供应链系统的部分合作博弈研究

1、第 10卷第 4期 2007年 7月工 业 工 程I ndustr i a l Eng i n eer i n g Journa lVol . 10No . 4July 2007收稿日期 :2006205209基金项目 :国家软科学计划项目 (2003DG Q2D090作者简介 :赵道致 (19562 , 男 , 江苏无锡人 , 教授 , 博士 , 主要研究方向为供应链与物流管理、 工程项目管理、 工业工程理论与实践 .供应链系统的部分合作博弈研究赵道致 1, 沐 潮1, 2(1. 天津大学 管理学院 , 天津 300072; 2. 深圳职业技术学院 物流系 , 广东 深圳 518029摘要

2、:针对供应链信息和知识共享过程中存在的由于信任机制欠缺和协议约束松弛而引发的合作障碍 , 运用合作博 弈思想提出了部分合作博弈理论 , 分析部分合作博弈的生成机理 , 设计了改善的部分合作博弈策略 , 转换和优化重 复博弈的动态结构 。 给出了若干建议 , 力求获取与加强诚信 、 提高供应链合作程度 。 关键词 :供应链系统 ; 重复博弈 ; 部分合作博弈 ; 合作关系中图分类号 :F273. 7; F224. 32 文献标识码 :A 文章编号 :100727375(2007 04Research on Qua si 2Coopera ti ve e i SystemZ HAO 2(1. Sc

3、hool of ment, Tianjin 300072, China;2. Depart m I nstitute, Shenzhen 518029, China Abstract:A i the on obstacle existing in inf or mati on and knowledge sharing in supp ly chain due t o of trust mechanis m and slack of contract constraint, this paper puts f or ward the concep t of quasi 2cooperative

4、 ga me using cooperative ga me theory, analyses the generati on res ons of quasi 2coopera 2tive ga me, and then designs the i m p r oved quasi 2cooperative ga me strategy for transferring and op ti m izing the dyna m ic structure of repetitive ga me . Finally it p resents several suggesti ons in ord

5、er t o obtain and en 2hance trust and i m p r ove supp ly chain cooperati on .Key words:supp ly chain syste m; repetitive ga me; quasi 2cooperative ga me; cooperative relati onshi p 供应链管理是设计和保持一种良好的机制和模式 , 通过资源集成 , 借助合作企业的力量更好地发挥 自身的核心优势 , 使自身和整个供应网络获得竞争 优势的过程1。显然 , 供应链管理目标的实现依赖 于结点企业的业务与能力的有效集成 , 而

6、集成的核 心则是供应链合作关系的实现 , 合作与协调是供应 链管理的永恒主题 。供应链合作关系其实就是供应链节点企业在一 定时间内的分享信息 、 共担风险和共享利益的协议 。 然而 , 在企业个体利益最大化的理性假设和企业信 用普遍缺失的现实情况下 , 供应链合作关系的实现 是理论与实践中的难题 。 因此 , 供应链合作关系形成 机理和途径的研究 , 对于构建与优化供应链系统 , 改 善与指导供应链运营具有重要的理论与现实意义。博弈论是研究供应链合作关系的主要工具之一 。 纳什将博弈分为合作博弈与非合作博弈两大 类 。 一般认为 , 合作博弈是局中人能够交换信息且 合作协议具有强制性 , 而非

7、合作博弈则是局中人既 不能交换信息又不具有强制性约束协议2。假设供应链上供应商与经销商是理性的 , 那么支持合作博弈进行的是对博弈参与人的具有完全约 束力的协议和充分的沟通与信任。 原则上 , 条款完备 的协议以及充分沟通与信任的建立可以使局中人双 方突破囚徒困境 , 实现帕累托均衡而进行合作博弈。目前 , 运用博弈分析体系 , 尤其是合作博弈理 论 , 研究供应链系统中成员企业之间既考虑个体理 性与成员企业的收益 , 又顾及供应链系统收益的互 动对策已有许多成果 。 有关供应链信息价值的大部 分研究肯定了信息共享具有价值 。 马新安等3研究了通过激励伙伴信息共享活动来提高供应链绩效的 工 业

8、 工 程 第 10卷 问题 。 石小法和杨东援 4研究了一个供应商和 n 个 零售商的两级供应链模型 , 认为信息共享可以降低 供应商的存货水平 , 降低供应商的期望费用 。但是 , 理论界对于供应链信息价值定量化的分析结果差异 甚大 。 D Amours 2Montreuil 2Lefrancois 2Soum is 5模型 揭示了供应链信息共享的程序直接决定了最优的供 应链结构 。但是 Cachon 2Fisher 6的模型认为 , 信息 共享可以降低供应链成本的 12. 1%。而 F . Chen 7的模型则指出信息共享对降低供应链费用的贡献最 高达 9%。 万杰等人 8的研究认为 ,

9、在市场需求不稳 定 , 且零售商和生产商都采用固定间隔库存策略时 , 供应链各方只是共享信息 , 并不能完全消除订货波 动 。 看来 , 理论界部分人士与供应链软件供应商着 力推崇的信息共享 , 并非是解决供应链系统成员企 业博弈困境的最有效途径竞争力的数据 ,博弈的障碍 9, 供应链是动态 的 , 核心企业与其上下游企业在不断追求优越收益 分配中 , 一方面促进供应链结构的稳定 , 另一方面却 又要不断优化供应链 , 保持动态灵活性 。刘志学和 许泽勇 10在 3P L 的运作能力与努力水平均为非透 明信息的假设前提下 , 建立了 3P L 与其客户之间的 合作博弈模型 , 利用最大值原理求

10、解得出博弈双方 的合作策略 。李建标和武立东 11则认为合作博弈 与非合作博弈的区别主要在于主体的行为相互作用 时 , 当事人能否达成一个具有约束力的协议 , 如果 能 , 就是合作博弈 , 反之则为非合作博弈 。他们还认 为在供应链联盟的构建中 , 基于信任的合作是最根 本的理念 。上述有关供应链博弈的研究主要是基于合作博 弈理论来进行的 。 这些研究没有涉及和揭示部分合 作前提的博弈 。事实上 , 在合作与非合作博弈之间 存在大量的中间状态的博弈 , 此类博弈中的协议并 非都具有强制力 。并且 , 在博弈的某些阶段可能存 在某些有强制力的协议 , 而其他阶段这些协议的强 制力会弱化甚至消失

11、 , 也有可能会出现新的有强制 力的协议 12。 通常 , 供应链成员企业合作竞争关系 的博弈形式 , 一方面协议约束力不足 , 另一方面 , 博 弈双方局中人为持有私有信息 , 缺乏信息共享的驱 动力 , 导致信任程度滞留在低水平 。对于合作与非 合作博弈之间状态博弈产生的机理与演化途径 , 至 今并没有人给出进一步的研究与结论 。本文研究的焦点是在企业信任机制欠缺 、 协议 约束松弛的双重影响下 , 供应链系统成员企业合作 的生成与改进 。1 部分合作博弈的存在与界定 在供应链管理实践中牛鞭效应的产生表明 :供 应链成员企业之间 , 要么缺乏协议的约束 , 要么缺乏 通信与信任 , 甚至两

12、者皆有缺失 。牛鞭效应还反映弈 。 但是 ,彻底瓦解 , , 成 ,。 一定程度的合作始终与 。全合作亦非完全非合作博弈 , 而是处于两者之间的一 种博弈。 供应链合作伙伴之间的博弈其实是在一个 类似半闭半开区间 非合作博弈 , 合作博弈 两极之间 某一点上的博弈。 当供应链系统牛鞭效应发生的初 始条件具备时 , 供应链成员企业的合作关系迅速衰 减 , 之后需要经过长时间的库存消化与信用重建 , 供 应链成员企业之间关系向合作博弈演进。 当然 , 如果 成员企业之间合作关系彻底破裂 , 就会在半闭半开区 间 非合作博弈 , 合作博弈 上移动到非合作博弈。 在此 , 笔者将处于部分强制力协议约束

13、或 (与 一定程度信任支持的博弈称为 “ 部分合作博弈 ” 。参 与人在博弈中的合作受到合作协议所具有的约束力 和局中人相互的信任程度的综合影响 。真实的供应 链合作博弈实际上是在由这两个因素组成的空间中 某一点的博弈 , 如图 1所示 。图 1 部分合作博弈区间组合2 部分合作博弈可能会这样演化 :当部分合作博 弈处于协议有约束力与有相互信任二者之一或二者 均较低的状态时 , 就会导致部分合作博弈退化 。 典 型的导致退化的行为包括滥用协议约束松弛以获得 额外收益和降低对另一方的信任程度以避免风险 等 。 任何导致合作退化的行为与策略的运用都可能 使合作博弈退化并收敛为非合作博弈 。而不断采

14、取 促进合作的进化行为与策略会促进部分合作博弈所 处的位置趋向图 1右上方的合作博弈 。在供应链系统中 , 制造商 (以下简称甲 与零部 件供应商 (以下简称乙 的交易是一种博弈 , 博弈局 中人本质上是异质且相互依赖的 。在此 , 假设博弈 局中人的博弈地位与权力等同 。甲乙的策略行动空 间是 (C, D , C 表示彼此相互完全信任 , D 表示签订 具有完全严格约束力的协议 ,条款松弛 。 。甲 C D, 0, 6 6, 0,图 2 期望支付矩阵 博弈协调均衡在 (C, C 与 (D, D 实现 , 即完全 的信任或完全的协议约束力都会导致均衡 。但是具 有完全约束力的协议达成 , 需要

15、较高交易成本的投 入 , 而造成双方期望收益的降低 。在供应链系统中 , 制造商与零件供应商之间的 博弈是重复博弈 , 博弈的历史可被观察到 。在此 , 将 甲乙双方重复博弈表示为 G =I, S, , I 是参与者 集合 , S 是所有参与者策略空间 , 是所有参与者的 收益函数 。 如果重复博弈只进行 T 次 , 就是有限重 复博弈 , 用 G (T 表示 ; 如果重复博弈进行了无穷多 次 , 就是无限重复博弈 , 用 G ( 表示 。用 g (T 表 示第 T 次博弈 。在供应链系统的部分合作博弈中 , 完全和完美 信息一般难以获取 , 而无论预先制订怎样周详的协 议 , 动态且持续的博

16、弈环境都始终存在着约束松弛 。 因此 , 图 2中 (C, C 或 (D, D 协调均衡在供应链实 践中是难以实现的 。在部分合作博弈状态中 , 博弈双方的行动或策 略组合远远超过 (C, C 或 (D, D 两种 。在策略空间 内存在一个所有部分合作策略组合构成的集 M 。令 E 是具有部分约束力协议与部分信任组合的策略组 合集 。 在现实世界中 , VM I 、 J I T 以及预付订金等供应 链运营模式 , 都属于不同程度约束力协议与信任的 组合的部分合作博弈 , 都可以应用于 M 中的某个组 合点 。 对图 2所示的博弈进行改造 , 在甲乙双方局 中人行动空间中插入某个具体的行动 E

17、M , 得到图 3所示博弈 。乙C E DD0, 65, 1, 1, 46, 04, 1,图 3 部分合作博弈第一阶段期望支付矩阵 在此 , 引入博弈合作度指标 0, 1 来衡量部 分合作博弈不同策略组合实现的合作程度 :各阶段博弈帕累托收益之和。假设在重复博弈 G ( 前两个阶段博弈 G (2 中 , 彼此不知道对方的类型 , 只有在第一个阶段博弈 中识别对手行动并进而断定其类型 , 在下一个阶段 博弈中调整策略 。 如果在第一阶段博弈中双方信用 类型匹配 , 下一阶段博弈继续维持 ; 否则 , 损失方在 第二阶段会采用“ 彻底的 ” 针锋相对策略 (Tit f or tat strateg

18、y , 采用行动 D, 而获利方则会采取对应策略 D, 以争取保留价值 , 即 :若 g (1 的策略组合是 (C, C , g (2 仍选 C, G (2 可能实现策略组合为 (C, C , (C, C , 其总 期望支付值是 (10+10 , (8+8 =20, 16。 若 g (1 的策略组合是 (E, E , g (2 仍选 E, G (2 可能实现行动组合 (E, E , (E, E , 其总期 望支付值是 14, 14。若 g (1 的策略组合是 (D, D , g (2 仍选 D, G (2 可能实现行动组合 (D, D , (D, D , 其总期 望支付值是 6, 4。若 g

19、(1 的策略组合是 (C, E 或 (C, D (策略组 合中前者是一方的策略 , 后者是另一方的策略 , g (2 为 (D, D 。 前两个阶段博弈 G (2 可能实现的 行动组合 (C, E , (D, D 或 (C, D , (D, D , 其总期望支付值相应为 4, 7或 3, 8。若 g (1 的策略组合为 (E, D 或 (E, C , g (2 为 (D, D , G (2 可能实现行动组合 (E, D , (D, D 或 (E, C (D, D , 其总期望支付值相应为 4, 6或 8, 3。若 g (1 的策略组合为 (D, E 或 (D, C , g (2 为 (D, D

20、 , G (2 可能实现行动组合 (D, E , (D, D 或 (D, C (D, D , 其总期望支付值相应为 7, 3或 9, 2。由上述分析可得图 4“ 彻底的 ” 针锋相对策略的 G (2 的两阶段总期望支付矩阵 。乙C E D甲 CE D , 4, 73, 88, 39, 27, 3, 图 4 “ 彻底的 ” 针锋相对策略的 G (2 的总期望支付矩阵 这种奖惩机制规定 , 如果局中人双方初始阶段 博弈的策略行为是信任程度匹配的 , 下一阶段博弈 将重复进行这个行动组合 ; 如果初始阶段信任程度 不匹配 , 则下一阶段博弈将退化到严格的协议约束 策略 (D, D , 而百分之百严格

21、的协议约束 (D, D 是 需要付出契约制定成本的 。这个机制是 G (2 的纳 什均衡 。 在这样的纳什均衡自执行机制作用下 , 考 察 G (2 初始阶段博弈采用三种不同初始策略而导 致的策略组合合作度 发生的变化 : 假设该重复博弈每个阶段博弈都重复采取 (D, D , 选择完全互不信任 , 使用完全约束力协议来规范博弈 , 得到的策略组合合作度为 20+1618。假设该重复博弈每个阶段博弈都重复采取 (C, C , 选择完全诚信合作 , 得到的策略组合合作度是 =1。后者是达到阶段博弈的帕累托均衡收益 。由上 述分析得到重复博弈 G (2 的策略组合合作度区间是 18, 1。再考察重复

22、博弈 G ( 前两个阶段博弈 G (2 的初始阶段采用 3种不同策略而导致策略组合合作 度 发生的变化 :g (1 为 (D, D , g (2 采取 (D, D , 则 DD =18, 策略组合合作度 DD 处于区间下限 , 博弈的合作程度 较低 ;g (1 为 (C, C , g (2 采取 (C, C , CC =1, 策略 组合合作度 CC 处于区间上限 , 这是一种完全合作博 弈 , 合作程度最高 ;g (1 为 (E, E , g (2 采取 (E, E , EE =9, 策略 组合合作度 EE 处于区间中游 , 合作程度明显高于第 一种情况 。在 g (1 中 , (C, C D

23、, D (E, 这三种策略组合 中 , 。这里引入一个 系统平均合作 0, 1,两个端点分别表示完全不 合作和完全合作 。用 G (T 匹配 表示信任程度相互匹 配的重复博弈 , 其初始博弈是以相等概率采取 (C,C 、 (D, D 、 (E, E 3种策略组合 , 则 G (2 匹配 的平均 合作度为(G (2 匹配 =3(DD +CC +EE 54。 显然 , 此时供应链系统的完全合作未能实现 。在 g (1 中 , 假设双方局中人以等概率采取每一 个策略组合 , 即不管初始阶段双方的信任是否匹配 , 在彻底的针锋相对机制下 , G (2 的系统平均合作度 为彻底 (G (2 =9(DD

24、+CC +EE +CE +CD +EC +ED +DC +D E =54。 由以上两式可知 , 系统平均合作度 彻底 (G (2 明显低于 (G (2 匹配 。由此可见 。供应链的系统 平均合作度不仅与初始阶段博弈局中人双方采取的 诚信是否匹配有关 , 而且与双方诚信的匹配水平也 相关 。由以上分析可得结论 :在供应链系统中 , 制造商 与供应商双方如果采取了高度诚信的匹配来进行试 单交易 , 将有利于供应链系统维持较高的合作程度 ; 如果信任程度不匹配 , 在第二阶段博弈中 , 双方都会 投入成本以加强协议约束力 , 从而导致合作度降低 ; 如果信任程度低水平匹配 , 下一阶段博弈会重复这

25、种匹配 , 系统平均合作度将保持在一起低水平 。2 部分合作博弈的策略改进无名氏定理13认为 , 在无限重复博弈 G ( 第 4期 赵道致 , 沐 潮 :供应链系统的部分合作博弈研究 中 , 如果贴现因子 充分接近 1, 则 G ( 存在合作 解的子博弈完美均衡 , 这个合作解不是阶段博弈的 纳什均衡 。 在无限重复博弈 G ( 中 , 有合作解存 在的可能 , 这种合作解能够实现比采用阶段博弈更 高的平均收益 , 但是也并不可能实现阶段博弈的帕 累托收益 。 因为只要在 G ( 中某个阶段博弈有部 分信任缺失 , 即有个别或部分阶段博弈没有采取策 略组合 (C, C , G ( 平均收益就会

26、低于阶段博弈的 帕累托收益 , 整个 G ( 就会处于部分合作状态而 成为部分合作博弈 。在 G ( 中 , 针锋相对策略所描述的重复的或 随机的信任缺失 , 使得部分合作博弈的合作程度更 为低下 。 因为 , 针锋相对策略不仅会降低信任程度 , 而且在信任缺失模式被识别后 , 本来天真的对手会 通过学习变得老练 。如果要恢复有限合作 ,罚背叛的局中人为条件 上 ,合 (C, D 或 (D, C (C, C 假设在第 t -1阶段博弈中 , 局中人甲采用判断 策略 D 。 甲在第 t 次阶段博弈中悔过 , 采用策略 C, 而乙方则会采用惩罚策略 D, 形成策略组合 (C, D 。 老练的乙方在

27、 t +1次阶段博弈中 , 并不一定会选择 合作 C, 甚至也不采用部分合作策略 E, 而且惩罚先 前信任缺失者甲方多次 , 即从第 t 阶段博弈开始持续 惩罚 t +i 次 , 局中人乙才予甲方以有限合作 , 恢复采 用 E 或 C 。 这就是所谓的“ 延迟的针锋相对策略 ” 。 这是更为老练的策略 , 对于先背叛而后又希望合作 的局中人 , 这是艰难的考验 , 考验的艰难程度与惩罚 的次数 i 相关 。 在考验的第 1到 i 次过程中 , 甲有可 能再度信任缺失 , 甚至在了解对手坚持采用“ 延迟的 针锋相对策略 ” 后 , 甲方干脆不悔过 , 保持信任缺失 。 实践表明 , 供应链系统中老的核心企业 , 通过进化学 习 , 运用 “ 延迟的针锋相对策略 ” , 降低供应链系统的 合作程度 , 导致系统收敛到非合作博弈的可能性增 加 , 最终使得 G ( 的系统平均合作度 (G ( 大 为降低 。避免系统合作程度的降低 , 需要重点研究 。笔 者在上述分析的重复博弈 G ( 前两个阶段博弈 G (2 中 , 设计一种“ 有限程度 ” 的报复机制 (或称谅 解机制 , 以求获取较好的系统合作程