面向服务型制造的数字平台选择与决策优化

《INTERNATIONAL JOURNAL OF PRODUCTION ECONOMICS》：Digital platform selection and decision optimization for service-oriented manufacturing

　　

# 摘要

数字平台为企业运营转型提供了巨大机遇。然而，平台选择既关键又复杂，尤其是在服务导向型制造（SOM）领域，售后服务与生产同等重要。在实践中，制造商往往面临资源约束，无法同时采用多个数字平台，因此确定应优先采用哪类平台至关重要。本研究建立了一个由一家制造商和多个异质运营商组成的SOM供应链的分析框架，比较了三种平台采用情景：无数字化平台（NDP）、生产数字化平台（PDP）和服务数字化平台（SDP）。研究结果为制造商提供了明确指导：平台选择取决于PDP与SDP之间的相对效益-成本比以及设备单次使用价格，并影响制造商和运营商的关键决策。在某些情况下，制造商与运营商的偏好可能产生分歧，这凸显了供应链内部协调的必要性。作为扩展，我们进一步考察了全流程数字化平台（FDP），即制造商同时采用PDP和SDP，并展示了全流程数字化如何改变基准比较。本研究为分析SOM供应链中数字化平台选择问题提供了一个集成框架，并为考虑采用数字平台的制造商提供了可操作的洞察。

## 引言

制造业正经历从传统产品为中心模式向服务导向型制造（SOM）的范式转变，在这种模式下，价值不仅来源于所有权本身，还来源于基于性能的服务（?rsdemir等人，2019）。与传统制造企业不同，SOM制造商（本文简称"制造商"）向运营商（即其客户）提供产品与维保服务组合，以满足运营商的需求（Jiang等人，2022）。在SOM供应链中，制造商向运营商提供设备，运营商使用设备为客户生产终端产品，并根据实际使用频率向制造商付费，即采用按使用付费（PPU）模式。PPU模式作为SOM供应链中典型的价格机制，可为使用量较低的运营商提供成本优势（Li等人，2025）。例如，施乐公司向企业运营商租赁复印机并按每页复印收费，而劳斯莱斯公司开创了航空发动机"按飞行小时计费"模式，根据实际飞行小时向客户收费（Ladas等人，2022）。这些开创性案例已在实证上证明了PPU模式在资本密集型行业中的经济可行性。然而，PPU模式的采用给SOM供应链中的产品质量和维护策略决策带来了新的复杂性（Bokrantz等人，2025）。例如，更高的产品质量需要更大的初始生产投资，但同时降低设备故障率和后续维护支出（Wang等人，2021）。初始生产成本与长期运营效率之间的这一根本权衡代表了制造商面临的关键战略决策。制造商必须在初始产品质量与售后维护服务之间取得平衡，以确保长期运营效率。

随着新一代信息技术的发展，数字平台已成为SOM企业数字化转型的重要手段，被广泛应用于生产和服务流程中（Leong等人，2024）。数字平台作为实现跨组织功能整合、协作与共同创造的数字基础设施，为传统SOM企业提供了在效率和能力上实现跨越式发展的新机遇，借助先进信息技术的支持来变革业务运营（Wang和Qiu，2024）。德勤报告指出，2024年制造企业的技术投资约占其运营预算的30%，较前一年的23%有所上升。1 数字平台的兴起进一步增加了SOM企业在产品质量和维护策略决策上的复杂性（Lyu等人，2024）。具体而言，生产数字化平台（PDP）聚焦于生产阶段，通过嵌入智能制造技术和自动化生产线来降低生产成本，同时影响制造商在产品质量和预防性维护方面的决策，最终影响下游运营商的使用量和收入。典型案例包括西门子的"数字工厂平台"和博世的"智能工厂平台"，两者均利用PDP实现产品质量稳定性和运营可靠性的提升（Farronato等人，2024）。第二种是服务数字化平台（SDP），其运行于服务阶段。通过整合客户管理系统、预测性维护技术以及其他服务导向型数字技术，该平台降低预防性维护成本和故障率。例如，通用电气的"Predix平台"是航空领域预测性维护的典范，通过持续实时监测发动机运行状态来优化维护工作流程并提升服务效率。近年来，随着众多制造商将商业模式从产品中心向服务中心转变，SDP获得了发展动力。

PDP和SDP共同应用于制造运营的两个不同阶段，涵盖了生产和服务两个环节。尽管两个平台对制造企业都至关重要，但资源约束往往阻止企业同时采用两者，要求企业在两者之间做出优先选择。因此，是否采用数字化平台以及采用哪类平台的问题变得具有战略意义。基于此，本文试图回答以下研究问题：

(1) PDP和SDP分别如何影响服务导向型制造商的产品质量、维护服务以及运营商的使用频率决策？

(2) 在不同平台下，制造商如何选择最佳数字平台，同时优化产品质量和维护策略？

(3) 在哪种数字化平台下，SOM供应链实现最大总利润？

为回答这些问题，本文建立了一个分析框架，研究由一家制造商和多个异质运营商组成的SOM供应链中制造商的数字平台选择及其他决策。本文考察了三种情形：无数字化平台（NDP）情形、生产数字化平台情形和服务数字化平台情形。研究结果表明，在这三种情景下，制造商、下游运营商和整个供应链的偏好取决于平台的相对效益-成本比和设备的单次使用价格。具体而言，当PDP的效益-成本比低于SDP时，或当PDP的效益-成本比高于SDP且单次使用价格较低时，SDP成为首选方案。当PDP的效益-成本比高于SDP且单次使用价格适中时，制造商偏好SDP而运营商偏好PDP。在这种情况下，制造商可能会提供一些补贴以激励运营商采用SDP。当PDP的效益-成本比高于SDP且单次使用价格较高时，PDP成为最优选择。

关于运营决策，我们的分析表明，PDP驱动制造商追求最大产品质量水平，而SDP则激励维护投入。在单次使用价格较低的市场（如技术门槛较低的设备），制造商应随着单次使用价格的提高而提升产品质量；反之，在单次使用价格较高的市场，制造商应随着单次使用价格的提高而降低产品质量。我们的研究结果显示，制造商应根据不同的数字化情景采用差异化的维护策略。具体而言，在NDP和PDP情景下，随着单次使用价格的上升，维护投入单调递减是最优的，以优先考虑成本效率；而在SDP情景下，非线性方法是最佳的：先增加维护投入再减少维护投入。这些发现为SOM供应链中将数字化转型战略与运营决策进行对齐提供了可操作的洞察。

本文其余部分安排如下：第2节回顾相关文献；第3节描述所研究的问题；第4节建立模型并分析无数字化平台、生产数字化平台和服务数字化平台情景的均衡；第5节比较三种情景的均衡结果；第6节提出全流程数字化平台（FDP）的扩展模型；第7节总结主要结果并讨论其启示。

## 文献综述

本文与数字平台运营策略方面的文献相关。一类文献研究了数字平台上的产品设计与竞合关系。例如，Jalali等人（2022）研究了数字平台上的产品开发和产品组合设计，发现最优平台质量独立于产品差异化策略。近年来，在线零售平台上的竞合关系受到了广泛关注。Long等人（2024）……

## 问题描述

考虑一个由一家服务导向型制造商（M，简称"制造商"）和多个运营商组成SOM供应链，如图1所示。服务导向型制造商生产产品（也称为设备）并向运营商提供维护服务。运营商使用设备为客户生产终端产品，并根据PPU模式向制造商付费。该问题被构建为Stackelberg博弈模型。服务导向型制造商是……

## 模型建立

在本节中，我们在4.1节（基准：无数字化平台）、4.2节（生产数字化平台）和4.3节（服务数字化平台）中分别考虑NDP、PDP和SDP三种不同情形。

## 均衡分析

在本节中，我们比较NDP、PDP和SDP三种情景的均衡结果，以确定在不同条件下的偏好情景。

## 扩展

在本节中，我们考虑了全流程数字化平台（FDP）的扩展模型（同时包含生产数字化和服务数字化）。服务导向型制造商通过数字化投资降低生产成本、预防性维护成本和故障率，同时推动运营商单次使用收入的增加。

在FDP情形下，服务导向型制造商的利润为……

运营商的利润为……

我们可以求解最优质量水平……

## 结论

本文研究了由一家制造商和多个运营商组成的服务导向型制造（SOM）供应链中的数字平台选择问题。我们比较了行业常见的三种数字化平台选择情景，即无数字化（NDP）、生产数字化平台（PDP）和服务数字化平台（SDP），考察它们对供应链中重要因素的影响，如产品质量、预防性维护、运营商使用量以及……

## CRediT作者贡献声明

Xinying Yang：方法论。Yilong Liang：撰写-审阅与编辑、监督、概念化。Zhong-Zhong Jiang：撰写-原始草稿、概念化。Na He：调查研究、概念化。

## 未引用参考文献

Jiang等人，2022；Long和Liu，2024。

## 数据可用性

本研究未使用任何数据。

## 利益冲突声明

作者声明不存在与本文章内容相关的利益冲突。

## 致谢

本工作得到了国家自然科学基金（92567205，72302040）、国家社会科学基金（23&ZD050）、教育部人文社会科学研究项目（22YJC630031）、中央高校基本科研业务费（N26LPY016）以及辽宁省青年优秀科技创新人才支持计划的资助。

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