考慮回收產品質量的閉環供應鏈協調研究

謝萍萍,李 芳

1.新疆財經大學 工商管理學院,烏魯木齊 830012

2.上海理工大學 管理學院,上海 200090

1 引 言

隨著資源的短缺,世界的經濟發展模式逐漸由“資源—生產—消費—廢棄”的開環作業形態漸漸向“資源—生產—消費—再生資源”的閉環式作業形態過渡。由此,閉環供應鏈管理的研究逐步被廣泛重視。閉環供應鏈是一種先進的新型物流管理模式,一直以來流傳垃圾是放錯了地方的資源,這種模式讓消費者廢棄的商品再次被回收再利用,同時以更少的資源消耗和更低的成本最大化地滿足客戶的需求,從而贏得了眾多企業的青睞,大眾、IBM、通用等知名公司的成功再制造更加印證了再制造產品的成本遠不及新產品的成本,這些著名企業通過再制造節約了原材料成本,獲得了顯著的效益,再制造技術的不斷完善和改進,使得再制造商品的質量也會更加趨近于新商品的質量,通過再制造的方式,讓消費者的廢棄商品得到更多的利用,對這一課題的研究,其現實意義是不言而喻的。

傳統正向供應鏈是指所有環節的企業共同構成一個網狀的結構,整個過程中發生了各種活動,商品從原材料供應商經制造商、經銷商、零售商到最終消費者之間的傳遞過程。逆向供應鏈起源于逆向回收網絡,Guide等[1]定義了逆向供應鏈的概念,同時給出了閉環供應鏈的說法,閉環供應鏈是正向供應鏈與逆向供應鏈的有效結合,所構成的閉環系統可以提高系統的環境和經濟效益,另外Guide等也認為目前的物流系統已經從原來的開環過程(物流從“資源-制造-消費”的過程)逐漸轉向了閉環循環模式(“資源-制造-消費-再制造-再消費”的過程),這樣不僅可以提高資源的有效利用率,增加企業的經濟效益,同時也增強了企業的綜合實力,這也大大體現了環保理念——環境優化、節約資源。

盡管閉環式供應鏈的研究起步較晚,但隨著閉環式供應鏈系統的快速發展,到目前為止在這方面已經有了非常大的進步,在商品協調定價策略、庫存訂貨監控、回收模式篩選、回收網絡設計以及再制造市場策略等方面,目前已經有多篇文獻分析,碩果累累。參考已有的研究并聯系自身研究,重點從4個角度的研究成果出發來研究閉環供應鏈,相關文獻梳理如下:

(1) 從不同權利結構來分析閉環供應鏈。Gao等[2]在考慮銷售人員的努力程度分別對閉環供應鏈產生的影響的同時,研究了廢舊品在不同權力結構下的回收和產品的定價策略;Zheng等[3]討論了基于不同主導權利下的雙渠道定價策略。王文賓等[4]探討了不同主導力量下的閉環供應鏈的定價問題,并分別進行分析以及比較不同點。

(2) 閉環供應鏈回收模式問題分析。Shulman等[5]構建模型來驗證不同回收組合方式對最優收益選擇的影響,同時提出一些適用于實際企業管理的措施;Millet[6]經過分析提出了一個總體框架,其能夠對不同的逆向物流渠道結構進行評估,并將該總體框架應用到產品的再制造再生產中,通過對現如今的逆向物流渠道結構形式進行評估分析之后,并提出該渠道結構的替代結構,并且發現這種替代結構既可以減少對環境的污染,又可以獲得比較高的經濟效益;Hong等[7]構建了第三方分包的回收模型,并分別考慮是否銷售商負責回收兩種情況,通過比較分析回收率、生產商收益和渠道成員總收益,發現在回收生產過程中,第三方是負責加工回收的非盈利性組織的情況下,零售商回收模型效果更好;Atasu等[8]建立了以回收率和回收量為基礎的回收成本函數,研究顯示,以成本結構為主導的制造商可以對零售商的商品銷售和廢舊品的回收產生影響,進而對最佳的回收渠道選擇產生影響。

(3) 閉環供應鏈協調問題分析。閉環供應鏈在運作過程中,由于信息不對稱仍有可能造成雙重邊際效應,采用集中式決策與去中心化決策的最明顯區別在于信息不對稱問題。目前已有多位學者就去中心化決策問題展開相關討論。高舉紅等[9]研究了包含競爭再制造者和不確定市場需求兩個影響因素的閉環供應鏈定價策略,建立了競爭再制造者集中與分散定價模型,總結了相關價格波動規律,以及企業預期利潤與該規律之間的聯系。姚鋒敏等[10]研究公平關切行為對選擇閉環供應鏈最優策略的影響,其分析的閉環供應鏈包括在兩個競爭賣家公平關切和公平中立的情況下,由一家廠商、兩家有競爭關系的賣家和一家第三方回收商共同建立決策模型,并對結果進行對比研究;謝萍萍等[11]基于制造商與銷售商之間有互惠偏好的情景下,對閉環供應鏈相關企業的定價策略、系統利潤以及主觀效用等問題進行了研究;韓梅等[12]搭建了回收廢舊品數量未知的雙重競爭閉環供應鏈定價分析模型。

(4) 兼顧回收產品質量的閉環供應鏈策略分析。Chen等[13]研究針對消費者不同的購買偏好,設計了市場規模不同、回收質量不同、回收數量不確定的決策模型。徐靜等[14]分析了政府補貼這一利好的政策情形下考慮顧客具有低碳偏好價值理念的閉環供應鏈網絡均衡決策模型。聶佳佳等[15]研究考慮再制造商品質量的回收策略,同時構建了制造商回收以及銷售商回收的兩種模式下的模型;董乾東等[16]分析了包含有不同的商品品質的閉環供應鏈,其次構建了幾種相異的混合回收模型,并推導出最優商品品質、銷售價格和回收商的利潤;韓梅等[17]通過構建雙重競爭下回收產品質量不確定的定價決策模型,分析企業在雙重競爭下回收質量不確定時,回收價格的變化規律、再制造成本的變化規律、政府財政補貼的變化規律、供應鏈節點企業的利潤和社會福利的變化規律、回收利用率的變化規律等。

在對國內外相關文獻進行篩選和梳理后發現,雖然目前圍繞閉環供應鏈的商品協調定價策略、庫存訂貨監控、回收模式篩選、回收網絡設計和再制造市場策略等方面進行了大量的討論。前人的研究從多樣化的角度豐富了閉環供應鏈的理論,促進了閉環供應鏈的發展,從而解決實際企業管理中面臨的多樣化的問題,但隨著現實問題的交叉與發展,閉環供應鏈也逐漸變得復雜和多樣,由此理論研究還可繼續深入,以此來填補研究中的空白,使得理論的研究更加契合實際企業管理中的需要。在閉環供應鏈中由于信息不對稱而產生牛鞭效應的問題層出不窮,同時由于回收產品質量不同,造成實際生活中回收難、分類難以及生產難的現象比比皆是,由此考慮回收產品質量這一問題迫在眉睫,考慮回收產品質量會進一步提高閉環供應鏈的有效性,已有研究為回收產品質量的考量奠定了理論基礎,然而目前的文獻中較少在考慮回收產品的質量的情況下同時為消除信息不對稱進行的研究,現在已有文獻的基礎上對該內容進行了進一步探討,并對相關企業管理給出一些參考建議。

2 模型描述與基本假設

模型主要分析閉環供應鏈的決策問題,其是由單一制造商,單一銷售商以及一個第三方回收商構成。模型系統框架為:首先建立一個集中決策模型,模型考慮回收物品的質量,制造商為唯一的決策者,求解并得到最優的定價決策。二是在第三方回收模式下建立決策模型,考慮回收產品的質量,并分別利用Stackelberg博弈理論求解得出最優定價決策。接著通過分析第三方回收模式情形由于各主體企業分散決策導致雙重邊際效應,并由此利用二部定價契約機制對閉環供應鏈進行協調,并推理得出相關命題結論,最后運用數值模擬與分析,對命題與結論的正確性進行深入論證。

本文中的新產品是指用全新的原材料和零部件生產的商品,再制造品是將接收到的廢舊物品經過加工再制造生產出的商品,設在這個閉環供應鏈上,各個層級的成員都以自身利益最大化為目標,都是風險中立的,同時均是獨立的決策者,各方信息完全共享,沒有延遲信息的情況,制造和再制造原材料和廢舊產品。

銷售商依據價格p將商品賣向市場,同時按照價格w從制造商處批發產品,D(p)是關于產品的價格函數,表示產品的市場需求量,假設D(p)=a-bp,a,b>0,且a,b為常量,a為總的市場體量,b為市場需求對價格的靈敏度。τ表示廢舊物品的回收比例,是回收的舊物品與產品的總需求之比,τ∈[0,1],當τ=0時,說明生產商不對廢舊物品進行回收,完全使用原材料生產,在這個模型中是一個外生變量,τ=1表示廢舊物品完全被回收利用,即生產廠家只利用廢舊物品進行再生產的情況。根據文獻[15]中的表達方法,將回收的廢舊物品的不同質量等級用q表示,在回收廢舊物品時,廢舊物品的損壞程度越低,表示回收的廢舊物品質量越好,物品的再利用水平越高,00。設生產商使用回收品來重新再制造的單位成本為cr(q),它是回收產品質量水平的函數,制造新商品的單位成本為cm,cr(q)0,令B(q)=vq,v為廠商愿意支付的最大轉讓價,v>u>0。

由以上分析可得,制造商的單位制造成本記為c(q)=cm(1-τ)+cr(q)τ,化簡得c(q)=cm-τqcs,再制造產品所節約的單位制造成本為qcs,同時需qcs>A(q),即ubp>bcm。

3 第三方回收模式下的回收體系

由stackelberg理論可以得出,制造方和銷售方與第三方回收商之間組成兩階段博弈情形,制造商是領導方,銷售商與第三方回收商是跟隨方。

其博弈順序為:第一階段,制造商作為領導者,首先根據消費市場需求情況來決定生產數量以及回收預期,并制定出批發價格w;第二階段,零售商和第三方回收機構作為跟隨者依據制造商的策略采取相應的策略,制定出銷售價格p以及回收產品質量水平q,接著,制造商再根據追隨者的最優策略改進自身初始策略,從而得出最優批發價格w。

制造商、銷售商及第三方回收商的決策函數,如式(1)—式(3)所示:

(1)

(2)

(3)

3.1 分散決策模式(模型d)

由逆向歸納法,第一步求得銷售商以及第三方回收商的最佳策略,先對(2)分析,得出

(4)

(5)

(6)

將式(4)—式(6)代入式(1)—式(3)得出制造商、零售商和第三方的均衡利潤,如式(7)—式(10)所示:

(7)

(8)

(9)

(10)

3.2 集中決策模式(模型c)

集中決策也可稱為合作博弈,是指在閉環供應鏈體系內的決策方,為了尋求使整體利潤最大化的策略,在鏈條上的各個企業相互協作,從而得出作為整體共同決策的最優策略。由此集中策略情形的供應鏈的決策變量是銷售價p以及接收質量水平q,此時批發價只在系統內部交流,對系統整體利益沒有影響,由此得出,如式(11)所示決策模型:

Πc=(a-bp)(p-cm+τcsq)-kq2↓-uqτ(a-bp)

(11)

對式(11)求解,得出最佳銷售價以及回收質量水平,如式(12)—式(13)所示:

(12)

(13)

將p*C、q*C代入式(11)得出如式(14)所示。

(14)

這種情況對于集中決策雖然有利,但缺乏對市場的快速反應,很可能造成資金風險,也可稱為“縱向一體化”的企業組織模式。

命題1 閉環供應鏈系統中的企業集中決策時所產生的總利潤大于分散決策時所產生的總利潤之和。

證明：

這是因為在集中決策時,由于沒有存在雙重邊際效應,使得閉環供應鏈的總利潤最大,而在分散狀態下進行決策的過程中,節點企業只會考慮自己的利益最優,而不會考慮其他企業的收益,使得供應鏈的總利潤減少,雙重邊際效應的出現使得供應鏈的總利潤減少,從而影響到全局的最優。集中決策是一種理想的決策模式,在實際企業間的合作模式中,出于商業秘密等一系列因素的考慮,往往企業會選擇分散決策,但分散決策卻會造成供應鏈總利潤減少,從而影響企業長遠的發展,這時就需要一些契約等相關方式增強企業間的聯系,從而化解由于信息不對稱等原因產生的各種問題。

4 基于二部定價契約的供應鏈協調機制

在二部定價契約中,制造商給予銷售商的批發價格與制造方生產的邊際成本相同,此時銷售方需要給制造商繳納一定比例特許經營費。二部定價契約模型,是指某種合約收費系統,該系統需繳納不變費用和從量費用。不變費用是與數目多少無關的費用,而從量費用則是指依據具體使用數量來繳納的相關費用。

由于無論利用情況怎樣都需支付固定不變的基礎費用,因此二部定價契約對維持企業基礎的平穩運行是有利的,而從量費用的支付是基于顧客利用數量的邊際成本。已有文獻顯示,二部定價合約在很好地協調閉環供應鏈,提高系統效益的同時,能夠處理企業間存在的雙重邊際效應的弊端。所以本文選擇二部定價契約來調和閉環供應鏈。

Tr+T3p

(15)

零售商利潤函數,如式(16)所示:

(16)

第三方利潤函數,如式(17)所示:

(17)

式(17)約束條件表示,制造商制定的契約需要確保銷售商與第三商回收商接受合約時所取得的最小利益大于或等于未接受此合約時所能取得的最大利益,否則另兩方是不會認同該機制的,只有在這種情況下,制造商才能尋求利益最大化機制。由此依據逆向歸納法,第一步處理銷售商以及第三方回收商的最佳策略,先對式(16)分析,得出p*3p′(w),將其代入式(17)并求解得出q*3p′(w),得出的p*3p′(w),q*3p′(w),如式(18)、式(19)所示:

(18)

(19)

在博弈過程內制造商需確保銷售商和第三方回收商的期望利潤最少要等于分散決策時的二者的利潤的情況下此合約才可以達成,由此得出,如式(20)、式(21)所示:

(20)

vqτ(a-bp)-kq2-uqτ(a-bp)-T3p=

(21)

由此可得出,制造方向零售商與第三方回收商索取的不變費用如下,如式(22)、式(23)所示:

(22)

(23)

把上述相關參數代入制造方的利潤函數式(15)內,得到分散決策產品的最佳零售價格、批發價格和回收質量水平,如式(24)—式(26)所示:

(24)

(25)

p*3p′=

(26)

將其代入式(22)、式(23)中,得到式(27)、式(28):

(27)

T3p=-(kτ2(u-v)2(a-bcm)2(bτ2u2-2bτ2uv+

bτ2v2+4k)(-bτ2u2-2bτ2uv+4bcsτ2u↓+

5b2csτ4v2u+3b2csτ4v3-b2τ4u3v+b2τ4u2v2+

b2τ4uv3-b2τ4v4-12bcskτ2u+12bcskτ2v↓+

4bkτ2u2+4bkτ2uv-8bkτ2v2-16k2)＾2

(28)

將以上求得的各個參數代入計算,最終得到閉環供應鏈整體利潤,如式(29)所示:

(29)

命題2 當cs=v時,該二部定價契約能夠化解雙重邊際效應,很好的協調了閉環供應鏈,制造商能夠最大化自身收益,同時確保銷售商和回收商可以獲利,使得供應鏈總效益與集中決策水平相當。

證明：

若Π*3p′=Π*c,得出:

則

4k-bτ2u2+2bcsτ2u+bτ2v2-2bcsτ2v=

4k-bτ2(cs-u)24k-bτ2u2+2bcsτ2u+bτ2v2-2bcsτ2v-

[4k-bτ2(cs-u)2]=0

得,cs=v

cs是再制造可以節約的最高成本,v為廠商愿意支付的最大轉讓價,也就是實際中的定價環節,制造商愿意支付的最大轉讓價等于再制造節約的最高成本時,可以采用該二部定價契約,同時可以使閉環供應鏈的總利潤最大,等于集中決策時的總利潤。

命題3 二部定價契約能夠使得第三方回收商回收質量水平大于分散情況。

證明：

此命題充分證明該二部定價契約是有效的,當考慮回收產品質量水平這一影響因素時,既提高了回收效率,使得回收工作更加有序,又貼合了實際生活中廢舊品多樣化這一現象,因此考慮回收產品質量水平是非常有必要的。但同時,增加了回收產品質量水平這一影響因素時,還需要相應的契約來規范該閉環供應鏈的運作,由此該命題為實際企業合作模式提了新的思路,即利用二部定價契約來協調考慮回收產品質量水平的閉環供應鏈企業之間的合作。

對于未進行二部定價契約協調制造商的批發價、零售商商品銷售價格及回收廢舊品的質量水平,以及二部定價契約協調后的制造商的批發價、零售商商品售價由于受多方面因素的影響,通過解析式無法推斷出其中的相互關系,因此在數值仿真部分進行討論。

5 數值分析

為了更好地對模型進行比較分析,研究參考文獻把相關參數進行下列設置:

a=3,b=0.1,τ=0.6,k=1,u=1,v=3,cm=6,3

觀察cs的變化對制造商、銷售商、第三商回收商利潤,供應鏈整體利潤大小的影響,cs為再制造能夠節省的最高成本,結果如圖1所示。

圖1 cs的改變對應閉環供應鏈上各企業利潤的變化

圖1反映了cs的變化對各企業的利潤的影響,從圖1能夠發現,閉環供應鏈系統的總利潤是各節點企業(包含第三方回收商、銷售商、制造商)的利潤之和。同時也可以看到,利潤最少的是處于底層的第三方回收商,在實際企業合作中,作為閉環供應鏈的一環,第三方回收商在整個閉環供應鏈體系中所獲得的利潤是最少的,其他節點企業需盡量扶持第三方回收商,如給予一定的優惠政策或者讓利等,以提高其積極性;其次為銷售商,處于第三層;利潤最大的為制造商,處于第二層,作為閉環供應鏈的重點節點,制造商獲取最高利潤,分散決策時,制造商受利益驅動主導的回收,可在回收轉移定價方面提高相應回收價格以提高其他企業的積極性,該制造商回收價格與再制造能夠節約的最大成本相當時,閉環供應鏈整體利潤最大,制造商能夠獲取最大收益?？偫麧櫛憩F為上升的態勢,可見隨著再制造節約最大成本的增加,整體利潤逐漸增加,再制造對于整個供應鏈節點企業來說是有盈利空間的,考慮回收產品質量最終對節點企業是有利的。

若cs=6,則可得出分散決策模式第三方回收商負責回收與二部定價契約下第三方回收商負責回收的閉環供應鏈下均衡值比較,如表1所示。

表1 不同決策模型下的均衡值比較

此分析結果對命題做了進一步的驗證,制造商憑借與銷售商以及第三方回收商簽訂二部定價契約,能夠幫助提高供應鏈的收益,同時能夠保證較低的零售價格以及較高的回收產品質量水平,由此可得,其能夠協調雙重邊際效應。

6 結論與討論

6.1 結 論

研究在考慮第三方回收質量水平的情景下針對分散決策相較于集中決策產生的雙重邊際效應,利用二部定價契約對閉環供應鏈進行協調,協調后的閉環供應鏈利潤與集中決策情形時相當,由此證明此二部定價契約有效,對實際中企業之間合作方式有一定借鑒意義。

重點得出結論:(1) 第三方回收考慮回收物品質量水平,集中決策時閉環供應鏈總利潤優于分散情況的總利潤。(2) 二部定價契約能夠有效協調閉環供應鏈,并解決由于分散決策造成的雙重邊際效應的問題。(3) 當cs=v(再制造能夠節約的最大成本與制造商情愿為回收產品支付的最大轉移價相當)時,二部定價契約能夠令分散決策時的閉環供應鏈總收益等于集中策略時的閉環供應鏈總收益。(4) 二部定價契約使得第三方回收物品的質量性能優于原始分散決策下第三方回收物品的質量性能。

6.2 討 論

對于現實企業管理中的啟示為:如果企業選擇第三方回收模式,該情況下若需考慮回收產品質量,如果外界環境復雜多變,企業由于成本等各種實際原因需要選擇第三方回收,此時各節點企業進行分散決策,為了提高生產效率,考慮回收產品質量,可以運用二部定價契約;當今時代,各行各業發展日新月異,環境復雜多變,企業之間逐漸謀求長期穩定合作發展,因此分散決策是各企業的必然選擇,但分散決策會形成雙重邊際效應,使得閉環供應鏈整體效率降低,因此利用二部定價契約進行協調是可選擇的方法之一,由此可以避免由于缺乏對市場的快速反應而造成的資金風險,同時提高閉環供應鏈整體收益。

研究還存在一定局限性,只研究了制造商委托第三方回收商進行廢舊品的回收,后續研究可深入分析雙渠道回收模式下閉環供應鏈的協調問題,以及第三方回收商具有規模效應的情形下具體的定價決策。同時本文還可以從既考慮回收產品質量又研究企業非理性的角度出發,研究閉環供應鏈相關定價問題。