Strategic Decisions in Asymmetric and Competitive Two-Echelon Supply Chains = 비대칭적이고 경쟁적인 2계층 공급망에서의 전략적 의사 결정

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Supply chain dynamics are driven by complex interactions among multiple players with asymmetric roles, each pursuing their own self-interest. In this thesis, we study the dynamics among a supplier, reseller(s), and customers, with a primary focus on the former two. Players’ positions within the supply chain are often asymmetric in terms of their roles as suppliers and resellers, bargaining power, and proximity to customers. Given these asymmetries, players engage in strategic competition through pricing or supply allocation. Consequently, each player’s decision-making requires strategic consideration of the other players. In this regard, this thesis investigates three different but connected problems in two-echelon supply chain management.

In Chapter 2, we study a manufacturer encroachment problem in the retail market incorporating customers’ preferences for direct or retail channels. We derive the Nash equilibrium under wholesale price bargaining and identify a condition under which both players prefer a dual-channel system. Contrary to the existing literature, we find that wholesale price reduction and higher retailer profit do not hold when the manufacturer has full bargaining power. Furthermore, we demonstrate a counter-intuitive result that the manufacturer does not necessarily benefit from increased customer loyalty and bargaining power. Finally, we derive the efficient bargaining power that maximizes the total supply chain profit and propose a revenue and cost sharing contract that achieves this profit.

In Chapter 3, we study a transshipment problem between a manufacturer’s direct channel and a traditional retail channel under inventory competition. We derive optimal transshipment and wholesale prices that coordinate the supply chain using the Generalized Nash Bargaining Solution. Contrary to the existing literature, our findings highlight that supply chain coordination is not always achievable due to inventory competition between channels. Furthermore, we demonstrate that while joint negotiation on transshipment and wholesale prices does not guarantee coordination, it provides greater flexibility in achieving it.

In Chapter 4, we study an overbooking problem to effectively utilize the limited capacity of an aircraft, in the context of the air cargo industry. We investigate optimal booking levels for a carrier and capacity reservations for forwarders. We mainly focus on the one carrier and two forwarders scenario, where the carrier prioritizes a specific forwarder over the other. Compared to the one-forwarder scenario, the carrier has greater flexibility in managing its capacity in the two-forwarder scenario. Through numerical experiments, we show that the carrier does not necessarily benefit from larger or more stable demand from forwarders.

국문 초록 (Abstract)

공급망 역학은 각자의 이익을 추구하며 비대칭적인 역할을 수행하는 다수 참여자들 간의 복잡한 상호 작용에 의해 형성된다. 본 학위 논문은 공급자, 재판매업자, 그리고 고객 간의 역학 관계를 연구하되, 특히 공급자와 재판매업자 간의 중점을 두어 역학을 분석한다. 공급망에서의 참여자들의 포지션은 공급자와 재판매업자로서의 역할, 협상력, 고객과의 접근성 측면에서 종종 비대칭적이다. 이러한 비대칭 하에서 참여자들은 가격이나 공급 할당을 통해 서로 경쟁하기도 한다. 따라서 각 참여자들은 공급망의 다른 참여자들을 고려하여 의사결정을 내려야 한다. 이러한 배경에서, 본 학위논문에서는 2계층 공급망 관리와 관련한 서로 다르지만 연관된 세 개의 문제를 다룬다.

2장에서는 고객들이 직접 채널과 소매 채널에 대한 선호가 존재할 때, 제조업체의 소매 시장에 대한 침투 문제를 다룬다. 이 장에서는 도매 가격 협상 하에서 내쉬 균형을 도출한다. 도출된 내쉬 균형을 바탕으로, 두 참여자가 모두 이중 채널 구조를 선호하는 조건을 밝힌다. 선행 연구와 달리, 제조업체가 모든 협상력을 가진 경우, 도매가 인하와 소매업자의 이익 증가는 나타나지 않는다. 다음으로 제조업체의 고객 충성도 및 협상력 증가가 반드시 제조업체의 이익 증가로 이어지지는 않음을 보인다. 끝으로 전체 공급망의 이익을 최대화하는 효율적인 협상력을 도출하고, 수익과 비용 공유 계약을 통해 해당 이익을 달성할 수 있음을 제시한다.

3장에서는 제조업체의 직접 채널과 전통적인 소매 채널 간의 재고 경쟁 하에서 환적 문제를 다룬다. 이 장에서는 일반화된 내쉬 협상해를 활용하여 전체 공급망을 조정하는 최적 환적 가격과 도매 가격을 도출한다. 선행 연구와 달리, 재고 경쟁으로 인해 공급망 조정이 항상 가능하지는 않다는 것을 밝힌다. 또한, 여전히 공급망의 조정을 보장하지는 않지만, 두 가격을 동시에 협상하는 것이 공급망 조정을 보다 유연하게 달성할 수 있음을 보인다.

4장에서는 항공 화물 산업을 배경으로, 항공기의 제한된 공급을 효과적으로 활용하기 위한 오버부킹 문제를 다룬다. 이 장에서는 항공사의 최적 예약 허용 수준과 포워더의 최적 예약 용량을 다룬다. 본 장에서는 주로 항공사가 특정한 포워더를 선호하는 상황에서, 하나의 항공사와 두 개의 포워더 상황을 다룬다. 하나의 포워더만 있는 상황과 비교하여, 항공사는 두 개의 포워더가 존재할 때, 자신의 용량을 보다 유연하게 활용할 수 있다. 수치 실험을 통해, 포워더들로부터의 수요가 더 크거나 안정적이더라도, 항공사에게 반드시 이익이 되지는 않음을 보인다.

목차 (Table of Contents)

• Abstract i
• Contents iii
• List of Tables vi
• List of Figures viii
• Chapter 1 Introduction 1
• 1.1 Research Motivations 1
• 1.2 Research Contributions 3
• 1.3 Organization of the Thesis 6
• Chapter 2 Wholesale Price Bargaining and Customer Loyalty in Manufacturer Encroachment 8
• 2.1 Introduction 8
• 2.2 Literature Review 12
• 2.3 Problem Setup and Mathematical Model 17
• 2.4 Analysis 20
• 2.5 Conclusion 40
• Chapter 3 Transshipment and Inventory Competition in a Dual-channel Supply Chain 42
• 3.1 Introduction 42
• 3.2 Literature Review 47
• 3.3 Problem Setup and Mathematical Model 54
• 3.4 Analysis 62
• 3.5 Numerical Experiments 83
• 3.6 Conclusion 90
• Chapter 4 Optimal Overbooking and Allocation Decisions for a Carrier with Multiple Forwarders in Air Cargo Industry 93
• 4.1 Introduction 93
• 4.2 Literature Review 98
• 4.2.1 Booking level decision (Overbooking) 99
• 4.2.2 Contract between the Carrier and Forwarders 101
• 4.3 Problem Setup and Mathematical Model 103
• 4.4 Analysis 109
• 4.4.1 One Carrier - One Forwarder Case 110
• 4.4.2 One Carrier - Two Forwarder Case 116
• 4.5 Numerical Experiments 126
• 4.5.1 Extension 1 : Carrier salvaging residual capacity 134
• 4.5.2 Extension 2 : No priority among forwarders 137
• 4.6 Conclusion 140
• Chapter 5 Conclusion 141
• 5.1 Summary of the Thesis 141
• 5.2 Future Direction 143
• Chapter A Appendix to Chapter 3 147
• A.1 Notations 147
• A.2 Numerical Experiments Using Beta Distributions 150
• Chapter B Appendix to Chapter 4 155
• B.1 Differentiation of the Carrier's profit function 155
• B.2 Differentiation of the salvage term 158
• B.3 Numerical Experiments Using Beta Distributions 160
• Bibliography 170
• 국문초록 186