政府激励、质量投入对共享单车服务网络均衡的影响研究.pdf

第 卷第 期运 筹 与 管 理 ，年 月 收稿日期：基金项目：国家社会科学基金一般项目（）；湖南省自然科学基金面上项目（）作者简介：李坚飞（），男，湖南嘉禾人，博士，教授，研究方向：服务经济与管理；唐昆（），男，湖南邵东人，硕士研究生，研究方向：复杂系统管理；沈炀（），通讯作者，女，湖南长沙人，讲师，硕士，研究方向：服务质量管理；李蓓（），女，湖南永州人，硕士研究生，研究方向：服务经济管理。政府激励、质量投入对共享单车服务网络均衡的影响研究李坚飞，唐 昆，沈 炀，李 蓓（湖南工商大学 工商管理学院，湖南 长沙 ；湖南工商大学 经济与贸易学院，湖南 长沙 ）摘要：本文在考虑服务供应链闭环网络系统中同类成员竞争的基础上，将共享单车服务网络划分为制造供应商、服务集成商和消费需求端三个层次，建立考虑政府激励、质量偏好的共享单车服务网络均衡模型。结合修正投影收缩法，设计模型求解程序进行数值算例分析。研究发现：服务集成商新产品价格随着平均共享频率变化而变化，再制造产品价格不仅受平均共享频次的影响，还与政府给予的激励存在关联，当政府给予激励越大，其内生价格越低；服务集成商回收产品内生价格与服务集成商的质量偏好存在负向关联关系，而与制造供应商的质量偏好存在正向关联关系；共享频次是共享服务闭环供应链实现可持续发展的关键指标。关键词：共享单车；闭环供应链；服务网络；政府激励；质量偏好中图分类号：文章标识码：文章编号：（）：，（，；，）：，：，：（），；（），（）（），（），：，“”，：；引言新时期，在企业降本增效的牵引下和新一代信息技术的推动下，以平台化、高效化、开放性和分布式为特征的共享经济，得到了前所未有的发展，共享单车作为共享经济的典型代表成为了社会各界关注的焦点。近年来，共享单车企业开始关注过量投入与共享频率等问题，利用大数据对消费需求进行预测，以减缓过量投入带来的负面影响，但实践证明在随机需求扰动下单一的需求端预测与调度是难以解决过量投入带来的不利影响，必须从服务供应链网络层面，将制造供应商、服务集成商、消费需求端、政府等相关主体纳入共享单车服务系统，寻找实现服务供应链网络参与主体间的供需均衡策略，从整体服务供需系统中规划、组织和优化网络资源配置，促其可持续发展。共享单车服务网络设计与调度优化一直是国内外学者关注的焦点，主要集中在两个方面：（）共享单车服务网络的需求预测与网点布局方面。需求预测方面，学者们主要结合图论、排队论等方法进行单车需求预测。如 等基于数据挖掘和机器学习方法预测共享单车的时空需求 ；等基于贝叶斯等方法预测了站点共享单车数量以及需求模式 。在选址优化上，学者们主要基于成本最低、服务需求最大等目标函数，结合数据挖掘等模型方法进行优化设计，如 等 、等 、等 、张水潮等 采用数据挖掘、神经网络、增强决策树等方法优选设计共享单车的服务网络站点。（）共享单车运营（调度）系统再平衡方面。这主要表现在车辆的调度以及服务网络资源配置和优化方面，等提 出 了 自 行 车 服 务 网 络 再 平 衡 问 题 ，等 提 出 了 决 策 问 题 。和 开发了混合嵌套的大邻域搜索与可变邻域下降算法从静态视角探讨了车辆调度路线和资源配置方案不随时间变动的服务系统再平衡问题 。和 提出需求预测算法从 动 态 视 角 研 究 了 考 虑 服 务 系 统 再 平 衡问题 。随着共享单车竞争加剧，服务系统再平衡矛盾突出，部分学者主张加强政府的规制和监管，运用强有力的行政手段进一步规范共享单车服务体系。以 等 、等 、等 为代表的学者认为政府应优先考虑财政激励，通过设置合理的生产和消费补贴支持共享单车运营企业的持续创新和良性发展。国内学者相博等认为政府应积极发挥产业引导作用，在城市空间布局、专属道路规划以及产业配套等方面予以支持 。纵观现有文献，对共享单车作为准公共服务的供应链网络均衡研究还不多见。虽由少数学者已经提出了要在共享单车服务模式设计中考虑供应链要素和价值传递等因素，但其研究的基点还是侧重于研究单一主体利益，研究视角主要集中如何实现单个参与主体利益最大化在“点”上，基于服务价值、服务质量、生态持续社会福利的“链”“线”和第 期李坚飞，等：政府激励、质量投入对共享单车服务网络均衡的影响研究“面”的研究还相对较少，对整体服务链条网络均衡及其可持续发展鲜有研究。加之，消费者质量偏好直接影响着共享单车的使用频次，与产品质量息息相关。因此，本文在考虑消费者质量偏好的同时，综合考虑政府政策激励下消费需求端不同质量单车的平均共享频率对整体服务供应链网络均衡的影响。模型构建与假设描述本文研究的共享单车服务供应链网络由 个相互竞争制造供应商、个服务集成商以及 个消费需求端三个层次构成。为了便于研究，本文作出如下假设：假设 假定市场中存在新产品和再制造产品两种不同类型的单车产品，且两者在使用寿命周期、生产成本及其可再回收等方面存在差异。假设 假定再制造产品的质量、生产成本和服务价格都低于新制造产品；假定再制造共享单车的平均共享频次要低于新制造的共享单车。假设 假定消费者会更偏好外观较新、质量较好、功能较齐全的单车作为选择。假定集成商不再从需求市场中回收再制造产品。假设 假定新产品和再制造产品共享系数为统计均值，该系数影响市场需求数量，也与服务质量和产品质量存在紧密关联。假设 假定所有函数都是可微分的凸函数，且约束条件得到的定义域也是凸集。假定共享单车服务网络均衡问题本质上是一个可微凸优化问题。共享单车服务网络均衡模型现实中共享单车的运营是一个服务供应链网络，单独地研究某一环节很难解释或寻找到系统整体最优的解决方案，为此，本文基于网络演化博弈视角，在考虑服务供应链闭环网络系统中同类成员竞争的基础上，将共享单车服务网络划分为制造供应商、服务集成商和消费需求端，结合平均共享频率，在政府激励下建立了具有质量偏好消费市场的共享单车服务网络均衡模型，探索整个服务网络中不同合作主体间的竞合关系，以刻画共享单车服务系统中利益均衡、服务优化的相互作用及演化过程。制造供应商层的最优行为及均衡条件制造供应商以利润最大化为决策目标，其利润等于销售收入减去所有成本。制造供应商接受了服务集成商订单 后，为所有制造供应商的 维生产量列向量，和 分别代表新产品生产量和价格，和 分别代表制造供应商和集成商间的新产品交易列向量和交易价格列向量；和 分别代表再制造产品生产数量和价格，和 分别代表制造供应商和集成商间的再制造产品交易列向量和交易价格列向量；承担新生产成本为、再制造（维修）成本为，与服务集成商的新产品交易（谈判）成本为 ，再制造产品交易成本为 ，回收废旧产品交易成本函数为 ，回收废旧产品的数量和价格为 和 ，回收废旧品处理的成本函数为（），其中 为制造供应商 单位报废产品成本，为制造供应商回收产品的再制造率。制造供应商的决策模型如下：（）（）其中，制造供应商有存货，但不允许出现缺货现象，即 ；闭环供应链中所有订单均为非负产量和交易量，即 ，。设制造供应商约束对应 乘子为，所有的 构成 维列向量 。因此，所有制造供应商的最优行为及均衡条件可描述为变分不等式，即确定最优的（，），使其满足下列变分不等式：（）（）（）（）（）（）在式（）中，从第四项看，如果 ，则制造供应商 将生产的产品全部销售给服务集成商 ，可称为影子价格。从前两项可知，在均衡状态下中若 （），则制造（再制造）供应商新产品价格等于影子价格、边际生产成本、制造供应商与服务集成商新产品（再制造）边际交易成本运 筹 与 管 理 年第 卷之和。如果集成商愿意接受制造供应商两类产品的价格，则制造供应商会向其供货；反之亦然。服务集成商层的最优行为及均衡条件服务集成商是共享单车服务供应链网络的中心，集聚了所有资源与信息。服务集成商 会向制造供应商 分别以价格 和 发出订货信息，采购数量 新制造产品和数量为 的再制造产品。假定消费者对新产品和再制造产品存在质量消费偏好差异，不同产品使用频次不同，平均共享系数分别为 和，并分别以市场价格 和 向需求消费市场提供数量为 和 的产品，以价格 向制造供应商提供数量为 的产品。集成商需承担系统运营成本 和交易成本 ，废旧产品回收成本 及其交易成本 。设定回收废旧品处理成本函数为（），其中 为服务集成商 单位报废产品成本，为服务集成商回收产品的再制造率。同时，政府主管部门会提供回收补贴 ，激励服务集成商采取低碳和环保理念，决策模型如下：（）（）新产品和再制造产品数量不能低于废旧产品回收总数，即 ；服务网络中所有订单均为非负产量和交易量，即 ，。设服务集成商约束对应 乘子为，其构成 维列向量 。因此，制造供应商最优行为及均衡条件可描述为确定最优（，），如公式（）。（）（）（）（）（）（）根据变分不等式和互补问题的等价关系，由式（）的第四项看，如果 ，则服务集成商将购进的新产品和再制造产品全部投放市场供消费需求端使用。由式（）的第一项和第二项可知，在均衡状态下，如若 （），则服务集成商新产品价格随着共享频次越多其市场消费价格越低，同时当政府给予激励越大，其内生价格越低。从式（）第三项看，若 ，则服务集成商回收产品内生价格与服务集成商的质量偏好（回收产品报废厌恶率）存在负向关联，而与制造供应商 的质量偏好（单位报废产品成本）存在正向关联。消费需求层的最优行为及均衡条件在产品经使用达到寿命周期后，服务集成商将销售给制造供应商。平均共享系数分别为 和，（），（）为服务集成商承担的需求市场中新（再制造）产品的交易成本函数。因此，当 或 时，（）或 （），反之当 或 时，（）或 （），同时，需求市场中新产品与再制造产品的需求量及供给量之间的关系也应同样满足上述的 条 件。本 文 假 设 质 量 偏 好 函 数 形 式 为（），其为单调递增函数。（），（）另外，回收总量不能大于其向消费市场投入两类产品数量的总和，设其对应的 乘子为，所有 形成了一个 为列向量 。服务集成商最优行为及均衡条件即为确定最优的（，），使其满足下列变分不等式：（）（）（）（）（，；）（），（，；，）（）（）（）第 期李坚飞，等：政府激励、质量投入对共享单车服务网络均衡的影响研究根据变分不等式和互补问题的等价关系，从式（）的第三项可以得到，在均衡状态下中若 时，则（），即内生价格 （），而（）为单调递增函数，因此，随着废旧产品回收数量增加，平均共享系数 和 增加，服务集成商共享收入也会得到相应地提高。共享单车服务网络均衡模型对于整个共享单车服务网络，需求确定在所有成员的决策均为 均衡的情况。因此，将式（）、式（）、式（）三式求和，再消除层间交易的内生价格变量，可获得整个共享单车服务网络的博弈均衡条件，将其简写成标准变分不等式形式，即求解 ，使得 （），。其中，（）（，），（），表示 维欧式空间内积。数值算例本文考虑由 个制造供应商、个服务集成商和 个需求消费市场组成的共享单车服务网络。首先，假定平均共享频数组合为（，），参与主体质量改进投入组合为（，），分析政府激励系数变化对均衡状态影响的差异。如表 ：（）政府采取正向激励能有效提升共享单车服务网络各主体收益，且 比 采 取 负 向 激 励（规 制）效 果 更 好；（）政府激励系数存在报酬边际递减发展趋势。当 在 时，表现出较好的结果，小于 出现递增趋势，大于 出现了边际递减。这就要求政府在对共享单车服务网络的构建和优化过程中，要规制和补贴双重并进。表 政府激励系数 的变化对共享单车服务网络均衡状态的影响变量 其次，假定政府激励系数为 、参与主体质量改进投入组合为（，），比较分析需求市场两类产品平均共享频数组合变化对共享单车服务网络均衡状态影响的差异。本文将（，）组合设置为（，），（，），（，），（，），（，），（，）和（，）七种类型。如表 ：平均共享频数变化对网络均衡状态产生了显著影响。在共享频次为 次 天前，新产品交易和参与主体收益呈现出递增趋势；但超过 次 天，则呈现出了显著边际报酬递减趋势，（，）组合点上实现了供需均衡。这就要求共享单车服务集成商要优化产品市场投放数量和周期，更好地控制和调适共享频次，在实现供需平衡的基础上提升参与主体收益。最后，假定政府激励系数为 ，需求市场对新产品和再制造产品平均共享频数组合为（，），分析质量合作系数变化对共享单车服务网络均衡状态影响差异。如表 ：（）质量集成合作方式 所 产 生 收 益要 远 远 高于 非集 成 的 质量 合 作；（）服务集成商主导下的质量所产生的整体收益要高于制造供应商主导下的质量合作关系；（）双方调试匹配下相对公平情形下的质量合作收益要大于其他的质量合作收益。表 需求市场平均共享频数（，）的变化对共享单车服务网络均衡状态的影响变量（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）运 筹 与 管 理 年第 卷表 参与主体质量合作系数（，）变化对共享单车服务网络均衡状态的影响变量（，）（，）（，）（，）（，）（，）（，）结论本文通过分析得到了以下研究结论：（）只有当制造供应商新产品价格等于影子价格、边际生产成本、制造供应商与服务集成商新产品边际交易成本之和，当服务集成商愿意接受该价格时，制造供应商对其进行供货；再制造产品同样。（）服务集成商新产品平均共享频次越多其市场价格越低，而其对再制造产品价格受平均共享频次与政府激励的双重影响，政府激励越大，内生价格越低。（）服务集成商回收产品内生价格与服务集成商的质量偏好存在负向关联，与制造供应商的质量偏好存在正向关联关系。同时，随着产品回收数量增加，两类产品平均共享系数增加，服务集成商共享收入会得到提高。本文并未考虑将平均共享系数定义为“生态系数”，值得在下一阶段中探讨。参考文献：，：，：，：，：，：，（）：，：张水潮，季彦婕，董升，等 公共自行车租赁时长分布特性的引力场模型 交通运输系统工程与信息，（）：，“”，（）：，：，：，：，：，：，：，：，（）：，（）：相博，陈可可，田龙伟 共享经济视角下新型绿色交通的个体需求影响因素分析以共享单车为例 大连 理 工 大 学 学 报（社 会 科 学 版），（）：第 期李坚飞，等：政府激励、质量投入对共享单车服务网络均衡的影响研究