聯(lián)合庫存管理策略對供應(yīng)鏈的碳排放影響

余利娥

摘要：比較碳稅政策下的兩零售商分散決策和合作決策下供應(yīng)鏈的最小總成本與碳排放發(fā)現(xiàn)，JMI策略可以在降低供應(yīng)鏈的總成本的同時降低碳排放，特別是采取貨存第三方的JMI策略時，碳減排的效果最顯著，但是第三方配送中心的成本會增加，不能實(shí)現(xiàn)怕累托改進(jìn)，利用Shapley值法制定物流配送服務(wù)價格則可以促進(jìn)配送中心和兩零售商的三方合作。分析配送中心的負(fù)優(yōu)勢系數(shù)對三方分配利潤的影響發(fā)現(xiàn)，Shapley值法可以增強(qiáng)合作的積極性。利用數(shù)值算例分析發(fā)現(xiàn)，碳稅率對最優(yōu)訂購批量的影響取決于作業(yè)成本與碳排放量的比值

關(guān)鍵詞：聯(lián)合庫存管理;碳排放;碳稅;Shapley值法

中圖分類號：F252

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1672-626X（2018）05-0072-10

一、引言及文獻(xiàn)回顧

2015年11月30日，習(xí)近平總書記在氣候變化巴黎大會上再次承諾中國將于2030年實(shí)現(xiàn)單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降60%～65%。2016年年初廣東省、浙江省、福建省等省份在兩會期間紛紛提出要大力發(fā)展綠色低碳經(jīng)濟(jì)，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)已經(jīng)獲得我國政府和企業(yè)的重點(diǎn)關(guān)注。供應(yīng)鏈在運(yùn)輸、庫存管理等作業(yè)環(huán)節(jié)都會產(chǎn)生大量的碳排放，Jira等（2013）指出由供應(yīng)鏈產(chǎn)生的碳排放超過了由全球2500家最大的公司運(yùn)營產(chǎn)生的碳排放，而這些公司估計產(chǎn)生了全球20%的碳排放[1]。因此研究供應(yīng)鏈的碳減排問題具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1997年《京都議定書》通過后，各國政府紛紛出臺各種碳排放政策，以降低碳排放。目前各國應(yīng)用得較多的碳排放政策主要有碳稅政策、碳限額政策、碳限額與交易政策、碳限額與補(bǔ)償政策等。學(xué)者們在碳排放政策方面的研究文獻(xiàn)較多。Kuo等（2016）分析了碳稅政策對企業(yè)新技術(shù)投資的影響，指出通過制定合理的碳稅稅率可以促使企業(yè)降低生產(chǎn)過程中的碳排放[2]。王慧慧等（2016）利用基尼系數(shù)優(yōu)化模型對全球132個國家的碳排放配額進(jìn)行了公平分配[3]。Carmona等（2011）研究了期權(quán)估值風(fēng)險中性模型的碳排放權(quán)定價問題[4]。趙榮欽等（2015）對區(qū)域碳補(bǔ)償進(jìn)行了研究綜述，分析了碳補(bǔ)償?shù)膬?nèi)涵和特征[5]。

關(guān)于低碳供應(yīng)鏈運(yùn)營管理的研究文獻(xiàn)也較多。Sazvar等（2014）指出由于消費(fèi)者低碳意識的加強(qiáng)以及法規(guī)的約束，使得企業(yè)在生產(chǎn)經(jīng)營活動中不得不減少對環(huán)境的負(fù)面影響，因此研究供應(yīng)鏈對環(huán)境的影響至關(guān)重要[6]。Cholette等（2009）測量了葡萄酒供應(yīng)鏈中運(yùn)輸和庫存環(huán)節(jié)的碳排放量[7]。Pan等（2013）采用某企業(yè)的運(yùn)輸數(shù)據(jù)，研究了不同運(yùn)輸方式下的碳排放量，指出采用多式聯(lián)運(yùn)可以有效降低運(yùn)輸過程中的碳排放量[8]。Hoen等（2014）研究了碳排放規(guī)制（排放成本和排放限制）對企業(yè)運(yùn)輸方式選擇的影響并提出建議[9]。Ji等（2014）構(gòu)建了一個可持續(xù)的供應(yīng)鏈模型，研究了如何在生產(chǎn)、配送和處理各階段盡可能地減輕對環(huán)境的負(fù)面影響[10]。李劍等（2016）基于EOQ模型，以一個供應(yīng)商和一個零售商組成的供應(yīng)鏈為研究對象，建立了包含減排投資的碳交易模型，研究了碳交易價格對零售商和供應(yīng)商的影響[11]。徐春秋等（2016）建立了供應(yīng)鏈上下游聯(lián)合減排與低碳宣傳的微分博弈模型[12]。趙道致等（2016）借助微分博弈研究了單個供應(yīng)商和單個制造商合作的兩級供應(yīng)鏈縱向合作減排問題[13]。

聯(lián)合庫存管理（JMI）是一種在供應(yīng)商管理庫存（VMI）基礎(chǔ)上發(fā)展起來的上游企業(yè)和下游企業(yè)權(quán)力責(zé)任平衡和風(fēng)險共擔(dān)的庫存管理模式，強(qiáng)調(diào)雙方同時參與，共同制定庫存計劃。JMI打破了各企業(yè)各自為政的庫存管理方式，體現(xiàn)了供應(yīng)鏈的集成管理思想，有利于降低供應(yīng)鏈的庫存成本。關(guān)于聯(lián)合庫存管理的研究文獻(xiàn)較多。Goyal（ 1977）首次提出聯(lián)合庫存管理策略的重要性[14]。Ben-Daya等（2004）研究了單供應(yīng)商一單制造商的供應(yīng)鏈聯(lián)合庫存管理問題，發(fā)現(xiàn)采用聯(lián)合庫存管理策略可以降低成本[15]。Chen等（2007）提出了一個允許延遲支付的聯(lián)合庫存管理模型，確定了最優(yōu)補(bǔ)貨間隔時間和最優(yōu)補(bǔ)貨頻率[16]。莫正敏等（2008）研究了兩個需求量不同的制造商參與聯(lián)合采購的經(jīng)濟(jì)訂購批量模型，指出采取聯(lián)合采購及聯(lián)合庫存管理策略可以降低制造商的成本[17]。Sajadieh等（2009）研究了提前期為隨機(jī)變量的單供應(yīng)商一單零售商供應(yīng)鏈的聯(lián)合庫存管理模型[18]。Olson等（2010）提出當(dāng)買賣雙方合作時應(yīng)該建立一個共同的庫存管理系統(tǒng)，以發(fā)揮供應(yīng)鏈的集成優(yōu)勢[19]。Huang等（2011）利用納什均衡建立了一個三層的動態(tài)非合作博弈庫存模型[20]。Sana（2011）研究了由供應(yīng)商、制造商和客戶組成的三級供應(yīng)鏈，試圖通過協(xié)同制定生產(chǎn)和庫存決策來最大化供應(yīng)鏈的期望利潤[21]。Hsu等（2013）研究了當(dāng)供應(yīng)商生產(chǎn)的產(chǎn)品存在質(zhì)量問題時供應(yīng)商和買方合作的聯(lián)合庫存管理模型[22]。Shahpouri等（2013）建立了一個供應(yīng)商一買方合作的聯(lián)合庫存管理模型，并給出了獲得最優(yōu)解的算法[23]。高春瑜（2013）指出了聯(lián)合庫存管理的四種實(shí)現(xiàn)方式[24]。Yang等（2014）假設(shè)瑕疵品發(fā)生在原材料供應(yīng)和產(chǎn)品制造階段，在此基礎(chǔ)上建立了一個三級供應(yīng)鏈的聯(lián)合庫存管理模型[25]。Yang等（2015）研究了在有一定瑕疵品率的情形下，付款周期取決于購買價格的供應(yīng)鏈聯(lián)合庫存管理模型，指出合適的庫存策略能夠提高供應(yīng)鏈的期望總利潤[26]。冉文學(xué)等（2017）研究了供應(yīng)商和零售商采取聯(lián)合庫存管理策略下生鮮食品的最優(yōu)供給策略[27]。江玉杰（2018）構(gòu)建了二級服裝供應(yīng)鏈的聯(lián)合庫存管理模型[28]。陳忐松等（2018）分析了考慮公平關(guān)切的聯(lián)合庫存管理模式下，供應(yīng)鏈上游企業(yè)和下游企業(yè)的協(xié)調(diào)問題[29]。

目前，從碳排放測量、運(yùn)輸方式選擇、配送網(wǎng)絡(luò)設(shè)計等方面研究低碳供應(yīng)鏈的文獻(xiàn)較多，但是從庫存策略角度研究低碳供應(yīng)鏈的文獻(xiàn)較少;研究供應(yīng)鏈縱向合作的聯(lián)合庫存管理策略的文獻(xiàn)較多，而研究供應(yīng)鏈橫向合作的聯(lián)合庫存管理策略的文獻(xiàn)較少，莫正敏等（2008）雖然研究了兩個制造商的聯(lián)合庫存管理策略，但是其沒有考慮碳排放政策對供應(yīng)鏈決策的影響，而且也沒有考慮不同的JMI實(shí)現(xiàn)方式對供應(yīng)鏈決策的影響?；诖?，本文以由一個供應(yīng)商和兩個零售商組成的供應(yīng)鏈系統(tǒng)作為研究對象，以EOQ模型作為零售商的貨物訂購方式，研究了碳稅政策下，兩個零售商橫向合作對供應(yīng)鏈的碳排放影響以及不同的JMI實(shí)現(xiàn)方式對供應(yīng)鏈的碳排放影響，并利用Shapley值法對供應(yīng)鏈利益進(jìn)行分配，以實(shí)現(xiàn)帕累托改進(jìn)。

二、模型與分析

（一）基本假設(shè)及參數(shù)、成本構(gòu)成說明

1.基本假設(shè)

為了方便建立模型，本文的基本假設(shè)如下：兩零售商具有相互獨(dú)立且確定的年需求量;每次以相同的訂貨批量向供應(yīng)商訂貨，且單位商品訂購價格不隨訂購批量的變化而改變;每次的訂貨成本和訂貨產(chǎn)生的碳排放量固定且相同，單位商品年儲存成本和單位商品儲存時的年碳排放量相同;由于配送中心更加專業(yè)，因此配送中心的各項(xiàng)作業(yè)成本和碳排放相較于零售商而言具有一定的優(yōu)勢;各項(xiàng)成本均由負(fù)責(zé)管理庫存的一方承擔(dān);碳排放成本按照征收碳稅的方式計算。

2.參數(shù)說明

參數(shù)、符號說明如表1所示。

3.成本構(gòu)成

模型的總成本由訂貨成本、儲存成本、購置成本和碳排放成本四部分構(gòu)成。由于單位商品訂購價格不隨訂購批量的變化而改變，因此無論兩個零售商的訂購批量是多少，是否采取JMI策略，商品的總購置成本固定，即為兩零售商的需求量之和與商品單價的乘積，為了簡化計算，在總成本中去掉商品購置成本，即：總成本=訂貨成本+儲存成本+碳排放成本。

（三）兩零售商集中決策

兩零售商聯(lián)合訂貨并采取JMI策略，可采取貨存需方或貨存第三方的JMI實(shí)現(xiàn)方式。

1.貨存需方

假設(shè)將商品存放在零售商1處，此時兩個零售商采取聯(lián)合訂貨策略，由零售商1統(tǒng)一向供應(yīng)商訂貨來滿足自己的需求和零售商2的需求，此時，供應(yīng)鏈系統(tǒng)總的客戶需求為D1+D2，零售商2由零售商1負(fù)責(zé)商品的補(bǔ)給，零售商2由于不需要向供應(yīng)商訂貨，也不儲存商品，其訂貨成本、儲存成本和碳排放成本均為0，所以

由于兩零售商每次的訂貨成本和訂貨產(chǎn)生的碳排放量固定且相同，單位商品年儲存成本和單位商品儲存時的年碳排放量相同，因此無論是將商品存放在零售商l處還是存放在零售商2處，供應(yīng)鏈系統(tǒng)的總成本函數(shù)不變，最優(yōu)訂購批量、供應(yīng)鏈系統(tǒng)的最小總成本、碳排放量相同。

2.貨存第三方

第三方配送中心負(fù)責(zé)實(shí)施聯(lián)合訂貨和JMI策略，即配送中心按照兩個零售商的需求量統(tǒng)一向供應(yīng)商訂貨，并將供應(yīng)商提供的商品運(yùn)輸?shù)阶约旱膫}庫儲存，然后根據(jù)兩個零售商的需求實(shí)施配送，零售商沒有庫存。由于各項(xiàng)成本均由負(fù)責(zé)管理庫存的一方承擔(dān)，因此在這種JMI模式下，兩個零售商的總成本和碳排放均為0，此時所有的成本均由配送中心承擔(dān)。

三、基于Shapley值法的物流配送服務(wù)價格制定

采取貨存第三方的JMI策略，供應(yīng)鏈系統(tǒng)的總成本和碳排放最低，從供應(yīng)鏈整體優(yōu)化的角度來看，該策略最優(yōu)。此時，兩零售商的成本均為0，比不采取JMI策略時低，而配送中心不提供JMI服務(wù)時的成本為0，提供JMI服務(wù)時的成本為（ ），成本增加，無法實(shí)現(xiàn)帕累托改進(jìn)。實(shí)際上配送中心不可能免費(fèi)提供JMI服務(wù)，必然會向兩個零售商收取一定的物流配送服務(wù)費(fèi)用，以此來賺取利潤，而零售商則可以通過支付物流配送服務(wù)費(fèi)用來鼓勵配送中心提供JMI服務(wù)，從而降低自己的成本來提高利潤。通過制定物流配送服務(wù)價格，可以實(shí)現(xiàn)帕累托改進(jìn)。

由命題4、5可知：當(dāng)配送中心相較于零售商不具有作業(yè)成本和碳排放優(yōu)勢時，零售商l和零售商2將平分供應(yīng)鏈系統(tǒng)的總利潤;隨著配送中心的作業(yè)成本和碳排放優(yōu)勢增強(qiáng)，零售商1和零售商2所分配的利潤占供應(yīng)鏈系統(tǒng)總利潤的比例越來越低，但是由于e值的降低，供應(yīng)鏈系統(tǒng)的總利潤增加，最終使得零售商1和零售商2所分配的利潤越來越大。

綜上所述，為了獲取更高的利潤，配送中心會努力降低作業(yè)成本和碳排放，零售商1、2則會幫助配送中心降低作業(yè)成本和碳排放。采用Shapley值法對配送中心和兩零售商進(jìn)行利潤分配有利于增加三方合作的積極性，并且促進(jìn)三方都努力降低作業(yè)成本和碳排放，而由命題l的證明過程可知，隨著e值的降低，采取貨存第三方的JMI策略后供應(yīng)鏈系統(tǒng)的碳排放也隨之降低。所以采取Shapley值法制定物流配送服務(wù)價格既有利于增加供應(yīng)系統(tǒng)的總利潤，又有利于降低供應(yīng)鏈系統(tǒng)的碳排放，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的統(tǒng)一。

五、算例分析

為了驗(yàn)證各命題的正確性以及分析碳稅率對最優(yōu)訂購批量的影響，本節(jié)利用數(shù)值進(jìn)行算例分析。為了方便計算，各參數(shù)取值如表2所示。

（一）零售商分散決策與集中決策的比較

為了方便計算，取e=0.5，r=l，零售商分散決策和集中決策的結(jié)果如表3所示。

表3的計算結(jié)果表明JMI庫存策略可以降低供應(yīng)鏈系統(tǒng)的總成本和碳排放，而貨存第三方的JMI策略比貨存需方的JMI策略效果更好，這是因?yàn)榕渌椭行南噍^于零售商具有作業(yè)成本和碳排放優(yōu)勢。

（二）e值對供應(yīng)鏈系統(tǒng)利潤分配的影響

為了方便計算，取r=l，取e值從0.1到1.0，供應(yīng)鏈系統(tǒng)的總利潤及各參與方的分配利潤隨e值變化的趨勢如圖l所示。

由圖1可知，供應(yīng)鏈系統(tǒng)的總利潤、配送中心分配的利潤和兩個零售商分配的利潤均隨e值增加而減少，且零售商1的分配利潤大于等于零售商2的分配利潤。數(shù)值分析的結(jié)果驗(yàn)證了命題2、3、4、5的正確性。同時，隨著e值增加，配送中心分配的利潤的降低幅度大于兩個零售商分配的利潤的降低幅度，這是因?yàn)榕渌椭行姆峙涞睦麧欀饕獊碓从谄渥鳂I(yè)成本和碳排放優(yōu)勢，當(dāng)優(yōu)勢減弱時，其分配的利潤降幅較大，進(jìn)一步說明采取Shapley值法對三方進(jìn)行利潤分配時，配送中心具有較強(qiáng)的降低作業(yè)成本和碳排放的動機(jī)。

（三）r和e對供應(yīng)鏈系統(tǒng)碳排放的影響

取r值從1到10，e值從0.1到1.0，采取貨存第三方的JMI策略后供應(yīng)鏈系統(tǒng)的碳排放的變化趨勢如圖2所示。

由圖2可知，當(dāng)采取貨存第三方的JMI策略時，供應(yīng)鏈系統(tǒng)的碳排放量隨r值的增加而減少，隨e值的增加而增加，這是因?yàn)樘级惵实脑黾邮沟霉?yīng)鏈系統(tǒng)的碳排放成本增加，配送中心為了降低總成本，必然會想方設(shè)法降低碳排放量;而e值的增加表明配送中心的碳排放優(yōu)勢減弱，采取JMI策略對供應(yīng)鏈系統(tǒng)碳減排的效果減弱。從供應(yīng)鏈系統(tǒng)碳減排的角度考慮，采取較高的碳稅率會降低供應(yīng)鏈系統(tǒng)的碳排放，而配送中心則應(yīng)努力降低其作業(yè)時的碳排放量。

（四）r對最優(yōu)訂購批量的影響

為了方便計算，取e=0.5，取r值從1到10，分兩種情況進(jìn)行比較：（l）當(dāng)c1k>c2t時，取c1=t=k=1，c2=0.5;（2）當(dāng)c1k

六、結(jié)論

本文以由一個供應(yīng)商和兩個零售商組成的供應(yīng)鏈系統(tǒng)作為研究對象，研究了不同的JMI實(shí)現(xiàn)方式對供應(yīng)鏈的碳排放影響，研究結(jié)果表明采取JMI庫存策略在降低供應(yīng)鏈的成本的同時降低了供應(yīng)鏈的碳排放，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的統(tǒng)一。同時，配送中心應(yīng)對兩個零售商制定不同的物流配送服務(wù)價格來促進(jìn)三方合作，并且努力降低自己的作業(yè)成本和碳排放量，以增加自身的利潤并降低供應(yīng)鏈的總成本和碳排放。

本文對碳排放成本的計算采用的是征收碳稅的方式，沒有考慮碳限額、碳限額與交易等碳排放政策對供應(yīng)鏈的決策的影響，而且由命題2可知，對于兩個零售商而言，采取Shapley值法進(jìn)行利潤分配，需求量小的零售商總是能分得更多的利潤，這是否公平以及對供應(yīng)鏈的決策是否會產(chǎn)生影響等問題有待進(jìn)一步的研究。

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