考慮客戶細分的共享制造模式選擇與服務策略優化研究

蔣忠中，劉蕙祎，臧元基，何 娜

（1.東北大學 工商管理學院，遼寧 沈陽 110167；2.東北大學 行為與服務運作管理研究所，遼寧 沈陽 110167）

1 引言

共享制造是共享經濟在生產制造領域的應用創新，是指企業或個人圍繞生產制造各環節，運用共享理念將閑置和剩余的生產資源彈性匹配、動態共享給客戶的新型智能制造模式［1］。由于我國制造業具有中小企業眾多、區域產業集聚明顯、中小企業單獨應對產業升級能力較弱等特點，共享制造對促進我國制造業高質量發展具有重要意義。在《關于加快培育共享制造新模式新業態促進制造業高質量發展的指導意見》《關于進一步促進服務型制造發展的指導意見》等政策文件中均強調“發展共享制造，有利于優化資源配置，提高生產資源的利用效率，減少閑置產能，擴大有效供給，降低中小企業生產與交易成本，促進中小企業專業化、標準化和品質化發展，提升企業競爭力?！薄耙e極推動共享平臺建設，鼓勵企業建設共享制造工廠，完善共享制造發展生態?！彪S著我國工業互聯網等新型基礎設施不斷完善，我國共享制造發展的技術支撐更加堅實，實踐創新步伐持續加快。工業和信息化部數據顯示，目前全國已有超過1000家工業互聯網平臺，具有一定行業和區域影響力的工業互聯網平臺超過150家，重點平臺的連接設備超過7900萬臺（套），開展共享制造的企業比例達到了30.1%。共享制造領域市場規模同比增長1.5%，市場規模持續穩步擴大。

隨著我國共享制造迅速發展，應用領域不斷拓展，產能對接、協同生產、共享工廠等新模式新業態競相涌現，應用于不同的企業場景。其中部分擁有工業技術的大型設備制造企業以設備為基礎搭建共享制造平臺，以租賃的形式將設備共享給垂直行業中有需求的中小企業，例如，“5D智造谷”將設備接入iSESOL云平臺，以租賃的形式將設備共享給機床用戶并提供全生命周期服務；還有部分工業技術型企業依托共享制造平臺，在滿足自身生產需求的同時，為生產同類型產品的小微企業提供設備及服務，例如，“MouldLao眾創空間”在利用部分設備生產模具的同時，將閑置的廠房、設備共享給小微企業，并提供多種服務。因此，共享制造企業在向客戶提供共享服務的同時，還可以選擇通過自身生產獲得收益，誕生出全服務型、半服務型等共享制造模式。制造企業如何基于自身情況，選擇合適的共享制造模式以提升企業利潤、實現健康發展，是其面臨的重要決策問題。

同時，共享制造具有高度開放性，海量的供給方和需求方積聚在同一個共享平臺上，任何有需求的客戶均可以在平臺中尋求共享服務，或發布需求訂單。然而，眾多的客戶群體導致客戶具有較高的異質性，如生產工藝、加工效率、智能化設備、綠色化生產等，這些需求偏好均影響了客戶在共享制造服務中獲得的效用，進而影響制造商的利潤［2］，成為制造企業在共享制造的模式選擇與決策優化中不可忽視的因素。制造商需要找準自身的服務定位，從海量的客戶中細分出目標客戶，策略性地提供共享服務，從而發揮共享制造優勢，實現雙方共贏。例如，對于同樣提供智能生產、硬件物聯、工業智能管控等數智化共享服務的企業，徐工信息Xrea主要針對自動化程度低、產業基礎薄弱的客戶提供服務；樹根互聯的主要客戶為產業基礎扎實、產業鏈相對成熟的客戶；航天云網面向各類有數字化需求的企業均能夠提供數據全生命周期服務。因此，考慮客戶細分，科學地選擇共享制造模式并制定服務策略，是共享制造企業亟待解決的重要現實問題。

現有關于共享制造的研究主要聚焦于供應鏈、云制造、商業模式、合同優化、運維策略和供需匹配等問題［3］。在供應鏈方面，Yang等［4］考察了需求驅動型供應鏈智能的客戶知識管理能力、知識共享和合作等三個因素對JIT供應鏈的影響。Zheng等［5］提出了一個面向跨企業協同制造供應鏈（CMSC）的數據共享的系統框架。Wu等［6］開發了一個強調三級非合作博弈中的交互式決策的模型。宋景秀等［7］以制造商和運營商組成的兩級供應鏈為研究對象，探討配額政策下主體企業的最優決策及協調機制。在云制造方面，Cao等［8］探討了獨立、聯盟和與云平臺運營商合作這三種資源共享策略對CM fg滿足客戶需求的影響。Hu等［9］關注CM fg下的B2B、O2B和B2B＆O2B共享場景，研究了設備共享對零售價格、所有權、使用情況和環境的影響。和征等［10］基于有限理性和利益最大化原則，運用演化博弈理論，分析云制造服務集成商與供應商在知識共享激勵過程中的策略選擇。在商業模式方面，Tian等［11］研究了制造商在產品共享市場中的最佳進入策略及其進入的經濟影響。在合同優化方面，Jiang等［12］基于一個面向服務的制造供應鏈，研究了制造商和運營商對設備質量和維護服務做出的最優質量決策。戴勇［13］以可靠性和庫存水平作為決策變量，考慮合同雙方的風險態度，設計了成本分配系數和績效懲罰系數來規避PBC合同運營風險。在運維策略方面，馮廣琦等［14］研究了服務型制造商和運營商在不同資金約束情形下如何進行運維決策。在供需匹配方面，晏鵬宇等［15］重點評述了“訂單選產能”和“訂單與產能互選”兩類供需匹配與生產調度問題。劉衛寧等［16］針對云制造系統中面向多任務的制造云服務組合問題，研究建立了基于服務質量的多任務云服務組合模型。

上述文獻從不同視角對共享制造進行了研究，但未考慮不同共享制造模式下識別并選擇合適的客戶，而且制造商利潤會受到共享制造模式以及其對目標客戶選擇的影響，進而影響其決策。近年來，制造業客戶細分的研究受到學者關注。但斌和丁雪峰［17］在細分客戶綠色偏好的基礎上，研究了不同綠色消費者比例的多個市場再制造最優定價，研究表明，在不同綠色消費者比例的市場中最優價格存在差異。Seitz等［18］分析了具有客戶特定條款的工業合同組合，并開發了一個適用于半導體行業的投資組合的合同組合分析框架捕捉工業規劃過程的動態。Orsdemir［19］將客戶細分為低效用客戶與高效用客戶，研究了服務化背景下制造商選擇設備售賣還是設備使用服務的策略問題。Li等［20］研究了在壟斷市場上消費者質量感知和消費者估值變化對制造商在質量、保修、價格和市場覆蓋策略方面的最優決策的影響。Xie等［21］研究了對于交貨時間敏感的客戶進行動態改變價格的庫存配給和降價策略，幫助企業更有效地分配資源。Debo和Li［22］研究了客戶對服務持續時間的敏感性異質的全權委托服務線的最佳設計和定價。

上述文獻對本文考慮客戶細分的研究具有重要的借鑒意義，但都未涉及共享制造模式。本文側重于共享制造下，制造商根據產品效用進行客戶細分，著重分析制造商對于全服務型共享制造模式和半服務型共享制造模式的選擇與服務策略的優化研究。

2 問題描述與模型假設

2.1 問題描述及決策過程

本文考慮一個制造商將設備共享給客戶，制造商為客戶提供設備使用及運維服務，并根據客戶的租期收取租金，獲得收益；客戶則通過設備共享服務滿足自身生產需求，獲得效用（如生產產品進行銷售）。具體而言，本文考慮兩種共享制造模式：全服務型共享制造與半服務型共享制造。

全服務型共享制造模式是指制造商完全專注于設備共享服務，用于滿足客戶需求，自身并不使用設備進行生產，形成“共享工廠”，如圖1所示。制造商在設備共享過程中需負責設備運維，通過投入運維努力v，保證客戶的設備正常使用。本文參考He等［23］，Ma等［24］，何娜等［25］使用的努力成本函數，假設制造商的運維成本為cv2，c為運維成本系數。對于客戶，考慮到市場中客戶使用設備的效用異質性，假設市場中存在低效用客戶L與高效用客戶H兩類客戶，其中低效用客戶占比為α，高效用客戶占比為1-α，客戶i單位時間內使用設備獲得效用為ui（i∈｛L，H｝）［19，20，22］。然而，隨著客戶使用時間的增長，設備會逐漸老化甚至故障，降低客戶獲得的效用。相反，制造商的運維努力v可以有效減少設備老化帶來的負面影響。因此，本文參考Orsdem ir等［19］使用的效用函數，假設客戶i在t時刻使用設備獲得的效用為若客戶總租期為Ti，則其獲得的總效用為根據租期，客戶需要向制造商支付租賃費用PTi，P為設備的單位時間租金。區別于全服務型共享制造模式，半服務型共享制造模式中制造商依舊使用設備進行產品生產活動，僅將部分設備進行共享，如圖2所示。因此，假設制造商用于共享的設備比例為β，剩余設備全部用于自身生產需求。類似地，假設制造商自身生產獲得的效用為，uM為制造商單位時間使用設備獲得效用，TM為制造商生產總時間。

圖1 全服務型共享制造模式供應鏈流程

圖2 半服務型共享制造模式供應鏈流程

此外，不論是全服務型共享制造模式，還是半服務型共享制造模式，制造商作為服務提供方，均可以策略性地選擇服務對象，即僅服務低效用客戶、僅服務高效用客戶、同時服務兩類客戶三種服務策略。因此，制造商需要合理地選擇服務策略，并科學地決策，以實現自身利潤最大化。決策過程如下：

在全服務型共享制造模式下，具體決策過程可描述為：（1）制造商選擇客戶；（2）制造商決定運維投入v；（3）客戶決策租期Ti。在半服務型共享制造模式下，具體決策過程可描述為：（1）制造商選擇客戶；（2）制造商決定運維投入水平v；（3）制造商決策生產時間TM；（4）客戶決策租期Ti。

2.2 模型假設及符號說明

為更好地描述和建立模型，本文做如下假設：

假設1制造商和客戶之間信息對稱，不存在道德風險問題。

假設2市場中客戶數量與制造商設備數量均標準化為1。

假設3為了保證兩種共享制造模式下的制造商有意愿共享設備且保證制造商及客戶盈利，假設制造商單位產品利潤處于高效用客戶與低效用客戶之間且租金低于單位生產利潤，即0＜P＜uL＜uM＜uH。

表1列出了模型符號及說明。

表1 模型符號及說明

3 全服務型共享制造模式

構建全服務型共享模式下的模型，即制造商M的設備完全共享給客戶時的模型。此時制造商M的設備不用于自身生產產品，其利潤完全來自于共享設備的租金。

制造商僅服務低效用客戶、僅服務高效用客戶、同時服務低效用客戶和高效用客戶時，制造商的利潤函數分別為通過逆向歸納法進行求解，可以得到三種情形下雙方的均衡策略以及均衡利潤。

定理1在制造商服務不同的目標客戶時，制造商與客戶的均衡解與均衡利潤如下：

（3）同時服務低效用客戶和高效用客戶時：

基于定理1得到全服務型共享制造模式下制造商和客戶在不同的服務策略下的均衡解，對比制造商在全服務型共享制造模式下服務不同客戶的利潤，可得命題1。

命題1 在全服務型共享制造模式下，若0＜α＜，制造商應僅服務高效用客戶，否則，制造商應同時服務低效用客戶和高效用客戶。

命題1表明，制造商在全服務型共享制造模式下，當市場中低效用客戶占比較小時，制造商應僅服務高效用客戶；反之，制造商應同時服務低效用客戶和高效用客戶。該結果展示于圖3中（uH＝0.9，uL＝0.5）。其中HL區域代表同時服務低效用客戶和高效用客戶，H區域代表僅服務高效用客戶。因此，隨著α增大，制造商的服務策略更傾向于同時服務低效用客戶和高效用客戶。原因在于制造商對基于時間的共享收益與運維成本的權衡。低效用客戶難以負擔長時間的租賃費用，高效用客戶則恰恰相反。因此，低效用客戶更偏好短期租賃，而高效用客戶更偏好長期合作。當市場中低效用客戶占比較小時，由于高效用客戶是市場中的客戶主體，制造商會顯著提高運維投入以保證高效用客戶的長期租賃，此時若同時服務低效用客戶，低效用客戶短時間的租賃難以獲得足夠的收益，相反會額外承擔較高的運維成本，因此制造商選擇僅服務高效用客戶。當低效用客戶是市場中的客戶主體，即低效用客戶占比較大時，制造商考慮到低效用客戶短期租賃的特征，運維投入相對較低，此時若同時服務高效用客戶，高效用客戶的租用時間依舊高于低效用客戶，從而使制造商獲得更多的利潤，因此制造商選擇同時服務低效用客戶和高效用客戶，而不會選擇僅服務低效用客戶的策略。

圖3 全服務型共享制造模式下制造商利潤的對比分析（uH ＝0.9，uL＝0.5）

在全服務型共享制造模式下，進一步探究租金對制造商利潤的影響，通過π和π對P求導，可得引理1。

引理1全服務型共享制造模式下，制造商僅服務高效用客戶時，若否則同時服務低效用客戶和高效用客戶時，若

引理1表明，全服務型共享制造模式下，制造商利潤隨租金的增大先增加后減小。這是因為，租金提高會提升制造商單位時間獲得的收益，但同時使客戶的共享意愿降低，租期減少。因此，當租金過高時，客戶租期過低，反而造成了制造商利潤降低。

在全服務型共享制造模式下，進一步探究市場中低效用客戶占比對制造商利潤的影響，通過π和π對α求導，可得引理2。

引理2全服務型共享制造模式下（j＝h，lh）。

引理2表明，全服務型共享制造模式下，制造商利潤隨市場中低效用客戶占比增大而減少。這是因為，全服務型共享制造模式下，當僅服務高效用客戶時，市場中低效用客戶占比越大意味著高效用客戶越少，制造商的服務需求減少導致利潤降低；當同時服務低效用客戶和高效用客戶時，由于低效用客戶的租期遠低于高效用客戶，市場中低效用客戶占比越大，制造商利潤越低。

4 半服務型共享制造模式

構建半服務型共享制造模式下的模型，即制造商M的設備部分用于自身生產、部分共享給客戶時的模型。此時制造商M的利潤部分來自于生產的產品的利潤，部分來自于共享設備的租金。

低效用客戶和高效用客戶的利潤函數分別為

考慮到半服務模式下制造商提供共享的設備數量可能無法滿足市場中的全部客戶，根據制造商的策略及共享的設備數量與客戶數量（低效用客戶α，高效用客戶1-α）的差異，制造商利潤函數分為以下幾種情況：

若制造商僅服務低效用客戶，其利潤僅與其用于共享的設備數量β、市場中低效用客戶數量α的大小關系有關。當其用于共享的設備數量低于市場中低效用客戶數量時（β＜α），如圖4（a）所示，其利潤函數為（8）式；當其用于共享的設備數量高于市場中低效用客戶數量時（β＞α），如圖4（b）所示，其利潤函數為（9）式。

圖4 制造商僅服務低效用客戶

若制造商僅服務高效用客戶，其利潤僅與其用于共享的設備數量β、市場中高效用客戶數量1-α的大小關系有關。當其用于共享的設備數量低于市場中高效用客戶數量時（β＜1-α），如圖5（a）所示，其利潤函數為（10）式；當其用于共享的設備數量高于市場中高效用客戶數量時（β＞1-α），如圖5（b）所示，其利潤函數為（11）式。

圖5 制造商僅服務高效用客戶

若制造商同時服務低效用客戶和高效用客戶，其策略分為優先服務低效用客戶和優先服務高效用客戶，且這兩種策略所需要的條件分別為：β＞α（優先服務低效用客戶）、β＞1-α（優先服務高效用客戶）。制造商同時服務低效用客戶和高效用客戶（優先服務低效用客戶）時，其利潤僅與其用于共享的設備數量β、市場中低效用客戶數量α的大小關系有關，如圖6（a）所示，其利潤函數為（12）式；制造商同時服務低效用客戶和高效用客戶（優先服務高效用客戶）時，其利潤僅與其用于共享的設備數量β、市場中高效用客戶數量1-α的大小關系有關，如圖6（b）所示，其利潤函數為（13）式。

圖6 制造商同時服務低效用客戶和高效用客戶

通過逆向歸納法進行求解，可以得到制造商用于共享的設備占比低于市場中低效用客戶占比且低于高效用客戶占比、低于市場中低效用客戶占比且高于高效用客戶占比、高于市場中低效用客戶占比且低于高效用客戶占比、高于市場中低效用客戶占比且高于高效用客戶占比四種條件下，制造商的設備僅服務低效用客戶、僅服務高效用客戶、同時服務低效用客戶和高效用客戶（優先服務低效用客戶）、同時服務低效用客戶和高效用客戶（優先服務高效用客戶）四種情形下雙方的均衡策略以及均衡利潤。

定理2在制造商服務不同的目標客戶時，制造商與客戶的均衡解與均衡利潤如下：

（1）制造商用于共享的設備占比低于市場中低效用客戶占比時，制造商的設備僅服務低效用客戶：

（2）制造商用于共享的設備占比低于市場中高效用客戶占比時，制造商的設備僅服務高效用客戶：

（3）制造商用于共享的設備占比高于市場中低效用客戶占比時，制造商的設備僅服務低效用客戶：

（4）制造商用于共享的設備占比高于市場中低效用客戶占比時，制造商的設備同時服務低效用客戶和高效用客戶（優先服務低效用客戶）：

（5）制造商用于共享的設備占比高于市場中高效用客戶占比時，制造商的設備僅服務高效用客戶：

（6）制造商用于共享的設備占比高于市場中高效用客戶占比時，制造商的設備同時服務低效用客戶和高效用客戶（優先服務高效用客戶）：

基于定理2得到半服務型共享制造模式下制造商和客戶在不同的服務策略下的均衡解，對比制造商在半服務型共享制造模式下服務不同客戶的利潤，可得命題2。

命題2在半服務型共享制造模式下，若0＜α＜α1，制造商應僅服務低效用客戶，否則，制造商應僅服務高效用客戶。

命題2表明，制造商在半服務型共享制造模式下，當租金較低時，若市場中低效用客戶占比較小，制造商應僅服務低效用客戶；若市場中低效用客戶占比較大，制造商應僅服務高效用客戶。當租金較高時，應僅服務高效用客戶。該結果展示于圖7中。其中H區域代表僅服務高效用客戶，L區域代表僅服務低效用客戶。權衡于基于時間的共享收益、生產收益與運維成本，在租金較低時，制造商通過設備共享服務獲利有限，更傾向于僅服務市場中占比較小的客戶，主要通過自身的生產獲得更高的利潤。此時，制造商的策略傾向于僅服務市場中占比較小的客戶。而在租金較高時，制造商通過設備共享服務獲利較高，且高效用客戶租賃時間較長。此時，制造商更愿意向高效用客戶提供共享服務，獲得更高的共享制造利潤。

圖7 半服務型共享制造模式下制造商利潤的對比分析（uH ＝0.9，uL＝0.3，uM ＝0.4，β＝0.7）

在半服務型共享制造模式下，進一步探究租金對制造商利潤的影響，通過對P求導，可得引理3。

引理3半服務型共享制造模式下，制造商僅服務低效用客戶時，若否則僅服務高效用客戶時，若則

引理3表明，半服務型共享制造模式下，僅服務低效用客戶或僅服務高效用客戶時，若租金較低，制造商利潤隨租金提高而增加；若租金較高，制造商利潤隨租金提高而減少。這是因為，租金提高會提升制造商單位時間獲得的收益，但同時使客戶的共享意愿降低，租期減少。因此，當租金過高時，客戶租期過低，反而造成了制造商共享制造獲得的利潤減少，進而降低總利潤。

在半服務型共享制造模式下，進一步探究市場中低效用客戶占比對制造商利潤的影響，通過對α求導，可得引理4。

引理4半服務型共享制造模式下，制造商僅服務低效用客戶時僅服務高效用客戶時，若若

引理4表明，在半服務型共享制造模式下，僅服務低效用客戶時，制造商利潤隨市場中低效用客戶占比增大而減少。僅服務高效用客戶時，若租金較低，制造商利潤隨市場中低效用客戶占比增大而增加；若租金較高，制造商利潤隨市場中低效用客戶占比增大而減少。這是因為，當僅服務低效用客戶時，由于低效用客戶租期較短，共享制造收益低于自身生產收益。隨著將更多的設備共享給低效用客戶，制造商利潤降低。當僅服務高效用客戶時，由于高效用客戶更偏好長期租用，租金起到關鍵影響。若租金較低，共享制造獲利能力不足，制造商自身生產產品效益更高。隨著將更多的設備共享給高效用客戶，制造商利潤減少。相反，若租金較高，相比于自身生產，制造商可以從高效用客戶的長期租用中獲得更高的利潤。因此，高效用客戶的增多會提高制造商利潤。

5 模式對比分析

對比制造商在服務相同效用客戶時，在全服務型共享制造模式和半服務型共享制造模式兩種不同模式下的利潤，可得命題3。

命題3 對于制造商，當若0＜α＜α1，應選擇在半服務型共享制造模式下僅服務低效用客戶，否則，應選擇在半服務型共享制造模式下僅服務高效用客戶；當時，若0＜α＜α2，應選擇在全服務型共享制造模式下僅服務高效用客戶，否則，應選擇在半服務型共享制造模式下僅服務高效用客戶。

命題3表明，對于制造商，當租金較低時，若市場中低效用客戶占比較小，應選擇半服務型共享制造模式下僅服務低效用客戶，若市場中低效用客戶占比較大，應選擇半服務型共享制造模式下僅服務高效用客戶；當租金較高時，若市場中低效用客戶占比較小，應選擇全服務型共享制造模式下僅服務高效用客戶，若市場中低效用客戶占比較大，應選擇半服務型共享制造模式下僅服務高效用客戶。

6 結論與啟示

本文研究制造商的共享制造模式選擇與服務策略優化問題。主要研究結論包括：

（1）在全服務型共享制造模式下，制造商的服務策略權衡于基于時間的共享收益與運維成本。在租金較低時，制造商通過共享獲得的收益很低，運維投入相對較低，此時，兩類客戶租賃時間較長，同時租給兩類客戶，制造商可以獲得更多的收益。在租金較高時，若高效用客戶是市場中的客戶主體，制造商會顯著提高運維投入以保證高效用客戶的長期租賃，為避免額外承擔較高的運維成本，制造商應選擇僅服務高效用客戶；若低效用客戶是市場中的客戶主體，制造商考慮到低效用客戶短期租賃的特征，運維投入相對較低，此時若同時服務高效用客戶，制造商可以獲得更多的利潤，因此制造商應選擇同時服務低效用客戶和高效用客戶。

（2）在半服務型共享制造模式下，制造商的服務策略權衡于基于時間的共享收益、生產收益與運維成本。在租金較低時，制造商通過設備共享服務獲利有限，此時應僅服務市場中占比較小的客戶，主要通過自身的生產獲得更高的利潤。在租金較高時，制造商通過設備共享服務獲利較高，且高效用客戶租賃時間較長，此時，制造商應向高效用客戶提供共享服務，獲得更高的共享制造利潤。

（3）對于制造商，在租金較低時，制造商通過設備共享服務獲利有限，應使用更多的設備進行生產，即在半服務型共享制造模式下僅服務市場中占比較小的客戶。在租金較高時，制造商通過共享設備獲得收益較高，為了獲取更多的利潤，制造商應服務偏好長期合作的高效用客戶，當高效用客戶是市場中的客戶主體時，制造商應將設備完全用于共享，即選擇全服務型共享制造模式；當低效用客戶是市場中的客戶主體時，制造商應將設備部分用于生產產品，即選擇半服務型共享制造模式。

本文的結論可為制造商的共享制造模式選擇、客戶服務策略以及共享制造決策提供有益的管理啟示，即租金與基于客戶細分的服務策略對制造商的共享制造模式選擇有重要影響，特別地，已經處于某種共享制造模式下的制造商應考慮租金策略性地選擇目標客戶提供設備共享服務。本文的研究工作僅考慮全服務型共享制造模式和半服務型共享制造模式兩種共享模式，然而現實中的共享模式更為多元、復雜，進行客戶細分的標準也不盡相同，用于共享的設備的類型及性能（例如，不同質量、折舊率等）亦會對制造商的服務策略選擇產生影響，未來的研究可進一步探討不同的共享設備類型及性能對最優服務策略的影響。同時，制造商與客戶在下游消費市場可能存在競爭關系，探究兩者在共享制造下的競合關系亦是進一步研究的方向。