張光明 黃亞南 趙士南

摘? 要：文章在兩個進行碳減排投入的競爭型制造商和一個零售商組成的供應鏈結構下，研究零售商需求預測信息共享問題，分析不同模式下制造商競爭水平和碳減排成本系數(shù)對供應鏈成員信息共享價值的影響。研究表明，零售商在任何情況下都沒有動機共享需求預測信息，但對制造商和供應鏈來說信息共享總是有利的，與兩個制造商信息共享模式優(yōu)于與單個制造商信息共享模式。最后通過算例分析制造商競爭強度和碳減排成本系數(shù)對供應鏈信息共享價值的影響。

關鍵詞：碳減排;需求預測;信息共享;制造商橫向競爭

中圖分類號：F272? ? 文獻標識碼：A

Abstract： This paper studied the information sharing of retailer demand forecasting， and analyzed the impact on the value of information sharing among supply chain members about the level of competition among manufacturers and the cost coefficient of carbon emission reduction under different models under the supply chain structure composed of two competing manufacturers who invest in carbon emission reduction and one retailer. Research shows that retailers have no incentive to share demand forecast information under any circumstances， but information sharing is always beneficial to manufacturers and supply chains. The information sharing model with two manufacturers is better than the information sharing model with a single manufacturer. Finally， an example was used to analyze the influence of manufacturers' competition intensity and carbon reduction cost coefficient on the value of supply chain information sharing.

Key words： carbon emission reduction; demand information forecast; information sharing;manufacturers horizontal competition

0? 引? 言

信息技術的發(fā)展使企業(yè)從廣大信息資源中獲得優(yōu)勢，并開始關注信息共享的問題。IBM和惠普要求下游零售商向他們提供銷售數(shù)據(jù)[1];格力電器通過與零售商合作，及時收集、分析市場的信息，降低了市場需求預測的不確定性[2];零售企業(yè)沃爾瑪為其供應商強生以及利華兄弟提供網(wǎng)店銷售數(shù)據(jù)，方便供應商針對市場狀況做出戰(zhàn)略調整。國內外學者對供應鏈信息共享進行了研究。Lee等[3]研究了不確定需求下零售商向制造商共享需求信息能降低制造商的庫存成本卻不能降低零售商的庫存成本;FU[4]研究上游向下游企業(yè)共享庫存和服務水平信息的價值;王聰[5]分析零售商與制造商共享市場預測信息及零售商風險偏好對供應鏈成員決策及利潤的影響。信息共享在改善供應鏈績效上發(fā)揮至關重要的作用，更準確的信息總能夠帶來更優(yōu)的價格結構和利潤，零售商如何進行信息共享是研究的重點。

隨著消費者綠色環(huán)保意識的增強，低碳減排成為企業(yè)的競爭優(yōu)勢，為企業(yè)帶來更多的市場份額，因此越來越多企業(yè)采取碳減排措施，醫(yī)療健康企業(yè)強生2010～2018年已將全球碳排放量減少26%[6]。Wang等[7]在雙渠道供應鏈下研究了碳交易機制和消費者低碳偏好對企業(yè)碳減排的影響;Ghosh等[8]研究了碳減排成本和消費者環(huán)保偏好對供應鏈成員收益的影響;Zhang等[9]考慮制造商生產普通和減排產品時制造商與零售商聯(lián)合減排和定價決策問題;叢靜[10]研究低碳偏好和制造商產出隨機性對供應商和制造商均要進行碳減排技術研發(fā)投入的影響。在現(xiàn)實中多個制造商或零售商所構成的橫向競爭型供應鏈結構是很常見的?；诖?，本文從下游零售商進行市場需求信息預測并選擇是否或如何與制造商進行信息共享出發(fā)，考慮兩個制造商均進行碳減排投入且存在競爭的條件下，分析供應鏈成員在無信息共享、與單個制造商信息共享和與兩個制造商信息共享三種共享模式下的最優(yōu)策略，以及制造商碳減排和競爭水平對信息共享價值的影響。

1? 問題描述與模型假設

1.1? 問題描述

考慮由兩個制造商M、M和一個零售商R組成的二級供應鏈。兩個制造商以不同的邊際成本c和c生產可替代的產品，分別以批發(fā)價w和w提供給零售商。考慮消費者低碳偏好，生產過程中制造商均進行碳減排技術投入，降低碳排放量，以獲得更高的市場份額。零售商以單位銷售價p出售給顧客，并且憑借靠近最終消費者的優(yōu)勢，進行市場需求信息預測作為自己的私有信息且不考慮預測成本。零售商以利潤最大化為目標，可以選擇如何與制造商共享其市場需求預測信息?？紤]供應鏈上下游成員之間的信息共享，構建信息共享模式的供應鏈決策模型，并運用逆向歸納法得出供應鏈成員的均衡解。決策順序如下：（1）首先，零售商選擇信息共享策略;（2）兩個制造商根據(jù)已知市場信息，以利潤最大化為目標決策批發(fā)價格w和碳減排水平τ，并將批發(fā)價格提供給零售商;（3）零售商根據(jù)產品批發(fā)價格和需求預測信息決定產品的銷售價格p以滿足自身利潤最大化。

1.2? 模型假設

零售商根據(jù)市場信號得到需求預測信息之后可以選擇是否與上游制造商共享以及如何共享，研究不同共享模式下零售商的銷售價格、制造商的批發(fā)價格和碳減排水平及成員的利潤情況。模型建立基于如下假設：

（1）制造商競爭滿足納什均衡，且在供應鏈中作為Stackelberg博弈領導者，零售商作為跟隨者，供應鏈成員均為風險中性;

（2）研究不考慮存在競爭的制造商之間橫向信息共享，且制造商不知道競爭對方是否獲得零售商的信息共享;

（3）假設制造商M的碳減排成本Cτ=mτ，隨著減排水平的提高需要投入的成本會越來越多，有Cτ>0，Cτ

>0的特性。m>0為減排投資成本系數(shù)，體現(xiàn)碳減排投資效率，m越小，表明制造商碳減排水平越強，為使模型最優(yōu)解存在8bm≥λθ+3;

（4）根據(jù)李輝[11]和JI[12]的研究，構建制造商M和M的需求函數(shù)分別為：

d=a-bp+λτ-θτ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

d=a-bp+λτ-θτ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

其中：a>0為常數(shù)，表示產品的市場需求規(guī)模;b>0表示需求對價格的敏感系數(shù);λ為碳減排水平敏感系數(shù)，代表消費者對低碳產品的偏好程度，λ越大，顧客對產品的低碳程度就越敏感，相同低碳水平的產品能引起更多顧客購買;θ為競爭強度，θ越大表明兩個產品的替代程度越大，0<θ<1。

（5）參考Li L[13]和伍星華[14]的研究，考慮市場不穩(wěn)定性，假定a是一個隨機變量，由確定部分a和不確定部分ξ組成，且ξ服從均值為0，方差為s的正態(tài)分布，ξ～N0，s，因此，a=a+ξ。零售商R對a的預測f=a+ξ。ε表示零售商R的預測誤差，方差為σ。零售商對市場需求的預測信息為私有信息，市場需求規(guī)模a是零售商和制造商的共有信息，隨機變量ξ和f相互獨立，因此得到：

Ea|f=a+f? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

Ef-a=s+σ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（4）

設t=表示零售商R對a的預測精度。t越大，零售商預測結果誤差越小;反之，誤差越大。其中，t∈0，1。因此，Ea|f=a+f=a+tf-a。

2? 零售商需求信息共享的模型構建與分析

本文主要探討三種模式：（1）無需求信息共享（NDIS），即零售商不與制造商共享其需求預測信息;（2）零售商與單個制造商需求信息共享（DIS-1）;（3）零售商與兩個制造商需求信息共享（DIS-2）。

2.1? 無信息共享模式（NDIS）

無信息共享情形下，零售商不與制造商共享市場需求預測信息。兩個制造商只掌握市場需求規(guī)模a，進行納什博弈，零售商觀測到制造商決策之后，根據(jù)預測信息確定銷售價格。M和M的利潤函數(shù)分別為：

E∏=Ew-cd-mτ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （5）

E∏=Ew-cd-mτ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （6）

零售商R在獲取需求預測信息f后的條件期望利潤函數(shù)為：

E∏|f=Ep-wd+p-wd|f? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（7）

運用逆向歸法對零售商期望利潤函數(shù)中的p求導，由于=-4b<0，故存在最優(yōu)解。令一階導數(shù)等于0，可得零售商銷售價格的最優(yōu)反應函數(shù)為：pw、w、τ、τ=。制造商的預期銷售價格為：，對w、τ求偏導得Hessian矩陣，當8bm>λ3+θ，Hessian矩陣負定，制造商期望利潤函數(shù)有最優(yōu)解，此關系在后面的求解分析過程中仍然成立。無信息共享模式下最優(yōu)解為：

（8）

代入式（5）、式（6）和式（7）得到最優(yōu)期望利潤E∏、E∏和E∏。

2.2? 零售商與單個制造商信息共享模式（DIS-1）

假設零售商選擇與制造商M共享其需求預測信息，M的期望利潤函數(shù)為：

E∏|f=Ew-cd-mτ|f? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （9）

制造商M沒有獲得零售商的需求預測信息，對零售商銷售價格預期仍為，批發(fā)價格和碳減排水平決策和期望利潤與NDIS模式相同。

零售商與單個制造商信息共享需求預測信息時，M和R的最優(yōu)解為：

（10）

代入得到最優(yōu)期望利潤E∏、E∏和E∏。

2.3? 零售商與兩個制造商信息共享模式（DIS-2）

零售商將需求預測信息共享給兩個制造商時，制造商M獲得的信息不變，因此決策不變，M期望利潤函數(shù)為：

E∏|f=Ew-cd-mτ|f? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （11）

制造商對零售商的預期價格均為，逆向歸納法得最優(yōu)解：

（12）

代入得最優(yōu)期望利潤E∏、E∏和E∏。

3? 需求信息共享價值分析

零售商需求預測信息共享會帶來供應鏈成員及整體利潤的變化，本部分分析不同信息共享模式對供應鏈成員及總供應鏈的價值。

命題1? 不同信息共享模式下，制造商需求信息共享價值為正，即期望利潤滿足：E∏=E∏>E∏;E∏>E∏=E∏。

證明：對M來說，V=E∏-E∏=。

令fm，θ=16bm+5θλ+14θλ-3λ，當fm，θ=0時，m=。當θ∈0，時，m>0， m>>m，

V>0;當θ∈，1， m<0時，V>0。M的信息共享價值證明過程與制造商M類似。

命題2? 不同信息共享模式下，零售商的信息共享價值均為負。零售商的期望利潤滿足：E∏>E∏>E∏。

證明：DIS-1模式下零售商信息共享價值為：VNDIS=E∏-E∏=-tσ<0，DIS-2模式下信息共享價值為：VDIS-1=E∏-E∏=-tσ。

令上式為0，得m=，m=。m0;0

m，VDIS-1<0。由8bm>λ3+θ得m>>m，VDIS-1<0。

命題1表明，獲得零售商需求預測信息的成員會從共享中獲益，是因為制造商作為領導者，能依據(jù)零售商提供的信息更好地進行碳減排水平與批發(fā)價格決策，從而獲得額外的利潤;命題2表明，作為跟隨者，信息共享會使零售商失去談判優(yōu)勢，很難根據(jù)制造商決策及時做出調整，因此帶來利潤損失。因此零售商不愿意進行信息共享，此時制造商為獲得信息共享價值，可以采取措施來彌補零售商的利潤損失，激勵其進行共享。

命題3? 不同信息共享模式下，供應鏈總需求信息共享價值為正。即總供應鏈期望利潤滿足：E∏|f>E∏>E∏。

證明：E∏-E∏=tσ，8bm>λθ+3，56bm-4bmλθ+3

-θλ+2θλ-3λ>0，因此E∏>E∏;E∏-E∏=tσ>0，E∏|f>E∏。綜上所述，E∏|f>E∏>E∏。

該命題表明，零售商無論選擇與單個還是兩個制造商進行信息共享，都會使得供應鏈總期望利潤增加。零售商選擇與一個制造商信息共享情形時，雖然零售商需求信息共享價值為負，但制造商從信息共享獲得的利潤增加要遠大于零售商的損失;在與兩個制造商共享需求預測信息時，兩個制造商均可以從零售商信息共享中獲得正向價值。這是因為作為博弈領導者制造商的信息共享價值總是大于零售商利潤的減少，因此信息共享對供應鏈總是有利的。

4? 敏感性分析

本部分對競爭程度θ和碳減排成本系數(shù)m對需求信息共享價值和供應鏈成員利潤的影響進行敏感性分析。由于上述公式較復雜，因此借助算例分析來體現(xiàn)競爭水平和碳減排效率對需求信息共享價值的影響。根據(jù)文獻[11]和文獻[14]，且8bm>λ3+θ，0<θ<1，假定參數(shù)：a=100，b=1，c=20，c=15，λ=5，t=0.6，σ=6。先后設定m=100和競爭水平θ=0.5，觀察供應鏈成員及總供應鏈信息共享價值的變化情況，用MATLAB得到圖1至圖6。

圖1和圖2表明制造商的信息共享價值大于零，驗證了命題1。隨著競爭水平的增加，制造商信息共享價值先增加后減少，這意味著兩個制造商之間應該保持著適當?shù)母偁庩P系，產品之間的替代程度過高將會降低信息共享的價值;從圖3可以看出，制造商的信息共享價值隨著碳減排成本系數(shù)的增加而減少，這說明制造商的碳減排效率較高時，信息共享所帶來的價值更大，而碳減排效率較低時，信息共享的價值更低。

從圖3和圖4可以看出，零售商信息共享價值在不同模式下都是負的，與命題2一致。當制造商碳減排效率較低時，與兩個制造商信息共享模式的價值要低于與單個制造商信息共享模式的價值，這是因為零售商在供應鏈中處于劣勢，與更多的制造商進行信息共享會損失更多的利潤，并且會隨著競爭水平的增加損失更多的利潤，這意味零售商會優(yōu)先選擇無信息共享模式，其次是與單個制造商信息共享，最后才是與兩個制造商信息共享模式;當制造商之間的競爭強度適當時，碳減排成本系數(shù)對不同共享模式下零售商的共享價值的作用是相反的，因此當制造商碳減排效率較高時，零售商會優(yōu)先選擇與兩個制造商信息共享模式，反之則選擇與單個制造商信息共享模式。

圖5和圖6表明信息共享對供應鏈總是有利的，且與兩個制造商信息共享模式的價值總是大于與單個制造商信息共享模式。不同共享模式下的信息價值隨著競爭水平和碳減排成本系數(shù)增加的變化趨勢是相反的，在競爭水平增加的情況下，供應鏈信息共享價值在與兩個制造商信息共享時逐漸升高，而與單個制造商信息共享模式下逐漸降低，因此制造商之間保持較強的競爭水平有利于供應鏈信息共享;碳減排成本系數(shù)較大即制造商碳減排效率較低時，對供應鏈信息共享價值的影響較小，隨著碳減排效率的增加，與兩個制造商信息共享模式下的價值也迅速增加。因此，對供應鏈而言，更傾向于選擇與兩個制造商信息共享模式。

5? 結論與展望

本文研究制造商碳減排和橫向競爭下的需求預測信息共享問題，構建了三種共享模式下供應鏈成員的決策模型，討論不同模式下制造商競爭水平和碳減排成本系數(shù)對供應鏈成員信息共享價值的影響。研究表明：（1）需求預測信息共享對零售商不利，對制造商和供應鏈有利;（2）制造商之間應保持適當?shù)母偁幩胶洼^高的碳減排效率，才能保證信息共享所帶來的價值;（3）零售商的最優(yōu)選擇是無信息共享模式，當碳減排效率較低時，與單個制造商信息共享模式優(yōu)于與兩個制造商信息共享模式，當碳減排效率較高時，零售商會優(yōu)先選擇與兩個制造商信息共享，因為這樣損失的利潤較少;（4）從供應鏈的角度出發(fā)，與兩個制造者信息共享模式是最優(yōu)的。因此零售商不會主動共享私有信息，為獲得更高的利潤，制造商可通過向零售商支付費用彌補零售商利潤損失，以激勵其進行信息共享，同時零售商也會接受制造商的激勵機制以獲得供應鏈整體績效的提升，提高供應鏈的競爭優(yōu)勢。

但是文章只考慮了兩個制造商橫向競爭，現(xiàn)實中的供應鏈存在多個制造商與零售商;其次，制造商往往占據(jù)領導地位，能夠更精確地根據(jù)市場信息進行預測，上下游企業(yè)都進行需求信息預測及共享是當下研究的重點內容;最后，在已知信息共享有利于提高供應鏈競爭優(yōu)勢的前提下，如何設計合理的信息補償機制促進零售商信息共享是接下來的研究重點。

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