Study on Collaborative Model of Sea-Rail Intermodal Transport Based on Stackelberg Game

This paper investigates the issue of channel coordination for a two-stage supply chain with one retailer (railway freight forwarding) and one manufacturer (port freight forwarding) based on Stackelberg game. The demand of sea-rail intermodal transport is influenced by the retailer's sales effort. We found that using the wholesale price contract alone cannot coordinate the sea-rail intermodal transport service supply chain well. Joining the wholesale price contract with the sales effort cost sharing model remains ineffective in managing the two-stage supply chain. To effectively coordinate the channel members, we were joining the wholesale price contract with the sales effort cost sharing and the revenue sharing contract. We identify the optimal level of retail sales effort, optimal level of revenue sharing and optimal supply chain profit. And the enterprises in sea-rail intermodal transport service supply chain can achieve the purposes of market development. 基于Stackelberg博弈的海铁联运协同模型研究 王雪姣 宁波大红鹰学院,浙江宁波,中国 关键词:海铁联运,Stackelberg博弈,收益分享契约,供应链协调。 摘要:针对海铁联运构建利益共同体和提高海铁联运系统协同一致性的目标,本文引入契约 协调工具,基于Stackelberg博弈,研究了一个由单个港口货代和单个铁路货代组成的两级供 应链的决策问题。海铁联运服务需求受服务零售商铁路货代的市场努力影响,文章首先分析 了集成供应链模型,随后分析了单纯基于批发价格契约以及加上努力成本共担契约的分散供 应链模型并与集成供应链的利润进行比较,得出了基于单方面的批发价格契约和努力成本共 担无法协调海铁联运服务供应链。最后引入收益分享契约使得海铁联运服务供应链得到协调。 证明了海铁联运通过引入批发价格契约、共担努力成本契约和收益分享契约来激发服务零售 商铁路货代进行更大的市场开拓努力,从而使海铁联运服务供应链达到协调。 1.引言 海铁联运是进出口货物由铁路运到沿海海港直接由船舶运出,或是货物由船舶运输到达 沿海海港之后由铁路运出的只需“一次申报、一次查验、一次放行”就可完成整个运输过程 的一种先进的综合运输方式。[1] 海铁联运占港口集装箱吞吐量的比例美国为50%,法国为40%, 英国为30%,印度也有35%左右。[2]海铁联运模式虽具有明显的优势,但我国集装箱海铁联运 的数量仅占全国港口吞吐量的1.5%左右,发展滞后。以大连为例,大连港2015年以34.9万TEU 在全国海铁联运中排名第一,但与其930.1万TEU的集装箱总吞吐量比较,仅占3.75%。 2016年6月国家发改委在《营造良好市场环境推动交通物流融合发展实施方案》中提出: 在铁路改革后,铁路要与港口、货代等物流主体建立战略合作乃至具体运营的合资股份企业, 构建利益共同体,即海铁联运纵向一体化联盟式的经营主体。随之而来,对海铁联运服务供 429 应链主要成员间的纵向关系要进行管理。有关纵向合作的研究成果主要集中在供应链协调[3], 供应商库存管理(VMI)和联合库存管理(JMI)等方面。[4]海铁联运各个环节体现上下游之间的 纵向关系,本文将供应链管理思想应用到海铁联运业务中,但以提供纯服务为核心产品的海 铁联运服务供应链与产品供应链一样也产生了供应链协调的问题。 2.海铁联运服务供应链协调契约机制 供应链协调是指在特定的契约条件下,供应链成员在进行订购量决策时,其个体最优订 购量与整个供应链利润最大化时的订购量能否一致的属性。当供应链的期望利润等于集成供 应链的期望利润时,我们就说分散供应链协调了。 契约协调已经取得了大量的研究成果,但在物流运输领域应用契约协调相对较少。孙西 敬(2013)将协同理念引入集装箱物流链运作中,提出了主要的协同关系及策略[5]。很多学 者针对运输协调博弈的研究中,多集中于横向关系的协调,较少涉及纵向关系博弈的协调研 究。海铁联运服务供应链是纵向一体化的关系,我们需要借鉴产品供应链中的契约协调来实 现海铁联运服务供应链的协调。 大部分传统产品供应链建立在纯价格机制上,但是由于双边际效应的存在,纯价格机制 通常不能协调供应链,供应链契约协调仍是供应链协调的重要工具,通过引入其他协调契约 才能够实现真正的协调。Cachon和Lariviere(2005)认为收益分享契约十分受欢迎是由于它能 够单独应用于供应链中或和回购等契约结合使用[6]。Yao等(2008)研究表明,收益分享契约 比纯价格机制更能提升供应链性能[7]。Zhao等(2007)对收益共享合同在单个供应商与单个 销售商组成的供应链中进行Stackelberg主从对策的研究得出,如果收益的分配比例是事先确 定的,则占有较大分配比例的一方是Stackelberg领导者将会使供应链的整体利润最大[8]。铁 路运输体制、服务价格及服务质量等方面是阻碍我国集装箱海铁联运发展的主要因素,铁路 运输价格相对于公路、水路灵活的运价调整机制而言,其运价调整机制不够灵活使得我国海 铁联运缺少低成本的竞争优势[9]。因此,本文构建港口货代为主导者,铁路货代为从者进行 Stackelberg博弈的海铁联运服务供应链,研究引入收益分享契约的协调机制,以期获得一种 海铁联运服务供应链的有效运营模式。 3.模型构建 海铁联运供给主体市场地位的差异决定着海铁联运的组织形式和系统稳定性。实践表明, 纵向一体化战略联盟有利于实现供给主体的合作共赢,所以,要发挥海铁联运经营主体的作 用,以港口为载体,强化与铁路部门和船公司的合作,组成经济共同体。铁路部门由于历史 原因,缺乏有效的代理制度和货代公司,货源承揽是薄弱环节,而港口是货物集散和信息集 聚中心,两者的联合,能够有效对接货源与铁路运输,实现资源优势互补。 因此,本文构建单个港口货代和单个铁路货代组成的两级供应链。假设港口货代和铁路 货代都是风险中性,双方信息对称,都根据期望利润最大化原则进行决策,港口货代为主导 者,铁路货代为从者进行Stackelberg博弈。借鉴Tapiero[10]供应链内成员企业质量控制研究 模型和Gurnani[11]的市场需求模型。现假设铁路货代的服务订购量Q 等于市场需求 D,其中 D 与海铁联运服务价格 p 铁路货代的市场努力水平 e 具有线性相关的关系,即D a bp e γ = − + 。 符号说明: D :市场需求; p :铁路货代的零售价格; e :铁路货代的市场开拓努力水平; c :港口货代提供服务的成本; Q:铁路货代的服务订购量; 430 R :铁路货代; P :港口货代; a :市场规模(假设产品市场规模不变,该值为定值); b :需求价格弹性; γ :铁路货代市场开拓努力对需求的影响; 假设铁路货代的市场努力成本函数是指数函数,铁路货代的市场努力成本函数 2 ( ) 2 e c e η = , 其中,η是铁路货代市场努力成本能力系数,它越大说明相同的市场努力带来的成本更高。 4.集成供应链模型 本部分将构建一个集成供应链模型,就是集成供应链的服务零售商铁路货代决定服务订 购量Q,铁路货代将选择一个最优的零售价格 p将海铁联运服务销售给货主并获取最大利润。 集成供应链的利润函数如下: 2 ( )( ) 2 c e p c a bp e η γ Π = − − + − (1) 针对集成供应链利润函数公式(1)分别对参数 p , e 求偏导,并赋值为零,结果如下: 2 0 c a bp e bc p γ ∂Π = − + + = ∂ (2) ( ) 0 c p c e e γ η ∂Π = − − = ∂ (3) 可以得出此函数的海塞矩阵是 2 2