农机装备网络协同制造参与主体利益分配机制研究

田宇航 张倩 李周

(北京机科国创轻量化科学研究院有限公司，北京 100044)

引言

农业机械化、智能化是农业现代化必经之路，国家通过各种优惠政策和农机购置补贴推动农机行业发展。根据中国《农机装备发展行动方案(2016—2025)》，中国农机生产所需能力正在逐渐向多样化发展，需要加强农机行业技术标准、行业大数据、试验检测能力、产品数字化平台建设，合理利用行业基础数据库，推动农机制造服务业平台建设[1]。充分运用大数据等信息技术，将其与农机制造业深度融合，是中国农业现代化发展的重要切入点[2]。

目前，农业装备制造产业在数字技术应用与网络协同制造方面的创新力不足，产业集聚区域内企业间仍以产品主导逻辑，资源、技术、知识的共享程度不高。在此背景下，出现了农机装备服务型网络协同制造模式，该模式以价值共创与共享为目标，以价值共创与共享为导向，以农机装备网络协同制造平台为基础，实现了农机装备制造企业、供应商、生产性服务组织、政府和用户从设计、制造到服务整个农机装备制造过程的无缝衔接与协同管理[3]。

为确保农机网络协同制造模式的稳定性与持续性，需要研究参与企业的最优利益分配机制，实现价值创造最大化。这类网络协同制造参与主体之间的关系可通过其供应链来分析，目前国内外关于供应链利益分配的相关研究中，使用较多的是Shapley值法[4，5]。以合作博弈理论为基础，使用Shapley值法可以设计合作时的利益分配方案，公平合理，有助于提高企业经营稳定性[6]。为了使利益分配结果更合理，很多学者对传统的Shapley值法进行了改进[7，8]。王志刚等[9]从参与主体的贡献程度大小和风险程度的角度对现实的收益分配情况进行了Shapley值法的修正，得到了相对合理和具有现实意义的利益分配方案。吕萍等[10]在传统Shapley值法分配的基础上，实施以风险补偿和创新收益为基础的利益分配原则，以使改进后的Shapley值法分配结果更趋于合理。蔡雁岭等[11]综合考虑资源投入、努力程度、合作风险等因素，构建了改进Shapley值法，得出结论，改进后的Shapley值法得出的利益分配机制更客观合理。丛晓妮等[12]通过考虑风险的Shapley值方法对联盟最大化的收益进行公平、合理的分配，为加入联盟的公司提供有效的收益分配解决方案。

目前已有文献中关于农机装备网络协同制造参与企业的利益分配的相关研究较少。因此，本文聚焦于农机装备网络协同制造模式参与主体的利益分配机制问题，以传统Shapley值法为基础，引入合作意愿、合作风险、资源投入3个修正因素，通过AHP方法确定修正因子的权重，建立基于改进的AHP-Shapley值法的农机装备网络协同利益分配模型，为农机装备网络协同主体利益分配机制研究提供思路。

1 农机装备网络协同制造模式下供应链分析

网络协同制造模式下的参与企业通过供应链联系在一起[13]，可利用其分析企业之间关系。农机装备网络协同制造模式下利益分配主体就是供应链企业，但该模式颠覆了传统的“供应商—制造商—分销商—用户”的层级性运营模式，形成了跨层级的运营，其供应链运行模式，如图1所示，供应链企业包括零部件供应商、装备生产制造商、生产性服务商以及经销商，供应链组织结构由简单链状形式向跨层级的、动态稳定的复杂形式过渡。通过整个供应链在动态中不断优化价值创造的方式，各参与主体利用资源整合和信息交互提升资源效率，从而降低人力、物流成本，为供应链创造价值。

图1 网络协同制造供应链运行模式

参与到农机装备网络协同制造模式的企业，之前大多存在着专业化程度参差不齐，生产规模大小不一、产品结构不合理等问题[14]，网络协同制造模式能够有效改善这些问题，加强企业合作，优化资源配置，增加联盟收益。从供应链角度来说，制造过程协同进行，生产周期缩短。农业装备制造产业集聚区域网络内的核心主体企业一般为农机装备制造龙头企业，也是整个供应链的核心，其对供应链有较大影响力，通过对供应链的多方面数据进行提炼、分析，形成符合用户需求的整体设计方案，再进行分解、下达，多学科协同工作。

2 基于改进Shapley值法的农机装备网络协同制造供应链利益分配模型构建

农机装备网络协同制造供应链收益会随着参与主体数量增加而增加，并进行非对抗性的利益活动，采用Shapley值法可以有效公平分配合作产生的利益。Shapley值法是用于解决合作博弈多方利益分配的一种常用方法，该方法基于合作成员的边际贡献，对收益进行分配，是一种充分体现合作成员对合作集体贡献程度的利益分配方式[15]。

假设农机装备网络协同制造供应链中参与企业为集合N={1，2，3，…，n}，其中，i∈N代表企业i；τ为集合N的一个子集，即τ⊂N，表示n个企业中的一个可能的联盟；|τ|为子集中元素个数；特征函数v给出任一联盟τ所能获得的最大总效能v(τ)，通常称其为联盟τ的价值；(N，v)组合构成了一个合作博弈。mi(τ)为参与企业i对联盟τ的边际贡献，mi(τ)=v(τ)-v(τ/{i})，其中，τ/{i}代表除i之外τ中其他人形成的联盟。Shapley的构思原则：博弈者i在(N，v)博弈下可能形成各种联盟，只要将其对不同联盟的边际贡献平均起来，就是其在N下应得的最终效用分配φi(N，v)，即为(N，v)博弈的Shapley值，其中，φ为农机装备网络协同制造供应链基于合作博弈理论的一组分配。

(1)

φ=(φ1，φ2，φ3，…，φn)

(2)

然而，传统Shapley值法简化和忽略了利益分配中必须要考虑的一些影响因素。由于市场变化的不确定性，要求供应链各参与主体有合作意识，随意更改订单、生产计划等都将会影响其他参与企业的利益。因此，在市场机制下，为使得利益分配更加合理，利用合作意愿、合作风险、资源投入3个修正因素，对原Shapley值法进行修正，并且通过AHP方法确定修正因子的权重，引入综合修正因子Δλi，从而完善了改进的AHP-Shapley值法利益分配模型。构造判断矩阵，对矩阵进行归一化处理，计算出矩阵的特征向量，对特征向量进行归一化处理，计算得到各因素的权重Wi以及大特征值λmax。

改进模型：

(3)

(4)

(5)

3 算例分析

假设某一农机装备网络协同制造供应链主要由零部件供应商、装备生产制造商、生产性服务商以及经销商4家企业组成，记为N={1，2，3，4}，根据对农机行业调研发现，装备生产制造商作为供应链核心企业，一般为规模企业，利润较高，零部件供应商次之，生产性服务商与经销商一般体量较小，所以假设该供应链各参与企业合作前后所获利润如表1所示。

表1 非合作下各企业利润情况

在算例数据基础上，零部件供应商和装备制造商结成联盟{1，2}，零部件供应商降低供货价格，订单量增加，收益提高；装备生产制造商的零部件成本降低，供货量稳定，收益提高，所以联盟{1，2}成员企业合作后总收益增加。同理，算例中的4家企业，相互合作，都可以发挥各自的优势，组成联盟的收益都较合作前有所增加，假设合作后各个企业联盟的收益情况如表2所示。

表2 合作后各联盟利润情况

3.1 传统Shapley模型在农机装备网络协同制造供应链利益分配模型应用分析

将零部件供应商、装备生产制造商、生产性服务商以及经销商4个参与企业构成的供应链记为N={1，2，3，4}。集合中的1、2、3、4与零部件供应商、装备生产制造商、生产性服务商以及经销商4个参与企业一一对应。将各个参与企业组成的联盟记为τ={1，2，…，k}(1≤k≤4)，τ⊂N，参与企业有8种可以参与的联盟形式。根据传统Shapley值法，合作联盟下该供应链中零部件供应商的利益分配方案求解过程如表3所示。

表3 零部件供应商的分配收益

=812.13

同理可得，装备生产制造商、生产性服务商以及经销商分配得到的利润分别为1161万元、440.77万元、564.1万元，则在该模型下的农机装备网络协同制造供应链利益分配向量：

φ=(812.13，1161，440.77，564.1)

3.2 基于改进Shapley值法的农机装备网络协同制造供应链利益分配模型应用

本文为了提高利益分配的合理性，以传统Shapley值法为基础，引入合作意愿、合作风险、资源投入3个修正因素，改进的AHP-Shapley值法利益分配模型。

3.2.1 合作意愿

供应链各企业合作意愿越强，越有利于协同制造模式的发展完善，合作前提是合作对于每个合作企业都有利，零部件供应商按计划生产可减少库存成本，实现稳定收益；装备制造商可按照用户需求进行精准研发生产，并且可保证稳定零部件供应，减小成本；生产性服务商可以根据用户需求提供研发相关服务，可保持稳定业务量；经销商提供宣传、销售、售后等服务，减小资金负担，专注于提高服务水平，利用网络协同制造模式共享的信息可更高效服务。各企业的合作意愿与各企业实际情况相关。

本算例假设4家企业合作意愿排列为装备制造商>经销商>生产性服务商>零部件供应商，其权重为归一化处理结果，在前面算例数据基础上，根据经验假设零部件供应商、装备制造商、生产性服务商以及经销商的权重占比为αi=(0.22，0.28，0.24，0.26)。

3.2.2 合作风险

供应链各企业形成合作之后，各个企业都会面临不同的风险。参与企业承担的风险越大，所分配的利益应该越多。如果参与企业为逃避损失或获得其他利益而放弃联盟，则零部件供应商可能面临产品滞销等问题，装备制造商可能面临无法按期交货等问题。并且受政策以及市场影响，装备制造商会承担一定风险，其他参与企业承担风险较小。

因此，在同理性条件下，4家企业的资源投入排列为装备制造商>零部件供应商>经销商>生产性服务商，其权重为归一化处理结果，在前面算例数据基础上，根据经验假设零部件供应商、装备制造商、生产性服务商以及经销商的权重占比为βi=(0.3，0.35，0.15，0.2)。

3.2.3 资源投入

供应链各主体投入的有效资源越多，权重越大。装备生产制造商作为供应链的核心企业，主导网络协同制造的设计、生产、制造等任务，需要投入较大量的人力物力，可认为资源投入最大；零部件供应商需要根据网络协同制造的需求进行生产，需要投入一定的资金、人力，可认为其资源投入适中；生产性服务商主要是为其他合作企业提供产品研发技术支持，其投入主要为人力投入，资源投入较小；经销商主要负责宣传、销售以及售后服务等业务，该模式下其资源投入最小。

因此，在同理性条件下，4家企业的资源投入排列为装备制造商>零部件供应商>生产性服务商>经销商，其权重为归一化处理结果，在前面算例数据基础上，根据经验假设零部件供应商、装备制造商、生产性服务商以及经销商的权重占比为γi=(0.26，0.3，0.24，0.2)。

3.2.4 确定各影响因素的权重

通过层次分析法(AHP)计算3个影响因素的权重。构造判断矩阵，然后计算判断矩阵的λmax和特征向量，再进行归一化处理计算，得到每个元素的权重系数Wi，利用一致性指标、随机一致性指标和一致性比率对其进行一致性检验，确保权重系数的合理性。影响因素判断矩阵和结果如表4所示。

表4 影响因素判断矩阵和结果

3.2.5 计算综合修正因子Δλi

计算综合评价值λi：

计算综合修正因子Δλi：

3.3 结果分析

通过以上结果可得，农业装备制造产业集聚区域协同利益分配主体零部件供应商、装备制造商、生产性服务商、经销商在结成联盟前和运用运改进Shapley值法前后的利益分配对比，如表5和图2所示，可以分析得到以下几点。

表5 利益分配方案对比

图2 利益分配对比图

各企业独自经营时利润较低，计算结果满足合作博弈的超可加性。该算例中各企业合作后的收益要比分离时收益高，大联盟比小联盟收益高，符合合作博弈的超可加性。

零部件供应商和装备制造商在改进后的Shapley值法得到更高比例的分配利益。由图2可知，该算例中，合作企业中零部件供应商和装备制造商改进后Shapley值高于传统Shapley值，这是由于零部件供应商和装备制造商的综合修正因子Δλi较大。具体表现为零部件供应商的合作意愿、合作风险、资源投入的水平都高于平均水平，所以，其改进后利益分配值略高于传统Shapley值法的利益分配；装备制造商的资源投入最大，而资源投入又是权重最大的影响因素，因此改进后利益分配值明显高于传统Shapley值法的利益分配。

生产性服务商和经销商在改进Shapley值法的利益分配与传统Shapley值法利益分配结果相比降低。服务性供应商和经销商的Shapley值低于传统Shapley；这是因为生产性服务商和经销商的综合修正因子Δλi<0。具体表现为生产性服务商和经销商的合作意愿、合作风险、资源投入的综合评价值低于平均值，所以其改进Shapley值法的利益分配值较低，如果想提高利益分配值，农机装备网络协同制造模式的各个参与主体可在影响因素权重较大的资源投入和合作意愿两方面进行提升。

综上，传统Shapley值只能代表公司参与各种联盟的平均水平，其每个阶段对联盟的影响受很多因素影响，会产生变化。所以本文引入了合作意愿、合作风险、资源投入等影响因素，构建了改进Shapley值法利益分配模型。在改进Shapley利益分配机制下，农机装备网络协同制造模式的各个参与主体为了提高各自利益分配值，会从机制所规定的几个影响因素的角度出发，不断提高自身水平，因此改进后的利益分配更有助于提高联盟的总体效能，维持供应链稳定运营。

4 讨论与建议

公平合理的利益分配机制是保障供应链合作关系的重要基础。本文基于农机装备网络协同制造模式，以传统Shapley值法为基础，引入合作意愿、合作风险、资源投入等影响因素，构建改进的AHP-Shapley值法利益分配模型，并且进行了算例的分析验证。

农机装备网络协同制造模式的高效稳定运行，需要各个参与企业的积极配合协作。本文建立的改进的AHP-Shapley值法利益分配机制可以极大调动各个企业的参与积极性，对于解决农机装备协同制造的利益分配问题有一定的启示意义。基于此，提出以下建议。

搭建农机装备网络协同制造平台，建立完善的参与企业评价体系。农机装备网络协同制造模式的实现以农机装备网络协同制造平台为基础，本文的利益分配机制也需要依托农机装备网络协同制造平台。平台参与企业组建联盟后，各个企业的发展目标从单一的思考如何提高自己的利润，转变为如何提高整个联盟的效能以及自身的利益分配值。农机装备网络协同制造平台应该构建一套完整的参与企业评价体系，阶段性的对各个参与企业的评价指标进行评估，如本文提到的合作意愿、合作风险、资源投入等，可作为利益分配的重要依据。

规范合同签订流程与执行过程监管，减小参与企业的风险。随着对利益分配影响因素的深入研究，发现联盟企业间的诚信对供应链高效稳定运行具有重要意义，一旦某一个企业为了个人利益违背合作契约，将给联盟其他企业造成很大风险，所以农机装备网络协同制造平台在运行时要重视企业与企业之间合同签订，以及后续合同执行的监管。政府有关部门应该加强对合同签订执行的政策引导以及监管力度，创造良好的经济环境，帮助企业平衡其面临的合作风险。

提高参与企业满意度，加大推广力度，争取更多合作企业加盟。通过对合作利益分配机制研究发现，在合作博弈理论中，大联盟比小联盟收益高。所以，网络协同制造平台应该重视利益分配合理性，不断完善平台经营环境，提高参与企业的满意度，并且网络协同制造平台以及政府相关部门都应该积极对平台进行宣传推广，引导更多的企业加入，实现价值共创与共享。

加大政府相关部门支持力度，建立健全信息引导机制。农机装备市场动向与农业发展方向密不可分，政府相关部门对市场的把控，以及政策规划走向可作为网络协同制造平台的重要信息源，可以极大降低参与企业的经营风险，并且可以引导整个农机装备制造集群向社会需要的方向发展，实现自身利益分配最大化的同时实现其社会价值最大化。