基于模糊合作博弈的我国原油供应链协同利益分配模型研究

袁凯　王宇奇

摘 要：在原油供应链中，利益分配合理与否将直接影响供应链运行效率与稳定性。在对原油供应链利益分配系统分析基础上，根据模糊合作博弈思想，构建以参与率为关键变量的原油供应链利益分配模型;利用遗传算法以及模糊Shapley值对模型进行求解;在利益分配修正过程中，考虑资源投入、成员地位、风险承担、创新能力4个因素，结合层次分析法以及模糊综合评价法进行量化修正。科学合理的协同利益分配方案，可以更好整合和利用有限资源，最大程度保障供应链各成员企业的利益，提升供应链整体绩效水平，同时也为我国炼化企业运营管理提供新思路，降低经营风险以及采购成本。

关 键 词：利益分配;原油供应链;模糊合作博弈

DOI：10.16315/j.stm.2021.06.010

中图分类号： F274;F42622

文献标志码： A

Research on collaborative benefit distribution model of Chinas crude oil supply chain based on fuzzy cooperative Game

YUAN Kai， WANG Yu-qi

（School of Economics and Management， Harbin University of Science and Technology， Harbin 150080， China）

Abstract：In the crude oil supply chain， whether the benefit distribution is reasonable or not will directly affect the operation efficiency and stability of the supply chain. Based on the analysis of the benefit distribution system of crude oil supply chain， according to the idea of fuzzy cooperative game， this paper constructs the benefit distribution model of crude oil supply chain with the participation rate as the key variable， and words out the model by using genetic algorithm and fuzzy Shapley value. Finally， in the process of benefit distribution correction， considering resource investment， membership， risk bearing， the four factors of innovation ability are quantitatively revised by combining analytic hierarchy process and fuzzy comprehensive evaluation method. Scientific and reasonable collaborative benefit distribution scheme can better integrate and make use of limited resources， maximize the interests of each member enterprise of the supply chain， improve the overall performance level of the supply chain， and provide new ideas for the operation and management of Chinas refining and chemical enterprises， so as to reduce business risks and procurement costs.

Keywords：benefit distribution; crude oil supply chain; fuzzy cooperative Game

成员企业加入合作联盟的目的在于获得竞争优势以及更大的发展空间与机遇，使自身利益最大化，并使资源在更大范围内得到有效合理运用。供应链节点企业任何一方“吃独食”的行为都会导致供应链整体收益降低。如何将整个供应链的效益公平、公正、合理地分配给各个成员企业，是供应链管理中的关键问题。

协同合作产生协同收益，供应链整体效益显著提升，各方利益瓜分便成为至关重要的问题。由于个人理性因素的存在，不管企业自身对联盟供应链贡献如何，节点企业本身都希望获得比其他成员更多的收益，实现自身利益最大化，但现实永远不可能存在这种状况。因此，处于不同位置的节点企业管理者应该积极沟通协商，以协同利益分配的原则作为基准，通过签订契约条款的方式，共同制定协同利益分配方案。利益分配方案越是公平，节点企业所产生的不满情绪越少，越容易调动其协调合作积极主动性，在提升效率的同时增强供应链的链上凝聚力与稳定性。

1 文献综述

1.1 原油供应链

国内外对原油供应链研究问题研究相对较少。Neiro等[1]提出一个综合模型，即处理单元模型、储存模型和管理模型，对原油供应链系统运行进行了优化，集中优化油田基础设施、原油供给和炼油企业运营。Carneiro等[2]以风险管控与固定追索权为目的，构建两阶段演绎随机模型，通过风险条件价值为衡量尺度，降低原油供应链运行中不确定风险，为炼化企业提供模型指导。Xie等[3]针对石化企业采购成本问题，提出兼顾订购与交付时间，从而降低成本。赵用明[4]针对原油供应链计划层模型进行优化，并结合生产调度进行迭代集成研究。孙永波等[5]在分析我国原油运输路径的基础上，建立以多级模糊综合评价为核心的指标，并针对性对我国原油运输安全提出建议。邓倩玉[6]通过能力視角研究原油供应链弹性，并解析分为吸收、适应、恢复3种能力，归纳出包括原油供应商数量、上游企业信誉、库存能力、决策层管理水平、企业文化和技术资源6个关键影响因素。E815055E-91A5-4A04-8130-73E17C120341

1.2 供应链利益分配

Wang等[7]将AHP-GEM法与模糊综合评价法相结合，建立改进的利润分配模型。郭鹏等[8]研究出一种模糊变量，以此作为可信性测量，设计特殊遗传算法，在模糊条件下对收益期望值进行规划分配。Muhammad等[9]提出基于收益共享的惩罚模型，用于制造商与零售商的多需求协调分配。钟昌宝等[10]根据契约理论，优化供应链利益分配结构，在保证供应链整体效益的基础上提升了效率。他指出在风险补偿过程中，成员企业不仅有风险中型、厌恶型，还包含风险偏爱型成员。陈宇科等[11]研究在服务与质量双重投入的情境下，成员企业在不同收益共享契约时的最优决策，在两级供应链系统中，证明仅靠收益共享契约无法完成对供应链的有效协调。Yang等[12]收入成本分担契约模型，综合考量顾客止损以及价格波动，实现帕累托改进。

1.3 模糊合作博弈

Lin等[13]将新的加权组合特征函数发展为基于BUM函数的模糊协作博弈，通过建立效率、对称性公理，提出了组合加权形式的Shapley函数[13]。Rajib[14]讨论了具有模糊联盟或简单模糊合作对策的共享函数的概念，得到特殊类型的模糊对策的分担函数，即比例值形式的模糊对策和Choquet积分形式的模糊对策，导出了这些类的Shapley共享和Banzhaf共享函数。Zhao等[15]致力于建立基于最小二乘超差的区间值模糊合作对策的新模型。Liang等[16]提出了基于PLPRS的模糊合作对策加权方法，导出专家的权重向量。张炜等[17]将模糊软集运用到模糊博弈，构建软合作联盟模型，集中讨论联盟超可加性及凸性，使用Choquet积分研究利益分配对策，确保软合作联盟协同稳定运行。

对于供应链利益分配问题，大多数研究往往从单个视角切入，针对的对象为单渠道供应链。如今，经济全球化时代，一条供应链上的企业有很多，越来越多的节点企业参与其中，这些企业竞合关系越來越复杂，单渠道供应链正在被多渠道供应链所替代。针对石化行业，很多研究只停留在对原油供应链现状以及系统结构层面，对供应链协调优化、利益分配等缺乏全面、系统的探索研究。因此，本文运用模糊合作博弈理论，以炼化企业为主导企业，构建整个原油供应链的利益分配模型。

2 原油供应链协同利益分配系统分析

2.1 我国原油供应链协同利益分配主体

我国原油供应链中首个环节是海外原油供应商，也是参与利益分配的关键主体。我国进口原油大多来自中东地区，其次为俄罗斯、非洲，海外原油供应商大多分布于此。承运企业主要负责将进口原油安全高效送至国内炼化厂。当前，海运是我国原油运输的主要方式，管道与铁路负责少量原油运输。炼化企业负责对原油进行深度加工，并直接对接负责上下游企业的商务洽谈、协调供应以及统筹规划等。作为核心企业，炼化企业在原油供应链中承担重要角色。

2.2 原油供应链协同利益分配原则

1）公平兼顾效益原则。经济全球化背景下，原油市场竞争愈发激烈，原先单个企业之间的竞争关系已经逐步转变为供应链之间的竞争，保证公平有利于增强企业间的凝聚力，减少冲突摩擦。但是，公平要讲究尺度，过度公平将会破坏成员企业的合作积极性。所以，在制定供应链利益分配方案时，管理者要学会平衡公平与效益之间的关系，既要保证公平，又要兼顾效益。

2）互惠互利原则。根据博弈论思想，成员企业自愿加入联盟的前提是获得比自身单独经营更多的收益。管理者在制定分配方案时，应满足每个成员企业的基本利益，保证他们合作积极性。各成员企业通过协同合作，可以获取超额收益，形成多赢局面。因此，成员企业不能一味追求自身利益，应该做出适当让步，只有互惠互利，供应链才能长期稳固发展[18]。

3）投入、风险与收益相对称原则。利益分配方案的制定需要综合考量各种因素，其中包括生产投入、企业自身所拥有的资源、企业所承担的风险。各因素所占比例不同，最终分配方案也有不同，对于承担较大风险的企业，应适当给予经济补偿[19]。

2.3 原油供应链系统运行环境

1）经济环境。新冠肺炎疫情让原本不稳定的原油市场变得更加起伏，2020年，原油价格更是跌至冰点，只有不到42美元/桶，相比去年，跌幅超过30%。在原油价格整体下滑大背景下，2020年我国原油进口量与进口金额趋势也相对起伏很大。2020年1～12月原油进口量趋势，如图1所示;2020年1～12月原油进口额趋势，如图2所示。

因新冠肺炎疫情、需求低迷以及沙特、俄罗斯等国的石油价格战，国际油价处于历史性低位。石油大国油气行业企业纷纷大规模削减投资支出、裁员。所以，针对我国原油供应链，制定合理的利益分配方案显得尤为重要，对于受本次疫情影响严重的成员企业，需要给予一定的经济补偿。

2）政治环境。原油作为重要战略资源，其重要性关乎着国家命脉，在面对当下复杂的国际形势，大国之间的博弈从未停止，由此引发的冲突与摩擦也没有间断，由此可见，稳定的政治环境可以确保原油供应链的稳定[20]。我国原油供应链，政治因素包括国内与国外：国内政治环境包含国家的能源政策、宏观经济政策、进口地原油选择、战略资源储备政策等;国外政治因素包括大国间的博弈以及对资源的争夺，动荡的局势对原油供应链的稳定性造成极大困扰，国外政治因素可能会造成石油供应中断，核心炼化企业需要重新选择进口路线，重新制定利益分配方案。

3）运输环境。我国进口原油以海运运输为主，其余为铁路或管道。海运因为本身具有承载量大、运输距离远、成本便宜等优势，所以其占比最大。但是，海运同样伴随许多风险，例如受天气、气候、海盗影响严重。马六甲海峡、好望角、霍尔木兹海峡等海域海盗猖獗，严重影响我国原油供应链整体效益以及协同利益分配。

2020年全球石油贸易流量图，如图3所示。由图3可知，中东地位作为世界原油最重要的产地，原油输出量位居世界第一，原油主要送至亚太地区，其次为欧美非地区。E815055E-91A5-4A04-8130-73E17C120341

2.4 原油供应链协同利益分配影响因素

原油供应链利益分配是否合理，将直接影响到链上成员企业积极性，影响原油供应链利益分配因素有很多，具体归纳为以下几个方面：

1）资源投入。人、邮轮、信息等作为资源，具有价值属性。从资源投入的视角来看，资源贡献率可以作为衡量节点企业投入能力差异的标准，投入资源比例一定程度上直接影响最终利益分配。

2）成员地位。炼化企业虽然处于原油供应链终端，但却直接面对上游供应商、原油承运商、中转节点企业，并通过契约形式协调互动运行，其重要地位不言而喻。炼化企业的影响能力和市场竞争力制约着供应链的运行效率，因此成员地位的重要程度直接影响到其利益的流向和分配比例。

3）风险因素。进口原油市场存在很多不确定威胁，例如油价波动、政治震荡、海上运输危险等，这些因素威胁会影响供应链长期稳固发展[21]。各成员企业扮演的角色不同，定位不同，所承担的风险自然不尽相同，因此，在进行利益分配时，要综合考虑风险因素，对风险承担较多企业给予相应的经济补偿。

4）创新能力。经济全球化与产业变革加剧原油资源竞争，成员企业的创新能力便成为关键因素。这要求成员企业在产品、技术、组织变革方面做出创新调整，以适应市场需求[22]。

3 模糊合作博弈下我国原油供应链利益分配模型

3.1 假设条件

1） 在原油供应链上，A、B、C分别表示原油供应商、炼化企业、承运企业。

2） 成员企业间做到集体理性与个人理性相结合，即通过信息共享，在保证原油供应链整体最优的前提下，实现自身利益最大化。

3） 规定原油供应链上各成员企业组建的合作联盟合作可以产生超额收益。

3.2 符号定义

N代表所有节点企业，N={1，2，…，n};

i代表供應链联盟中节点企业;

Z代表原油供应链节点企业合作形成联盟;

|z|代表在供应链联盟中节点企业数量;

T代表原油供应链协同利益;

v（z）代表不同节点企业组成联盟z的利益;

φi（z）代表第i个节点企业加入供应链时企业所产生的超额利益;

yi代表节点企业i持有的资源总和;

pi代表第i个节点企业加入原油供应链的参与率;

v（i，z）代表第i个节点企业单独利用资源经营产生的利益;

v（z/i）代表节点企业退出原油供应链后供应链的利益;

di表示第i个节点企业的单位资源的收益参数;

Di代表原油供应链联盟的收益参数;

3.3 模型建立

为保证原油供应链稳定运行，各节点企业可以通过沟通协调方式达成一致约定。首先要确定各个成员企业的参与率，以保证原油供应链整体利益最大化。

目标函数及约束条件见式（1）～（7）。

约束条件：

通过Matlab遗传算法进行求解，解得参与率pi，随后将参与率代入到模糊Shapley值中，将原油供应链模糊合作联盟收益分配给各个成员企业。

3.4 模糊Shapley值法

Shapley值是合作博弈中确定的唯一解。

1）有效性公理。联盟存在BN有∑ni=1ui=u（N），u（N）为合作总收益[23]。

2）对称性公理。若局中人i，kN，BN（i，k），总有u（B∪{i}）=u（B∪{k}），则ui=uk，表示博弈局中人的平等关系。

3）聚合性公理。对于B，CN，有u（B+C）=u（B）+u（C）。

模糊合作博弈下原油供应链合作联盟利益的模糊Shapley值的分配线性表达如下：

3.5 利益分配的修正

在考虑利益分配时，不仅要选择成员参与率为关键变量，还需要考虑成员地位、资源投入、风险承担、创新水平4个重要影响因素[24]。

综合影响因子可以为Shapley值进行修正，从而使分配方案更加科学合理。ωi为权重大小， αi，βi，γi，ρi表示成员地位、资源投入、风险承担、创新能力4个影响因素的测度值，则综合影响因子Wi表示为

原油供应商的综合影响因子为W1，承运企业的综合影响因子为W2，炼化企业的综合影响因子为W3，由于各影响因素对供应链利益分配重要程度有差异，所以采用层次分析法确定权重大小，归一化综合影响因子Wi后，得到修正后的Shapley值的线性表达为

4 实例分析

4.1 镇海炼化原油供应链系统结构

镇海炼化企业是我国知名的大型炼化企业，炼油能力千万吨级别以上，镇海炼化原油供应链系统结构，如图4所示

4.2 模糊合作博弈下原油供应链利益分配模型应用

1）基础数据。原油供应商、炼化企业、承运企业分别用A，B，C表示，三者单独利用资源收益参数及资源持有量，如表1所示。

mi表示成员节点企业A、B、C不参与联盟，单独经营所创造的单位收益;yi表示成员企业A、B、C投入到原油供应链中的资源总量。

由于资源总量与收益参数在指标选取、衡量评估、计算准则都各有差异，因此得出的结果也会有不同，因此本文参照能源统计年鉴与相关财务报表等数据而设置参数，方便运算，Mi表示原油供应链组建后整体收益参数，如表2所示。

2）模型求解。利用遗传算法对模型进行运行计算，得出各成员企业加入各种可能的联盟组合时的参与率，结果如表3所示。

用v来表示收益总数，v（）=0，根据公式（5）：v（i，z）=di×pi×yi以及公式（6）：E815055E-91A5-4A04-8130-73E17C120341

根据模糊Shapley法，唯一的利益分配向量解可以被确定，将各成员企业各个原油供应链合作联盟收益数代入公式，可以得出以下数据，如表4所示。

同理可得，炼化企业B和承运企业C的收益，如表5、表6所示。

4.3 利益分配修正

1）计算各影响因素权重ωi。首先，确定专家评价集合U。采用电子邮件方式邀请到16位原油供应链领域的专家学者，其中8位来自知名炼化企业，负责进口原油的采购协调业务，熟悉原油供应链整体协作;八位来自国内权威期刊学者，在原油供应链学术领域有一定的影响力，本文共发放问卷50份，经严格筛选后得到有效问卷40份，最终汇总数据得出各影响因素对应的专家评判集合为U={0.1，0.25，0.3，0.35，0.4，0.45，0.5}。

其次，构建出评判结果矩阵。供应链专家依次对资源投入、成员地位、风险承担和创新能力4个因素进行打分，可得到结果矩阵：

Ak=0.450.160.310.080.250.260.350.140.250.160.450.140.220.300.160.32。

最后，根據算数平均法计算，归一化处理后各影响因素所占权重为

ω=0.380.180.290.15。

2）计算风险因子。首先，记Q=（q1，q2，q3）分别表示政治风险、运输风险、技术风险。根据专家组对以上风险因素的评价打分，统计出权重向量为Q=（0.41，0.23，0.36）。

其次，供应链专家对政治风险、运输风险、技术风险3个因素进行评判，可得决断矩阵为

5 结论

本文根据模糊合作博弈思想，构建以参与率为关键变量的原油供应链利益分配模型。将模糊合作博弈的思想在原油供应链中具体化，利用MATLAB遗传算法，计算出各成员企业在联盟中的参与率，并以此为核心，利用模糊Shapley值求得各成员企业利益分配值。另外，在利益分配过程中，需要考虑资源投入、成员地位、风险承担、创新能力4个关键因素，通过层次分析法以及模糊综合评价法，计算出4个因素的综合影响因子，对利益分配进行修正。

根据模糊Shapley值法进行模型求解，得出各成员企业的具体利益分配比例，这种方式是以联盟参与率作为关键变量，具有科学合理性但同时也存在缺陷。在通过模型修正后，综合考虑到成员地位、资源投入、风险因素以及创新能力，得出最终的利益分配方案。各成员企业都能对方案持满意态度，克服个人理性与集体理性矛盾，以积极的态度为原油供应链的长期稳定发展做出贡献。节点企业各自资源投入都获得相应收益，资源浪费率大大下降。供应链会持续产生协同收益，整体运行也将越发稳定。各个伙伴企业都享受到加入供应链后所带来的超额收益。本文主要创新点在于针对原油供应链复杂的竞合关系，以参与率为突破口构建出模糊合作博弈模型，最终使用模糊Shapley值求解模型，并综合考虑各个影响因素对结果进行修正，为模糊环境下原油供应链最优协同利益分配方案提供新思路。

根据利益分配模型，现从炼化企业角度对分配方案提出以下建议：

1）变革组织结构。炼化企业通过优化组织结构，提升整体效能，以应对多变的市场风险。变革与完善组织结构，并采取更有创新性的跨国经营战略，可以帮助炼化企业创造更多效益，进而增加供应链整体效能，进而有利于实现更公平合理的利益分配方案。此外，在变革组织结构的同时，炼化企业应加强资源整理力度，兼顾上、中、下游企业的运作，增进与节点企业间的沟通，尽量避免不必要的冲突摩擦。

2）加强合作伙伴间的深度合作。原油供应链建立后，每个合作伙伴都希望原油供应链能够长期稳定发展，对于炼化企业来讲，更希望原油供应链能够稳定运行持续不断产生协同收益。因此，炼化企业应加强与成员合作伙伴之间的深度合作，必要时做出利益让步。在优化原油供应链结构设计的基础上，加强与合作伙伴间的深度合作，能够帮助供应链更加稳定。炼化企业应该以长期合约的形式与其他成员企业建立更为稳固关系，一方面，这种契约能够极大保障其他成员企业的利益，让其他成员企业没有后顾之忧，专心合作，双方才能建立起真正意义上地信任，大大提升合作效率，增强互利共赢广度与协同运作的深度，这对炼化企业来讲利大于弊。另一方面，长期稳定的合作关系才能持续不断产生协同收益，在整体供应链效益提升的基础上，提高炼化企业自身利润。

3）加强创新驱动。当前世界原油市场格局多变，对企业管理者提出更高更细致的要求，管理者除了具备过硬的技术以外，还需要兼顾国际知识储备丰富的综合管理型人才。因此，炼化企业应以目标为导向，制定综合管理人才选拔制度，增强人才培训力度，使用现代化管理手段，打破固有思维局限，全方位提升员工及管理者的素质能力，着重培养创新意识，在企业间形成良好竞合关系，进而帮助企业获得更高利润，提升原油供应链整体效能与稳定性。

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[编辑：刘素菊]

收稿日期： 2021-10-02

作者简介： 袁 凯（1998—），男，硕士研究生;

王宇奇（1965—），男，教授，硕士生导师.E815055E-91A5-4A04-8130-73E17C120341