货惩罚成本 k之和应大于单位剩余商品残值与单位剩余商品 RFID残值之和,由此可知,供应链利润函数二级导数小于 0,即供应链利润函数是关于qRFP的凹函数,存在最优订货批量.

使函数πRFP关于qRFP的一阶导数为 0,求得应用RFID技术供应链系统最优订货批量为

基于收入共享契约,应用RFID供应链的零售商的期望利润为与制造商共享的商品销售收入、剩余库存商品残值、剩余商品 RFID残值、去除缺货惩罚成本、付给制造商的商品进价.

为保证研究问题的合理化,显而易见αRp与零售商支付单位商品缺货惩罚成本kR之和应大于单位剩余商品残值与单位剩余商品RFID残值之和,由此可知,供应链利润函数二级导数小于 0,即零售商利润函数是关于qRFP的凹函数,零售商存在最优订货批量.

令一阶导数为0,即

制造商的利润为零售支付的商品进价、与零售商共享的商品销售收入,除去缺货惩罚成本、商品的生产成本、RFID技术投入成本.

(2)分析模型

当零售商的最优订货批量与供应链系统的最优订货批量相同时,即可证明命题1应用RFID供应链收入共享契约可以实现供应链协调.

命题 3 (1)收入共享比例不会影响供应链系统的最优订货量.(2)零售商的利润与收入共享比例正相关,制造商的利润与收入共享比例负相关.(3)能够使得供应链系统协调的收入共享率为

证明:

(1)由前文分析证明可知,基于收入共享契约,应用RFID技术的供应链系统最优订货量为

由上式可以得出供应链系统最优订货量与收入共享比例αR不相关.

(2)基于收入共享契约,应用 RFID供应链的零售商的期望利润

由式(19)和式(20)可以得出零售商的期望利润与收入共享比例正相关,制造商的利润与收入共享比例负相关.

(3)当供应链系统的最优订货量和零售商的最优订货量相同时,制造商此时制定的商品进价应满足式(18),即进一步推导可得

综上,能够使得供应链系统协调的收入共享率为

命题 4 基于收入共享契约,应用 RFID 技术供应链利润大于传统供应链利润.

证明:

由式(1)和式(13)得

3 算例分析

假设某两级供应链仅由制造商和零售商构成,单位商品生产成本c=4,单位商品的RFID技术投入成本为cRF=2,零售商的单位产品售价p=10,制造商的单位缺货损失为kM=1,零售商的单位商品缺货损失为kR=1,单位剩余商品的残值为v=2,单位剩余商品的 RFID残值为vRF=1,未引入物流信息技术供应链有效库存率为θ=0.8,应用 RFID技术供应链的有效库存率为θ=0.85,供应链的需求服从[0,a]的均匀分布,其中,制造商从零售商分得的收入共享比例为α,基于前文研究结论,未使用物流信息技术供应链的最大订货量为

应用RFID技术供应链的最大订货量为

应用 Matlab软件仿真,得出未应用物流信息技术供应链和应用 RFID技术的供应链的收入共享率-最大利润的分析图,如图1和图2所示.

图1 未应用RFID技术供应链的收入共享率-最大利润Fig. 1 Revenue sharing ratio-maximum profit of supply chain without RFID technology

图2 应用RFID技术供应链的收入共享率-最大利润Fig. 2 Revenue sharing ratio-maximum profit of supply chain based on RFID technology

由图 1、图 2可以看出,制造商的收入共享比例越高,制造商获得的利润越高.由图 3可以看出,收入共享契约机制下,应用RFID技术的供应链的总利润明显高于未应用物流信息技术供应链的总利润,即此算例适合投入 RFID技术.由图 4可以看出,相同收入共享比例下,应用RFID技术供应链系统中零售商的利润比未应用物流信息技术供应链系统的利润大,投入 RFID技术有效的提高了零售商的利润.应用 RFID技术供应链系统中制造商的利润比未应用物流信息技术供应链系统的利润小,随着收入比例的增加两种系统的制造商利润逐步接近,所以应该提高制造商的收入共享比例.对于未应用 RFID的供应链,当制造商从零售商处分得的利润共享率低于0.368时,制造商所获利润少于成本,难以实现自身盈利,即会出现图 1利润为负值的情况;对于应用RFID技术的供应链,当制造商从零售商处分得的利润共享率低于 0.319时,制造商所获利润少于成本,难以实现自身盈利,即会出现图2中制造商的利润为负值的情况.

图3 收入共享契约机制下,两类供应链的利润比较Fig. 3 Comparison of profit sharing of two types of supply chains under revenue sharing contract

图4 两类供应链的制造商和零售商利润比较Fig. 4 Comparison of manufacturer and retailer profit in two types of supply chains

4 结 语

本文研究由一个制造商和一个零售商组成的两级供应链系统,通过数理推导和算例分析得出收入共享契约下,未应用 RFID技术的供应链和应用 RFID技术供应链收入共享契约在一定条件下可以实现供应链协调结论,并推导出最优订货量及使供应链系统协调的收入共享率.收入共享契约机制下,应用RFID技术可以明显提高供应链系统的总利润.零售商的利润与收入共享比例正相关,制造商的利润与收入共享比例负相关,收入共享比例不会影响供应链系统的最优订货量.实际生活中,供应链系统由多个节点构成,今后还需进一步研究多个供应链参与者组成多级供应链协调问题.

参考文献:

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[13] 周莹莹. RFID环境下考虑销售努力及组合契约的供应链研究[D]. 北京:北京邮电大学,2014.

[14] 安佳琪. 基于 RFID 技术的两阶段报童模型的供应链协调机制研究[D]. 北京:北京邮电大学,2015.

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