基于供应链纵向技术竞争的研发模式

赵 明

(安徽交通职业技术学院 管理工程系， 安徽 合肥 230001)

近年来，美国政府先后对我国中兴和华为公司展开技术封锁或制裁，引起国内外政府和企业的广泛关注，此次事件让生产制造企业意识到掌握产品核心技术的重要性。然而当前，随着产品更新换代周期的不断缩短，生产企业进行自主研发的风险也不断提高，与上游供应商合作，将产品的某些核心部件交由专门的研发企业是生产企业节约生产成本、降低研发风险的有效途径。与此同时，对于那些已具备一定的技术积累的大型生产企业(如苹果、华为)，除了从上游供应商购买核心部件以外，企业自身也会独立研发同类核心部件，并生产出同类异质产品，以降低供应商意外或者蓄意“断供”造成企业停产的风险。因此，在实际的产业链中，生产多种同类异质产品的制造企业可以将同一核心部件研发“完全外包”或者“部分外包”给上游技术供应商。

对于供应链技术研发问题，现有文献已经取得了丰富的成果，大致可分为供应链横向研发与纵向研发两类问题。在供应链横向研发方面，企业首先面对的问题是“竞争”还是“合作”，为此，D’Aspremont等[1]最早研究并给出了两寡头企业选择研发竞争或合作的条件；Dawid等[2]的研究结果表明，如果新产品既不是现有产品的紧密替代品，也不是现有产品的强大补充，那么对双寡头企业来说，研发合作比研发竞争更有利可图。针对横向研发合作的绩效问题，孙彩虹等[3]用数值分析了企业初始成本、创新率及溢出水平等不对称因素对双寡头企业研发投入、产量及利润的影响；Poyago[4]研究发现，当全行业有两个以上企业时，只有全行业所有企业开展合作，才能达到最佳合作程度。针对横向研发竞争的绩效问题，Ishibashi等[5]讨论了由一个公共科研机构与一个私营企业之间开展研发竞争的模型，研究结果表明，政府应该适当控制对公共研究机构的创新投入，以鼓励私营企业加大创新投资。另外，吴福象等[6]发现，政府对双寡头企业进行研发补贴比生产补贴的效果更好，研发补贴不仅可以鼓励企业加大研发投入，而且可以增加消费者的福利，而生产补贴使得消费者剩余向企业转移，企业获得了更多的隐藏福利。

在供应链纵向研发方面，目前主要研究的是纵向企业间的研发合作问题。关于供应链纵向研发合作的影响因素，Banerjee等[7]提出了一个基于单个上游垄断企业和多个下游企业组成的研发联盟体(RJV)的合作研发模型，探讨了成本分担方式对合作规模大小的影响；Kaiser[8]研究了技术水平溢出和垂直溢出分别对合作研发的影响；López[9]则认为供应链纵向合作研发受到技术溢出、企业规模、风险分担和互补性等因素的制约；Ge等[10]比较了知识溢出对供应链合作创新和分散创新两种创新模式下的技术创新绩效的影响。关于供应链纵向研发合作绩效问题，陈宇科[11]研究表明，上游企业分担下游的研发成本可以降低下游企业的成本；王吉林等[12]通过理论分析和数值模拟都表明，企业吸收能力、内生溢出及研发投入之间存在相互作用，并影响下游企业创新模式的选择和上下游企业的利润；李纲[13]研究了上、中、下游企业组成的三级供应链研发合作问题，分析发现，供应链企业分摊研发费用要比中游企业独立研发带来更低的产品价格、更高的研发投入产出；刘丛等[14]设计了上游企业创新与下游企业营销努力相结合的供应链成本分摊契约，揭示了创新效应与营销努力对供应链合作创新激励的互动机制；张华等[15]研究了上下游企业在合作创新中的领导权博弈和利益分配问题，给出了上下游企业处于不同主导权下的最优知识创造和最优定价。

综上分析，目前供应链技术研发问题主要集中在供应链同级的两个或多个竞争企业进行研发竞争或合作，以及供应链纵向企业之间的研发合作。但是，目前很少有学者研究上下游企业之间进行同类型技术的研发竞争问题。为此，本文构建了一个上游技术研发企业和一个下游生产销售企业构成的两产品供应链系统，分别建立基于上游技术垄断研发模式和上下游技术竞争研发模式的三阶段非合作供应链决策模型，基于下游企业研发能力的强弱情况，对两种研发模式下的研发和定价决策、上下游企业和供应链利润、消费者剩余及社会福利等要素进行比较，最后给出上游企业接受技术竞争研发模式的协调策略。

1 问题描述与符号说明

本文研究的是由一个上游技术研发企业和一个下游生产销售企业组成的两产品供应链，下游企业生产两种互为竞争关系的同类异质产品(记为产品1和产品2)，下游企业对两种产品的同类型核心部件存在以下两种研发模式：一是两种产品核心部件都从上游研发企业购买，即上游企业对核心部件采取技术垄断(简称为技术垄断模式，记为M模式)；二是产品1的核心部件采取外购，而产品2的核心部件进行自主研发(简称为技术竞争模式，记为C模式)，此时称产品1为下游企业的非自主研发产品，产品2为自主研发产品。

在本文中，核心部件的研发水平高低决定了产品的技术水平高低，因此这里假定产品的研发水平等同于其核心部件的研发水平。

两种产品的市场需求不仅受产品自身研发水平和零售价格的影响，还受到竞争品的研发水平和价格的影响，因此产品1、2的需求函数分别定义为

q1=a1-bp1+cp2+αx1-βx2，

q2=a2-bp2+cp1+αx2-βx1，

其中p1、p2分别是产品1、2的零售价格，x1、x2分别是产品1、2的研发水平，常数a是两种产品的潜在市场总规模，a1、a2分别是产品1、2的潜在市场规模，且a1+a2=a，b是市场需求对产品自身零售价格的敏感系数，c是市场需求对竞争品零售价格的敏感系数，α是市场需求对产品自身研发水平的敏感系数，β是市场需求对竞争品研发水平的敏感系数。a、b、c、α、β满足以下关系：

上述两种技术研发模式，可用图1、图2表示。

图1 M模式 图2 C模式

最后，记πu、πd、πsc分别为上下游企业和供应链的利润，决策变量的上标“M、C”分别表示在技术垄断和技术竞争两种情形下的最优解。为了研究方便，本文假设上下游企业的单位运营成本均为0。

2 数学模型的建立

2.1 M模式

根据以上假设，在M模式下，上下游企业的利润函数分别为

πu(w1,w2,x1，x2)=w1(a1-bp1+cp2+αx1-βx2)+w2(a2-bp2+cp1+

(1)

πd(p1，p2)=(p1-w1)(a1-bp1+cp2+αx1-βx2)+

(p2-w2)(a2-bp2+cp1+c)，

(2)

在该模式下，上游企业作为领导者先后确定两种产品的研发水平x1、x2及批发价格w1、w2，下游企业作为跟随者决定最终产品的零售价格p1、p2，博弈顺序可表示为[14]

(3)

(4)

最后，将式(3)、(4)代入式(1)得

(5)

其中A1=a1+αx1-βx2，A2=a2+αx2-βx1。

2.2 C模式

在C模式下，下游企业继续以单位批发价w1向上游企业购买产品1的核心部件，但不再购买产品2的核心部件，而是采取自主研发，此时上下游企业的利润函数分别为

(6)

πd(p1，p2,x2)=(p1-w1)(a1-bp1+cp2+αx1-βx2)+

(7)

3 研发水平对价格决策的影响分析

从上节的求解过程发现，上下游企业的价格决策都与两种产品的研发水平密切相关，经过简单的求导运算可以得出以下命题：

命题1表明，无论何种研发模式，批发价和零售价都随着产品自身的研发水平的提高而提高。

命题2表明，无论何种研发模式，批发价和零售价都随着竞争品的研发水平的提高而下降。

命题1、2共同说明，提升产品的研发水平一方面提高了本产品的批发价和零售价，另一方面又降低了竞争品的批发价和零售价。

4 两种研发模式下最优策略的比较

表1 两种研发模式下的均衡解

引理表明，随着下游企业研发能力的提高，非自主研发产品的技术水平不断下降，而自主研发产品的技术水平不断提高，这说明下游企业参与上游技术竞争，促进了自主研发水平，同时抑制了上游企业的研发水平。

在引理结论的基础上，命题3进一步表明，当下游企业的研发能力达到一定程度后，技术竞争会降低非自主研发产品的研发水平，从而提高了自主研发产品的研发水平；反之，当下游企业的研发能力还比较弱时，技术竞争反而会降低自主研发产品的研发水平，从而提高了非自主研发产品的研发水平。因此，在下游企业的研发水平较低时，其自主研发产品的技术水平将相对处于劣势。

图3 研发水平的比较

图3验证了命题3的结论,也表明与技术垄断相比，随着下游企业研发能力的提高，非自主研发产品的研发水平逐渐下降，且先高于后低于技术垄断时的研发水平；自主研发产品的研发水平则随着下游企业研发能力的提高而逐渐提高，且先低于后高于技术垄断时的研发水平。因此，下游企业研发能力的强弱是下游企业是否开展自主研发的重要依据之一。

由于最优解表达式的复杂性，下面将继续利用以上参数值，通过图像比较两种研发模式下的相关价格、利润、消费者剩余以及社会总福利的大小关系，如图4—图6所示。

图4 零售价、批发价的比较 图5 两种产品的单位净收益的比较

图6 企业、供应链利润的比较

图4表明，与技术垄断相比，技术竞争下非自主研发产品的零售价和批发价都有所下降；对于自主研发产品，和研发水平一样，存在一个阈值，当下游企业研发能力小于该阈值时，自主研发产品的零售价高于技术垄断时的零售价；大于该阈值时，低于技术垄断时的零售价。

图5表明，技术竞争下两种产品的单位净收益均有所增加，且自主研发产品单位净收益的增加额大于非自主研发产品单位净收益的增加额，这是因为下游企业参与技术竞争后，不需要再向上游企业购买核心部件。

图6表明，技术竞争下上游企业利润减少，而下游企业和供应链的利润增加。因此，从供应链整体绩效角度，上下游技术竞争的研发模式要优于上游技术垄断的研发模式。

根据文献[16]，可求得两种研发模式下的消费者剩余分别为

(8)

(9)

进一步得社会总福利为

利用以上算例，得到两种研发模式下消费者剩余的差额和社会总福利的差额关于k的变化趋势，如图7所示。图中表明，技术竞争下的消费者剩余和社会总福利也都有所增加。因此，从消费者利益和社会总福利的角度，技术竞争优于技术垄断。

图7 消费者剩余、社会总福利的比较

5 技术竞争下的协调措施

根据上节分析，下游企业参与上游行业的技术竞争，损害了上游企业的利益，但是整个供应链的效益提高了。因此，下游企业需要通过让渡部分收益来弥补上游企业，使其能接受技术竞争模式。

(11)

当上游企业获得的补偿比例满足式(11)时，上下游企业在技术竞争模式下的利润均不低于技术垄断时的利润，双方可以继续维持合作关系。

6 结论

供应链管理思想产生的原因之一是上下游企业强调开发自己的核心竞争力，但上游的核心竞争力却有可能导致下游企业在零部件采购时处于弱势地位，甚至失去话语权。为此，下游企业有意通过介入上游的技术竞争来增强议价能力和话语权。本文的研究结果对于存在纵向技术竞争的供应链而言，具有以下3点管理启示：(1)下游企业参与上游技术竞争可以同时降低零部件采购价格和终端产品零售价格，而产品单位净利润、下游企业和供应链总利润也会增加，但同时损害了下游企业的利益；(2)下游企业只有在研发能力达到一定水平时，参与上游技术竞争才更有利于自己，而且竞争有可能破坏双方原有的合作，因此下游企业需要给予上游企业一定的经济补偿来维持原有的合作关系；(3)上游企业要想继续保持自己的核心竞争力，就必须不断提高自身的研发水平。

虽然是否参与上游技术竞争是供应链下游企业需要考虑的一个问题，但供应链合作收益大于非合作收益的特质决定了上下游企业即使存在技术竞争，合作也可能使双方获得更多的收益。因此，如何进一步处理上下游企业的技术竞争与合作的关系，提高供应链整体绩效，将是下一步重点研究的问题。