基于rfid技术的标签成本分摊及投资策略-张李浩.pdf

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1、第22卷第5期2 0 1 6年5月计算机集成制造系统Computer Integrated Manufacturing SystemsV0122 No5Mav 2 0 1 6DOI：1013196jcims201605020基于RFID技术的标签成本分摊及投资策略张李浩，杨斌+(上海海事大学科学研究院物流研究中心，上海201306)摘要：针对供应链的库存耗损问题，基于分散式决策供应链成员是否投资无线射频识别(RFID)技术，构建了供应链成员均不投资RFID(N情景)、仅生产商和一个零售商投资RFID(S情景)以及供应链成员均投资RFID(T情景)下单生产商与两零售商的收益模型，分析了RFID标

2、签成本分摊的方法，并探讨了链上成员RFlD的投资策略。研究发现，生产商采用新批发价格策略或成本分摊系数策略均能有效分摊RFID成本并得到相同的分摊效果，但均无法协调供应链；当零售商耗损率相同时，s和T情景的链上成员承担的RFID成本阈值相同；低耗损率的零售商不会主动投资RFID，高耗损率的零售商将主动并倾向于单独投资RFID。关键词：竞争零售商供应链；RFID；库存耗损；策略分析中图分类号：C931 文献标识码：AAdoption strategy and tag cost。sharing based on RFID technologyZHANG Lihao，YANG Bin+(Logist

3、ics Research Center，Scientific Research Academy，Shanghai Maritime University，Shanghai 201306，China)Abstract：Aiming at the stock loss of supply chain，a twostage decentralized supply chain with one manufacturer andtWO retailers was consideredFor the members decision on whether invest Radio Frequency I

4、dentification(RFID)ornot，the playersprofit models were constructed under three scenarios：none of the players adopts RFID(ScenarioN)，only the manufacturer and one retailer adopt RFID(Scenario S)and all players adopt RFID(Scenario T)Themethod of RFID tag COStsharing was analyzed and the RFID investmen

5、t strategy was discussedThe result showedthat the manufacturer who used the new wholesale price contract or the costsharing coefficient contract could bothshare RFID cost effectively and get the same result，but could not coordinate the supply chainWhen the retailershad the same shrinkage rates，the s

6、ame RFID cost thresholds existed with the players of supply chain in scenarios Sand TThe retailer with lower shrinkage rate would not initiative adopt RFID，while the retailer with higher shrinkage rate would initiative adopt RFID and prefer for scenario SKeywords：competitive retailers supply chain；r

7、adio frequency identification；inventory shrinkage；strategy analysis0 引言无线射频识别(Radio Frequency IDentification，RFID)作为物联网(Internet of Things，IOT)的核心技术，具有无线、非接触等特点，零售商店可以通过RFID读头随时监测商品的状态和位置，是解决库存耗损问题最有效的方法1。一些大型零售企业如沃尔玛、麦德隆等已将RFID应用于服装、日用品的运营中，取得了很好的效果。零售商希望通过RFID技术减少耗损商品的数量，以降低成本，而当前RFID的应用实践一般是零售商要求

8、供应商使用“出货前粘贴RFID标签”的方收稿日期：2015-1008；修订日期：2016-0201。Received 08 Oct2015；accepted 01 Feb2016基金项目：国家自然科学基金资助项目(71171129，71431004)；上海海事大学顶级期刊论文培育基金资助项目。Foundation items：Project supported by the National Natural Science Foundation，China(No71171129，71431004)and the Shanghai Maritime University Top Paper Fo

9、ster Foundation，China万方数据计算机集成制造系统 第22卷式，即投资RFID技术的成本由供应商承担，造成供应链“上游投资，下游受益”的不正常现象，因此本文要解决的第一个问题是：如何制定一个合理的RFID成本分摊方案，以解决供应链成员收益分配的问题。与此同时，目前仅部分地区的沃尔玛、家乐福等大型零售商店采用了RFID技术，多数地区的零售商店没有采用该技术，因此本文要解决的第二个问题是：当某地区存在两家竞争性的零售商店且均没有采用RFID技术时，哪个零售商店应该首先采用该技术以提高自身的收益、采用该技术会对另一个零售商店的收益产生何种影响，以及此时没有采用RFID技术的零售商店

10、将采取何种应对策略。关于供应链投资RFID技术的决策问题，国外学者进行了相应研究。例如：Rekik等z3考虑RFID能够减少商品错放现象，建立了供应链采用RFID前后的N阶段动态规划模型，通过RFID的可视化效果，有效识别出耗损商品的数量，继而有效消除商品的耗损，得出原有耗损商品的价值与投资RFID成本之间的均衡点；Whang3认为RFID能够改变商品的市场需求量，从而增加供应链的收益，但是供应链上下游投资RFID的时间点会影响该技术的成本，通过分析RFID成本与时间的关系，得出上下游企业投资RFID的最佳时间点；Camdereli等n3在供应链环境下考虑需求不确定的库存错放问题，比较分析了集

11、中式供应链和分散式供应链RFID实施的可行性，并采用供应链契约进行了协调；Chongwat-pol等5研究了基于RFID的可追溯方法以提高生产调度，并提出供应链可视化调度的准则，该准则可以改善企业运营的很多难题，如提升机器利用率、防止库存积压、降低缺货成本等。国内学者研究较少，主要是但斌等及张李浩等针对“1-1”供应链进行了研究邛8，得出能使供应链盈利的RFID成本的阈值。然而上述关于RFID技术在供应链的应用研究，均仅考虑了单制造商和单零售商组成的供应链RFID技术的投资决策问题。综上所述，本文与现有文献的区别如下：(1)研究问题 目前针对RFID技术应用的研究，往往集中于多个企业横向竞争时

12、的投资决策分析，如文献9，较少从供应链的角度考虑纵向博弈的影响。考虑纵向博弈时，主要以单制造商和单零售商组成的两级供应链为研究对象，以RFID技术降低零售商库存错放问题为研究对象g。1,810q1、RFID技术压缩供应链提前期问题71和RFID技术降低鲜活农产品变质率问题为研究对象1 2I，研究供应链RFID技术的投资决策和协调策略。忽略了零售商横向竞争对投资决策的影响。本文假设存在两个耗损率不同的竞争零售商，考虑三种情景：两个零售商均不参与投资RFID技术；仅一个零售商投资RFID技术；两个零售商均投资RFID技术。重点探讨了供应链中部分成员采用RFID时对不采用RFID成员收益的影响，以及

13、此时链上成员各自应对策略的研究。(2)研究方法 现有文献主要采用报童模型h8J01或动态规划皿1进行研究，没有考虑零售价与市场需求量的相关性。本文探讨了零售商的价格竞争(Bertrand竞争)，并假设零售价格灵敏度位于o，1区间，这也使本文的研究模型更加贴近现实问题。本文针对供应链的库存耗损问题，构建了供应链成员均不投资RFID、仅生产商和一个零售商投资RFID及供应链成员均投资RFID三种情景下单生产商和两零售商的收益模型，在RFID技术投资成本的分摊方面采用新批发价格策略和RFID成本分摊系数策略。分析并得出了三种情景下的最优零售价格和成本分摊系数，探讨了供应链中部分成员采用RFID时对不

14、采用RFID成员收益的影响，以及此时链上成员各自应对策略的研究。1 模型描述本文考虑同一市场中仅有一个垄断生产商M和两个规模相当的寡头竞争零售商R，(i一1，2)，生产并销售单一同种短生命周期商品的分散式供应链系统。假设生产商作为Stackelberg博弈的领导者，先制定商品的批发价格；两个零售商为追随者，分享同一个需求不确定的市场，并独立确定各自的订货量和零售价。零售商之间进行同时行动博弈(所得到的博弈解称作Nash均衡)。链上成员均按自身收益的最大化做决策，并且链上成员间的信息对称。假设零售商i的耗损率为a。(0口i1)。当零售商i订购Q，商品时，(1一a。)Q；的商品可以正常销售，a。Q

15、j的商品由于耗损而无法被销售。为了简化模型，不考虑耗损商品的残值。供应链采用RFID后能够消除商品耗损问题，此时商品在生产过程中被贴上一个RFID标签。对于零售供应链，由于商品数量巨大，RFID标签成本成为制约RFID应用最主要的因素口。记RFID标签的单位成本为C；，生产商的单位生产成本为c。，给零售商的批万方数据第5朔 张李浩等：基于RFID技术的标签成本分摊及投资策略发价格为叫；零售商i根据市场需求量制定订货量Q，并以单位零售价格P。出售商品。为保证链上各成员的收益，存在P。硼f，。零售商i不存在库存耗损时，其订货量为1们Q，(A，P，)一aP。+dp，(歹=3一i)，其中：a(a0)为

16、商品的市场最大需求量，d(d(0，1)为竞争零售商零售价格的灵敏度。零售商i存在库存耗损时，为了弥补这部分商品引起的缺货损失，零售商i根据以往的销售经验和统计数据调整订购量，此时其订货量为(1一a。)Q。(P，pH)一口一p，+dpH。本文中，“*”表示最优解。2供应链成员的收益模型当前大型零售企业如Tesco，Wal-Mart等，已经要求其上游生产商采用RFID以提高供应链的效率，供应链是否投资RFID一般由生产商决定1“。因此，本文讨论三种情景：N情景，即零售商和生产商均不投资RFID，此时零售商均存在商品耗损；S情景，即生产商仅与一个零售商投资RFID，由于零售商之间遵循Nash博弈，不

17、失一般性，假设零售商l参与投资RFID，此时零售商1不存在商品耗损，而零售商2仍存在商品耗损；T情景，即生产商和两个零售商均投资RFID，此时零售商均不存在商品耗损。RFID标签增加了生产商的成本，实践中，生产商会通过制定新的批发价或与下游零售商共同分摊RFID标签的单位成本来实现收益的平衡。基于此，本文在RFID成本的处理方面采用两种策略：(1)新批发价格策略 零售商i参与RFID技术的投资，此时生产商独自承担RFID成本，然后通过博弈制定新的最优批发价，以实现供应链成员收益的重新分配。(2)成本分摊系数策略 零售商i参与RFID技术的投资，此时生产商将与零售商i共同分摊RFID成本，然后通

18、过博弈制定最优的RFID成本分摊系数，以实现供应链成员收益的重新分配。21 N情景时的收益模型供应链不投资RFID时，记零售商i的零售价和订货量分别为P咄和Q呻，生产商制定的批发价为叫。，零售商i和生产商的收益分别为丌N-Ri和丌NM，贝0有：7rN RPN R(1一口)Q一R一留NQ胪R； (1)丌NM一(叫Nc。)Q一，。 (2)式中(1一口。)QNR(PN一，pN一乜)一乜一户肛R。+d户N一心一，。采用逆向归纳法，关于式(1)，对PN求一阶微分并令其为0，可得3坠pN Rn一2吣+饥飞一，+惫一3),由式(3)得出零售商i的零售价为 m一南+矿害蔫+2wN(4一d2)(1一口，)从而得

19、出零售商i的订货量为 Qm一西习褊+dwN (2一d2)叫N(4)(4一d2)(1一口)(1一口。) (4一d2)(1一口。)2。(5)生产商根据零售商的决策确定最优批发价硼青，对式(2)关于批发价求二阶微分：a2 7rN M 2(2一d2)(1一口1)一2d(1一a2)a2叫N (4一d2)(1口1)(1一口2)22(2一d2)(1一a2)一2d(1一口1)(4一d2)(1一口1)2(1一口2)。因为Oo，从而得到定理1。定理1零售商i的商品耗损率l临界点满足Ot，o，继而得到定理3。定理3零售商2的商品耗损率n：o，从而得到定理5。定理5零售商2的商品耗损率a：o，从而得到定理7。定理7

20、当RFID标签的单位成本f r。，则存在F，使得丌，一M取最大值。令掣一。且掣一o，可得生产商制定的最优RFID标签的成本分摊系数为9，*一竺型上里要罢型坐d盟，(34)弘一夏丁i万一oJ4从而零售商i的最优零售价格和订货量分别为： 户一志+赫；(35)p M一页而十百虿=万。L33 J靠旷!等掣。(36)为避免供应链断链，零售商i的最优订货量Q 7；必须满足Q 7；娟，o，从而得到定理9。定理9 当RFID标签的单位成本c。：(PR兀。一c。一c；)TlQ。nD娟，此时商品订货量与零售商i的单位商品零售价格的函数关系式为Q州。(PRm一。，P RFID R一)一aP RFlD+dp RFlD

21、R一，继而容易得到供应链整体的最大期望收益赫肛。一生与拦等半。，丌n7Dc一芝1_j_：二_i了_。o J了J将式(37)式(39)代人收益差量A一7r玉旷。一(丌7h+丌7；一M)中，可得 一坠巫与掣犰3供应链RFID投资决策分析供应链是否投资RFID，一方面与RFID的成本相关，另一方面与零售商的产品耗损率相关。要使生产商与零售商1投资RFID，即出现S情景，需满足条件A：S情景投资者的收益均不小于其在N情景时的收益，即丌5一M孑M，才能激励投资者I丌；Rl二丌膏一R1采用RFID；S情景时，零售商1的收益应不小于零售商2的收益，即7f；R，丌玉R。，才能保证零售商1在RFID的投资决策中

22、不会选择互相观望等待。要使分散式决策供应链的成员均投资RFID，需要满足条件B：T情景链上成员的收益均不小于N情景的收益，即丌丁_M彳丌?M，才能确保供应链成l丌；一丌膏一。员均投资RFID；T情景链上成员的收益均不小于S情景投资RFID成员的收益，即丌TM彳粕I-M，l丌子一Rl乡玎；R1才能确保供应链成员均投资RFID；T情景时零售商1的收益不小于S情景零售商2的收益，即7r；。7f耋一。，才能确保不投资者在RFID的投资决策中，不会选择互相观望等待。31口=口：时的决策分析令口，一a。一口，则N情景链上成员的收益为：兀N M一 (1一口)口一(1一d)c。2页Fi万西二面葡习+ r(1一

23、cDa一(1一d)f。27rN Ri一【页Fi万百二万一_J。S情景链上成员的收益为： (1一a)口一(1一d)c。(1一口)(2+d)a+d(c。+c：)一(2一d2)c。)l7ISM一砸丁i了百二历可二孑厂一十口(1一d)(f，+C，)(1一口)(2+d)a一(2一d2)(c。+C。)+出。)丽二万可一d汀4一dz) f(1一口)(2+d)a一(2一d2)(c。+c。)+dc。1 2IrS-R11页二i页ri巧一7， f(1一口)(2+d)a+d(c。+c：)一(2一d2)c。1 2丌洲z一1页二i页Fi历一f。T情景链上成员的收益为： 口(1一d)(c。+G)2斫刊一1万二面西二矿 口(

24、1一d)(f，+o)2lrT R一_丽Fi厂一。根据上述条件A和B，可得RFID成本的阈值相同，均为c。一#旦。为更加直观地理解供应链的上 口投资决策行为，不失一般性，根据文献14的参数取值进行一定缩放，并假设a一20，c。一8d一05，口一a。一015，探究RFID标签的单位成本对链上成员收益增量的影响，如图1所示。由图1可见：(1)当C，7f毒M7f高M，丌毒一R玎；一R，7r青R，丌丰R，丌膏凡丌耋见。因此，T情景是生产商和零售商2的最优情景，S情景是零售商1的最优情景。由此可以发现：由于丌；。丌青咄，零售商1会要求生产商投资RFID；与此同时，丌；M7f高M，从而生产商也愿意投资该技术

25、，即出现S情景。对于零售商2，由于丌R7r；一R，零售商2的应对策略是投资RFID，则供应链从S情景演化为T情景。由于丌；。，7r字咄，零售商1将采用防备策略，即阻止零售商2投资RFID；由于丌芋M丌；一M，生产商将采用互补策略(互补策略的博弈指博弈中参与人的最优反应对应于对手的策略递增，使参与人的策略体现出一定的互补性口83)，即鼓励零售商2投资RFID。因此，S和T情景均可能出现，但是S情景的供应链万方数据!竺型型型L二 第22卷蹦l =砚时，RFIDb?,拼XJ供应链成员收益增量的影婀处于荔嚣j翟言雾竺YrS鬈：黧售(2)当c。c?时，因为 一Rl丌；一M丌芋一M，生产商也没有动机投资R

26、FID。因此噬冀享耋霎嚣相同时，s和T情景链当两个零售商的耗损率相同时，s利rl再尿玩上成员能够承担的RFID成本相同，此时T情景能够实现链上成员收益的Pareto改进。32口。口：时的决策分析仿照32节的思路，令口=20，cm一8，dO5，a，一o2，口。一015，如图3所示。由图3可见：(1)当07f寿一M，从而生产商也愿意和零售商1投资该技术，即出现S情景。由于万齑一心丌丰一R：图2砸7f；一M丌青一M，从而生产商也愿意和零售商1篓资鬣即2誊惹嘉箍盏蕊釜主丌；一-1。零售商 的应对策略是阻止链上头他贼贝仅丢R2F7ID，若无法阻止，则零售商2的最优选择是不磊资RFID，以免遭受更多损失，

27、此时供应链将稳定于5嚣毛协囟zr；，-M，丌；一M丌；一M，从而生产商也愿意和零售商1投资该技术，即出现S情景；由于7r寿丌；一8z7fT*-R，零售商2的应对策略是阻止链上其他成员投资矗ID，若无法阻止，则零售商2的最优选择是不i资RFID，以免遭受更多损失，此时供应链将稳定于S情景。(4)当魄c。7r丰M，生产商没有动机投资RFID，此时供应链将稳定于N情景。(5)当龇C。丌；一M丌；一M，生产商没有动机投资RFID，此时供应链将稳定于N情景。(6)当C，叱时，由于菇一R丌；一M7f字一M，因此生产商没有动机投资RFID，此时供应链将稳定于N情景。0 05 10 15 20 25 30 3

28、5 40 45 5001 02 03 04 offo图3 口1a2时，RFID标签成本对供应链成员收益增量的影响4 结束语本文针对供应链的库存耗损问题，在物联网核心技术RFID能有效解决该问题的背景下，以零售价影响市场需求量为前提，建立了单生产商和两个零售商组成的分散式供应链模型，研究了供应链成员均不投资RFID、仅生产商和一个零售商投资RFID及供应链成员均投资RFID三种不同情景结构下的博弈均衡解，分析了RFID标签成本分摊的方法，并探讨了链上成员RFID的投资策略，得到如下结论：(1)生产商采用重新制定批发价格策略或RFID标签成本分摊系数策略，均能有效鳃决RFID技术应用中的“上游投资

29、，下游收益”问题，并使供应链各个成员在两种策略下均获得完全相同的收益。但是这两种分摊策略均无法协调单生产商和两零售商的供应链。(2)当两个竞争零售商的耗损率相同时，零售商中的部分或全部成员参与RFID技术的投资，不改变链上成员能够承担的最大RFID成本阈值。相比于零售商中的部分成员参与RFID技术的投资，零售商均投资RFID技术能够实现链上成员收益的Pareto改进。此外，较低耗损率的零售商不会主动投资RFID技术，而较高耗损率的零售商会主动并倾向于单独投资RFID技术。本文没有考虑多个生产商生产销售具有一定互补性或可替代性产品等因素对供应链RFID投资决策的影响，这部分内容将在以后的工作中继

30、续完善。参考文献：E13 HARDGRAVE B，ALOYsIuS J，GOYAL SRFID-enabledvisibility and retail inventory record inaccuracy：experiments inthe fieldEJProduction and Operations Management，2013，22(4)：8438562-1 REKIK Y，SAHIN EExploring inventory systems sensitiveto shrinkage-analysis of a periodic review inventory under a

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