何家波，顧新建，張 今

(1.浙江大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，浙江 杭州 310027；2.浙江大學(xué) 浙江省先進(jìn)制造技術(shù)重點(diǎn)研究實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310027;3.浙大城市學(xué)院 機(jī)械電子工程學(xué)系，浙江 杭州 310015)

0 引言

生產(chǎn)能力(production capacity)是指在一定的生產(chǎn)計(jì)劃時(shí)間內(nèi)，企業(yè)參與生產(chǎn)的全部固定資產(chǎn)在現(xiàn)有技術(shù)條件下能生產(chǎn)出的產(chǎn)品總數(shù)量或能加工處理的原材料總數(shù)量。生產(chǎn)能力是基于有形制造資源和無形制造資源集成來發(fā)揮功效的一種能力資源，一家企業(yè)生產(chǎn)能力的強(qiáng)弱不僅體現(xiàn)在企業(yè)本身的機(jī)床設(shè)備、生產(chǎn)線、加工車間等實(shí)體資源的數(shù)量上，還體現(xiàn)在企業(yè)內(nèi)的技術(shù)人才對于生產(chǎn)線的改進(jìn)技能、產(chǎn)能的優(yōu)化調(diào)配能力、產(chǎn)品加工工藝的創(chuàng)新能力以及生產(chǎn)控制類系統(tǒng)的應(yīng)用等方面。

制造企業(yè)將自身的產(chǎn)能開放，通過生產(chǎn)能力共享平臺(tái)與需求方實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能的供需匹配，滿足需求方的定制化生產(chǎn)需求，為需求方打造柔性化、智能化的生產(chǎn)模式。面向生產(chǎn)能力共享的供需匹配不但能夠滿足需求者的個(gè)性化需求，改善生產(chǎn)與消費(fèi)的不協(xié)調(diào)問題，而且在很大程度上緩解了消費(fèi)需求引發(fā)的生產(chǎn)淡旺季失衡的矛盾。

關(guān)于生產(chǎn)能力共享，有多位學(xué)者都進(jìn)行過相關(guān)研究。例如CHEN等[1]分析了兩企業(yè)在做出不同的產(chǎn)能共享選擇時(shí)所創(chuàng)造的利潤和社會(huì)福利：①兩家企業(yè)有足夠的產(chǎn)能，雙方產(chǎn)能不共享；②一家企業(yè)產(chǎn)能不足，另一家企業(yè)產(chǎn)能過剩，不實(shí)行產(chǎn)能共享；③一家企業(yè)產(chǎn)能不足，另一家企業(yè)產(chǎn)能過剩，實(shí)行產(chǎn)能共享。分析結(jié)果表明只有當(dāng)兩家企業(yè)均可盈利的前提下產(chǎn)能共享才會(huì)穩(wěn)定。SZALLER等[2]為了幫助企業(yè)在動(dòng)態(tài)的共享企業(yè)聯(lián)盟內(nèi)部共用產(chǎn)能，建立了一個(gè)基于云的應(yīng)用程序接口平臺(tái)框架來支持聯(lián)盟企業(yè)的戰(zhàn)略合作，幫助企業(yè)優(yōu)化產(chǎn)能利用結(jié)構(gòu)。MOUFID等[3]建立兩個(gè)小企業(yè)之間的生產(chǎn)資源共享模型，闡明了小企業(yè)在非合作博弈情況下可能出現(xiàn)的欺騙行為，分析了欺騙行為對雙方資源共享效果的影響。ZHAO等[4]考慮產(chǎn)能可用性、質(zhì)量約束和需求不確定性影響的情況，比較了供應(yīng)鏈中生產(chǎn)能力共享平臺(tái)所規(guī)定的交易費(fèi)用策略和基于質(zhì)量的交易費(fèi)用策略的有效性，構(gòu)建了平臺(tái)供應(yīng)商不變價(jià)格和數(shù)量折扣價(jià)格下的博弈模型，考察了平臺(tái)供應(yīng)商的質(zhì)量承諾、訂貨量、預(yù)留量、單位罰金以及交易費(fèi)率的決策，綜合比較不同模型的均衡結(jié)果發(fā)現(xiàn)，除了平臺(tái)供應(yīng)商可用產(chǎn)能不確定的情形外，生產(chǎn)能力共享平臺(tái)規(guī)定的交易費(fèi)用策略對整個(gè)供應(yīng)鏈的企業(yè)更有利。HEDENSTIERNA等[5]提出雙向部分外包方案，將3D打印的訂單發(fā)布到不同生產(chǎn)企業(yè)中，通過將需求和成本領(lǐng)域的數(shù)據(jù)與分析模型相結(jié)合，發(fā)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程外包可提高其3D打印的訂單交付能力。XIE等[6]針對許多小型制造企業(yè)由于受到嚴(yán)格的環(huán)境法規(guī)限制不得已淘汰對環(huán)境有害的產(chǎn)能導(dǎo)致企業(yè)產(chǎn)能不足的現(xiàn)象，提出這類小型制造企業(yè)可以跟環(huán)境友好能力強(qiáng)的企業(yè)合作進(jìn)行產(chǎn)能共享，研究了兩企業(yè)在無產(chǎn)能投資或共享、產(chǎn)能投資和產(chǎn)能共享三種情形下的博弈均衡情況，結(jié)果表明產(chǎn)能投資和產(chǎn)能共享均能降低產(chǎn)能不足的小企業(yè)的損失，但只有產(chǎn)能共享才能使參與共享的雙方企業(yè)都受益。有學(xué)者開發(fā)了一個(gè)面向中小企業(yè)云制造服務(wù)平臺(tái)的智能供需匹配引擎，通過在汽車/摩托車配件行業(yè)的應(yīng)用，驗(yàn)證了該引擎在進(jìn)行制造服務(wù)資源供需匹配時(shí)的搜索智能度與精度[7]。

從以上研究現(xiàn)狀可以發(fā)現(xiàn)，學(xué)者們的研究集中在對影響企業(yè)產(chǎn)能共享效果及利潤的方法、生產(chǎn)資源共享的博弈均衡情況或?qū)┬杵ヅ涞男畔⑺阉饕娴拈_發(fā)等內(nèi)容，很少對產(chǎn)能共享時(shí)的供需匹配問題進(jìn)行研究，也沒有深入分析產(chǎn)能共享的供需信息匹配的具體過程，而共享雙方的供需信息匹配水平是影響產(chǎn)能共享效果的關(guān)鍵因素之一。對于參與生產(chǎn)能力共享的企業(yè)來說，只有解決了生產(chǎn)能力資源的供需信息匹配效率低下等問題才可保證企業(yè)之間的產(chǎn)能共享活動(dòng)能夠順利進(jìn)行到下一階段。

本文提出了面向生產(chǎn)能力共享的供需匹配算法，詳細(xì)分析了產(chǎn)能共享的供需信息匹配過程，并通過算例分析了產(chǎn)能供需雙方的信息透明度等因素與產(chǎn)能共享價(jià)格的關(guān)系及其對企業(yè)生產(chǎn)能力共享意愿的影響規(guī)律。

1 面向生產(chǎn)能力共享的供需匹配算法

在進(jìn)行面向生產(chǎn)能力共享的供需信息匹配前需要對產(chǎn)能供需信息進(jìn)行語義分析，而本體技術(shù)常用于技術(shù)知識(shí)表述或供需信息匹配等[9]，因此可采用本體技術(shù)對產(chǎn)能供需信息進(jìn)行分析。

(1)生產(chǎn)能力共享的供需信息本體模型用一個(gè)三元組表示

CS=SDIC,I/O,T。

其中：SDIC表示產(chǎn)能共享的供需信息分類本體；I/O表示產(chǎn)能供需信息的輸入與輸出集；T表示對供需信息的文本描述。

將生產(chǎn)能力的供給者與需求者的產(chǎn)能供需信息文本描述的信息匹配度用SimCS(Sr,Sp)來表示，且0≤SimCS(Sr,Sp)≤1，其中Sr表示產(chǎn)能需求者，Sp表示產(chǎn)能供給者。

(2)面向生產(chǎn)能力共享的供需信息匹配分為三個(gè)階段

1)供需信息分類匹配，該階段是供需信息匹配的起初階段，對產(chǎn)能的供需信息進(jìn)行篩選，確定需求信息是屬于訂單需求、設(shè)備需求還是技術(shù)需求等。通過分類來縮小信息搜索范圍，提高供需信息匹配效率。

2)供給者將設(shè)備、技術(shù)等生產(chǎn)能力資源與需求者的需求進(jìn)行狀態(tài)信息、功能信息、服務(wù)信息的匹配等，設(shè)置匹配閾值，剔除不滿足需求的資源。該階段是生產(chǎn)能力共享的相關(guān)功能、服務(wù)等信息I/O集的匹配，它是供需信息匹配的關(guān)鍵階段，決定了其匹配準(zhǔn)確度。

3)計(jì)算供需信息文本相似度，將供給者的生產(chǎn)能力資源按照相似度大小排序，盡可能為需求者匹配令其滿意的資源。

根據(jù)上述定義，供需信息的綜合匹配度

SimCS(Sr,Sp)=α1SimSDIC(Sr,Sp)+

α2SimI/O(Sr,Sp)+α3SimT(Sr,Sp)。

(1)

(3)計(jì)算產(chǎn)能供需信息分類匹配度

參考彈性匹配算法計(jì)算產(chǎn)能供需信息分類匹配度：

SimSDIC(Sr,Sp)=

(2)

式中：OIC表示產(chǎn)能需求者和產(chǎn)能供給者同時(shí)引用的生產(chǎn)能力信息分類本體;SDICr表示產(chǎn)能需求者所引用的OIC中的某個(gè)產(chǎn)能類別;SDICp表示產(chǎn)能供給者所引用的OIC中的某個(gè)產(chǎn)能類別。這里規(guī)定當(dāng)產(chǎn)能需求者的SDICr與產(chǎn)能供給者的SDICp完全匹配或當(dāng)SDICp包含SDICr時(shí)，則SimSDIC(Sr,Sp)=1；其他情況，則SimSDIC(Sr,Sp)=0。這樣做有利于提高信息查找準(zhǔn)確率和效率，簡化了產(chǎn)能信息分類本體的初次匹配的算法難度。

(4)計(jì)算I/O參數(shù)集的相似度

SimO(Sr,Sp)]。

(3)

式中SimI(Sr,Sp)表示產(chǎn)能需求者、產(chǎn)能供給者的輸入?yún)?shù)集的總相似度。

產(chǎn)能需求者與供給者的輸入?yún)?shù)集合的相似度：

(4)

式中MaxSimIpi=1rj=1,…,v(Sr,Sp)表示產(chǎn)能供給者Sp的輸入集合中的首項(xiàng)參數(shù)(i=1時(shí))與產(chǎn)能需求者Sr的輸入集合中所有參數(shù)項(xiàng)的語義相似度的最大值，其他項(xiàng)參數(shù)相似度以此類推。

通過式(4)可知，SimI(Sr,Sp)是產(chǎn)能供給者與需求者的輸入集合中的參數(shù)相似度最大值的均值。但當(dāng)計(jì)算單個(gè)參數(shù)概念相似度時(shí)，一般忽略了參數(shù)集合的順序，這在較大程度上提高了匹配算法的時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度。

同理可得輸出參數(shù)集合的相似度：

(5)

(5)計(jì)算概念相似度 產(chǎn)能需求者與產(chǎn)能供給者I/O集合中參數(shù)項(xiàng)的相似度(概念相似度)，即SimIpirj(Sr,Sp)和SimOpirj(Sr,Sp)，其中i=1,2,…,u,j=1,2,…,v，接下來在其他式中的i,j取值范圍都是如此，之后不再重申。

通常要計(jì)算概念相似度的概念關(guān)聯(lián)的是同一領(lǐng)域本體(不是一個(gè)領(lǐng)域本體的概念可借助本體管理的相關(guān)算法將其合成、映射，這里不作討論)。同一領(lǐng)域本體中兩個(gè)概念之間的關(guān)系可分為包含關(guān)系與不包含關(guān)系[10-11]，由于篇幅原因，這里計(jì)算當(dāng)兩個(gè)概念之間是不包含關(guān)系時(shí)或包含關(guān)系時(shí)的輸入集的概念相似度，輸出集的概念相似度可參考輸入集推導(dǎo)出來，不作詳細(xì)討論。

1)當(dāng)要計(jì)算的兩個(gè)概念是不包含關(guān)系時(shí)，輸入集的概念相似度

SimIpirj(Sr,Sp)=

(6)

式中:Irj(Sr)表示產(chǎn)能需求者的輸入集合中參數(shù)rj的概念;Ipi(Sp)表示產(chǎn)能供給者的輸入集合中參數(shù)pi的概念；Count[Irj(Sr)]表示產(chǎn)能需求者的輸入集合中參數(shù)rj概念的全部屬性個(gè)數(shù);Count[Ipi(Sp)]表示產(chǎn)能供給者的輸入集合中參數(shù)pi概念的全部屬性個(gè)數(shù)；Count[Ipi(Sp)]∩Count[Irj(Sr)]表示產(chǎn)能供給者的輸入集合中參數(shù)pi概念和產(chǎn)能需求者的輸入集合中參數(shù)rj概念的共有屬性的個(gè)數(shù)，Count[Ipi(Sp)]∪Count[Irj(Sr)]表示產(chǎn)能供給者的輸入集合中參數(shù)pi概念和產(chǎn)能需求者的輸入集合中參數(shù)rj概念的全部屬性個(gè)數(shù)的總和。

SimIpirj(Sr,Sp)是由兩部分的幾何平均值求積得到的，一部分是指輸入集兩個(gè)類的共同特征占兩個(gè)類的全部特征總和的比例，另一部分是指產(chǎn)能需求者的輸入集合某參數(shù)的全部屬性占產(chǎn)能供給者的輸入集合某參數(shù)的全部屬性的比例。

2)當(dāng)要計(jì)算的兩個(gè)概念是包含關(guān)系時(shí)，輸入集的概念相似度

(7)

式(7)中出現(xiàn)的與情況1)相同的符號所代表的意義完全一樣。Property[Irj(Sr)]和Property[Ipi(Sp)]分別表示Irj(Sr)和Ipi(Sp)的屬性集合。Property[Irj(Sr)]?Property[Ipi(Sp)]表示Irj(Sr)的屬性是Ipi(Sp)的屬性的子屬性或它們是相同的屬性。Property[Irj(Sr)]∈Ipi(Sp)表示Irj(Sr)的屬性屬于Ipi(Sp)類，Irj(Sr)?Ipi(Sp)表示Irj(Sr)類是Ipi(Sp)類的子類或它們是同一個(gè)類。同理SimOpirj(Sr,Sp)的定義與SimIpirj(Sr,Sp)的定義基本類似，在此不再贅述。

(6)計(jì)算文本相似度

SimT(Sr,Sp)表示產(chǎn)能需求者與產(chǎn)能供給者的文本相似度。這里文本相似度算法是以hownet詞典的詞語語義相似度計(jì)算為基礎(chǔ)，先抽取兩個(gè)文本的關(guān)鍵詞，去掉文本中的停用詞[12]。再采用語義距離相似度算法和(4)中提到的均值算法計(jì)算兩個(gè)文本中關(guān)鍵詞組的相似度值。最后得出兩個(gè)文本相似度介于0到1之間，即0

(8)

(7)計(jì)算綜合相似度

將以上計(jì)算結(jié)果代入式(1)計(jì)算SimCS(Sr,Sp)，并對SimCS(Sr,Sp)按從大到小排序。將綜合相似度值作為其匹配度值，即MatchCS(Sr,Sp)=SimCS(Sr,Sp)。

2 面向生產(chǎn)能力共享的供需匹配過程

本文以中介型生產(chǎn)能力共享為例，分析面向生產(chǎn)能力共享的供需匹配過程。中介型的生產(chǎn)能力共享是指本身不擁有設(shè)備、廠房、生產(chǎn)技術(shù)等生產(chǎn)資源的第三方平臺(tái)企業(yè)憑借自身掌握的豐富的生產(chǎn)能力供應(yīng)與需求信息，為供需雙方提供生產(chǎn)能力匹配與對接服務(wù)。

中介型生產(chǎn)能力共享的平臺(tái)屬于第三方平臺(tái)，這類平臺(tái)一般可由互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)搭建，走的是“輕資產(chǎn)”路線，平臺(tái)本身并不擁有制造資源、技術(shù)服務(wù)能力等，但是它卻能夠充分整合多方資源，促進(jìn)閑置生產(chǎn)力的高效利用。這類平臺(tái)一般支持“多對多”的制造資源共享，屬于雙邊平臺(tái)，需求方通過平臺(tái)可以選擇多家生產(chǎn)供應(yīng)方，供應(yīng)方也可以根據(jù)自身生產(chǎn)能力同時(shí)選擇和接受來自不同需求方的訂單，如圖1所示。

由圖1可知，中介型生產(chǎn)能力共享平臺(tái)集合了多個(gè)供給方和需求方，其中供給方基本以各類型的工廠為主，需求方則大多數(shù)是有生產(chǎn)加工需求的企業(yè)或個(gè)人。供給方將工廠的生產(chǎn)線水平、專技人才素質(zhì)、生產(chǎn)空檔、企業(yè)信譽(yù)等信息在平臺(tái)上公開展示，需求方在平臺(tái)上公開其對生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)周期、價(jià)格等的要求，供需雙方進(jìn)行雙向選擇。供需雙方在平臺(tái)上進(jìn)行信息匹配與對接，然后在線上簽訂合作意向，需求方支付訂金后在線下進(jìn)行交易并驗(yàn)貨，交易完成后相互評價(jià)打分，該次交易正式結(jié)束。

根據(jù)中介型生產(chǎn)能力共享供需匹配特征，結(jié)合面向生產(chǎn)能力共享的供需信息匹配算法，這里以生產(chǎn)訂單共享來分析中介型生產(chǎn)能力共享供需匹配的具體過程。生產(chǎn)訂單本體主要由類、屬性、類與屬性間關(guān)系3種元素來描述，類包括生產(chǎn)訂單、產(chǎn)品(物理對象)；屬性包括產(chǎn)品型號、產(chǎn)品類型、原料屬性、生產(chǎn)屬性、起始日期、結(jié)束日期等；關(guān)系包括產(chǎn)品型號與產(chǎn)品、原料屬性與產(chǎn)品的關(guān)系等。

需求者的生產(chǎn)訂單需求profile轉(zhuǎn)化成三元組信息如下：

(1)需求者的1號訂單需求信息類別：批量規(guī)模；輸入?yún)?shù)：某汽車生產(chǎn)廠從2021年1月1日～2021年12月31日共需定制40萬套皮卡車后橋(string)；輸出參數(shù)：生產(chǎn)數(shù)量(string)；文本描述：某汽車廠定制40萬套皮卡車后橋。

(2)需求者的2號訂單需求信息類別：訂單完成進(jìn)度；輸入?yún)?shù)：某摩托車生產(chǎn)廠從2021年1月1日定制5萬個(gè)電噴式摩托車噴油器并要求2021年4月1日前確保交付產(chǎn)品(string)；輸出參數(shù)：交付時(shí)間(string)；文本描述：某摩托廠要求90天收到自身定制的噴油器。

供給者滿足生產(chǎn)訂單需求profile轉(zhuǎn)化成三元組信息如下：

(1)供給者1信息類別：批量規(guī)模；輸入?yún)?shù)：某底盤廠每年可生產(chǎn)至少50萬套的皮卡車后橋(string)；輸出參數(shù)：生產(chǎn)數(shù)量(string)；文本描述：某底盤廠年產(chǎn)50萬套皮卡車后橋。

(2)供給者2信息類別：批量規(guī)模；輸入?yún)?shù)：某汽車配件廠每年生產(chǎn)至多約10萬套皮卡車后橋(string)；輸出參數(shù)：生產(chǎn)數(shù)量(string)；文本描述：某汽車配件廠年產(chǎn)10萬套皮卡車后橋。

(3)供給者3信息類別：訂單完成進(jìn)度；輸入?yún)?shù)：某噴油器廠50天可生產(chǎn)5萬個(gè)電噴式摩托車噴油器并確保交付(string)；輸出參數(shù)：交付時(shí)間(string)；文本描述：某噴油器生產(chǎn)商50天確保交付5萬個(gè)摩托車噴油器。

(4)供給者4信息類別：訂單完成進(jìn)度；輸入?yún)?shù)：某噴油器廠100天可生產(chǎn)5萬個(gè)電噴式摩托車噴油器并交付(string)；輸出參數(shù)：交付時(shí)間(string)；文本描述：某噴油器廠100天交付5萬個(gè)摩托車噴油器。

(5)供給者5信息類別：訂單實(shí)際成本；輸入?yún)?shù)：某服裝廠花費(fèi)100萬元用來生產(chǎn)1萬件網(wǎng)球衫(string)；輸出參數(shù)：生產(chǎn)成本(string)；文本描述：某服裝廠花費(fèi)100萬元支付1萬件網(wǎng)球衫加工制作費(fèi)。

表1為生產(chǎn)訂單供需匹配情況，其中α1、α2、α3取值分別為0.3，0.4，0.3。結(jié)合生產(chǎn)訂單供需三元組信息，說明生產(chǎn)訂單的供需信息匹配過程。面對需求者提出的1號訂單需求，先對其信息類別進(jìn)行過濾，這里將供給者3、供給者4和供給者5過濾掉，他們不再參與下一階段的匹配。再將供給者1和供給者2分別與1號需求進(jìn)行輸入功能集匹配，通過計(jì)算其共有屬性，并計(jì)算得出他們的相似度分別為0.8和0.6。而后結(jié)合α1、α2、α3值進(jìn)一步求得他們的綜合匹配度分別是0.87和0.83，表明供給者1與需求者的1號訂單需求的匹配度更高，供給者1的年產(chǎn)50萬套后橋的產(chǎn)能比供給者2的年產(chǎn)10萬套后橋更加滿足需求者的1號訂單需求，這符合實(shí)際應(yīng)用情形。同理可得出供給者3交付時(shí)間更能滿足需求者的2號訂單需求。

表1 生產(chǎn)訂單供需匹配情況

圖2是T平臺(tái)的生產(chǎn)能力共享供需匹配過程，供需雙方是中小制造企業(yè)和電商賣家，中小制造企業(yè)是以服裝生產(chǎn)廠為主，電商賣家是以零售商為主。T平臺(tái)主要為零售商和服裝生產(chǎn)廠提供多對多的產(chǎn)能對接服務(wù)。

為了解決中小工廠因成本問題不愿接小單的問題，除了跟單、資金安全保障等服務(wù)外，入駐T平臺(tái)的工廠可將相似面料和生產(chǎn)工藝的訂單進(jìn)行合并，通過拼單產(chǎn)生的規(guī)模效應(yīng)使生產(chǎn)成本大幅下降，解決了工廠不愿接小單的問題。平臺(tái)的數(shù)據(jù)分析在前期可為制造企業(yè)提供一定的生產(chǎn)預(yù)測，讓工廠在生產(chǎn)計(jì)劃排程時(shí)留出部分“預(yù)量”，以應(yīng)對可能臨時(shí)出現(xiàn)的翻單與追單情況。平臺(tái)不僅要對入駐工廠進(jìn)行數(shù)字化改造，還要對工廠全部生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行統(tǒng)一考核并建立標(biāo)準(zhǔn)化的柔性供應(yīng)鏈，采用產(chǎn)線組合和產(chǎn)線調(diào)配的接單方式，這樣可使工廠的柔性定制化水平和生產(chǎn)效率都大大提高，滿足零售商的小批量定制化的加工需求。

作為一個(gè)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的生產(chǎn)能力共享平臺(tái)，T平臺(tái)利用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)、AI等信息技術(shù)將后端工廠進(jìn)行分類并進(jìn)行產(chǎn)能數(shù)字化，快速準(zhǔn)確地對接用戶端的需求，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)能力供需精準(zhǔn)匹配與高效共享。

3 透明的生產(chǎn)能力資源供需匹配分析

在產(chǎn)能共享平臺(tái)上，生產(chǎn)能力被看作一種可以交易的商品，交易雙方是生產(chǎn)能力的供給者與需求者。參與產(chǎn)能共享的企業(yè)很多都屬于同行業(yè)，它們原本是競爭關(guān)系，進(jìn)駐共享平臺(tái)后它們之間的關(guān)系轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)能共享下的競爭與合作并存的關(guān)系。透明的共享環(huán)境有助于企業(yè)之間開展面向生產(chǎn)能力共享的供需匹配[13]，參與生產(chǎn)能力共享的供需雙方的信息透明度會(huì)直接影響產(chǎn)能供需匹配的質(zhì)量與效率，甚至影響產(chǎn)能供需匹配的可持續(xù)性，因此分析透明環(huán)境下面向生產(chǎn)能力共享的供需匹配具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。

3.1 問題描述

產(chǎn)能共享平臺(tái)的出現(xiàn)，使得制造企業(yè)之間的生產(chǎn)能力共享方式發(fā)生變化。本文以中介型生產(chǎn)能力共享平臺(tái)作為產(chǎn)能共享平臺(tái)的代表進(jìn)行研究，假設(shè)供給方是有閑置產(chǎn)能的工廠/制造企業(yè)，需求方是有產(chǎn)品生產(chǎn)加工需求的零售商/電商賣家。供給方可依據(jù)自身產(chǎn)能閑置情況同時(shí)接受多個(gè)訂單，需求方則可以根據(jù)加工需求選擇多個(gè)生產(chǎn)供給方。共享平臺(tái)搭建了生產(chǎn)能力供應(yīng)與需求信息快速對接與匹配的橋梁，解決了供給方找訂單難、需求方找加工廠難的問題。

圖3為基于中介型共享平臺(tái)的生產(chǎn)能力共享供需匹配關(guān)系，由圖3可知不同零售商的訂單需求不同，每個(gè)零售商將自身的生產(chǎn)需求訂單發(fā)布到平臺(tái)上，各工廠通過平臺(tái)接單，再按單生產(chǎn)。零售商的訂單很可能會(huì)由多家工廠共享，多家工廠協(xié)同合作完成生產(chǎn)任務(wù)。一家工廠也可能會(huì)同時(shí)接到來自于多個(gè)零售商的訂單，并為零售商生產(chǎn)定制化的產(chǎn)品或提供用戶解決方案。

這里假設(shè)每個(gè)生產(chǎn)訂單的共享價(jià)格由供給方和需求方自行協(xié)商而定，主要是供給方參考所生產(chǎn)的產(chǎn)品的終端市場價(jià)格先報(bào)價(jià)，再與需求方商討，最終達(dá)成一個(gè)令雙方滿意的產(chǎn)能共享價(jià)格，且定價(jià)以及供給方在共享交易結(jié)束后所獲得的收益均是透明的。共享平臺(tái)在閑置生產(chǎn)能力的供需信息對接與匹配中起到了關(guān)鍵性的橋梁作用，通過撮合交易促成共享可獲得供給方支付的一筆“撮合費(fèi)”。在此，假設(shè)作為閑置產(chǎn)能供給者的工廠為m家，作為產(chǎn)能需求者的零售商是n家，并假設(shè)工廠將它們當(dāng)前的閑置生產(chǎn)能力都用來滿足零售商的生產(chǎn)需求，設(shè)定的工廠和零售商的相關(guān)參數(shù)說明如表2所示。

表2 設(shè)定的工廠和零售商的相關(guān)參數(shù)說明

續(xù)表2

由表2的參數(shù)可得，用es表示工廠通過接單進(jìn)行產(chǎn)能共享的原始收入，詳情如式(9)所示。

(9)

在產(chǎn)能共享過程中產(chǎn)生的共享交易成本由工廠和零售商各自承擔(dān)，且邊際成本遞增。以cs,cd分別表示工廠和零售商在共享過程中產(chǎn)生的交易成本，如式(10)和(11)所示：

(10)

(11)

3.2 模型構(gòu)建與求解

企業(yè)都是以實(shí)現(xiàn)自身利益最大化為目標(biāo)，生產(chǎn)能力的供給者希望從產(chǎn)能共享交易中獲得更多的凈收益，而生產(chǎn)能力的需求者希望以更少的成本去獲得所需生產(chǎn)能力來滿足自身的訂單需求。

作為產(chǎn)能供給者，工廠在共享交易過程中的收入來自于利用閑置生產(chǎn)能力去滿足產(chǎn)能需求者(零售商)的訂單需求，其成本包括共享交易成本以及支付給平臺(tái)的“撮合費(fèi)”成本，理論上工廠可獲得的利潤為rs=es-cs-fu，具體如式(12)所示：

(12)

因?yàn)楣S在進(jìn)行產(chǎn)能共享時(shí)有一些生產(chǎn)技術(shù)相關(guān)信息是公開透明的，不可避免會(huì)給工廠經(jīng)營造成一些影響，所以工廠還需承擔(dān)由信息透明化造成的影響而產(chǎn)生的成本(簡稱透明化成本)。實(shí)際上工廠的純利潤應(yīng)該減去該成本，用Rs表示工廠獲得的純利潤，

(13)

由于工廠承擔(dān)了平臺(tái)的供需信息匹配的撮合費(fèi)，零售商不再承擔(dān)撮合費(fèi)。零售商在共享過程中承擔(dān)的實(shí)際成本包括共享產(chǎn)能本身所花費(fèi)的成本、共享交易成本以及透明化成本。用ω表示零售商所承擔(dān)的實(shí)際成本，可得：

(14)

工廠期望在產(chǎn)能共享中獲得最大化的利潤，但是需要保證在零售商負(fù)擔(dān)的成本不大于其預(yù)期成本最大值的前提下，由此可得工廠利潤的優(yōu)化模型如下：

s.t.

(15)

通過拉格朗日乘子法[14]求解以上優(yōu)化約束問題，在此假設(shè):

將式(15)簡化為式(16)：

maxf(u),u∈Rn;

s.t.

g(u1)=0,g(u2)=0。

(16)

按照數(shù)學(xué)分析中的拉格朗日公式，可得出簡化式(16)的拉格朗日函數(shù)為L(u,λ,l)=f(u)+λg(u1)+lg(u2)。

將假設(shè)條件代入簡化的拉格朗日函數(shù)中，可得其完整的拉格朗日函數(shù)，具體如式(17)所示：

(17)

零售商期望花費(fèi)最少的成本滿足自身的生產(chǎn)需求，但是需要保證在工廠通過產(chǎn)能共享所獲得的純利潤不低于其預(yù)期利潤最小值的前提下，由此可得零售商的成本優(yōu)化模型如下：

s.t.

(18)

利用拉格朗日乘子法解決以上優(yōu)化約束問題，具體過程與工廠優(yōu)化模型求解過程類似，可得其拉格朗日函數(shù)如式(19)所示:

(19)

生產(chǎn)能力共享的主要目標(biāo)是幫助企業(yè)提高閑置產(chǎn)能的利用率，優(yōu)化配置社會(huì)上的閑置資源，實(shí)現(xiàn)供需雙方的利益共贏。綜合考慮資源的最優(yōu)化配置以及供需雙方利益，故通過優(yōu)化分析獲得整體的最優(yōu)化模型，即maxZ=LS-LD，得到最終的最優(yōu)化模型如式(20)所示：

(20)

(21)

將上式進(jìn)行整理可得：

(22)

通過化簡求解得到puv，具體如式(23)所示：

(23)

4 算例分析

上述生產(chǎn)能力共享最優(yōu)化模型是在工廠的利潤盡可能高和零售商的成本盡可能低的基礎(chǔ)上建立的。為了能夠直觀地展示工廠和零售商在產(chǎn)能共享過程中各關(guān)鍵參數(shù)之間相互影響的關(guān)系，以及信息透明度對工廠利潤、零售商成本的影響，利用MATLAB(R2016a版)軟件對其進(jìn)行數(shù)值分析。假設(shè)本次產(chǎn)能共享活動(dòng)中的產(chǎn)能供給方是3家服裝加工廠，產(chǎn)能需求方是3個(gè)在線服裝零售商店。

表3為設(shè)定的生產(chǎn)能力共享相關(guān)參數(shù)值列表，為了更好地分析相關(guān)參數(shù)對單位生產(chǎn)能力價(jià)格puv的影響，這里假設(shè)3家服裝加工廠實(shí)際參與共享的閑置產(chǎn)能量相等，且這些實(shí)際參與共享的閑置產(chǎn)能在共享過程中保持穩(wěn)定不變，同時(shí)假設(shè)受到供需雙方信息透明度影響的因素的隨機(jī)變量的方差為0.1。

表3 設(shè)定的生產(chǎn)能力共享相關(guān)參數(shù)值列表

通過繪制各參數(shù)之間相互影響的關(guān)系圖，分析信息透明度系數(shù)、共享交易成本系數(shù)與生產(chǎn)能力的單位價(jià)格的關(guān)系，以及信息透明度與工廠利潤和零售商成本之間的關(guān)系，即分析βu,βv,αu,αv與puv的關(guān)系以及βu,βv與Rs,ω的關(guān)系。

(1)βu與puv的關(guān)系 如圖4所示，橫坐標(biāo)表示工廠的信息透明度系數(shù)，縱坐標(biāo)表示單位生產(chǎn)能力價(jià)格。由圖4可知，工廠通過共享平臺(tái)與零售商進(jìn)行生產(chǎn)能力共享的價(jià)格(單價(jià)，下同)隨著工廠信息透明度系數(shù)的增加而下降。這是因?yàn)楣S信息透明度系數(shù)越高，工廠越可能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的可視化，甚至打造“透明工廠”。如工廠通過可視化的數(shù)據(jù)分析優(yōu)化生產(chǎn)流程，甚至為零售商提供虛擬仿真的產(chǎn)品打樣服務(wù)等，極大地降低了生產(chǎn)成本和物流成本。只要保證盈利不低于預(yù)期，工廠愿意降低共享價(jià)格以贏得更多訂單，這使得生產(chǎn)能力的共享價(jià)格隨之下降。當(dāng)生產(chǎn)能力共享價(jià)格下降到某價(jià)格時(shí)將不再繼續(xù)下降，這是因?yàn)楣S本身需要保持利潤空間，以維持工廠的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

(2)βv與puv的關(guān)系 如圖5所示，橫坐標(biāo)表示零售商信息透明度，縱坐標(biāo)表示單位生產(chǎn)能力共享價(jià)格。由圖5可知，單位生產(chǎn)能力共享價(jià)格隨著零售商信息透明度系數(shù)的增加而下降，且共享價(jià)格下降速度在零售商信息透明度系數(shù)增加初期時(shí)明顯更快，后期下降速度放緩。這是因?yàn)榱闶凵虅傞_始將自身信息透明公開時(shí)，大大降低了工廠與零售商的信任成本以及客戶關(guān)系維護(hù)成本等。工廠可以利用大數(shù)據(jù)分析準(zhǔn)確預(yù)測零售商的潛在需求，提前為零售商安排生產(chǎn)并優(yōu)化生產(chǎn)技術(shù)等，使其節(jié)約大量的生產(chǎn)成本。在保證每個(gè)訂單盈利不低于預(yù)期的前提下，工廠為獲得更多訂單賺取更多的利潤更愿意降低生產(chǎn)能力共享價(jià)格。在零售商信息透明度系數(shù)增加的后期，工廠對產(chǎn)品定制化的生產(chǎn)工藝或技術(shù)的優(yōu)化也達(dá)到較高水準(zhǔn)，零售商信息透明度系數(shù)增加的后期為工廠節(jié)約成本的效果不如前期，使工廠產(chǎn)能共享價(jià)格下降速度也隨之放緩。當(dāng)工廠生產(chǎn)能力共享價(jià)格下降到一定值時(shí)就不再下降，因?yàn)橹挥泻线m的生產(chǎn)能力共享價(jià)格才能讓工廠保持較高的盈利水平。

(3)αu與puv的關(guān)系 如圖6所示，橫坐標(biāo)表示工廠共享交易成本系數(shù)，縱坐標(biāo)表示單位生產(chǎn)能力共享價(jià)格。由圖6可知，單位產(chǎn)能共享價(jià)格隨著工廠共享交易成本系數(shù)的增加而下降。工廠的共享交易成本系數(shù)反映了工廠為達(dá)成共享所愿意支付的產(chǎn)能對接成本，交易成本系數(shù)越大表示工廠愿意支付的產(chǎn)能對接成本越高，表明了市場對產(chǎn)能的需求量相對較少。這反映出當(dāng)前市場產(chǎn)能供過于求，工廠不得不降低生產(chǎn)能力的共享價(jià)格以促成交易。工廠的生產(chǎn)能力共享價(jià)格不會(huì)一直下降，因?yàn)橹挥猩a(chǎn)能力共享價(jià)格定在合適區(qū)間才不會(huì)導(dǎo)致工廠虧損。

(4)αv與puv的關(guān)系 如圖7所示，橫坐標(biāo)表示零售商共享交易成本系數(shù)，縱坐標(biāo)表示單位生產(chǎn)能力共享價(jià)格。由圖7可知，單位生產(chǎn)能力共享的價(jià)格隨著零售商共享交易成本系數(shù)的增加而下降。零售商作為生產(chǎn)能力的“買方”，由于閑置產(chǎn)能供給方眾多，其產(chǎn)能對接成本較低，一般零售商的共享交易成本并不太高。當(dāng)零售商共享交易成本系數(shù)增加，則表明它的生產(chǎn)訂單加工難度很大，需要多個(gè)工廠協(xié)同分工、訂單共享。而專業(yè)化分工合作可降本增效，為工廠創(chuàng)造了降價(jià)換單的條件。加上分工協(xié)作的工廠間屬于競合關(guān)系，工廠為了在同行中保持競爭優(yōu)勢，不得不降低生產(chǎn)能力共享價(jià)格以贏得更多

訂單，因此工廠的生產(chǎn)能力共享價(jià)格會(huì)隨著零售商共享交易成本系數(shù)增加而下降。當(dāng)工廠的生產(chǎn)能力共享價(jià)格下降至一定值后便不再下降，因?yàn)楣S很少會(huì)為了訂單而放棄利潤。

(5)βu與Rs的關(guān)系 如圖8所示，橫坐標(biāo)表示工廠信息透明度系數(shù)，縱坐標(biāo)表示工廠的利潤。由圖8可知，隨著工廠信息透明度系數(shù)的增加，工廠獲得的利潤逐漸增加。工廠信息透明度系數(shù)越高，工廠越有可能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的可視化、透明化，越有利于工廠降本增效，進(jìn)而增加工廠的利潤。在工廠信息透明度系數(shù)在0.65以下時(shí)，工廠的效益提升較快；當(dāng)工廠信息透明度系數(shù)達(dá)到0.65以上時(shí)，工廠效益的增速放緩。這是因?yàn)殡S著信息透明度增加，工廠對倉儲(chǔ)物流、加工工藝、供應(yīng)鏈管理等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了優(yōu)化改善，提升了工廠的效益。而在工廠信息透明度達(dá)到高水平時(shí)，工廠可以優(yōu)化的內(nèi)容有限，其降本增效的速度有所下降，工廠的利潤增速也減緩了。當(dāng)工廠利潤達(dá)到一定值后，工廠的利潤不再隨工廠信息透明度系數(shù)的增加而增長，因?yàn)楣S信息透明度對工廠利潤增長的促進(jìn)作用是有限的。

(6)βv與Rs的關(guān)系 如圖9所示，橫坐標(biāo)表示零售商信息透明度系數(shù)，縱坐標(biāo)表示工廠利潤。由圖9可知，隨著零售商信息透明度系數(shù)的增加，工廠獲得的利潤增加。零售商信息透明度系數(shù)的增加，不僅降低了工廠與零售商之間的信任成本及關(guān)系維護(hù)成本，還使工廠得到預(yù)測零售商需求并提前安排生產(chǎn)計(jì)劃的機(jī)會(huì)，間接降低了工廠的生產(chǎn)成本，提高了工廠的生產(chǎn)效益，使工廠利潤隨之增加。由于零售商信息透明度對工廠預(yù)測需求等幫助終究是有限的，工廠利潤在達(dá)到一定值后就不再隨零售商信息透明度系數(shù)的增加而增長。

(7)βu與ω的關(guān)系 如圖10所示，橫坐標(biāo)表示工廠信息透明度系數(shù)，縱坐標(biāo)表示零售商付出的成本。由圖10可知，隨著工廠信息透明度系數(shù)的增加，零售商付出的共享成本逐漸減少。工廠信息透明度系數(shù)增加，零售商掌握了工廠的技術(shù)水平、產(chǎn)品加工工藝、材料價(jià)格等信息，零售商通過與工廠協(xié)商令其生產(chǎn)能力共享價(jià)格下調(diào)，從而減少了零售商付出的成本。隨著工廠的信息透明度越來越高，零售商付出的成本逐漸趨于一個(gè)穩(wěn)定值。這是因?yàn)楫?dāng)工廠信息透明度很高時(shí)，工廠的各種與產(chǎn)能共享相關(guān)的信息早已透明公開化，零售商支付的單位生產(chǎn)能力共享價(jià)格變得透明且穩(wěn)定，零售商付出的成本不再繼續(xù)減少。

(8)βv與ω的關(guān)系 如圖11所示，橫坐標(biāo)表示零售商信息透明度系數(shù)，縱坐標(biāo)表示零售商付出的成本。由圖11可知，隨著零售商信息透明度系數(shù)的增加，零售商付出的共享成本減少。零售商信息透明度的提高使工廠掌握了零售商更多的信息，工廠可以提前安排生產(chǎn)計(jì)劃、優(yōu)化生產(chǎn)技術(shù)等，使工廠節(jié)約了生產(chǎn)成本，加上零售商信息透明度提高可以降低工廠與零售商的信任成本及關(guān)系維護(hù)成本，從而使零售商付出的成本減少。

5 結(jié)束語

本文提出了面向生產(chǎn)能力資源共享的供需信息匹配度的計(jì)算方法和流程，詳細(xì)分析了中介型生產(chǎn)能力共享供需匹配的具體過程，計(jì)算了生產(chǎn)訂單供需信息匹配的綜合匹配度并給出了生產(chǎn)訂單供需匹配情況。以中介型產(chǎn)能共享平臺(tái)為例，建立了工廠利潤和零售商成本的優(yōu)化模型并求解得到在共享平臺(tái)上的單位生產(chǎn)能力共享價(jià)格。通過算例分析了產(chǎn)能供需雙方的信息透明度及雙方共享交易成本系數(shù)與單位生產(chǎn)能力共享價(jià)格的關(guān)系，以及產(chǎn)能供需雙方的信息透明度與工廠利潤、零售商成本的關(guān)系，得出結(jié)論：當(dāng)工廠和零售商的信息透明度增加時(shí)，單位生產(chǎn)能力的共享價(jià)格會(huì)隨之下降，工廠的利潤隨之增多，零售商付出的成本隨之減少，雙方進(jìn)行產(chǎn)能共享的意愿均比較強(qiáng)，產(chǎn)能供需雙方實(shí)現(xiàn)了互利共贏;當(dāng)工廠的共享交易成本系數(shù)增加時(shí)，反映了工廠閑置產(chǎn)能供過于求，工廠迫不得已降低生產(chǎn)能力共享價(jià)格以促成共享交易，此時(shí)工廠進(jìn)行產(chǎn)能共享的意愿不太強(qiáng)，產(chǎn)能供需雙方未實(shí)現(xiàn)互利共贏;當(dāng)零售商的共享交易成本系數(shù)增加時(shí)，反映了零售商的生產(chǎn)訂單需要多家工廠協(xié)同分工才可完成，工廠可通過降低生產(chǎn)能力共享價(jià)格以贏取更多訂單，雙方進(jìn)行產(chǎn)能共享的意愿均較強(qiáng)，產(chǎn)能供需雙方實(shí)現(xiàn)了互利共贏。

共享制造的春天已經(jīng)到來，制造業(yè)產(chǎn)業(yè)共享具有很大的發(fā)展?jié)摿?，面向智能制造的共享產(chǎn)業(yè)迎來了重要的發(fā)展契機(jī)。未來的研究重點(diǎn)集中在：①如何提高智能制造資源的供需匹配精準(zhǔn)度，提升我國智能制造資源的利用率和綜合利用水平;②如何激發(fā)智能制造企業(yè)資源共享的內(nèi)生動(dòng)力，降低資源共享成本和技術(shù)創(chuàng)新成本;③如何公平客觀地評價(jià)智能制造資源的質(zhì)量，保護(hù)好智能制造資源共享的創(chuàng)新成果。