基于机制设计的生产与服务供应链模式研究

The aim of this project is to study the channel selection problem of a supply chain consisting of manufacturers and service providers. In this supply chain, the manufacture (e.g., mobile phone maker) and the service provider (e.g, network operator) work together to meet the consumer demands. There are two fundamental channels: the bundled and the free. In a bundled supply chain channel, a phone producer designs a phone to work exclusively with a single network carrier, and a consumer has to buy the service and the phone together from the network carrier. But in a free channel, the phone works with multiple carriers and a consumer buys respectively the service from a carrier and the phone from the producer. The manufacturer makes decision of the inventory level and product price; while the network operator makes the decisions of service contract elements including service quality, expiration date, payment terms. Our research focuses on the interaction between the manufacturer's and the service provider's decisions. The service contract brings two new features to the supply chain: the risk of consumer default and the contracted payments. These new features m8ake it very challenge to find the optimal decisions for both the manufacturer and the service provider. For this, our research first tackles the optimal decision under the centralized settings and use the convexity and sub-modularity to analyze the structural property of the optimal decisions. Then, we study the equilibrium in the game between the manufacturer and the service provider. Considering the information and market power asymmetries, our work will extend the mechanism design theory of the Bayesian game to compute the equilibrium.

本项目将研究基于机制设计的生产与服务供应链模式。在此供应链中，生产商制造产品（如手机），服务商提供服务（如语音和数据服务）给最终消费者。供应链模式分为绑定模式和自由模式。绑定模式下生产商制造的产品和唯一服务商绑定；而在自由模式中，产品可以接受多个服务商，消费者分别从制造商和服务商购买产品和服务。 生产商的运营决策包括库存和定价，而服务商的决策包括服务合同条款如服务质量，有效合同期，付款方式等等。本研究的重点在于生产决策和服务决策的互相影响。服务决策带来两方面的特点: 消费者违约风险和合同分期付款。这些特点给生产商和服务商的最优策略确定带来了挑战。对此，本项目先研究集中决策下的最优策略，用凹凸性和超模性等数学工具刻画最优决策的结构特性。然后研究分散决策下，生产商和服务商的博弈。考虑到信息和市场权力的不对称，本项目扩展贝叶斯博弈中的机制设计理论来研究博弈的均衡策略。

本项目的主要研究供应链在各种典型不确定环境下的绩效及其管理策略。我们首先用随机序来刻画不确定需求的波动性，发现了需求在各种不同变换下的波动性变化规律，并讨论这些规律对供应链订货策略及绩效的影响，该成果已发发表在European Journal of Operational Research。其次面对随机需求，当多级供应链每级的产能有限时， 如何确定最优动态订货策略是供应链管理研究中的难题。本项研究了供应链多级库存系统的成本目标函数及订货量约束的特点，通过凸函数分析，发现系统的最优成本函数在一定的情况下可以分解为单级成本函数。该分解性质让我们刻画了最优的订货策略，发现其具有上游库存状态依存的特点，即每级库存的订货策略仅仅取决于其上游所有级库存的状态, 该成果已发表在Production and Operations Management。再次本项目研究了制造与服务供应链在竞争下的最优结构。当产品制造商如手机生产商苹果公司及其相关的服务运营商如美国电报电话公司共同为满足消费者需求时，制造商和运营商是否应该合作，供应链竞争对合作决策以及利润有何影响。研究发现由于运营商服务是分期收费的，体现率对是否合作以及供应链的绩效有较大影响。当运营商的体现率很高或很低时，运营商应该和制造商合作，否则不合作。我们还发现当供应链之间的竞争程度较低时，供应链的绩效会随着竞争程度的增加而更好。最后本项目研究了成本信息不对称下机制设计对供应链策略和绩效的影响。第一部分机制研究通过理论和实验研究了线性和非线性机制对供应链策略和绩效的影响：尽管理论上非线性机制要优于线性机制，但是由于人类决策者关注公平性且不完全理性，实验结果表明非线性机制的优势在有些情况下比理论预测更大，而在另一些情况下比理论预测小，甚至完全不显著。第二部分机制研究集中讨论审计机制对供应链的影响。主要考虑在供应商生产成本为非对称信息时，较强势的零售商如何设计审计机制来提高其绩效。研究发现审计机制在有些情况下可以提高零售商利润，并促使更多的供应商参与供货。