不同权力结构下TPL服务增值的供应链决策与效率评价

冯 颖，张炎治

(中国矿业大学管理学院，江苏 徐州 221116)

1 引言

企业在供应链中的经济权力是指依靠其所掌控的资源和自身竞争优势形成的对其他成员的辐射力和控制力，而供应链中所有成员经济权力的对比就构成了供应链的权力结构。传统上，供应链上游的供应商/生产商，往往在产品研发、品牌管理及价格制定方面具备独特的竞争优势，故长期以来，在众多产品的供应链中，如苹果、本田等实力强大的供应商或生产商均扮演着主导者的角色。近年来，随着第三方物流行业的迅速发展，第三方物流服务商(以下简称TPL)在运作规模、集成服务、信息获取等方面的竞争优势日益凸显，这推动了供应链相关经济力量的根本性变革。如UPS全球物流服务公司为世界吉他制造业巨人Fender提供配送业务、海陆进货及质量检验等综合性物流服务，COSCO(中远物流)创造性地为海信设计了定制化的综合物流解决方案，并将自身的物流优化系统与海信SAP系统进行集成，双方形成了互不可缺的战略合作关系。随着合作的深入，这些大型TPL逐渐由过去的辅助成员转变为供应链上新生的主导力量，其服务水平和运作能力等均影响着上下游成员的决策行为。依据上述现实背景，本文拟基于两种不同的权力结构，分别研究供应商和TPL主导下的三级供应链决策与效率评价问题，旨在通过比较两种权力结构，探讨TPL主导模式对于供应链上下游成员的决策和运作效率的影响，并寻求改善TPL参与的三级供应链系统运作效率的有效途径。

目前，关于TPL参与的供应链上下游成员之间的利益协调方面的研究工作已有不少，根据TPL承担的物流服务职能不同，可将此类文献划分为基础物流服务和增值物流服务两大类。基础物流服务是指运输、储存、装卸、包装等常规性的物流服务，该服务不会影响产品品质或市场需求，其中，现有文献对于TPL承担运输职能的研究居多，如文献[1-4]均将TPL的运输价格作为内生变量，研究了不同结构下的供应链决策、协调及运作效率评价等问题。增值物流服务将物流作为一个增值过程，通过提供各种延伸业务活动来满足客户企业的特殊或非常规需求。梳理相关研究成果，物流服务的价值增值可体现为三种方式：一是服务质量增值(尤建新和劳水琴[5]，秦星红等[6])，即通过改善物流服务质量来降低货损货差；二是运输时间增值(汪翼等[7]，Cai Xiaoqiang等[8])，即通过控制运输时间来改善产品到达终端市场的品质；三是服务水平增值，即通过提高物流服务水平或努力水平来增加市场需求。王勇和李莉英[9]针对由TPL和客户企业构成的外包物流渠道，假定市场需求同时受销售价格和物流服务水平的影响，证明了收益共享和努力成本共担合同可同时协调TPL和客户企业的决策。Jiang Lin等[10]将此类问题扩展到TPL参与的三级供应链系统，比较分析了单生产商和两生产商两种结构下的物流服务成本分担机制。还有部分文献针对一些特殊产品展开研究，如吴庆等[11]则针对低值易逝品，研究了TPL的物流服务水平影响产品数量和质量损耗情形下的物流外包渠道优化与协调问题，设计了收入共享和努力成本共担合同。Wu Qing等[12]在文献[11]的基础上，进一步研究了不同权力结构下鲜活产品供应链系统的决策及协调问题。冯颖等[13]假定需求为确定量，考虑TPL物流服务水平影响生鲜农产品新鲜度，进而影响市场需求的情形，引入收入共享、物流服务成本共担以及服务数量折扣契约实现了三级供应链系统的协调。总结上述文献，可以发现已有文献：①以客户企业和TPL构成的两级系统为主，少数三级系统研究的均是需求为确定量的简单情形；②大部分研究的是TPL为博弈跟随者的情形，鲜有文献探讨TPL的主导模式对于供应链决策的影响。

供应链中各成员之间的权力结构变化，对于供应链成员的决策行为及系统的运作效率有着显著影响。在传统的两级供应链中，系统可能呈现三种不同的权力结构，即制造商主导的Stackelberg博弈、零售商主导的Stackelberg博弈以及制造商和零售商地位均等的Nash博弈。近年来对于此类问题的研究主要侧重于以下三个方面：一是考虑多制造商、多零售商等更为复杂的供应链结构，如Chio[14]、潘可文[15]；二是引入电子商务渠道，研究权利结构变化对于双渠道供应链的影响，如赵金实等[16]、姚树俊和陈菊红[17]；三是研究闭环供应链，如公彦德[18]、Wang Wenbin等[19]、Gao Juhong等[20]。此外，还有部分文献零散的考虑了信息不对称[21]，成员风险态度[22]，消费者需求差异[23]等要素。王利等[24]、Huang Yun和Huang[25]将此类问题扩展至由制造商(供应商)、批发商(生产商)和零售商构成的三级供应链，分别研究了供应链成员的利润分配和价格协调问题。此时，由于系统成员数目的增加及考虑成员之间形成局部联盟等情形，系统权力结构变得更加复杂多样。公彦德和达庆利[26]进一步考虑TPL的参与，基于制造商主导和销售商主导两类主导模式、物流外包和物流自营两类物流模式，给出了四种组合下主导企业和从属企业的物流策略并分析了不同组合下的供应链稳定性。尽管公彦德和达庆利[26]已涉及到TPL，但并未改变其在供应链中作为跟随者的角色。Wu Qing等[12]重新定位TPL，在物流服务质量和价格影响市场产品可售数量和质量的情形下，研究并发现了TPL主导、外包方主导以及地位均衡等不同权利结构对于契约设计、成员决策及渠道效率均有显著影响。公彦德和李邦义[2]在此基础上增加制造商，在物流费用由制造商和零售商共担情形下，分析了制造商主导和TPL主导的三级供应链的定价和企业利润，发现TPL主导的供应链效率高于制造商主导的情形并给出了两类模式下制造商和零售商的外包策略。本文研究的系统结构类似于公彦德和李邦义[2]，但与公彦德和李邦义[2]存在明显不同，本文将考虑市场需求为随机变量、TPL服务增值的情形，这使得问题更加切合实际。

TPL经济权力变化如何影响供应链上下游成员决策及运作效率是一类富有研究意义的理论问题，本文将基于不同权利结构，分别研究TPL服务增值情形下供应商和TPL主导的三级供应链决策与效率评价问题，具体创新点在于：①在传统供应链中，引入TPL并考虑其物流增值；②考虑TPL经济权力变化，比较分析不同权利结构(供应商和TPL主导)下供应链成员的决策及运作效率；③从TPL利润结构出发，引入物流服务费用和物流服务成本分担策略，得到改进系统运作效率的有效途径。

2 问题描述

针对由供应商、TPL和零售商组成的三级供应链系统(如图1所示)，基于不同的权力结构，分别在供应商和TPL主导情形下研究其在一个生产销售周期内的供应链决策及效率评价问题。该系统中，供应商负责以单位成本cs生产产品，并以单位批发价格ps将产品销售给下游的零售商。零售商负责从供应商处订购产品，并以单位零售价格pr将产品销售给终端消费者，其付出的单位销售成本为cr，销售季节末的剩余产品的单位残值为v；零售商处的基本市场需求D为随机变量，其概率分布F(x)和概率密度f(x)在[0,+∞)上均连续可微。TPL负责提供物流服务，以单位产品物流服务费用pl将产品由供应商运送至零售商处，相应付出的单位可变服务成本为cl；TPL提供增值物流服务，具体表现为物流服务水平e(e∈[1,+∞))可控且会影响零售商的实际市场需求，其中，e=1表示物流服务水平的行业标准，即TPL受物流行业标准规范约束下所维持的最低物流服务水平；假设零售商的市场需求与TPL的物流服务水平正相关，则零售商的实际市场需求一般可表示为D+ξ(e)或D·ξ(e)，为简化运算且不失一般性，本文假设零售商实际市场需求为eD；TPL维持物流服务水平e，所付出的相应固定物流服务成本为k(e)(以下简称物流服务成本)，且满足k′(e)>0，k″(e)>0，即物流服务成本及其边际成本均随服务水平增加而增加。

图1 TPL参与的三级供应链系统运作模型

结合图1，供应商主导情形下，供应链系统在一个生产销售周期内的事件发生次序如图2所示。TPL主导情形下，其事件发生次序仅步骤1～2顺序相反，其余步骤3～7均与供应商主导相同。两种主导模式下供应商、TPL和零售商的决策变量分别为ps、e和q。

图2 TPL参与的三级供应链系统事件发生次序图

假设1.基础市场需求D具有递增的广义失败率(IGFR)特性。

假设2.物流服务水平e可被观测和度量。

假设3.ps>cs,pl>cl,pr>ps+pl+cr。

假设4.cs+cl+cr>v>0。

假设5. 物流服务成本是关于物流服务水平的二次函数，表达式如下：

k(e)=μe2/2,μ>0。

对于假设1，常用的大多数需求分布均具有IGFR的特性，如：均匀分布、正态分布、指数分布、韦伯分布、伽马分布等。这一性质在供应链的定价和合同问题中得到了广泛的应用；假设3用于确保供应商、TPL服务商和零售商均有利可图，从而自愿参与供应链运作；假设4确保供应商不会因产品剩余价值大于成本而进行无限生产；假设5中的物流服务成本k(e)是指TPL用于改善产品保鲜、冷藏等相关的物流技术以及提高物流服务的及时性、可靠性等所额外支付的成本，这种成本与TPL所需维持的物流服务水平有关而与市场需求量Q无关。

3 集中决策模型

集中决策模式下，供应链系统实质上是一个理想化的“超组织”，系统内所有成员均按照系统总的期望利润最大化的思路进行联合决策。令π表示供应链系统总的期望利润，则：

π(q,e)=prEmin(q,eD)+v[q-Emin(q,eD)]-cq-k(e)

(1)

其中，c=cs+cl+cr，表示供应链中单位产品产运销所付出的总成本。

(2)

(3)

4 两种权力结构下的序贯非合作博弈模型

权力结构的变化往往会对供应链成员决策及系统效率有显著的影响。以下将基于供应链三方成员之间的序贯非合作博弈，分别探讨供应商和TPL主导两种权力结构下，供应链系统的决策及运作效率。结合第二节的问题描述，容易得到供应商、TPL和零售商的期望利润函数分别为：

πs(ps)=(ps-cs)q

(4)

πl(e)=(pl-cl)q-k(e)

(5)

πr(q)=prEmin(q,eD)+v[q-Emin(q,eD)]-(ps+pl+cr)q

(6)

4.1 供应商主导下的序贯非合作博弈模型(SD)

SD情形下，供应商为主导者，TPL为次主导者，零售商为跟随者，三者各自追求自身利润最大化。三方之间的博弈过程为：首先，供应商确定最优的批发价格；随后，TPL选择合适的物流服务水平；最后，零售商判断TPL的物流服务水平是否在可接受的范围内以及供应商的批发价格是否合理。若接受，三方达成协议；若拒绝，则博弈结束。此情形下的博弈模型，可描述为：

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

此时，式(8)得证。由式(11)知，eSD是qSD的函数，故可表示为eSD(qSD)，由于qSD和eSD存在一对一的映射关系，故其逆函数为qSD(e)，即存在唯一的订购量使得物流服务水平为eSD；再将此逆函数代入式(10)，由于ps和qSD(e)/e也是一对一的映射关系，故ps也可表示为e的函数，即ps(e)；将qSD(e)和ps(e)均代入式(4)，并对πs求其关于e一阶偏导数，可得：

(12)

4.2 TPL主导下的序贯非合作博弈模型(LD)

LD情形下，TPL为主导者，供应商为次主导者，零售商为跟随者，三者各自追求自身利润最大化。三方之间的博弈过程同模型(SD)相似，仅前两步与之相反，即TPL首先决策最优的物流服务水平，然后，供应商根据TPL的决策信息，进一步决策自身的批发价格。此情形下的博弈模型，可描述为：

(13)

(14)

(15)

证明：采用逆向归纳法求解模型(LD)，求解过程同命题2。证明过程略。

4.3 两种权力结构及集中决策的比较

根据第3节的集中决策，以及4.1节和4.2节中两种不同权力结构下得到的供应链最优解及博弈均衡解，进一步分析比较三个系统中各成员决策及期望利润的大小，可得到命题4和命题5。

命题4说明，LD情形下，订购量与物流服务水平的比值小于SD的情形，SD情形下二者的比值又小于集中决策的情形，这是由于序贯非合作博弈模式下，物流服务成本由TPL承担，而市场需求风险则由零售商承担，从而扭曲了订购量和物流服务水平，使得供应链系统产生“双重边际效应”。进一步，LD情形下的物流服务水平和订购量均低于SD情形下相应的取值，而批发价格则高于SD的情形。这是符合实际的，因为LD情形下，TPL处于主导地位，在缺少外部激励的情形下，TPL将倾向于维持相对更低的物流服务水平，以最大化自身利润。此外，我们无法进一步判断，LD情形、SD情形下物流服务水平、订购量与集中决策下相应最优解的大小。比较式(3)、式(8)和式(14)，可发现当(pl-cl)MSD<(pr-v)Λ(M*)时，eLD

证明：比较式(7)和式(10)，以及式(8)和式(14)，可发现这两对表达式形式相同。SD情形下，将式(7)和式(8)代入式(4)，LD情形下将式(13)和式(14)代入式(4)，则可将供应商的期望利润函数统一表示为：

(16)

再将上述两组表达式代入式(5)可得：

(17)

同样，将两组表达式代入式(6)可得：

(18)

命题5说明，LD情形下，供应商、TPL和零售商的期望利润均低于SD情形，故LD情形下系统总的期望利润也低于SD情形，LD情形下系统运作效率较之SD情形会无条件下降。此外，在LD情形下，TPL的期望利润也并非与预期相一致，即由于其主导地位的变化而获得增加，其内在原因在于，TPL参与的供应链中，传统供应链自下而上的转移支付关系发生了变化，如本文中TPL和供应商之间并无直接的转移支付关系。这导致TPL主导情形下，TPL的决策对供应商决策的影响弱化了，进而造成供应商会以损耗TPL和零售商利益为代价，通过操控批发价格来实现自身利润最大化，从而抑制了TPL利润的增加。总之，LD情形下的三方博弈会系统运作效率变得更低，这同时也增加了TPL主导下供应链系统协调的难度。由于协调问题并非下文的工作内容，故关于协调的问题不再详述。下文旨在从TPL的利润函数结构出发，分析物流服务费用和物流服务成本分担策略对于供应链系统绩效的影响，从而探索两种权力结构下，提高系统运作效率的有效途径。

5 物流服务费用和成本分摊策略对供应链绩效的影响

本文第4节中探讨的博弈模型，均是以零售商独自承担物流服务费用且TPL独自承担物流服务成本为前提条件的。以下，对上述问题做进一步扩展，分别研究物流服务费用和成本分摊策略对两种不同权力结构下供应链绩效的影响。

5.1 物流服务费用分摊策略对两种权力结构下供应链绩效的影响

物流服务费用分摊策略即由供应商和零售商共同承担TPL的物流服务费用，共同对TPL进行部分转移支付。假设供应商承担的比例为α，零售商承担的费用比例为1-α，保持式(5)不变，重写式(4)和式(6)，可得：

πs(ps)=(ps-αpl-cs)q

(19)

πr(q)=prEmin(q,eD)+v[q-Emin(q,eD)]-(ps+(1-α)pl+cr)q

(20)

命题6说明，由于在SDF和LDF情形下，订购量和物流服务水平与SD和LD情形下分别相等，即两种权力结构下，系统决策变量保持不变，故物流服务费用分摊策略对于SDF和LDF的情形下的供应链效率均没有影响。从而，在两种权力结构下，物流服务费用分摊策略均是失效的，此策略无法改进系统运作效率。物流服务费用分摊策略的失效实质上反映了供应商的批发价格契约与物流服务费用分摊契约二者不具备相容性，但复杂的三方博弈致使这种不相容性具有一定的隐蔽性。其内在原因在于，供应商可以通过提高批发价格来最大化自身利润，当SDF和LDF下的批发价格分别等于SD和LD下的批发价格加上供应商分摊的单位物流服务费用时，就完全抵消了物流服务费用分摊对其自身利润的影响。

5.2 物流服务成本分摊策略对两种权力结构下供应链绩效的影响

本文考虑的物流服务成本分摊策略是由TPL和零售商共同分担TPL的物流服务成本。假设零售商承担的比例为β，TPL承担的比例为1-β，保持式(4)不变，重写式(5)和式(6)，可得：

πl(e)=(pl-cl)q-(1-β)k(e)

(21)

πr(q)=prEmin(q,eD)+v[q-Emin(q,eD)]-(ps+pl+cr)q-βk(e)

(22)

证明：证明过程同命题7(略)。

命题7和8说明，当物流服务成本分摊系数满足特定条件即SD/LD模型博弈均衡状态下TPL的期望利润在系统总利润中所占的比例小于1-β时，物流服务成本分摊策略能够提高SDC/LDC情形下供应链系统的效率；在两种权力结构下，当TPL的期望利润在零售商利润中所占的比例小于1-β时，可进一步实现系统的帕累托改进。通过调节契约参数β，可实现利润在供应商、TPL和零售商之间的分配。当β取一定值时，系统效率达到最大，此定值仅取决于SD/LD情形下系统总的期望利润和TPL的期望利润。综上，供应链两方成员之间的成本分摊策略，实质上可影响三方成员的决策。

6 数值算例

将上述参数分别代入集中决策模型和两种权力结构下的序贯非合作博弈模型(SD和LD)中，可得到表1。

表1 集中决策模式和序贯非合作博弈模式下的运算结果

由表1知，SD和LD模型中的最优的订购量、物流服务水平以及二者的比值均低于集中决策的情形，系统总的期望利润较之集中决策的情形大幅度减少。比较SD和LD两种权力结构下的结果，可发现LD情形下最优的订购量、物流服务水平以及二者的比值均小于SD的情形，最优的批发价格则大于SD的情形，LD情形下，供应商、TPL、零售商及系统的期望利润均出现不同程度的减少。这就验证了命题4和5。

由第4.1节知，加入物流服务费用分摊策略，由于在SDF和LDF情形下，订购量和物流服务水平与SD和LD情形下分别相等，故物流服务费用分摊策略对于SDF和LDF的情形下的供应链效率均没有影响。由于除批发价格之外，其他决策变量以及各成员期望利润均与表1相同，故我们不再对SDF和LDF的情形进行算例分析。以下，以SD和LD模型为参照，重点分析加入物流服务成本分摊策略时，物流服务成本分担系数β对于SDC和LDC模型中，各成员的决策、期望利润及系统总的期望利润的影响。

图3给出了SDC和LDC情形下，最优物流服务水平eSDC和eLDC随物流服务成本分摊系数β的变化趋势，参照SD和LD的情形，可发现β=0时，物流服务成本分摊策略不起作用，此时，eSDC=eSD，elDC=eLD；当0<β<1时，eSDC和eLDC均随β增加而单调递增，eSDC>eSD，elDC>eLD。图4给出了SDC和LDC情形下，最优订购量qSDC和qLDC随物流服务成本分摊系数β的变化趋势，β=0时，qSDC=qSD，qlDC=qLD；当0<β<1时，qSDC和qLDC也均随β增加而单调递增，此时，qSDC>qSD，qlDC>qLD。这就验证了命题7和命题8中的结论①。此外，结合图3和图4，可知SDC和LDC情形下，随着β的增加，系统最优的物流服务水平和订购量有可能会大于集中决策下的取值。

图3 SD、LD、SDC和LDC情形下，β变化对最优物流服务水平的影响

图4 SD、LD、SDC和LDC情形下，β变化对最优订购量的影响

图5 SD和SDC情形下，β变化对供应链三方成员最大期望利润的影响

图6 LD和LDC情形下，β变化对供应链三方成员最大期望利润的影响

图7进一步给出了，SD、LD、SDC、LDC和集中决策，5种情形下，系统最大期望利润随β的变化趋势。SD、LD和集中决策下的系统期望利润，仅作为参照，它们不受β影响。根据图7，分散决策的四种情形下，无论β如何变化，系统期望利润均低于集中决策的情形，故引入物流服务成本分摊策略仍然会有利润损失，即无法达到协调。当β=0时，πSDC=πSD，πLDC=πLD。对于SD情形，当0<β<0.83时，系统期望利润缓慢增加，此时，πSDC>πSD，当β=0.83时，系统期望利润达到最大值54456.09；随后，当0.83≤β<1时，系统期望利润急剧减少，当0.91≤β<1时，πSDC≤πSD；综上，当0<β<0.83时，供应链利润有所增加，即供应链运作效率提高。这就验证了命题7中的④和⑤。同样，可分析LD情形，当0<β<0.85时，πLDC>πLD当β=0.85时，系统期望利润达到最大值36305.94；当0.85≤β<1时，系统期望利润急剧减少，当0.92≤β<1，πLDC≤πLD；故系统在0<β<0.85时，运作效率提高。这就验证了命题8中的④和⑤。

图7 SD、LD、SDC和LDC情形下，β变化对系统最大期望利润的影响

7 结语

本文基于两种不同的权力结构，分别研究了TPL和供应商主导下三级供应链中供应链成员的决策行为和系统运作效率。研究表明：SD情形和LD情形下的博弈均衡解均存在且唯一，较之集中决策，两种情形下利润均出现损失，LD情形下零售商的订购量、TPL的物流服务水平及二者比值均小于SD的情形，故LD情形下利润损失更大，运作效率低于SD情形，这造成LD情形下提高供应链绩效以及实现供应链协调的难度更大。进一步在供应商和零售商之间引入物流服务费用分摊策略，发现SDF和LDF情形下，除供应商批发价分别大于SD和LD的情形，其他决策变量和各成员利润保持不变，即供应商通过操控批发价格间接抵消了物流服务费用分摊策略对自身造成的负面影响。随后，在TPL和零售商之间引入物流服务成本分摊策略，SDC和LDC情形下，物流服务水平和订购量分别大于SD和LD的情形，而二者比值以及批发价格则保持不变，供应商和TPL利润获得增加，而零售商则不确定。系统效率是否改进取决于无分摊策略时，各权力结构下TPL期望利润在系统总利润中所占的比例；系统是否实现帕累托改进，取决于无分摊策略时，各权力结构下TPL期望利润在零售商期望利润中所占的比例；零售商的利益和整个系统的运作效率在某些情况下是相悖的。

本文的研究结论为探索TPL主导模式对于供应链成员决策和效率的影响以及寻求改善TPL参与的三级供应链系统运作效率的途径提供了可供参考的理论依据。此外，本文在信息对称，销售价格和物流服务价格外生以及零售商始终为跟随者的情形下，比较分析了供应商主导和TPL主导两种权力结构下供应链的决策和运作效率。若放松这些假设条件，可能会得到一些新的结论，这也是我们下一步要研究的几个问题。