Communication games and the revelation principle in supply chain management

Abstract

The aim of this PhD dissertation is the in-depth study of supply chain and how the nodes could coordinate their strategies in a decentralized system. We provide the nodes the opportunity to communicate with each other, without any restrictions. Therefore, we propose a “free'' communication system, including all the possible ways of communication among the nodes, and examine how communication leads to the system-wide coordination and, thus, reduces costs, eliminates inefficiencies, and results in better individual profits for all the participants. We study supply chains with rational nodes, which have to make private decisions in order to maximize their utility functions. These decisions are related to the order quantity, quantity discounts, product prices, inventory levels, etc. Furthermore, these decisions are usually competitive, because every node has different preferences and different information. However, there are cases in which some nodes have incentives to build a coalition; therefore they act as a single entity. As each node is a distinct decision maker and has private information and different preferences, we model the supply chain as a game using tools of Game Theory. Our core objective is to examine how each node decides on his strategy in a decentralized system.An increasing body of literature in the area of Supply Chain Management addresses the way in which the nodes of a chain can act in a cross-linked mode, in order to reduce both their own costs and the total cost of the chain. Key research work has been published in premier archival journals tackling problems associated with supply chain coordination; however, examination of the recent literature reveals that almost all the papers have restrictive (e.g., sign of contracts) or unrealistic assumptions (e.g., all the nodes possess the same information). Thus, there are many open issues deserving attention. It would be ideal if we could propose ways of coordination without restrictive and unrealistic assumptions to align the individual incentives of the nodes with the incentives of the whole chain.In this regard, we allow nodes to communicate with each other; with respect to any private information they may possess. Obviously, opportunities for mutual benefits cannot be found, unless the nodes share their private information. To proceed in sharing private information, nodes should be provided with appropriate incentives. It is worth to investigate how information sharing could be achieved. We consider that all the possibilities for communication are assumed to be entirely controlled by a mediator. The fundamental idea is the framework proposed by Gibbard (1973) and Myerson (1979, 1982), the Revelation Principle. The extended Revelation Principle's framework, by Myerson, Hurwicz, and Maskin, was awarded the 2007 Nobel Prize in economics. Intuitively, the Revelation Principle states that the mediator could design a mechanism to enforce all the nodes to reveal their private information and obey his suggestions about their actions, because it is in their self-interest. Therefore, by using credible mediator, coordination is attainable.

Στόχος της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η εις βάθος μελέτη της εφοδιαστικής αλυσίδας και ο τρόπος με τον οποίο οι συμμετέχοντες σε αυτή θα μπορούσαν να συντονίσουν τις στρατηγικές τους. Η προτεινόμενη ιδέα είναι να επιτραπεί στους κόμβους της εφοδιαστικής αλυσίδας να επικοινωνούν μεταξύ τους χωρίς κανέναν περιορισμό. Μελετάται ένα «ελεύθερο» σύστημα επικοινωνίας που περιλαμβάνει όλους τους πιθανούς τρόπους με τους οποίους οι κόμβοι μπορούν να επικοινωνούν μεταξύ τους και εξετάζουμε τον τρόπο με τον οποίο η ενδεχόμενη επικοινωνία συνδράμει στο συντονισμό της αλυσίδας. Το αποτέλεσμα είναι η μείωση του συνολικού κόστους και η εξάλειψη της αναποτελεσματικότητας στην εφοδιαστική αλυσίδα, με αντίκτυπο περισσότερα ατομικά κέρδη για όλους τους συμμετέχοντες.Στην παρούσα εργασία, μελετάμε εφοδιαστικές αλυσίδες με ορθολογικούς κόμβους, οι οποίοι καλούνται να λάβουν ιδιωτικές αποφάσεις για να μεγιστοποιήσουν τα οφέλη τους. Αυτές οι αποφάσεις σχετίζονται με την ποσότητα παραγγελίας, τις εκπτώσεις όγκου, τις τιμές των προϊόντων, τα επίπεδα αποθεμάτων, κλπ. Επιπλέον, αυτές οι αποφάσεις συνήθως είναι αντικρουόμενες αφού κάθε κόμβος έχει διαφορετικές προτιμήσεις και πληροφορίες. Ωστόσο, υπάρχουν περιπτώσεις στις οποίες ορισμένοι κόμβοι έχουν κίνητρο για να δημιουργήσουν συνασπισμό και να λειτουργούν ως ενιαία οντότητα. Προκειμένου να εξετάσουμε τον τρόπο με τον οποίο κάθε κόμβος λαμβάνει τις αποφάσεις του, η εφοδιαστική αλυσίδα θα μοντελοποιηθεί ως παίγνιο και θα χρησιμοποιηθούν εργαλεία της Θεωρίας Παιγνίων. Επιλέγεται η Θεωρία Παιγνίων, αφού κάθε κόμβος είναι ανεξάρτητος αποφασίζων, κατέχει προσωπική πληροφορία και έχει διαφορετικές προτιμήσεις.Ολοένα και αυξάνεται η βιβλιογραφία στην περιοχή της διαχείρισης εφοδιαστικών αλυσίδων που μελετάει τον τρόπο με τον οποίο οι κόμβοι αλληλεπιδρούν ώστε να μειώσουν τόσο το ατομικό τους κόστος όσο και το συνολικό κόστος της αλυσίδας. Βασικές ερευνητικές εργασίες έχουν δημοσιευθεί σε κορυφαία περιοδικά, στις οποίες αντιμετωπίζονται προβλήματα που σχετίζονται με τον συντονισμό της εφοδιαστικής αλυσίδας. Ωστόσο, η ενδελεχής μελέτη της σχετικής βιβλιογραφίας αποκαλύπτει ότι σχεδόν όλες οι εργασίες έχουν περιοριστικές (π.χ. υπογραφή συμβολαίων) ή μη ρεαλιστικές υποθέσεις (π.χ., όλοι οι παίκτες έχουν το ίδιο επίπεδο πληροφόρησης). Ως εκ τούτου, υπάρχουν αρκετά ανοικτά ζητήματα που χρήζουν προσοχής και μελέτης. Θα ήταν ιδανικό να προταθούν μοντέλα στα οποία θα είναι εφικτή η ευθυγράμμιση των ατομικών κίνητρων των κόμβων με τα κίνητρα ολόκληρης της αλυσίδας, χωρίς περιοριστικές και μη ρεαλιστικές υποθέσεις.Σε αυτό το πλαίσιο, επιτρέπουμε στους παίκτες να επικοινωνούν μεταξύ τους σχετικά με προσωπικές πληροφορίες που διαθέτουν πριν λάβουν τις αποφάσεις τους. Προφανώς, για να προκύψουν ευκαιρίες για αμοιβαία οφέλη θα πρέπει οι κόμβοι να μοιράζονται τις προσωπικές τους πληροφορίες. Για να είναι ρεαλιστική η ανταλλαγή πληροφοριών θα πρέπει να παρέχονται στους κόμβους τα κατάλληλα κίνητρα, τα οποία είναι άξια μελέτης. Στην παρούσα διατριβή θεωρούμε ότι όλες οι δυνατότητες για επικοινωνία ελέγχονται εξ ολοκλήρου από ένα διαμεσολαβητή. Η θεμελιώδης ιδέα είναι η «Αρχή της Αποκάλυψης» που προτάθηκε από τους Gibbard (1973) και Myerson (1979, 1982) και για τη γενίκευση της απονεμήθηκε το βραβείο Νόμπελ Οικονομικών Επιστημών στους Myerson, Hurwicz, και Maskin το έτος 2007. Το διαισθητικό αποτέλεσμα της «Αρχής της Αποκάλυψης» είναι ότι ο διαμεσολαβητής μπορεί να σχεδιάσει ένα μηχανισμό, προκειμένου όλοι οι συμμετέχοντες να αποκαλύψουν οικειοθελώς τις προσωπικές τους πληροφορίες και να ακολουθήσουν τις συστάσεις του για τις ενέργειές τους, επειδή αυτή η συμπεριφορά μεγιστοποιεί τα ατομικά οφέλη του κάθε κόμβου. Συνεπώς, με τη βοήθεια του διαμεσολαβητή και μέσω της επικοινωνίας καθίσταται εφικτός ο συντονισμός της εφοδιαστικής αλυσίδας.