1.2 研究內容和組織結構

1.2.1 研究內容

在研究實施過程中，本書從以半導體為案例的微觀視角入手提出進行產能制定的科學決策方法，并在此基礎上提出城市預判和治理高科技產業產能過剩問題的決策建議。半導體產業是高科技產業中非常典型的一類，具有鮮明的高資本、高技術和高更新換代率等特征。然而，在世界范圍內半導體產業在高科技產業中產能過剩問題也是最為嚴重的。例如，2015年全球半導體多晶硅產能是42.5萬噸，實際需求量是33萬噸，產能利用率為77%左右，因此多晶硅產能處于過剩的狀態。就我國而言，多晶硅生產成本較高，超過一半的需求須由進口來滿足，因此我國國內多晶硅的過量產能屬于無效產能或落后產能。因此，本書針對多晶硅作為行業背景展開研究，力圖提出包括多晶硅在內的高科技產業產能決策工具。本書將研究隨機產出、多周期、多產品等情況下的產能決策問題，并在每部分的研究過程中采用了合適的研究方法和相應的試驗驗證手段，研究詳細流程如圖1-3所示。

產能決策過程共為兩個階段：第一階段，決策企業的生產產能并執行生產，由于生產的隨機性，最后生產出的產品共分為兩個等級；第二階段，不同等級的產品進行銷售，由于每種產品的需求是隨機的，當低等級的產品缺貨時，可由高等級的產品進行替代銷售。生產是由銷售策略決定的（Huang and Song,2010），因此按照倒序進行求解，即首先確定銷售階段的產品替代策略，然后在此基礎上求解生產階段的產能策略。本書的研究將聚焦于在備貨型和批量型生產方式下的產能決策，在研究中考慮高科技產品的貶值和長期的客戶生命周期價值等特征，具體的研究內容如下。

1．在備貨型生產方式下的產能決策問題

有些高科技產品的生產前置期非常長，同時產品生命周期相對較短，因此，企業通常是先根據市場預測設定一定的產能并執行生產。當市場銷售期開始后，企業將存貨銷售出去。這種有計劃的預測、生產方式就是存貨式生產（make-tostock），比較適合于高度標準化的產品，如家用電器、汽車等產品。存貨式生產是將生產和銷售分為兩個階段單獨展開的，生產的目的就是補充庫存。如果產能大，則造成庫存積壓；如果產能小，則會造成產品脫銷。因此，為了防止庫存的積壓或者脫銷，生產管理的重點在于確定最優的產能。本部分將研究在這種產銷模式下產能決策的方法。如圖1-4所示，企業生產和銷售兩個階段是分開進行的：①首先決策一定企業的產能，生產系統按照隨機產出率生產出不同等級的產品；②產品生產階段結束后，產品的銷售階段開始，產品銷售階段可以分為不同的銷售周期，每個銷售周期內不同產品的需求是獨立的隨機變量，銷售周期結束后剩余的產品沒有殘值。

假設銷售階段產品的需求是在每個銷售周期期初實現的。當不同產品需求實現時，需要決策對每種需求的滿足量。如圖1-5所示，兩種產品的高科技企業在某個銷售周期內的銷售情況，需要決策對需求i和需求i+1的銷售策略，即確定對需求i和需求i+1的滿足量。當給初始庫存時，銷售策略決定了需求滿足量，因此高科技企業要進行的決策為：在生產階段，企業決策最優的產能；在銷售階段，企業決策銷售策略。

由于技術進步迅速，產品更新換代率非常高，據摩爾定律“每個芯片的產生都是在前一個芯片產生后的18～24個月內”，因此，半導體產品上市后會面臨較快的貶值率（Hall,1993; Nadiri and Prucha,1996; Shane and Klock,2010）。圖1-6顯示了國際市場內存顆粒的價格。本書也將產品貶值性考慮在高科技企業產能決策模型中。

2．在批量型生產方式下的產能決策問題

由于客戶需求多元化的加劇，大批量生產往往在產品多樣性和靈活性上處于不利的地位，不能完全適應產品客戶定制化水平較高的產品。一般而言，備貨型生產企業在生產經營過程中由于庫存會導致一定的產品流和資金流的無效等待時間，消耗掉一成到兩成利潤。因此，基于備貨型生產方式在客戶化產品生產中的缺陷，按預測小批量生產模式在客戶定制化水平比較高的產品中得到了廣泛應用。按預測的小批量生產被常稱為批量型不間斷生產（make-to-batch），是指制造企業按照生產節拍預測未來每個時間節拍內的產品需求，根據預測的客戶需求數量和交貨時間來制訂生產計劃并實施生產。即企業的生產是按照一定的生產節拍進行的，每個生產節拍即為一個生產周期。本部分將研究此種生產方式下產能策略問題。如圖1-7所示，當第一個生產周期結束時，產品開始在市場進行銷售。銷售階段結束時，剩余的產品沒有殘值。

在研究內容1中，假設每周期的需求在本周期期初實現。本部分將針對市場需求連續性展開研究。因此，按照生產周期的時間長度將銷售階段劃分為T個銷售周期，每個周期內產品需求是連續的隨機參數。圖1-8顯示了在第t銷售周期，需求i隨時間連續到達的情況。由于需求是連續的，意味著產品隨時可能缺貨，企業應根據庫存對需求滿足量進行實時決策。因此，在生產和銷售同步的高科技企業中，需要決策企業在每周期的產能規劃，以及每種產品的實時銷售控制策略。

3．基于客戶生命周期價值的產銷決策問題

根據投資組合理論（Portfolio selection）（Markowitz,1952），客戶得到的需求效用大小決定了企業未來長期利潤（如售后服務、客戶再次購買、增值服務等）。因此，企業更應該將長期利潤作為追求的目標（見圖1-9）。

如圖1-10所示，銷售xi, i單位i產品帶來的直接受益為r，客戶帶來的長期潛在收益為R-r，因此，將長期利潤作為優化的目標，引入客戶生命周期價值理論（customer lifetime value, CLV），并將它作為企業的決策目標，探討產品生命周期價值與產能決策的關系，在此基礎上建立基于產品生命周期價值的產能決策數學模型并進行求解。

4．產業政策分析

產業政策是提高產業發展效能從而實施的政府干預行為的總稱。在國內外產業經濟發展的實踐中，產業政策已經成了政府對經濟進行宏觀調控的基礎性工具。“產業政策”一詞是在日本明治維新時期常常被使用的名稱，在20世紀80年代被引入我國并在國民經濟“七五計劃”中正式用于政府文件中。其實，產業政策在各個國家和各個歷史階段都普遍使用了經濟系統運行管理方法，并在實施中體現出了不同的特點。例如，美國是自由市場經濟理念根深蒂固的國家，主張政府對市場經濟減少干預，因此美國沒有明確的國民經濟產業政策，并對政府對經濟的治理限制在非常有限的限度之內。然而，自由市場的失靈在經濟發展中也得到了普遍的共識。盡管美國政府沒有在官方口徑上使用產業政策的概念，也沒有進行有意識的制定產業政策，但是其做法確實可以歸結到產業政策的范疇之內，如在產業間和部門之間有計劃地進行資源配置、對高科技產業提供財稅支持以及對農業的大量補貼等。美國對高科技產業的政策可以被描述為市場主導、政府推動，即發揮市場在資源配置過程中的主導作用和自然選擇，從而通過資本自身的冒險精神來實現產業不斷升級發展，從而造就了諸如蘋果、英特爾、臉書等赫赫有名的高科技公司；而政府所扮演的是輔助角色，例如，通過打擊壟斷構建競爭性市場環境，鼓勵風險投資來保證科技產業資金來源，通過國家基礎性信息化為高科技產業創造條件。我國的產業政策與美國的產業政策不同，更多地借鑒了政府選擇規劃與調控的模式，即由政府通過法律、資金等方式對產業進行扶持和引導，從而盡量將有限的資源聚焦于產業經濟帶動性較強的產業之中并減小市場失靈帶來的后果。改革開放以來的實踐證明，政府對經濟的宏觀規劃與調控是有效的，但也容易造成市場的扭曲。例如，因為產業扶植政策，企業往往一擁而上從而導致全局性的產業產能過剩問題。因此，在城市高科技產業的發展和規劃過程中，應考慮如何判斷產業的發展潛能和最優產能，以便有利于從宏觀上把握規劃措施的力度和范圍。

1.2.2 組織結構

本書將分為六章來展開研究，首先對本書的目的、意義、思路等進行了描述，其次對相應的文獻進行了歸納和評述，此后針對具體問題展開了三個方面的研究，最后對全書進行了總結并對未來研究進行了展望。本書的組織架構如圖1-11所示。

第1章，緒論。介紹了研究背景、目的和意義，以及研究思路和論文組織結構等內容。

第2章，相關研究動態。在對相關研究成果進行梳理和評價的基礎上，總結和歸納了基于產品替代性的銷售決策與產能策略等方面國內外的相關研究成果，并且分析了現有文獻的優勢和不足。

第3章，在備貨型生產方式下的產能決策問題。首先以半導體產業為背景分析了半導體等高科技產業制造和銷售過程中的關鍵問題：多周期、多產品的替代銷售問題和相應的產能管理的問題。在研究中，設定企業在生產階段內進行產品的生產，而產品將在多個銷售周期內銷售。從本質上看，產品的銷售問題是一個多周期的收益管理問題，正是由于問題的多階段性，本章將研究的問題構建為多隨機參數的隨機動態規劃模型，其研究目標是通過優化企業產能和采用最優的銷售策略，從而最大化高科技企業的總利潤。然而由于模型的復雜動態性，模型的求解過程將面臨巨大的工作量。因此，根據最優替代策略和其他類似的策略構建了幾個類似的問題與對應的模型，通過模型之間的對比分析開發了求解該模型的精簡求解算法。

第4章，在批量型生產方式下的產能決策問題。在現實中，生產按照一定的批次進行，每個批次的間隔時間為一個生產周期。在第一個生產批次產品產出后，銷售階段即開始。因此，在產品銷售階段，高科技企業應決策每種產品的庫存控制策略，以及在生產階段決策每個批次的產能。然而由于產品的需求是連續、獨立而隨機的，因此將ATP（available to promise）理論引入高科技企業的產能控制決策中來。首先，在研究了基于替代的兩產品銷售問題中，得到了兩產品條件下基于ATP的銷售方法。在此基礎上，研究了多產品情況下基于ATP的銷售策略和相應的產能決策建模，通過模型推導以及仿真研究求解得到隨機產銷企業ATP決策的庫存控制點和每個生產周期的產品產能值。

第5章，基于客戶生命周期價值的產能決策問題。首先，對客戶生命周期價值相關理論進行了深入分析，同時將影響高科技企業產能決策的相關因素進行了分析和歸納，在此基礎上將客戶生命周期價值植入產能決策系統動力學系統模型中進行仿真分析，有效地分析了客戶生命周期價值與產能決策的內在關聯，以及實現企業客戶生命周期價值最大化的產能決策規律。此后，通過系統建模的方法分析了供應商控制的半導體產業鏈，以及供應商對產業鏈的產能控制問題，并進行了建模與求解。本章將客戶生命周期價值引入決策中來，以促進企業更加關注長期利潤。

第6章，城市高科技行業產能規劃的啟示。本章首先總結了全書，并列舉了研究所獲得的主要結論和有益啟示，同時提出文章的理論貢獻和實踐啟示，最后指明了本書研究的局限性和未來可進一步研究的方向。然后在前5章的理論研究基礎上，分析本書所提出的研究理論與技術方法對城市規劃者判斷產業潛能并制訂相關規劃措施帶來的啟示。