共享制造模式下资源供需匹配模型思考

发布时间:2021-11-16 20:21:02 论文编辑:vicky

本文是一篇MBA论文范文,本文以提升共享制造资源供需匹配效率和效果从而促进资源的高效、稳定和合理配置为研究目的,在共享制造资源供过于求/供需平衡的情形下,考虑企业的心理行为、匹配的优先级和共享制造模式三方参与主体的收益,建立了考虑企业行为的共享制造资源双边匹配模型;在此基础上,针对共享制造资源供不应求的情形,考虑提供方对关键制造资源具有有限生产能力,建立了考虑有限产能和供应中断的共享制造匹配均衡模型,分析了系统成员考虑提供方有限产能时的均衡策略及供应中断对均衡策略的影响。


1   绪论


1.1  研究背景、问题与意义

1.1.1  研究背景

中国制造业的总产值位居全球第一,但总体上,我国制造业大而不强、多而不精,存在互联网融合程度低、淡旺季产能失衡、产能供需结构不匹配、关键制造资源约束趋紧、制造资源利用效率低、缺乏创新能力等诸多问题[1]。为应对我国制造业发展面临的问题,实现制造强国的战略目标,我国在 2015 年提出了《中国制造 2025》行动纲领,推动着制造业朝着信息化、服务化和智能化等的方向发展[2]。随着 2019 年末全球新冠肺炎疫情的爆发,供应中断、产能不足等问题对我国制造业的发展产生了愈加严重的冲击。这一变化加快了我国经济形态转向绿色、创新、高效、共享的步伐,而新基建的布局给制造行业的发展带来了新的机遇,将进一步推进中国数字经济与实体经济的融合[3]。近年来,云计算、物联网、信息物理融合、工业互联网等新技术的突破式发展,为制造业实现信息化、智能化和服务化提供了技术上的支持与模式升级上的助力。共享制造模式(Shared Manufacturing Model, SharedMfg Model)作为一种基于新一代的信息技术,借助智能平台完成制造资源服务化和协同化共享,实现制造供需高效匹配和制造资源优化配置的新型制造模式,将成为“十四五”期间制造业转型发展的重要支撑[4]。

为了推动共享制造模式的发展,工信部在 2019 年 10 月出台了《关于加快培育共享制造新模式新业态  促进制造业高质量发展的指导意见》,提出要把能力共享作为共享制造模式的重点,把创新、服务能力共享作为共享制造模式的支撑,形成制造业高质量发展和协同发展的新格局。国家发改委等部门在 2019 年 11 月出台了《关于推动先进制造业和现代服务业深度融合发展的实施意见》,提出要“发展共享生产平台”,将其作为“培育融合发展新业态新模式”的十个重点任务之一。工信部在 2020 年 6 月出台了《关于进一步促进服务型制造发展的指导意见》,强调要积极推动共享平台建设,鼓励企业建设共享制造工厂,完善共享制造发展生态。在各项相关政策的推动指引和企业的不断探索下,我国依托工业互联网发展起来的共享制造模式发展迈上新台阶。根据国家信息中心分享经济研究中心发布的《中国共享经济发展报告(2021)》,2020 年我国共享经济市场交易规模约为 33773 亿元,生产能力领域的交易规模位居第二。行业龙头企业持续加大资源开放共享力度,整合资源赋能创新创业尤其是中小微企业发展。大型企业、中小微企业以及各类服务企业之间的资源共享加速推进。

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1.2  研究内容与研究方法

1.2.1  研究内容

本文的研究内容主要包括以下四个部分:

第一部分是本文的绪论,主要从我国制造业的发展现状、“十四五”期间的发展趋势、共享制造的发展状态等方面介绍了本文研究的背景、研究问题及研究的理论和实践意义;明确了本文的研究内容和使用的研究方法;在此基础上梳理出了本文的研究思路及对应的技术路线;最后总结了本文研究的创新点。

第二部分是相关的文献综述,围绕共享经济的发展和共享制造的产生背景而展开,梳理了协同制造、云制造等与共享制造相关制造模式的文献;介绍了共享制造的共享内容和供需匹配的参与主体;最后归纳了与本文研究相关的双边匹配理论、前景理论、有限产能和供应中断等的研究现状。

第三部分是本文的主要研究内容之一,主要是关注共享制造资源供过于求/供需平衡的情形下的供需匹配问题,针对由一个共享制造平台、多个制造资源提供方和多个制造资源需求方组成的供需系统,在该问题的研究中引入双边匹配理论,将匹配的优先级、共享制造需求与制造服务能力的匹配度、制造任务对资源的满意度以及平台的收益一同纳入共享制造供需匹配的考虑范畴中,同时考虑企业的心理行为,构建考虑企业行为的共享制造资源双边匹配模型并对其进行求解,从而得到更加有效的匹配结果。

第四部分是本文的另一个主要研究内容,主要是关注共享制造资源供不应求的情形下匹配系统的均衡问题,针对由一个共享制造平台、一个制造资源提供方和多个制造资源需求方组成的供需系统,其中,提供方对关键制造资源具有有限生产能力,建立了共享制造资源匹配均衡模型,分析了系统成员考虑提供方有限产能时的均衡策略及供应中断对均衡策略的影响,为生产实践中共享制造供不应求的情形下存在供应中断风险的供需匹配决策提供理论指导。

本文的结论部分总结了全文的研究,概括了本文的主要研究内容和相关结果,提出了本文研究的不足并对未来的研究方向进行了展望。

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2   文献综述


2.1  共享制造的概念与发展

2.1.1  共享经济与共享制造

共享经济这一概念最早由美国社会学家 Marcos  Fairson 提出[6],随着新的信息和通信技术的出现,协同消费(Collaborative Consumption)在共享经济的基础上得到了推广和扩展,之后,众多学者对共享经济中的共享、协同消费等概念进行了发展和补充。Choi等认为协同消费是指消费者通过共享具有商业意义的资源以进行联合活动的一种经济模式[7]。Belk 认为,共享经济是指在信息化平台上通过费用或其他(非货币)补偿获取和分配资源的一种社会经济现象,具有所有权与使用权分离,以及对物质产品或服务进行重新分配等特征[8]。Clauss 等将共享经济定义为一种基于平台的模式,该模式允许从所有权社会向共享社会的转变[9]。基于上述研究,本文将共享经济界定为一种通过第三方平台(商业组织或政府)获取产品和服务的商业模式。在共享经济模式下,拥有闲置资源的机构或个人可以通过第三方平台将资源使用权转让给他人,所有者通过共享闲置资源获得价值,而需求者以更低的价格获得资源,从而提高资源的利用率[10]。

近年来,以 Airbnb、淘工厂、Uber、猪八戒网等为代表等共享平台掀起了共享经济的巨大浪潮。根据《中国共享经济发展报告(2021)》,2020 年我国共享经济市场交易规模为 33773 亿元,比上年增长 2.9%,具体的共享经济发展情况如图 2.1 所示;我国共享经济参与者人数约 8.3 亿人,参与服务提供者人数约 8400 万人,同比增长 7.7%;平台企业员工数为 631 万人,同比增长 1.3%。随着“十四五”期间我国新发展格局的加速构建,深化供给侧结构性改革与扩大内需战略的不断推进,数字经济的全面发展以及人们收入水平的不断提高,共享经济将迎来更广阔的发展空间。

图 2.1   2017-2020 年我国共享经济发展情况

图 2.1   2017-2020 年我国共享经济发展情况

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2.2  共享制造的共享内容与参与主体

2.2.1  共享制造模式的共享内容

中国社会科学院财经研究所互联网经济研究室主任李永健认为,制造业领域共享的内容是多方面的。共享经济中最有价值的方面是知识和技能的共享,在生产领域的所有方面都有共享的可能性。他指出,“从产品设计的开始,就可以共享产品的设计功能;而在生产阶段,则涉及制造商生产能力的共享;到了营销阶段,可以构建一个共享的物流系统,这样就不再需要通过专门寻找运输工具将产品从一个地方运输到另一个地方;到了后期阶段,共享仓储设备可以实现城市仓储的共享。”参考 He 等的研究,在共享制造模式下,制造企业的资源共享共分为三个方面:能力共享、物资共享和知识共享。

本文的研究主要关注的是共享制造资源共享中的生产能力共享,目前有关产能共享的研究主要有:

(1)产能共享演化机制。王兴冕针对服务型生产能力共享平台模式演化发展问题,综合考虑了平台、提供方和需求方的利益,构建了产能共享的三方演化博弈模型,研究了影响产能共享的相关因素并提出了基于成熟度的政府激励机制[12]。Wang 等提出了一种面向多用户的云制造服务分配框架以适应制造服务分配的分散决策管理,并从人口的角度建立演化博弈模型,观察不同制造业服务业的分配趋势[33]。

(2)产能共享收益分配。Roels 等探讨了在双向联盟中当两种互补资源(如生产和分销能力)共享时,提高能力配置决策效率的方法,并设计了一种既能缓解产能分配纠纷,又能提高所有参与企业利润的契约机制[34]。Guo 等考虑了竞争企业间的产能共享问题,并比较了不同定价合同下的最优策略和企业盈利能力[35]。Qin 等研究了两家具有固定产能的价格竞争企业之间的能力共享策略,提出了能力共享策略下的收益共享契约[36]。Yu 等以独立企业为研究对象,研究在考虑不同企业成本及服务水平需求的情况下,独立企业间的共享效益[37]。

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3   考虑企业行为的共享制造资源双边匹配模型............................................ 18

3.1   问题描述与模型基础.................... 18

3.1.1   问题描述........................................ 18

3.1.2   模型假设.............................................. 20

4   考虑有限产能和供应中断的共享制造资源匹配均衡模型........................ 40

4.1   问题描述与模型基础...................................... 40

4.1.1  问题描述................................... 40

4.1.2  模型假设.................................. 41

结论.............................. 57


4   考虑有限产能和供应中断的共享制造资源匹配均衡模型


4.1  问题描述与模型基础

4.1.1  问题描述

在一个共享制造平台上,某一关键制造资源 A 只能由制造企业1S 提供,而存在多个制造企业需求资源 A 。供需资源的企业可以在平台上发布相应的订单信息和资源信息,平台在接收到订单后对资源进行分类归集,根据制造资源的种类将供需企业进行划分,将供应和需求同一资源的企业划分到一起,形成一个需要进行匹配的双边交易市场,并在该双边市场中仅交易一种资源。因此,对资源进行分类归集后,将会形成由 1 个制造资源提供方企业(1S )和 n ( n 2 )个制造资源需求方企业(1 2, , ,nD D DP)组成的供需关键制造资源 A 的双边市场AM 。在AM 中,单位时间内提供方1S 的生产能力有限,平台只有在提供方有闲置生产能力时才能将其与提交订单的需求方进行供需匹配,而提供方在匹配成功立即进行生产并在完成订单后交付产品。在本章中,考虑有限产能的共享制造资源供需匹配如图 4.1 所示。

正常情况下,提供方的生产设备的性能会随着时间推移而发生退化,因此,本章考虑提供方在生产周期内会对设备进行预防性维护以减少自身的损失[93]。对需求方而言,则存在一段最优的交付时间,由于需求方库存成本和延后生产造成的损失等的存在,提供方早于或晚于该时间段交付产品都会减少需求方的收益[94]。当需求方同时提交订单时,由于提供方的产能有限,可能导致资源匹配的排队拥堵,从而使需求方产生排队成本。此外,疫情、自然灾害等随机干扰可能导致提供方丧失生产能力从而发生供应中断,当提供方的生产能力中断后无法恢复时,在制造资源供不应求的情形下将对供需企业和平台的收益造成巨大的影响。

图 4.1   考虑有限产能的共享制造资源供需匹配

图 4.1   考虑有限产能的共享制造资源供需匹配

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结论

本文研究了共享制造模式下,制造资源供过于求/供需平衡时和制造资源供不应求时的供需匹配问题。首先,梳理和归纳了国内外研究现状和相关理论,包括共享制造的概念与发展、共享制造的共享内容与参与主体、双边匹配理论和前景理论等,总结出已有文献缺乏对共享制造模式下资源双边匹配模型和匹配均衡模型的研究。基于此,本文以提升共享制造资源供需匹配效率和效果从而促进资源的高效、稳定和合理配置为研究目的,在共享制造资源供过于求/供需平衡的情形下,考虑企业的心理行为、匹配的优先级和共享制造模式三方参与主体的收益,建立了考虑企业行为的共享制造资源双边匹配模型;在此基础上,针对共享制造资源供不应求的情形,考虑提供方对关键制造资源具有有限生产能力,建立了考虑有限产能和供应中断的共享制造匹配均衡模型,分析了系统成员考虑提供方有限产能时的均衡策略及供应中断对均衡策略的影响。主要研究结论如下:

(1)本文构建的共享制造资源双边匹配模型将前景理论和匹配的优先级引入匹配过程中,能够得到更加符合实际的匹配结果。在实际交易的过程中,决策者面对损失所感觉到的痛苦远比获得相同收益时感到的欣喜大得多。平台在进行制造资源匹配时考虑供需企业的心理行为,能够避免较差的用户体验。同时,在匹配的过程中考虑企业匹配的优先级也可以较好地避免匹配失败情况的发生。

(2)在双边匹配模型构建中综合考虑共享制造模式三方参与主体的收益能够实现供需企业和平台均满意的快速有效匹配。根据本文提出的共享制造资源双边匹配框架,基于本文构建的双边匹配模型并运用合适的求解方法可以在一定程度上快速寻求到满足供需双方要求的资源匹配方案,同时满足平台的盈利,从而提高制造资源供过于求/供需平衡情况下供需匹配的效率和效果。

(3)在共享制造资源供需匹配均衡状态下,存在使平台和提供方收益最大化的有效匹配的产品需求总量,平台有效匹配的产品需求总量越高,需求方的均衡收益越低,需求方的均衡收益小于最优平均收益。该结论表明,当需求方可接受的最小收益存在时,平台可以确定出有效匹配的产品需求总量的最大值;此外,需求方之间可以进行合作和信息共享,使系统达到最优状态,此时需求方总的排队成本最小,需求方可通过一定的收益分享契约等增大自身的收益。

参考文献(略)

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