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        基于變分不等式算法的再制造系統(tǒng)生產(chǎn)決策研究

        2019-10-18 09:35:03韓小雅杜建輝
        物流科技 2019年9期
        關(guān)鍵詞:環(huán)保意識競爭

        韓小雅 杜建輝

        摘要:針對市場競爭和消費(fèi)者環(huán)保意識條件下再制造產(chǎn)品和新產(chǎn)品的生產(chǎn)決策問題,該文章構(gòu)建了多個企業(yè)之間的博弈模型,并證明了均衡解的存在性和唯一性。在此基礎(chǔ)上,運(yùn)用變分不等式理論提出了一個高效收斂算法,并借助MATLAB軟件進(jìn)行了數(shù)值分析。數(shù)值結(jié)果表明,通過變分不等式算法求解再制造系統(tǒng)優(yōu)化模型,企業(yè)能夠準(zhǔn)確地做出生產(chǎn)決策;盡管消費(fèi)者環(huán)保意識的提高會降低企業(yè)新產(chǎn)品的利潤.但為再制造產(chǎn)品帶來了極大的生產(chǎn)優(yōu)勢;競爭的加劇并非一定導(dǎo)致企業(yè)通過降低價格來減少損失。

        關(guān)鍵詞:再制造系統(tǒng);生產(chǎn)決策;變分不等式;環(huán)保意識;競爭

        中圖分類號:F272.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

        O引言

        伴隨著全球經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,因環(huán)境污染惡化、資源耗費(fèi)引起的社會問題層出不窮,而其中最大的源頭在于制造業(yè)。為了有效地利用有限的資源,在國家政府相繼出臺政策的大力推動下,居民環(huán)保意識不斷加強(qiáng),對于綠色環(huán)保的再制造產(chǎn)品的認(rèn)可度也不斷提高。因此,再制造系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生,繼而再制造產(chǎn)品逐步融入市場競爭。再制造產(chǎn)品的出現(xiàn),無疑將會對新產(chǎn)品的銷售造成一定程度的沖擊,究竟會在市場競爭中產(chǎn)生怎樣的影響?本文就此進(jìn)行建模分析。

        對再制造生產(chǎn)方面的研究。對于再制造生產(chǎn)問題,Swaminathan在消費(fèi)者無法區(qū)分再制造產(chǎn)品和新制造產(chǎn)品前提下,研究其對生產(chǎn)批量的影響。張威等翻入研究發(fā)現(xiàn)企業(yè)投入回收和再制造努力的成本是相互替代的。洪佳等人研究發(fā)現(xiàn)再制造供應(yīng)鏈中聯(lián)合定價決策優(yōu)于分散定價決策。楊春苗等人研究發(fā)現(xiàn)政府補(bǔ)貼可以提高節(jié)點(diǎn)企業(yè)的均衡利潤。李楓等人對不完全信息下的逆向供應(yīng)鏈的定價與協(xié)調(diào)問題作了研究。對于庫存問題,Inderfurth等人通過構(gòu)造混合制造系統(tǒng)得出最優(yōu)的庫存控制策略。Qu和zhou通過報童模型研究消費(fèi)者行為對綠色低碳產(chǎn)品生產(chǎn)決策的影響。Qu等人將政府補(bǔ)貼考慮到供應(yīng)鏈的決策模型中并通過兩個合同機(jī)制來協(xié)調(diào)綠色供應(yīng)鏈。以上研究雖然對再制造系統(tǒng)作了較為詳細(xì)研究和探討,但未考慮消費(fèi)者環(huán)保意識對產(chǎn)品的影響。此外,這些研究對企業(yè)間的競爭刻畫得也比較簡略,僅是單一制造商的定價決策問題,而在實(shí)際市場競爭中,制造商不僅要應(yīng)對其上下游企業(yè)間的競爭,還要應(yīng)對企業(yè)內(nèi)部的競爭(自身企業(yè)的新產(chǎn)品和再制造產(chǎn)品間的競爭)。綜上所述,本文在以上研究的基礎(chǔ)上,充分考慮消費(fèi)者環(huán)保意識對企業(yè)經(jīng)營策略的影響,并將單一競爭推廣到多重企業(yè)間的競爭,同時,將企業(yè)內(nèi)部競爭考慮進(jìn)去,提出了基于變分不等式的再制造系統(tǒng)優(yōu)化模型。

        對于變分不等式的研究現(xiàn)狀。Nagumey詳盡地介紹了變分不等式的概念以及相關(guān)定理。Qiang將其應(yīng)用到閉環(huán)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)模型的求解問題上。變分不等式求解的難點(diǎn)在于模型本身,由于充分考慮了再制造系統(tǒng)的各個制約因素,模型變得復(fù)雜而龐大,利用傳統(tǒng)的算法難以求解,求解時間較長,甚至找不到可行解。針對此難點(diǎn),本文提出更加高效便捷的歐拉算法,在保證模型取得均衡解基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)求解過程中快速收斂的效果,從而進(jìn)一步推廣變分不等式模型的應(yīng)用范圍。

        1模型構(gòu)建與變量定義

        在再制造系統(tǒng)中,企業(yè)不僅要生產(chǎn)新產(chǎn)品,還要生產(chǎn)再制造產(chǎn)品,具體的業(yè)務(wù)流程如圖1所示。

        在再制造系統(tǒng)中,企業(yè)既可以生產(chǎn)新產(chǎn)品,新產(chǎn)品的定價與庫存策略與普通產(chǎn)品一樣,同時,又通過回收中心回收舊產(chǎn)品,并經(jīng)二次制造再次推向市場。環(huán)保意識高的消費(fèi)者會選擇再制造產(chǎn)品,環(huán)保意識低的消費(fèi)者會選擇購買新產(chǎn)品。

        本文研究的問題是:在市場競爭和消費(fèi)者環(huán)保意識條件下,如何應(yīng)用變分不等式算法來解決多個企業(yè)對新產(chǎn)品和再制造產(chǎn)品的生產(chǎn)決策問題,使自身獲得最大利潤。

        模型假設(shè):

        (1)企業(yè)的新產(chǎn)品價格與再制造產(chǎn)品生產(chǎn)量以及其他企業(yè)的新產(chǎn)品和再制造產(chǎn)品生產(chǎn)量相關(guān)。

        (2)企業(yè)的再制造產(chǎn)品價格與新產(chǎn)品生產(chǎn)量以及其他企業(yè)的新產(chǎn)品和再制造產(chǎn)品生產(chǎn)量相關(guān),并且還依賴于消費(fèi)者的環(huán)保意識水平。

        (3)每個企業(yè)的新產(chǎn)品和再制造價格函數(shù)均關(guān)于新產(chǎn)品生產(chǎn)量和再制造產(chǎn)品生產(chǎn)量是連續(xù)可微的單調(diào)遞減函數(shù)。

        (4)企業(yè)的新產(chǎn)品成本與自己再制造產(chǎn)品生產(chǎn)量以及其他企業(yè)的新產(chǎn)品和再制造產(chǎn)品生產(chǎn)量相關(guān)。

        (5)企業(yè)的再制造產(chǎn)品成本與自己新產(chǎn)品生產(chǎn)量以及其他企業(yè)的新產(chǎn)品和再制造產(chǎn)品生產(chǎn)量相關(guān)。

        (6)每個企業(yè)的新產(chǎn)品和再制造成本函數(shù)均關(guān)于新產(chǎn)品生產(chǎn)量和再制造產(chǎn)品生產(chǎn)量是連續(xù)可微的凸函數(shù)。

        根據(jù)上述假設(shè),提出以下目標(biāo)模型式(5),模型變量和符號定義如表1所示。在再制造系統(tǒng)中,每個企業(yè)的利潤組成兩個部分,即:新產(chǎn)品利潤和再制造產(chǎn)品利潤。企業(yè)j優(yōu)化模型如下所示:

        通過表2中的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn):(1)從消費(fèi)者角度分析:當(dāng)環(huán)保意識較低(p=2)時,企業(yè)l和企業(yè)2的新產(chǎn)品生產(chǎn)量和價格均高于其自身的再制造產(chǎn)品生產(chǎn)量和價格,說明市場上大部分消費(fèi)者還是愿意花費(fèi)高的價格購買新產(chǎn)品。(2)從企業(yè)競爭的角度分析:企業(yè)l遠(yuǎn)低于企業(yè)2的利潤,因?yàn)楦嘞M(fèi)者偏愛企業(yè)2,更愿意花費(fèi)更高價格購買企業(yè)2的產(chǎn)品。

        3.2環(huán)保意識靈敏度分析。隨著消費(fèi)者的環(huán)保意識會不斷提高,本文將p=2上升到p=3.5,兩個企業(yè)的新產(chǎn)品價格函數(shù)與算例(3.1)保持不變,但其再制造產(chǎn)品價格函數(shù)發(fā)生改變(消費(fèi)者環(huán)保意識提高),如下:

        比較表2和表3發(fā)現(xiàn):隨著環(huán)保意識的提高企業(yè)l利潤增加8.8225%,企業(yè)2利潤增加3.6072%。盡管環(huán)保意識的提高會導(dǎo)致一些消費(fèi)者放棄購買新產(chǎn)品。然而,由于環(huán)保意識的提高會促進(jìn)更多消費(fèi)者花費(fèi)更高的價格購買再制造產(chǎn)品,反而會增大企業(yè)再制造產(chǎn)品的收入。在(3.2)場景下,兩個企業(yè)再制造產(chǎn)品利潤的增大幅度要大于其新產(chǎn)品利潤減少幅度。因此,當(dāng)環(huán)保意識水平從p=2上升到p=3.5時,企業(yè)1和企業(yè)2的利潤均有所提高。為了分析環(huán)保意識對兩個企業(yè)生產(chǎn)過程的影響,還考慮當(dāng)環(huán)保意識不斷變化時,分析其對企業(yè)新產(chǎn)品和再制造產(chǎn)品生產(chǎn)量以及各自利潤的影響,如圖2至圖4所示。

        從圖2觀察到:當(dāng)環(huán)保意識p=2變化到p=4時,企業(yè)1和企業(yè)2新產(chǎn)品的均衡產(chǎn)量均隨著p的增大而減小,而企業(yè)1和企業(yè)2再制造產(chǎn)品的均衡產(chǎn)量均隨著p的增大而增大。這進(jìn)一步說明了隨著環(huán)保意識的增強(qiáng),對再制造產(chǎn)品的認(rèn)可度會逐漸的增強(qiáng),而對于新產(chǎn)品的依賴程度則會降低。此外,圖2顯示這兩個企業(yè)再制造產(chǎn)品產(chǎn)量上升的幅度要大于其新產(chǎn)品產(chǎn)量下降的幅度。

        在圖3中可以看出,當(dāng)環(huán)保意識p=2變化到p=4時,企業(yè)1和企業(yè)2新產(chǎn)品的價格均隨著p的增大而減小,而企業(yè)1和企業(yè)2再制造產(chǎn)品的價格均隨著p的增大而增大。這意味著消費(fèi)者更愿意花費(fèi)更高的價格購買再制造產(chǎn)品。同時,可以發(fā)現(xiàn)這兩個企業(yè)再制造產(chǎn)品價格上升的幅度要大于其各自新產(chǎn)品價格下降的幅度。

        根據(jù)圖4,當(dāng)環(huán)保意識p=2變化到p=4時,發(fā)現(xiàn)企業(yè)總利潤均隨著p的增大而增大。由于消費(fèi)者環(huán)保意識的提高,盡管價格和產(chǎn)量均下降,導(dǎo)致新產(chǎn)品利潤下降。但再制造產(chǎn)品利潤上升的幅度要比新產(chǎn)品利潤下降的幅度要大,并隨著p的增大,其幅度的大小也越來越大。因此,環(huán)保意識的提高能為企業(yè)帶來更大的利潤空間,企業(yè)應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)措施。

        3.3競爭程度靈敏度分析。在算例(3.3)中,假定市場上進(jìn)入一個新企業(yè)(企業(yè)3)。企業(yè)3的加入,導(dǎo)致企業(yè)之間的競爭越來越強(qiáng)。設(shè)定p=3.5,價格函數(shù)為:

        比較表3和表4發(fā)現(xiàn):(1)整體競爭加劇。由于競爭者企業(yè)3的加入,導(dǎo)致企業(yè)l新產(chǎn)品和再制造產(chǎn)品的生產(chǎn)量和價格均下降,從而企業(yè)1的利潤降低6.8599%。此外,企業(yè)3的加入對企業(yè)2的影響更大,企業(yè)2的利潤下降19.8235%;(2)新產(chǎn)品增價止損。企業(yè)2新產(chǎn)品的價格增大,且其新產(chǎn)品生產(chǎn)量下降。因?yàn)閷τ谄髽I(yè)2的新產(chǎn)品,隨著競爭程度的增高,其價格降低難以導(dǎo)致產(chǎn)量大幅度上升,所以價格增高會減少企業(yè)2的利潤損失;(3)再制造產(chǎn)品降價止損。企業(yè)2再制造產(chǎn)品的價格和生產(chǎn)量均有所降低,原因是對于企業(yè)2的再制造產(chǎn)品,其價格的降低會避免由于競爭程度的加強(qiáng)導(dǎo)致其產(chǎn)量出現(xiàn)大幅度下降,從而達(dá)到降低其利潤損失的目的。

        對比表2和表4的結(jié)果發(fā)現(xiàn):環(huán)保意識的提高會彌補(bǔ)因競爭的加劇帶來的損失。企業(yè)2的利潤下降16.9314%,而企業(yè)1的利潤上升1.3574%,原因是盡管企業(yè)3的加入導(dǎo)致市場競爭程度越來越高,使企業(yè)2的利潤降低,然而,環(huán)保意識的提高會促進(jìn)更多消費(fèi)者以高價格購買再制造產(chǎn)品,這會增大企業(yè)1的利潤。具體而言,雖然企業(yè)1新產(chǎn)品的價格和產(chǎn)量均下降導(dǎo)致其新產(chǎn)品利潤降低。然而,企業(yè)1再制造產(chǎn)品的價格上升42.1003%,產(chǎn)量上升42.0873%,并且再制造產(chǎn)品利潤上升的幅度要大于其新產(chǎn)品利潤下降的幅度,所以其總利潤會上升。對于企業(yè)2而言,盡管其再制造產(chǎn)品的價格和產(chǎn)量都增大,但再制造產(chǎn)品利潤上升的幅度無法彌補(bǔ)新產(chǎn)品利潤下降的幅度,從而企業(yè)2總利潤降低。

        4結(jié)論

        本文主要研究多個企業(yè)對新產(chǎn)品和再制造產(chǎn)品的生產(chǎn)決策問題。在消費(fèi)者環(huán)保意識和市場競爭條件下,以企業(yè)的利潤最大化為目標(biāo),建立多企業(yè)多變量的復(fù)雜再制造系統(tǒng)優(yōu)化模型。本文運(yùn)用變分不等式理論將其轉(zhuǎn)化為相對應(yīng)的變分不等式問題,并證明了均衡解的存在性和唯一性。在此基礎(chǔ)上,本文提出一個高效收斂算法(歐拉算法),運(yùn)用MATLAB軟件進(jìn)行編程,可在十幾秒時間內(nèi)獲得數(shù)值結(jié)果。

        本文通過算例研究,得到如下結(jié)論:(1)盡管消費(fèi)者環(huán)保意識的提高會降低企業(yè)新產(chǎn)品的利潤,但對再制造產(chǎn)品帶來的好處遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于新產(chǎn)品損失,且環(huán)保意識越高,企業(yè)的總利潤上升速度越大。(2)競爭程度的加強(qiáng)并非一定導(dǎo)致企業(yè)通過降低價格來減少損失。雖然新企業(yè)的加入會一定程度地降低其他企業(yè)新產(chǎn)品和再制造產(chǎn)品帶來的利潤水平,企業(yè)不一定必須通過降低價格、提高產(chǎn)量的方式來降低損失,或許用差異化的競爭策略會起到更好效果。

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