孫嘉軼, 楊 露, 姚鋒敏

(哈爾濱理工大學(xué) 經(jīng)濟與管理學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150080)

0 引言

隨著生產(chǎn)力的不斷提高，自然資源正在被人們過度利用，為了提高資源利用率，降低環(huán)境污染，繼美國和日本等國提出3R(Reduce、Reuse、Recycle)體系后，我國進一步推出了4R體系，以此強化再制造(Remanufacture)的作用，與此同時，作為世界上最大的溫室氣體排放國，為兌現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)承諾，我國在2021年全面投入使用碳排放權(quán)交易系統(tǒng)。碳限額與交易機制由政府分配給碳排放源企業(yè)一定單位的碳排放權(quán)，并允許企業(yè)在碳交易市場進行買賣，有效的降低了企業(yè)碳排放。

Savaskan最早提出了閉環(huán)供應(yīng)鏈的三種回收渠道[1]，在此基礎(chǔ)上，許多學(xué)者針對閉環(huán)供應(yīng)鏈中的碳減排問題進行了研究。Heydari等建立了政府分別對制造商和零售商采取補貼和免稅兩種政策下的閉環(huán)供應(yīng)鏈碳減排模型，提出了數(shù)量折扣契約和成本共擔(dān)契約對閉環(huán)供應(yīng)鏈進行協(xié)調(diào)[2]。Yang等研究了政府補貼對閉環(huán)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)成員碳減排決策的影響，研究發(fā)現(xiàn)政府補貼可以有效的增加閉環(huán)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的利潤，同時降低碳排放[3]。Li等在碳減排背景下，構(gòu)建了不合作、單向合作、雙向合作以及合作社下四種閉環(huán)供應(yīng)鏈模型，研究發(fā)現(xiàn)合作社模式是最優(yōu)模式[4]。Yuan等研究了具有一個制造商和一個零售商的閉環(huán)供應(yīng)鏈的定價及碳減排決策，并對單位碳配額價格做了靈敏度分析[5]。Taleizadeh等研究了閉環(huán)供應(yīng)鏈中碳減排、退貨政策以及產(chǎn)品質(zhì)量改進之間的相互作用和激勵效果[6]。Xu等研究了中國再制造市場中，政府碳稅及碳限額交易政策的有效性，通過模型構(gòu)建及數(shù)值分析，說明了兩種政策效果幾乎沒有差異[7]。李輝等在制造商競爭，零售商競爭及鏈與鏈競爭結(jié)構(gòu)下，研究了閉環(huán)供應(yīng)鏈的低碳策略[8]。以上文獻(xiàn)從制造商負(fù)責(zé)再制造的角度分別研究了碳稅、碳減排及碳限額交易等問題。

實踐中，制造商出于成本、品牌等因素的考慮，不一定從事廢舊產(chǎn)品的回收再制造工作，因此更接近消費終端的零售商及回收商就有了再制造的可能。在我國，很多進口大型企業(yè)再制造都是由零售商負(fù)責(zé)的，如千里馬、沃德易、卡特彼勒等公司。而零售商或者第三方從事再制造工作需獲得制造商的專利授權(quán)，目前已有學(xué)者關(guān)注到再制造專利授權(quán)等方面的研究。Huang等在專利保護的背景下，比較了三種回收再制造模式下閉環(huán)供應(yīng)鏈的回收策略[9]。Hong等研究了不同的專利授權(quán)策略對閉環(huán)供應(yīng)鏈定價及回收決策的影響[10]。Zhang等提出了三種回收再制造模式下的閉環(huán)供應(yīng)鏈的回收策略[11]。Cao等構(gòu)建了兩階段閉環(huán)供應(yīng)鏈模型，分析了消費者對再制造的關(guān)注程度對最優(yōu)決策的影響[12]。Zhao等研究了制造商再制造、不同專利授權(quán)策略下零售商再制造閉環(huán)供應(yīng)鏈的定價、服務(wù)及回收決策[13]。許民利等構(gòu)建了考慮消費者支付意愿的需求模型，在此基礎(chǔ)上，研究了有專利及無專利下新品和再制品的定價決策[14]。鄭本榮等構(gòu)建了再制造商授權(quán)第三方再制造的雙渠道閉環(huán)供應(yīng)鏈模型，并設(shè)計了協(xié)調(diào)契約[15]。劉志等在消費者對高、低端產(chǎn)品不同需求下，研究了制造商的專利授權(quán)策略[16]。以上研究僅關(guān)注了再制造的專利授權(quán)策略，鮮有涉及碳減排策略的研究。

“十三五”以來我國相繼出臺一系列政策鼓勵企業(yè)實施碳減排，企業(yè)通過低碳生產(chǎn)建立了綠色品牌形象，同時市場中的消費者也開始關(guān)注產(chǎn)品的低碳屬性。一些學(xué)者關(guān)注了消費者低碳偏好對供應(yīng)鏈決策的影響，Gu等首先定義了環(huán)境影響的度量標(biāo)準(zhǔn)，在考慮消費者環(huán)保意識的基礎(chǔ)上，得到了制造商產(chǎn)品質(zhì)量設(shè)計的最佳策略[17]。Wang等考慮了渠道權(quán)力結(jié)構(gòu)及消費者偏好對供應(yīng)鏈減排策略的影響，并提出了成本共享契約與批發(fā)價契約[18]。Wan等在考慮消費者偏好背景下，探討了廢舊產(chǎn)品回收質(zhì)量對閉環(huán)供應(yīng)鏈成員決策的影響[19]。進一步，Li等研究了兩種碳排放管制方法對集中式和分散式下供應(yīng)鏈成員碳減排決策的影響[20]。以上文獻(xiàn)考慮了供應(yīng)鏈及閉環(huán)供應(yīng)鏈中消費者的低碳偏好，然而并未涉及再制造的專利授權(quán)問題。

綜上，相對已有研究，本文的主要貢獻(xiàn)如下：同時考慮了制造商的碳減排投資，零售商再制造的專利授權(quán)策略以及市場中消費者的低碳偏好，在上述背景下，研究消費者行為以及碳限額與交易政策對其成員決策的影響，并從閉環(huán)供應(yīng)鏈領(lǐng)導(dǎo)者的角度，提出決策建議。構(gòu)建制造商回收再制造(模型)、零售商回收再制造支付固定專利費(模型)、零售商回收再制造支付單位專利費模型(模型)，分析低碳消費者比例、普通消費者對再制品接受程度以及碳交易價格對閉環(huán)供應(yīng)鏈成員回收、碳減排及定價決策的影響，并比較三種模式下閉環(huán)供應(yīng)鏈成員及整體的利潤，得到制造商的最佳回收及專利授權(quán)策略。

1 問題描述及假設(shè)

圖1 閉環(huán)供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)示意圖

市場中的消費者細(xì)分為兩類：一類是具有低碳偏好的消費者，此類消費者注重商品的低碳屬性，認(rèn)為新品與再制品無差異，對新產(chǎn)品和再制品的支付意愿同為θ，θ～U(0,1)，由于再制品的價格相比新品價格更低，因此低碳偏好的消費者購買再制品[13]。另一類是普通消費者，此類消費者不關(guān)注商品的低碳屬性，對再制品的支付意愿為δθ，低于新品的支付意愿θ(δ是普通消費者對再制品的接受程度，也可理解為普通消費者相對于新品對再制品的折扣，0<δ<1)。為了簡化計算，假設(shè)市場容量為1，低碳消費者所占比率為β，普通消費者所占比率為(1-β)。類似文獻(xiàn)[23]等的研究，不失一般性，令cr=0。以上假設(shè)不影響本文結(jié)論。同文獻(xiàn)[14]的研究結(jié)果類似，可以得到如下需求函數(shù)。

情形1當(dāng)δpn>pr時，

(1)

(2)

情形2當(dāng)δpn≤pr時，

(3)

(4)

2 模型構(gòu)建及求解

2.1 M模型-制造商回收再制造模型

在M模型中，制造商投資碳減排技術(shù)用于新品的制造，同時，自行回收再制造廢舊產(chǎn)品。博弈決策順序如下：主導(dǎo)制造商確定回收率、碳減排率及新品與再制品批發(fā)價格，零售商據(jù)此做出最利于己方的定價決策。制造商和零售商的利潤函數(shù)如下:

(5)

(6)

2.2 RF模型-零售商回收再制造支付固定專利費模型

在RF模型中，制造商投資碳減排技術(shù)用于新品的制造，零售商負(fù)責(zé)產(chǎn)品的銷售，以及回收再制造廢舊產(chǎn)品，并支付給制造商固定的專利授權(quán)費用。制造商和零售商的利潤函數(shù)如下:

(7)

prqr-F-bτ(qn+qr)-ατ2

(8)

將情形1下的需求函數(shù)式(1)和式(2)分別代入式(7)和式(8)中，省略詳細(xì)計算過程，均衡結(jié)果如表1中δpn>pr情形下第3列所示。

2.3 Rf模型-零售商回收再制造支付單位專利費模型

在Rf模型中，制造商投資碳減排技術(shù)用于新品的制造，零售商負(fù)責(zé)產(chǎn)品的銷售，以及回收再制造廢舊產(chǎn)品，并支付給制造商單位專利授權(quán)費用。制造商和零售商的利潤函數(shù)如下:

2.“產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)、發(fā)展后勁強”。公司在調(diào)整產(chǎn)業(yè)布局、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)上雖然做了大量扎實有效的工作，但距公司科學(xué)發(fā)展的實際要求還有很大差距。要對標(biāo)分析國際一流石油技術(shù)服務(wù)公司的發(fā)展模式，打造“長板”補上“短板”，率先在儀器工具、化工產(chǎn)品研發(fā)制造上提速提質(zhì)，抓緊建立完善集研發(fā)、制造、服務(wù)于一體的結(jié)構(gòu)合理、滿足市場的產(chǎn)業(yè)體系。

(9)

bτ(qn+qr)-ατ2

(10)

將情形1下的需求函數(shù)式(1)和式(2)分別代入式(9)和式(10)，省略詳細(xì)計算過程，均衡結(jié)果如表1中δpn>pr情形下第4列所示。

當(dāng)普通消費者對再制品的支付意愿小于再制品的實際價格時，將情形2下的需求函數(shù)式(3)和式(4)分別代入式(5)～式(10)中，與上文的計算過程相似，采用逆向遞推法，可分別求得三種模型下的均衡結(jié)果，具體如表1中δpn≤pr情形下第2～4列所示。

表1 三種模型下均衡解

3 均衡結(jié)果分析

當(dāng)δpn>pr時，回收率及碳減排率在三種模型下，均關(guān)于低碳消費者比例β及普通消費者對再制品接受程度δ遞增；在M及RF模型下，再制造方傾向于提高再制品的單位零售價格以期獲得更大的利潤，而在Rf模型下，再制品單位價格關(guān)于β和δ的變化趨勢，視零售商支付的單位專利費用f大小而定?？梢娛袌鲋械吞枷M者比例的增加，不僅有利于碳減排，還有利于促進廢舊產(chǎn)品的回收再制造。

當(dāng)δpn>pr時，隨著碳排放權(quán)單位交易價格Pe的增加，三種模型下碳減排率，新品的批發(fā)價及零售價均提高，而其市場需求降低，這與Yuan等[5]的研究結(jié)果類似，本文的研究進一步揭示了不同回收及專利授權(quán)策略下，低碳閉環(huán)供應(yīng)鏈中碳權(quán)交易價格對碳減排及定價決策等的影響。

命題1表明，當(dāng)δpn>pr時，廢舊產(chǎn)品的回收率在M模型下最高，而在Rf模型下最低，這是由于零售商回收再制造時，專利費的支出會減少再制品的利潤。由于僅考慮了制造商的碳減排，且碳減排不受回收渠道與專利模式的影響，因此三種模型下制造商的碳減排率是一致的。M模型下新品的批發(fā)價格和零售價格都是最高的，制造商傾向于通過制定更高的新品價格，以此獲得更大的利潤。RF模型下，零售商迫于一次性支付專利費用的資金壓力，只能提高再制品的零售價格，因此RF模型下再制品的零售價格在三種模型下最高。由于再制品銷量與其零售價格成反比，因此Rf模型下再制品的銷量最高，而新品的需求不受回收渠道的影響，在三種模型下新品需求相同。

命題2表明，當(dāng)δpn≤pr時，RF模型下的回收率高于Rf模型；M模型中，由于此時再制品市場縮減，新品相對于再制品具有低碳屬性且具有價格優(yōu)勢，所以碳減排率是最高的，而碳減排率不受專利授權(quán)模式的影響，因此零售商回收再制造時，無論哪種支付專利費用的方式都將不影響新品的碳減排率。M模型下新品的零售價格最高，此結(jié)論與δpn>pr時結(jié)論一樣，RF模型下再制品的零售價格更低，新品單位利潤更高。M模型下新品的銷量最高，新品和再制品需求都受碳減排率影響，新品相對于再制品具有低碳屬性且更具價格優(yōu)勢，而Rf模型下再制品的銷量總是更高的。

4 數(shù)值分析及管理啟示

本節(jié)通過數(shù)值算例分析和檢驗證文中的主要結(jié)論。篇幅所限，僅考慮普通消費者對再制品的支付意愿大于再制品的實際價格情形，即δpn>pr。假設(shè)文中的相關(guān)參數(shù)取值為：δ=0.5,β=0.8,b=5,Pe=8,a=0.1,k=10,c=1,f=0.05,G=8,F=1。研究普通消費者對再制品接受程度、低碳消費者比例及碳權(quán)交易價格對企業(yè)及閉環(huán)供應(yīng)鏈利潤的影響，具體仿真結(jié)果如表2至表4所示。

表2 當(dāng)δpn>pr時,普通消費者對再制品不同接受程度下利潤函數(shù)表

表4 當(dāng)δpn>pr時，不同碳權(quán)交易價格下利潤函數(shù)表

表2表明，三種模型下，制造商的利潤關(guān)于普通消費者對再制品接受程度δ呈現(xiàn)“增加-降低-增加”的變化，這是因為當(dāng)δ較小或者較大時，市場中的消費者更愿意購買新品或再制品，對制造商來說δ的增加是更有利的，而當(dāng)δ處于中間位置時，市場中新品與再制品的競爭最大，反而使得制造商的利潤降低；RF模型下制造商的利潤最高，說明零售商一次性支付固定專利費用對制造商總是更有利。零售商的利潤關(guān)于δ遞增，但當(dāng)δ過高時，零售商的利潤反而會降低，這是由于當(dāng)普通消費者對再制品和新品的支付意愿相差很小時，由于再制品的價格優(yōu)勢，再制品的銷量增加，新品的銷量降低，使得零售商的利潤降低；當(dāng)δ達(dá)到一定閾值時，Rf模型下零售商的利潤是最高的，這是因為單位專利費用會使得零售商更有動力增加再制品的銷售利潤，進而實現(xiàn)零售商利潤的優(yōu)化。閉環(huán)供應(yīng)鏈的利潤隨著δ的變化規(guī)律與制造商相似，當(dāng)δ達(dá)到一定閾值時，RF模型下閉環(huán)供應(yīng)鏈的利潤是最高的。

表3表明，當(dāng)普通消費者對再制品的支付意愿大于再制品的實際價格時，三種模型下，制造商、零售商以及閉環(huán)供應(yīng)鏈的利潤關(guān)于低碳消費者比例β均出現(xiàn)“降低-增加-降低”的變化，即當(dāng)β處在中間范圍時，各方利潤都隨著β的增加而增加，而當(dāng)β較小或者較大時，β的增加反而會使各方利潤降低。RF模型下制造商利潤實現(xiàn)最優(yōu)。

表3 當(dāng)δpn>pr時，不同低碳消費者比例下利潤函數(shù)表

表4表明，當(dāng)普通消費者對再制品的支付意愿大于再制品的實際價格時，制造商利潤關(guān)于碳權(quán)交易價格Pe呈上升態(tài)勢，而零售商利潤的變化需視Pe的大小而定，當(dāng)Pe低于一定閾值時，零售商利潤是Pe的增函數(shù)，反之零售商的利潤降低，這是由于Pe的增加會造成新品零售價格增高，進而新品需求減少，導(dǎo)致零售商利潤降低，故對政府而言，需制定合適的碳權(quán)交易價格實現(xiàn)環(huán)境效益及經(jīng)濟效益的平衡。

當(dāng)δpn≤pr時，即普通消費者對再制品的支付意愿小于再制品的實際價格，參數(shù)對企業(yè)利潤的影響，與δpn>pr情形所呈現(xiàn)的規(guī)律相似，篇幅所限，這里不再贅述。

5 結(jié)論

本文考慮碳減排及消費者低碳偏好，研究了碳限額交易政策下三種回收再制造及專利授權(quán)模式(制造商回收再制造、零售商回收再制造且支付固定專利費用、以及零售商回收再制造且支付單位專利費用)下，閉環(huán)供應(yīng)鏈的回收及專利授權(quán)策略，研究發(fā)現(xiàn)：1)當(dāng)普通消費者對再制品的支付意愿大于再制品的實際價格時，低碳消費者比例及普通消費者對再制品接受程度的增加，總會使得閉環(huán)供應(yīng)鏈的回收率增加。因此，消費者關(guān)于再制品的接受程度以及對低碳產(chǎn)品偏好的提升，對市場中廢舊產(chǎn)品的回收以及閉環(huán)供應(yīng)鏈成員的社會效益和經(jīng)濟效益均有積極作用。2)當(dāng)普通消費者對再制品的支付意愿大于再制品的實際價格時，碳減排率隨低碳消費者比例及普通消費者對再制品接受程度的增加而增加。因此，加大市場中對再制品和低碳產(chǎn)品的宣傳，總是有利于制造商碳減排率的提高，提升企業(yè)的綠色形象。3)當(dāng)普通消費者對再制品的支付意愿大于再制品的實際價格時，碳交易市場中碳權(quán)交易價格的提高，總是有利于產(chǎn)品碳減排率的提升。4)三種模式下，當(dāng)零售商回收再制造且支付固定專利費時，制造商利潤實現(xiàn)最優(yōu)，從自身利潤最優(yōu)的角度出發(fā)，作為領(lǐng)導(dǎo)者的制造商將總是選擇此模式。5)三種模式下，零售商及閉環(huán)供應(yīng)鏈利潤受低碳消費者比例、碳權(quán)交易價格及普通消費者對再制品接受程度的共同影響，從閉環(huán)供應(yīng)鏈整體利潤最優(yōu)的角度出發(fā)，制造商應(yīng)適當(dāng)調(diào)整回收策略與專利授權(quán)策略，以實現(xiàn)整體利潤的最優(yōu)。

本文的研究僅考慮了新品的碳減排，進一步的研究可以考慮新品與再制品同時碳減排下閉環(huán)供應(yīng)鏈的專利授權(quán)決策問題。