碳交易機(jī)制下存在沖突行為的供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)研究

蔡立燕，劉俊，王傅強(qiáng)

(中南大學(xué) 商學(xué)院，湖南 長沙 410083)

碳交易機(jī)制下存在沖突行為的供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)研究

蔡立燕，劉俊，王傅強(qiáng)

(中南大學(xué) 商學(xué)院，湖南 長沙 410083)

摘要:研究當(dāng)上游制造商面臨碳交易機(jī)制而采取碳減排行動使得下游制造商的生產(chǎn)成本上升的沖突型兩級低碳供應(yīng)鏈的協(xié)調(diào)問題。假設(shè)上游制造商和下游制造商之間為Stackelberg博弈，其中上游制造商為主導(dǎo)者，下游制造商為跟隨者?？紤]分散決策、集中決策、生產(chǎn)成本共擔(dān)和減排收益共享契約下的分散決策4種情形并利用逆向歸納法求解。研究結(jié)果表明：沖突行為越激烈，減排效率越低且商品零售價格越高；引入契約后分散供應(yīng)鏈的最優(yōu)投資沒有變化，仍然無法達(dá)到集中供應(yīng)鏈的最優(yōu)投資；單一的生產(chǎn)成本共擔(dān)契約或者減排收益共享契約無法實現(xiàn)供應(yīng)鏈參與約束更無法達(dá)到激勵相容約束，根本原因是共擔(dān)的成本或者共享的減排收益會通過批發(fā)價機(jī)制進(jìn)行轉(zhuǎn)移，故而該供應(yīng)鏈難以實現(xiàn)協(xié)調(diào)。

關(guān)鍵詞：碳減排；沖突行為；供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)

隨著全球氣候變暖的日益加劇，碳減排已成為全球范圍內(nèi)的共識。運用市場手段，促使企業(yè)進(jìn)行技術(shù)革新和運作優(yōu)化，減少二氧化碳排放，相關(guān)做法已經(jīng)在全球范圍內(nèi)得到了廣泛使用。碳交易機(jī)制是其中最常用的一種市場手段。自2005年《京都議定書》正式生效以來，全球范圍內(nèi)已涌現(xiàn)出20多家碳交易所，交易規(guī)模逐年成倍增長。根據(jù)曾剛等[1]對世界銀行數(shù)據(jù)的整理，可知2005年國際碳金融市場交易總額約為100億美元，到2008年，已達(dá)到1260億美元。Bothra[2]的研究也表明，全球碳交易市場2025年預(yù)計將達(dá)到2萬億美元。

面對來自政府政策制定、顧客消費習(xí)慣及偏好行為的改變等多方面的壓力，企業(yè)在努力追求經(jīng)濟(jì)效益的同時還需要降低碳排放。碳交易市場的出現(xiàn)，使得碳排放權(quán)這種伴隨著產(chǎn)品生產(chǎn)而產(chǎn)生的無差異商品可以在國家與國家、企業(yè)與企業(yè)之間進(jìn)行交易，消除了地域的界限，給企業(yè)帶來了新的機(jī)遇。許多企業(yè)逐漸考慮碳交易機(jī)制下的最優(yōu)運作策略，以便在低碳經(jīng)濟(jì)背景下獲得新的競爭優(yōu)勢。

根據(jù)NAHBResearchCenter對建筑部門使用不同材料進(jìn)行房屋建造的對比[3]、Nayak等[4]對水和其他溶劑的繪畫顏料的制造與應(yīng)用的分析，以及Koomen[5]對EastmanChemical的產(chǎn)品以不同狀態(tài)進(jìn)行運輸?shù)难芯浚?yīng)鏈上的企業(yè)進(jìn)行碳減排，不僅影響企業(yè)自身的碳排放，還會對上下游企業(yè)的生產(chǎn)成本產(chǎn)生影響，從而造成供應(yīng)鏈上下游企業(yè)之間的激烈沖突。由于沖突行為可能影響到下游制造商的積極性，以及供應(yīng)鏈整體的減排效果，因此，探討供應(yīng)鏈碳減排過程中存在的沖突行為對企業(yè)產(chǎn)品定價和減排投資的影響以及設(shè)計契約實現(xiàn)該供應(yīng)鏈的協(xié)調(diào)具有現(xiàn)實意義。

1文獻(xiàn)綜述

與本文相關(guān)的現(xiàn)有文獻(xiàn)主要集中在低碳供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)和沖突行為下的供應(yīng)鏈契約協(xié)調(diào)等問題。

在研究低碳供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)的代表文獻(xiàn)中，Benjaafar等[6]將碳排放約束加入到經(jīng)典的生產(chǎn)模型，檢驗了供應(yīng)鏈采購和生產(chǎn)計劃，通過供應(yīng)鏈成員的生產(chǎn)調(diào)整和協(xié)調(diào)能夠?qū)崿F(xiàn)碳排放量大幅下降但成本卻未大幅上升。Ghosh等[7]通過博弈論的方法分析了成本共擔(dān)契約對綠色供應(yīng)鏈中產(chǎn)品綠色程度、產(chǎn)品價格以及利潤的影響。史卓然等[8]研究了單個供應(yīng)商和單個制造商的行業(yè)結(jié)構(gòu)中，供應(yīng)商不減排，供應(yīng)商單獨減排以及供應(yīng)商與制造商利用價格折扣契約合作減排三種情況下，供應(yīng)鏈的協(xié)調(diào)情況。王芹鵬等[9]研究比較了不合作、成本分擔(dān)以及合作三種契約對于供應(yīng)鏈成員的影響，研究發(fā)現(xiàn)制造商的減排和零售商的促銷水平在合作契約下最高，并且設(shè)計了利潤共享使制造商和零售商獲取更多的價值。李媛等[10-11]分別研究了在供應(yīng)鏈低碳化背景下具有公平偏好的制造商向零售商提供兩部定價契約以及制造商向具有公平偏好的零售商提供不同契約的供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)問題。徐春秋等[12]以低碳和普通產(chǎn)品兩個制造商和一個零售商組成的兩級供應(yīng)鏈系統(tǒng)為研究對象，探討了供應(yīng)鏈的差異化定價與協(xié)調(diào)機(jī)制問題。Swami等[13]通過契約設(shè)計使分散供應(yīng)鏈的整體利潤達(dá)到集中供應(yīng)鏈的效果，以實現(xiàn)供應(yīng)鏈整體績效的帕累托改進(jìn)，達(dá)到協(xié)調(diào)。

在研究沖突行為下的供應(yīng)鏈契約協(xié)調(diào)的代表文獻(xiàn)中，易余胤等[14]在銷售渠道和回收渠道均存在沖突的情形下建立了閉環(huán)供應(yīng)鏈博弈模型，提出了一個改進(jìn)的兩部定價契約來實現(xiàn)閉環(huán)供應(yīng)鏈的協(xié)調(diào)。孟秀麗等[15]針對食品質(zhì)量鏈多主體企業(yè)協(xié)同過程中的沖突問題，提出一種基于協(xié)商的沖突消解方法。杜同等[16]針對在產(chǎn)銷協(xié)同計劃中時常出現(xiàn)沖突，引入讓步協(xié)商策略，在有限信息共享條件下，建立供應(yīng)鏈產(chǎn)銷協(xié)同計劃沖突協(xié)商模型。郭亞軍等[17]研究了電子商務(wù)環(huán)境下制造企業(yè)開辟電子市場，采取混合雙渠道戰(zhàn)略而引起渠道沖突的內(nèi)在原因，并設(shè)計了協(xié)調(diào)機(jī)制實現(xiàn)了雙渠道的協(xié)調(diào)。趙禮強(qiáng)等[18-19]為了解決混合雙渠道的沖突和協(xié)調(diào)，設(shè)計了批發(fā)價加電子渠道價格的合同實現(xiàn)了雙渠道供應(yīng)鏈的協(xié)調(diào)，通過改進(jìn)的收入共享契約或者電子渠道價格加二部收費合同契約不但實現(xiàn)了雙渠道供應(yīng)鏈的協(xié)調(diào)，而且實現(xiàn)了開辟電子渠道后供應(yīng)鏈各成員利潤的帕累托改進(jìn)，從而實現(xiàn)了供應(yīng)鏈雙渠道沖突的協(xié)調(diào)問題。

綜上可得，已有研究主要集中在低碳供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)機(jī)制的設(shè)計、傳統(tǒng)渠道和電子渠道并存時供應(yīng)鏈沖突問題的協(xié)調(diào)等，鮮有針對碳減排環(huán)境下供應(yīng)鏈上下游企業(yè)在減排時存在的沖突問題及其契約協(xié)調(diào)進(jìn)行研究。

2問題描述

研究由上游制造商1和下游制造商2構(gòu)成的兩級供應(yīng)鏈，產(chǎn)品生產(chǎn)依次經(jīng)歷制造商1和制造商2兩個環(huán)節(jié)。不失一般性，考慮產(chǎn)品在制造商1制造過程中的碳排放。制造商1和2之間為Stackelberg博弈，其中制造商1為主導(dǎo)者，制造商2為跟隨者。考慮在碳交易市場環(huán)境下，制造商1面臨政府的碳減排壓力，除了需要確定其價格和產(chǎn)量外，還需要對其碳減排投資額進(jìn)行決策。在現(xiàn)實中，改變產(chǎn)品的原材料、大小、形狀、彈性、重量、必要的存儲條件、耐用性等以及企業(yè)之間采取合作、協(xié)調(diào)、信息共享等方式，可以使每個企業(yè)在減少自身碳排放的同時還影響上游或者下游企業(yè)的生產(chǎn)成本。本文主要對制造商1的碳減排行動使制造商2的生產(chǎn)成本上升而形成沖突時，該種沖突型供應(yīng)鏈如何進(jìn)行協(xié)調(diào)的問題進(jìn)行研究。

為研究方便，本文做出如下假設(shè)：

1)供應(yīng)鏈所生產(chǎn)的產(chǎn)品屬于必需品，其市場為不完全競爭市場，產(chǎn)品需求是價格的線性函數(shù)。

2)兩企業(yè)之間的庫存產(chǎn)品為0。

3)在某種技術(shù)條件下，單位產(chǎn)品的碳排放量是常數(shù)。

4)信息是對稱的，制造商1在進(jìn)行碳減排投資時知曉制造商2的生產(chǎn)成本會因投資增加。

5)制造商1的減排投資是一次性投資，不影響其自身的生產(chǎn)成本，只影響制造商2的生產(chǎn)成本。

6)減排率是減排投資的單調(diào)遞增函數(shù)，其邊際減排率隨著減排投資的增加而遞減。

7)政府單周期分配的碳配額是外生變量，不能轉(zhuǎn)移到下一周期。

8)二氧化碳價格由碳交易市場決定，是外生變量。

9)制造商1和制造商2是完全理性的，以利潤最大化作為決策原則。

10)制造商1和制造商2是風(fēng)險中性的。

相關(guān)符號定義如下：

Q為市場需求量。N為市場容量。b為需求價格敏感系數(shù)。cMi為制造商i生產(chǎn)單位產(chǎn)品的成本，i=1，2。ΔcM2為制造商1減排造成的制造商2單位產(chǎn)品的生產(chǎn)成本的增量。h為不減排時制造商1生產(chǎn)單位產(chǎn)品時的初始碳排放量。h′為減排時制造商1生產(chǎn)單位產(chǎn)品時的初始碳排放量。Δh為減排前后實際碳排放量與碳限額之差。pc為單位二氧化碳的價格。ω為制造商1給制造商2的批發(fā)價。p為制造商2商品的零售價格。πMi為制造商i的利潤，i=1，2。I為制造商1的減排投資額。πC為集中決策下兩個制造商的共同利潤。Z為政府分給制造商1的碳配額。m為制造商1的減排率對減排投資的敏感系數(shù)。

其中：

產(chǎn)品的市場需求與價格的關(guān)系式為

Q=N-bp

(1)

減排前后實際碳排放量與碳限額之差

Δh=h′(N-bp)-Z

(2)

制造商的減排率與減排投資的關(guān)系式為

(3)

此外，根據(jù)D′AspremontC等[20]對研發(fā)成本函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)假設(shè)以及假設(shè)6)的規(guī)定，可知f(I)滿足f′(I)>0，f″(I)<0。f′(I)>0表明減排率是減排投資的增函數(shù)，也就是說減排投資越多減排率越高；f″(I)<0表明減排率是減排投資的凸函數(shù)，即隨著減排率的升高，減排投資的邊際減排效用是遞減的。

NC、C、CS、RS分別表示分散決策、集中決策、生產(chǎn)成本共擔(dān)和減排收益共享契約下的分散決策4種情形。

3模型求解及分析

3.1分散決策的情形

分散決策下，制造商1和制造商2以各自利潤最大化為目標(biāo)進(jìn)行決策。因為假設(shè)制造商1是主導(dǎo)者，制造商2是跟隨者，所以，制造商1先決定批發(fā)價和減排投資，之后，根據(jù)制造商1決定的批發(fā)價和減排投資，制造商2再決定其商品的價格。制造商1的利潤函數(shù)為：

(4)

考慮到上游企業(yè)碳減排將給下游企業(yè)的商品生產(chǎn)增加額外的單位成本，制造商2的利潤函數(shù)為：

πM2=(p-ω-cM2-ΔcM2)(N-bp)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

由于其海賽矩陣滿足

(10)

定理1表明，沖突行為越激烈(ΔcM2越大)，減排投資越小，即減排效率越低。當(dāng)下游制造商的生產(chǎn)成本因為上游制造商的減排而增加時，下游制造商會通過提高零售價的方式來將成本轉(zhuǎn)嫁給消費者。

分散決策下制造商1和制造商2的最優(yōu)利潤及供應(yīng)鏈的總利潤分別為：

(11)

(12)

(13)

3.2集中決策的情形

集中決策下，制造商1和2將作為一個整體進(jìn)行決策，即以整個供應(yīng)鏈利潤最大化為目標(biāo)決策產(chǎn)品的零售價格和碳減排投資額。首先，供應(yīng)鏈整體的利潤函數(shù)為：

(14)

對供應(yīng)鏈整體利潤函數(shù)式(14)分別求對價格p和碳減排投資I的一階偏導(dǎo)數(shù)，并令其為0，分別得到：

(15)

解得

(16)

(17)

在集中決策下，制造商的最優(yōu)減排投資大于分散決策下的最優(yōu)減排投資，這是由于供應(yīng)鏈的雙重邊際效應(yīng)決定的。此外，與分散決策時的情形一致，集中供應(yīng)鏈的零售價格隨ΔcM2的增加而增加，最優(yōu)減排投資隨ΔcM2的增加而減小。

集中決策下上下游制造商組成的供應(yīng)鏈的最優(yōu)總利潤為：

(18)

3.3生產(chǎn)成本共擔(dān)契約

(19)

πM2=(p-ω-cM2-(1-φ)ΔcM2)(N-bp)

(20)

通過求解在生產(chǎn)成本共擔(dān)契約下制造商1和制造商2的最優(yōu)決策，得：

(21)

(22)

(23)

引入生產(chǎn)成本共擔(dān)契約后制造商1和制造商2的最優(yōu)利潤及供應(yīng)鏈的總利潤分別為：

(24)

(25)

(26)

3.4減排收益共享契約

接下來，我們再考慮減排收益共享契約實現(xiàn)供應(yīng)鏈的協(xié)調(diào)。假設(shè)制造商1分享的減排收益比例為φ(0<φ<1)，制造商1和制造商2的利潤函數(shù)表達(dá)式分別為：

(27)

(28)

通過求解在減排收益共享契約下制造商1和制造商2的最優(yōu)決策，得：

(29)

(30)

(31)

引入減排收益共享契約后制造商1和制造商2的最優(yōu)利潤及供應(yīng)鏈的總利潤分別為：

(32)

(33)

(34)

定理3表明，引入契約之后，分散決策下的最優(yōu)零售價格沒有改變且大于集中決策下的最優(yōu)零售價格；分散決策下的最優(yōu)投資沒有改變且小于集中決策下的最優(yōu)投資。

定理4表明，引入契約前后分散供應(yīng)鏈中制造商1和制造商2最優(yōu)利潤都沒有改變，即參與約束失效。

定理5表明，引入契約后分散供應(yīng)鏈最優(yōu)總利潤仍然無法達(dá)到集中供應(yīng)鏈最優(yōu)總利潤，即激勵相容約束無法達(dá)到。

定理6表明，當(dāng)引入單一的生產(chǎn)成本共擔(dān)契約時，供應(yīng)鏈上游的制造商雖然分擔(dān)了下游制造商增加的部分生產(chǎn)成本，但是上游制造商會將分擔(dān)的這部分成本轉(zhuǎn)移到給下游制造商的批發(fā)價里，引入契約前后供應(yīng)鏈成員各自的效率在實質(zhì)上并沒有得到改變，故此契約無法協(xié)調(diào)。

定理7表明，當(dāng)引入單一的減排收益共享契約時，供應(yīng)鏈上游的制造商雖然將一部分減排收益給了下游制造商，但是上游制造商會將分享的這部分收益轉(zhuǎn)移到給下游制造商的批發(fā)價里，引入契約前后供應(yīng)鏈成員各自的效率在實質(zhì)上并沒有得到改變，故此契約無法協(xié)調(diào)。

4結(jié)論

1)沖突行為越激烈，減排效率越低且商品零售價格越高。

2)引入生產(chǎn)成本共擔(dān)契約或者減排收益共享契約后分散供應(yīng)鏈的最優(yōu)投資沒有變化，仍然無法達(dá)到集中供應(yīng)鏈的最優(yōu)投資。

3)單一的生產(chǎn)成本共擔(dān)契約或者減排收益共享契約無法實現(xiàn)供應(yīng)鏈參與約束更無法達(dá)到激勵相容約束，根本原因是共擔(dān)的成本或者共享的減排收益會通過批發(fā)價機(jī)制進(jìn)行轉(zhuǎn)移，故而此供應(yīng)鏈難以實現(xiàn)協(xié)調(diào)。

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Supply chain coordination under carbon trading mechanism in case of conflict

CAI Liyan, LIU Jun, WANG Fuqiang

(SchoolofBusiness,CentralSouthUniversity,Changsha410083,China)

Abstract:This paper studied the coordination of the conflicting two-echeon low carbon supply chain consisting of upstream and downstream manufacturers. The conflict was defined that the upstream manufacturer takes action for carbon emissions reduction under carbon trading mechanism while the downstream manufacturer's production cost rises. It assumed for the Stackelberg game that the upstream manufacturer plays as a leader and the downstream manufacturer does as a follower. Four kinds of situation of decentralized decision making, centralized decision-making, the production cost sharing contract and the carbon emissions reduction revenue sharing contract under decentralized decision making were considered and the way of backward induction was used to solve. The results show that the more intense the conflict is, the lower the efficiency of carbon emissions reduction is and the higher the retail price is. The optimal investment of the decentralized supply chain under the two contracts is unchanged and still lower than that of the centralized supply chain. The participation constraint and incentive compatibility constraint cannot achieve with the single production cost sharing contract or the carbon emissions reduction revenue sharing contract. The root cause is that the sharing cost or carbon emissions reduction sharing revenue will transfer through the wholesale price mechanism. Therefore, it is difficult to coordinate for this supply chain.

Key words:Carbon emissions reduction; conflict; supply chain coordination

收稿日期：2015-10-11

基金項目：教育部哲學(xué)社會科學(xué)研究重大課題攻關(guān)資助項目(10JZD0020)；國家自然科學(xué)基金重點資助項目(71431006)；中國博士后基金資助項目(2014M562145)

通訊作者：蔡立燕(1964-)，女，湖南澧縣人，副教授，從事戰(zhàn)略管理，企業(yè)管理理論研究；E-mail: caily@csu.edu.cn

中圖分類號：F252

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1672-7029(2016)05-1000-07