1、供应商和零售商的 Stackelberg 博弈模型STACKELBERG GAME MODEL OF SUPPLIERS AND RETAILERS专 业：2010 信息与计算科学指 导 教 师：申请学位级别：学士论文提交日期： 2014 年 6 月 9 日摘 要近年来，随着信息技术和科学的飞速发展、客户的需求的多元化，基于供应链的一些思想越来越受到企业的重视。怎样在控制成本的前提下，同时满足不同客户的不同需求？如何在市场中保持信息优势？如何在世界范围内对生产资料进行合理购买或获取？如何使产品的生产、销售和服务高同行一等？这些都是企业迫切需要解决的问题。供应链思想就是在这样的背景下所产生起来的
2、一种管理思想，目的是使供应链达到最优状态。然而，供应链中包括了许多成员企业，而且各自之间的目标、信息等都是不一致的，这就使得整个供应链可能效率低下。所以需要探求一种最佳方案，使得供应链整体利益最大化。本文以 Stackelberg 博弈模型为研究背景，着重研究在日常生活中普遍存在的一个供应商和多个零售商的供应链协调问题，研究如何使供应链达到最优，最后也加入实际数值进行数学运算，以期能够更好的得出最终结论。关键词：博弈论； Stackelberg 模型； 纳什均衡； 供应链协调ABSTRACTIn recent years, with the rapid development of infor
3、mation technology, the diversification of customer demand and scientific thought, some supply chains become more attention of enterprise based on. How to maintain the cost, at the same time, to meet the different needs of different customers? How to keep information superiority in the market? How to
4、 produce the data in the world scope for reasonable purchase or acquisition? How to make the products production, sales and service of high counterparts? These are enterprises urgently need to be resolved. A kind of management thought the idea of supply chain is in such a background generated togeth
5、er, the purpose is to make the supply chain to achieve optimal state.However, the supply chain includes many members of the enterprise, and the goals, information between each are not identical, this makes the whole supply chain may be inefficient. So we need to find a best solution, the benefits of
6、 the whole supply chain to maximize. In this paper, a Stackelberg game model as the research background, supply chain coordination emphatically studies generally exists in the daily life of a supplier and multiple retailers, how to make the supply chain to achieve optimal, finally joined the actual
7、numerical mathematical calculations, in order to be able to draw the final conclusion better.Key words: Game theory; Stackelberg model; Nash equilibrium; supply chain coordination目 录1 绪论 .11.1 研究背景 .11.2 研究意义 .12 供应链相关知识 .32.1 供应链的概念 .32.2 供应链管理的概念 .42.3 供应链协调的概念 .52.4 供应链契约的概念 .63 博弈论基础知识 .83.1 博弈论
8、相关概念 .83.2 Stackelberg 博弈模型 .103.3 帕累托最优 .114 以 Stackelberg 博弈为背景的供应链均衡模型 .124.1 问题的提出 .124.2 供应链均衡规划模型 .134.3 二层规划问题 .144.4 系统最优模型 .155 供应商和零售商之间的博弈分析 .165.1 供应商主导下的供应商和零售商的非合作博弈分析 .165.2 零售商主导下的供应商和零售商的非合作博弈分析 .185.3 供应商-零售商合作博弈模型 .195.4 各个情形的效率比较 .205.5 模型实例求证 .226 含有一个供应商和三个零售商的供应链模型研究 .246.1 模型
9、的假设和定义 .246.2 三个零售商分别竞争或合作下的情况分析 .256.3 基于数量折扣契约的供应链研究 .276.4 数值计算实例 .297 全文总结 .318 进一步的工作展望 .32参考文献 .33致 谢 .34天津科技大学 2014届本科生毕业论文01 绪论1.1 研究背景从 20 世纪 90 年代至今以来，IT 技术，尤其是网络技术的飞速发展，并且能在各个行业中广泛应用，这就使得各种各样的信息都可以说是即时信息，在发生的一瞬间就可以被世界各地所知晓，从而也可以被全世界范围内的人们所分享，经济趋于一体化，世界一体化。任何一个企业面临的都是来自于世界范围内的竞争。同时，由于消费者们的
10、经济实力比以前有所提升，这就导致了消费者们会更加看重产品的附加因素而非产品本身了，当然，对产品本身的质量要求很高也是毋庸置疑的。产品的附加因素有：产品的外观、价格以及使用产品所涉及的服务等。同时，消费者们也越来越喜欢富有个性的产品，产品的千变万化更能吸引消费者的兴趣。再加上经济、政治、环境的不确定性，这就使得整个的产品市场也变得具有不确定性。企业需要有能力去适应这样的一种情况，并且不断开发出符合用户需求的、能够在市场中占据一席之地的产品。然而，单个企业毕竟能力有限，适应市场的快速变化，对于当个企业来说，一定的资金和时间是必不可少的，企业一定要好好的利用外面的资源，与别的企业建立一种风险共担、利
11、益共享的合作关系，才能在当今世界潮流中立于不败之地。而供应链管理正是这样的一种协调优化方法，国际上许多大型的企业如苹果、惠普、戴尔等，都在企业管理上广泛运用了供应链相关知识，从中也取得了巨大的利润。这些企业在各自的领域内都成功地运用了供应链管理，从库存到销售生产，在成功运用的同时也收获了巨大的成功和可观的利益，所以说，供应链管理对于企业来说是极为重要的，也是各个企业争相研究的重中之重。如今，供应链管理能力一经成为了企业政策策略竞争的一种首要的资源，而且，就企业来说，供应链的构想是其最基本、最重要的竞争力。1.2 研究意义供应链管理，英文全称：Supply Chain Management ；简
12、写：SCM ；是指为了使得一个供应链能够达到效用最大化，这就使得供应链要从采购原材料开始，直到生产出最终产品并交付给顾客手中的所有过程都要具备一个供应链最优的思想。供应链管理思想是一种有效的管理模式，这种管理方式可以提高效率，降低成本，它不仅可以大大降低成本，而且可以快速响应市场的需求，从而也可以满足消费者的不同需求。根据 PRTM(Pittiglio Rabin Todd & Mcgrath)公司对供应链管理的应用效果进行的研究表明，供应链的实施，能够保证企业获得相当多的优势益处：天津科技大学 2014届本科生毕业论文1（1）企业总成本降低 10%以上；（2）位于供应链上的相关企业的定时交货
13、率能够抬高 15%以上；（3）订单交货期缩短 25%35%；（4）位于供应链上相关企业的生产率抬高 10%以上；（5）位于供应链上的优质企业资产运营效益提高了 15%20%；（6）库存降低 3%15%。以上数据表明，实施供应链管理，企业能够快速提升自己公司生产的生产效率，从而在单位时间内可以生产出更多的产品，这样就可以降低自己企业的生产成本了，这样的话企业的生产利润也就增加了，同时也会让客户更加满意企业的产品，其满意度就在无形中增加了，达到一举多得的效果。可以说，供应链管理的发展是当今经济社会的必然要求，也是管理界和学术界研究和关注的焦点，对于此的诸多研究正在进行当中，势必会获得相当多的研究成
14、果。然而，在供应链中的不同的商业实体，与供应链中的每个成员都试图使自己的利益最大化，而忽略了整个供应链的利润，这通常会导致一个混乱的供应链。因为契约具备有优秀的协调能力，不光能促进企业生产销售的积极性，还能达成供应链的总体优化目标。所以，供应链契约问题慢慢就成为了供应链管理的研究内容之一，也是目前世界各地的学着的核心焦点。本文利用契约理论来优化供协调应链，主要研究单个供应商和多个零售商之间的契约协调问题，并找到均衡解决方案。天津科技大学 2014届本科生毕业论文22 供应链相关知识2.1 供应链的概念供应链的思想起始于循环物流业，原主要指军事后勤补给活动。后来随着商业的发展，就逐渐推广到商业活
15、动上。这个流通体系的根本目的在于让消费者的不同需求得到满足，扩大循环的讨论范围，整合上下游成员到一定范围内，最终发展出供应链。其目的在于整合企业个体和流程，以降低消费和重复，并且通过企业间的密切合作，来提高经营效益和服务水平。供应链目前还没有得到统一的定义，在不同的基础之上，不同学者也对供应链定义了不同的意思。美国供应链协会(Supply Chain Council) 给供应链下了一种定义：供应链是包括从供应商的供应商到客户的客户之间，关于对产品生产和分配过程的相关活动流程。供应链的概念经历了一个循序发展的过程。发展初期人们只是认为供应链是企业自己内部的一个过程，主要指企业购买材料和相关部件，
16、然后进行生产和出售，最后卖给顾客的一个过程。其研究核心在于企业的内部流程，只重视企业本身的资源使用。未来的供应链研究则注重企业自身与别的企业之间的关联关系，所以就重点关注供应链的外面的状况，通过与供应连中的其他的企业的合作，利用生产、零售等过程，最终将原始素材转换成最终产品，从而最终到达消费者手中，这是更为系统、更大范围的概念。当今认为供应链的理念是更加重视与核心企业的关联联系，如核心企业与生产商以及与之所有有关联的生产商，与用户以及所有与之有关联的用户的关系。这时的供应链是一个网链的概念。然而，实际的供应链管理面临着很多的问题。主要有一下几个方面：（1）奖惩机制。如果利益在供应链内部成员之间
17、不能得到一个妥善的分配，那么供应商和零售商就不能在一起进行长期、友好的合作，这样势必就对供应链的协调产生了威胁，不利于供应链的有效管理。而短期合作对于供应链与供应链之间的竞争是没有意义的，这就要求合作企业必须在合作之前制定一个明确的利益分配机制，而这种利益分配的效益要大于违反合作契约带来的经济效益。或者合作成员也可以建立严厉的惩罚机制，使违反合作契约的一方受到严重的惩罚，以制约想要违反合作契约的企业。促使零售商与供应商合作的机制有很多，主要有收益共享契约、回购策略、冷酷策略等。（2）信息不对称。供应链管理更重要的还是供应链内部成员之间的互相协作，在这之中，唯有共享信息才是合作能否一直进行下去的
18、关键所在，连基本的信息都不能共享，就谈不上合作的问题了。在实际的生产销售过程中，供应天津科技大学 2014届本科生毕业论文3链上的零售商更靠近客户，因此在了解消费者需求信息方面往往比供应商更据有优势。但为了获得更多的利益，零售商经常不与供应商共享需求信息，甚至谎报自己的成本价格。事实上，供应商可以在接受零售商的信息之前做市场调查，或者委托信息公司代理调查，从而把握真实的需求、成本信息。但这势必会提高整个供应链上的成本，降低供应链效率。所以，一旦出现信息不对称地情况，就要着手研究怎样才能使供应商和零售商之间达到协调，探索出相关的决策，达到解决的效果。（3）需求扰动。供应链内部的企业在一起进行互相
19、协作运行时，会经常受到外部扰动的影响，如市场扰动，需求绕动，生产商扰动等等。其中需求扰动最为常见，很多情况会导致稳定需求发生扰动，如自然灾害，地震等不可抗因素。扰动问题导致供应链上的成员难以做出决策，甚至做出错误决策，这导致供应链难以得到最优方案。因此，在扰动情况下，供应链的成员如何决策，使供应链整体效益最大化成为当今的社会的一个研究重点。本文将在第五章分析在需求扰动条件下的供应链优化模型。总结国内外学者对于供应链的的定义，可以得出供应链的以下特性。（1）动态性：随着市场需求的不断提升，企业为了提高自身竞争力，增强业务的专注度，总会选择更好、更适合自身的供应链来栖身。这就使供应链具有明显的动态
20、性。（2）稳定性：为了保证供应链的完整性和在市场上的竞争力，供应链上的节点都会签订一份合作契约，这也同时保证了自身的利益不因为供应链上其它节点企业的突然撤离而受到损害。正是因为这一因素，促成了供应链的稳定性这一特性。（3）完整性：供应链的完整性不言而喻，每条供应链都应该具有供应商、零售商、顾客这些基本的节点企业。供应链的完整性也体现在供应链的定义上。（4）协调性：供应链上的企业都应该有一个共同目标，那就是供应链的利益最大化。但是并不是所有的企业利益方向都是与供应链同向的，所以供应链上的成员应该一定要相互协调、紧密合作，才能保证供应链和企业的最优。（5）共同性：所谓的共同性是指成员企业与供应链共
21、同承担风险，共享收益。当供应链在市场中的竞争力下降时势必会增加运作风险，这时供应链上的节点企业都会出现或大或小的危机，这一点也能看出，只有充分发挥供应链的协调性，才能保证供应链最优。2.2 供应链管理的概念而所谓供应链管理，其定义有很多，但大致上都认为是通过控制和制定计划，实现企业内部和外部之间的合作。相对于供应链来说，供应链管理的历史天津科技大学 2014届本科生毕业论文4就很短了，只有几十年的光阴。刚刚开始认为供应链仅限于企业内部自我的管理，不涉及外部企业及市场，发展到如今的现代化供应链系统，可见供应链管理将会吸引更多的学者研究。20 世纪 60 年代是供应链管理发展的初级阶段，这时供应链
22、的概念慢慢在企业间建立起来，企业为了降低生产成本，控制产品质量，开始改良组织结构，只将自己的核心部门保留下来。而其他的生产过程则有专业的企业代替，由此，企业间开始了相互合作，共同赢利的道路，这就是最初的供应链思想的形成。由于供应链处于发展的初期，信息交流并没有现在这么顺畅，各个企业的经营重点还是在于企业的独立运作。到了 20 世纪 90年代末，供应链管理已经初见规模，很过学者、企业花费大量精力去研究它的运作规律。企业内部的供应链管理的趋于完善更是推动了整个供应链管理系统的发展，一些大的公司开始加强与自己所在供应链成员之间的联系，通过紧密的联系来减少成本和掌握市场信息。这个时候兴起了一个新的技术
23、，就是通过英特网来共享物流信息，该技术在很大程度上提升了供应链上信息的传输速度，信息的准确性和及时性也都有了很大程度的增加。但在当时互联网应用还不是那么广泛，只有少数规模较大的企业拥有，所以物流及市场等信息的传递并不完整。但随着互联网的普及和企业追求的不断扩大，一些实力强大的企业开始建立以自己为核心的供应链，此时，优化这个供应链网络的各种性能便成为供应链上成员的长期任务，这便不断完善了供应链管理体系。进入 21 世纪以后，基于互联网的供应链系统已经完全颠覆了供应链的原有经济模式，但随之而来的是顾客的高要求，这就要求企业必须不断的降低成本、加快运输速度等，而这也是供应链管理的核心意义所在。2.3
24、 供应链协调的概念在供应链的日常运作中，企业间的物流、信息流和资金流在经常处于交换之中，彼此之间的依赖性也在日益增强。供应链协调指的是：两个或两个以上的企业建立合作关系或者钉立合同，以期达成某种运营目的，最终建立一种利益共同体。由于企业之间互相合作仅仅由市场来进行调节，企业内部的管理政策不再起作用。所以在这种情况下，供应链都是处于失调状态中的。再加信息之间的不对称以及个成员企业的利益最大化原则，都会造成供应链的效率低下，处于失调状态。为了完善供应链管理，提高企业及整个供应链的竞争实力，让整个供应链的运作得以高效实施和运作，这就使得整个供应链内部的各个成员都要予以配合，通过服从一定的规则制度，使得各个决策得以实施。供应链协调可以让各个子企业之间成立一种战略性的合作关系，各个子企业之间有共同的风险意识，也能够一起分享利润，互通信息，互相共享信息，尽最大可能降低自己的库存，这样就可以尽最大可能的降低成本，从而使得总
