区块链下制造产业链的数据质量激励机制研究.pdf
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1、第 卷 第 期 年 月武 汉理工大学学报(信息与管理工程版)().文章编号:()文献标志码:区块链下制造产业链的数据质量激励机制研究任 南骆 宽(江苏科技大学 经济管理学院江苏 镇江)摘 要:制造产业链数据要素市场中应用区块链技术可以削弱客观因素对数据质量的影响然而还亟需相应激励机制解决企业主观因素导致的数据质量问题 针对上述问题基于契约理论设计按贡献决定报酬并提高数据质量的激励机制 考虑企业改善数据质量的努力程度与能力水平因素设计二维契约激励机制并通过与统一定价方案仿真对比来验证激励机制的有效性 研究表明设计的激励机制可以吸引更多类型的企业加入数据要素市场为改善数据质量付出努力助力制造产业链
2、数据要素市场的健康发展关键词:制造产业链激励机制契约理论数据质量区块链中图分类号:.:./.收稿日期:.作者简介:任南()女教授研究方向为信息资源与信息管理、区块链.基金项目:国家自然科学基金面上项目().随着数据要素的潜在价值逐渐被发掘数据要素成为了促进生产力下一轮巨大增长的关键 由此培育数据要素市场也成为了国家的建设目标 党的十九届四中全会将数据列为重要的生产要素要求设计由市场评价贡献按贡献决定报酬的机制 健康的数据要素市场可以提供更优质的数据而制造产业链也亟需高质量数据助力数字化转型因此培育健康的数据要素市场也是制造产业链数字化转型的内在需求 如何提高数据质量并按贡献决定报酬是促进制造产
3、业链数字化转型的关键问题之一制造产业链作为主体类型多样的分布式产业系统企业间的数据交易更加频繁、复杂为了更好地促进制造产业链数据要素市场的发展制造产业链需要创建一个可信的数据交易平台确保交易双方的公平、利润、隐私和版权 区块链技术可以应对这种业务关联复杂、主体之间互不信任的情况既解决了影响制造产业链数据要素市场发展的客观因素又为影响按贡献决定报酬、提高数据质量的主观因素提供了有效解决途径 在当前的制造产业链数据要素市场中数据质量的高低取决于满足制造产业链特定需求的程度但数据质量通常由企业决定而企业作为理性的参与者往往会最小化其努力程度即贡献最低因此可能会造成数据质量的降低 企业鉴于主观因素并不
4、愿公开在数据收集、数据清洗、数据验证和数据分析等阶段的成本制造产业链很难知道企业改善数据质量的基础设施和技术水平 这种信息不对称的情况既不利于企业实现利润最大化也不利于制造产业链设计按贡献决定报酬的机制在当前的数据要素市场中更侧重于研究逆向选择问题即引导代理人披露隐藏信息积极接受任务 等为满足交易双方的公平偏好设计了基于比特币的公平数据交易协议从而引导交易双方积极达成交易意向 等针对用户的隐私偏好设计了二段 博弈来激励用户积极贡献数据 也有学者为满足交易双方的风险偏好、数据真实性等需求设计相应激励机制 上述研究都可满足代理人相关需求提供更多交易契约选择从而使代理人不再隐藏偏好信息积极参与数据收
5、集交易等任务但较少研究代理人是否努力完成接受的任务即道德风险问题且未充分利用贡献与数据质量之间的联系 在涉及数据质量的相关研究中以统一定价、基于拍卖、结合算法、基于博弈论和设计契约为主要的解决思路 当制造产业链了解企业数据收集等任务时使用统一定价便于企业执行任务但现实中存在信息不对称情况使用统一定价并不公平 当企业努力程度无法被得知时基于拍卖设计激励机制虽然可以引导企业以最低成本执行数据收集等任务但无法保证数据质量 等应用 算法估算数据质量并用信息理论量化用户贡献虽然设计的激励机制满足了个人理性但未能满足激励相容的需求不利于用户主动提高数据质量 赵楠等认为基于博弈论的激励机制设计虽然削弱了信息
6、不对称问题的影响但依然存在计算过程复杂、均衡解过多时难以选择等问题 等研究发现在信息不对称的情况下基于契约理论模型的激励机制性能更优于基于 博弈模型的激励机制 尽管基于契约理论的激励机制在制造产业链中应用较少但在其他领域已得到了很好的研究论证 如群智感知、通信领域、联邦学习等领域都有基于道德风险模型解决隐藏行为导致的信息不对称问题 虽然应用领域各不相同但问题本质相同 通过研究契约理论在其他领域的研究现状对其应用到制造产业链数据要素市场中有一定的指导意义 现有研究中虽然利用契约理论的道德风险模型解决企业隐藏努力程度导致数据质量低下的问题但大多只考虑了隐藏努力程度的问题将已有解决一维信息不对称的模
7、型简单套用到二维信息不对称问题上并不可行为更加契合区块链驱动下的制造产业链数据要素市场提出一个二维契约激励机制即考虑企业改善数据质量的能力水平和努力程度又更贴近实际的考虑影响企业改善数据质量的二维影响因素通过满足个人理性约束和激励相容约束求解不同类型企业的最优努力程度 在具备按贡献决定报酬功能的同时达到激励企业为提高数据质量付出努力的目标从而促进制造产业链数据要素市场的健康发展 问题描述及假设.问题描述假设企业在数据收集等阶段的努力程度为其私有信息即制造产业链不清楚企业为改善数据质量付出了何种努力程度时针对不同能力水平的企业类型设计按贡献决定报酬的激励机制引导企业努力提高数据质量 在数据要素市
8、场中企业对于改善数据质量的贡献值难以直接测量故以企业在数据收集、数据清洗、数据验证和数据分析等阶段花费的成本代表其努力程度花费的成本越多企业付出的努力程度越高即贡献越高 企业在达成数据交易意向后根据特定数据质量需求进行数据收集等步骤具有不同努力程度的企业会提交不同质量的数据上链 出于利益考虑企业并不愿付出更多的努力在已经达成交易意向的任务上这不利于数据质量的提高 同时制造产业链也不了解企业为改善数据质量的努力程度无法给予更高的报酬 这种信息不对称的情况不利于企业做出提高数据质量的行为为解决上述数据质量问题实现按贡献决定报酬且促进数据质量的提高基于契约理论在区块链技术的驱动下构建有关努力程度和报
9、酬挂钩的契约()激励企业付出最优努力提高上链数据的质量 基于区块链的企业数据上链时序如图 所示图 数据上链时序图.问题假设()企业均为风险中性的理性代理人()定义制造产业链数据要素市场为虚拟委托人 为更好地代表制造产业链数据要素市场的利益借鉴 等的研究引入虚拟委托人的概念定义虚拟委托人为不涉及数据要素市场任何收益和贡献的第三方参与主体仅负责设计数据质量提高激励机制促使制造产业链数据要素市场的社会福利最大化即企业和虚拟委托人收益总和最多()以企业改善数据质量的能力水平定义企业类型高低 虽然数据质量在区块链技术驱动下极大削弱了客观因素的影响但依旧受企业改善数据的能力水平和努力程度影响企业的能力水平
10、和努力程度越高数据质量越高 企业改善数据质量的能力水平短期内不会发生改变可以作为企业类型的区分指标 定义 为第 种企业类型假设制造产业链数据要素市场中有 种类武汉理工大学学报(信息与管理工程版)年 月型 个企业其中某企业属于 类型企业的概率为且 企业类型随着其改善数据质量的能力水平的提高而增加遵循 都有 成立结合假设中企业类型的关系 并不等于说明虚拟委托人可以设计更高的契约来获得更高收益故一定存在契约()对虚拟委托人更有利且满足激励相容约束 表明()并不是最优契约 通过反证法可知局部向下的约束一定是紧的结合引理 和引理 可知局部向下激励约束可简化为等式约束即:()引理 在引理 成立条件下若局部
11、向下激励约束是紧的则局部向上激励约束也会成立证明 结合引理 和引理 可知:由此可知若局部向下激励约束是紧的则局部向上激励约束也会被满足通过引理 引理 的证明将原模型的()/个不等式约束条件简化为()个等式约束条件简化后的模型为:()()().()()().模型求解与分析经约束条件简化后模型已经简化成等式约束的非线性规划问题利用拉格朗日乘子法进行模型求解:()()()()对 分别求关于变量、和 的偏导:并令其等于可得:()由 条件可知 综上模型的最终结果可以分为以下 种情况:时()时 时()时 时 时求解分析可知:信息不对称情况下企业努力程度和企业类型相关 高类型企业代表其能力水平也高与低类型企
12、业相比付出相同努力时获利更高故越愿意付出更多的努力去生产数据其最优努力程度也越高 企业的最优努力受努力成本系数和数据收益系数影响 通过努力程度的最优解可知努力成本系数和数据收益系数越大不同类型企业的最优努力程度越低 信息不对称情况下企业获取的报酬和企业类型相关 企业武汉理工大学学报(信息与管理工程版)年 月类型越高越有隐藏自身行为的动机因为高类型企业可以生产低质量数据获取更高的收益 为激励高类型企业发挥其效用生产更高质量的数据满足制造产业链数据要素市场的需求虚拟委托人需要支付更多的信息租金去弥补高类型企业的损失所以企业类型越高所获的报酬也会越高不同类型企业存在最优努力程度 不同类型企业并不是越
13、努力收益就越高的每个企业受限于自身能力水平成本会随着努力程度的提高而陡增直至成本高于所创造的价值 现实中与高类型企业提供的数据相比低类型企业提供高质量高成本的数据并没有竞争力 所以不同类型企业存在最优努力程度使得企业和虚拟委托人收益最大化 虚拟委托人的收益会随着企业努力程度的提高而提高 虚拟委托人的收益受企业的努力程度和给予企业的报酬共同影响努力程度提高相对应的数据质量也会更高对虚拟委托人更有价值 算例仿真分析.仿真方案设计通过数值算例可以更好地体现激励机制的有效性验证是否具备激励企业提高数据质量和按劳分配的功能 文献指出 博弈下的激励模型作用和统一定价方案相似会对不同类型企业采用相同的定价机
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