考慮低碳偏好及碳減排的閉環(huán)供應(yīng)鏈回收及專利授權(quán)策略

孫嘉軼, 楊 露, 姚鋒敏

(哈爾濱理工大學(xué) 經(jīng)濟(jì)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(guò)度利用，為了提高資源利用率，降低環(huán)境污染，繼美國(guó)和日本等國(guó)提出3R(Reduce、Reuse、Recycle)體系后，我國(guó)進(jìn)一步推出了4R體系，以此強(qiáng)化再制造(Remanufacture)的作用，與此同時(shí)，作為世界上最大的溫室氣體排放國(guó)，為兌現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)承諾，我國(guó)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(jī)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(chǎng)進(jìn)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(duì)閉環(huán)供應(yīng)鏈中的碳減排問(wèn)題進(jìn)行了研究。Heydari等建立了政府分別對(duì)制造商和零售商采取補(bǔ)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(duì)閉環(huán)供應(yīng)鏈進(jìn)行協(xié)調(diào)[2]。Yang等研究了政府補(bǔ)貼對(duì)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(bǔ)貼可以有效的增加閉環(huán)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的利潤(rùn)，同時(shí)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(gè)制造商和一個(gè)零售商的閉環(huán)供應(yīng)鏈的定價(jià)及碳減排決策，并對(duì)單位碳配額價(jià)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(jìn)之間的相互作用和激勵(lì)效果[6]。Xu等研究了中國(guó)再制造市場(chǎng)中，政府碳稅及碳限額交易政策的有效性，通過(guò)模型構(gòu)建及數(shù)值分析，說(shuō)明了兩種政策效果幾乎沒(méi)有差異[7]。李輝等在制造商競(jìng)爭(zhēng)，零售商競(jìng)爭(zhēng)及鏈與鏈競(jìng)爭(zhēng)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(wèn)題。

實(shí)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(fèi)終端的零售商及回收商就有了再制造的可能。在我國(guó)，很多進(jìn)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(hù)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(duì)閉環(huán)供應(yīng)鏈定價(jià)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(fèi)者對(duì)再制造的關(guān)注程度對(duì)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(jià)、服務(wù)及回收決策[13]。許民利等構(gòu)建了考慮消費(fèi)者支付意愿的需求模型，在此基礎(chǔ)上，研究了有專利及無(wú)專利下新品和再制品的定價(jià)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(jì)了協(xié)調(diào)契約[15]。劉志等在消費(fèi)者對(duì)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?jī)H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(lái)我國(guó)相繼出臺(tái)一系列政策鼓勵(lì)企業(yè)實(shí)施碳減排，企業(yè)通過(guò)低碳生產(chǎn)建立了綠色品牌形象，同時(shí)市場(chǎng)中的消費(fèi)者也開(kāi)始關(guān)注產(chǎn)品的低碳屬性。一些學(xué)者關(guān)注了消費(fèi)者低碳偏好對(duì)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(fèi)者環(huán)保意識(shí)的基礎(chǔ)上，得到了制造商產(chǎn)品質(zhì)量設(shè)計(jì)的最佳策略[17]。Wang等考慮了渠道權(quán)力結(jié)構(gòu)及消費(fèi)者偏好對(duì)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(jià)契約[18]。Wan等在考慮消費(fèi)者偏好背景下，探討了廢舊產(chǎn)品回收質(zhì)量對(duì)閉環(huán)供應(yīng)鏈成員決策的影響[19]。進(jìn)一步，Li等研究了兩種碳排放管制方法對(duì)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(fèi)者的低碳偏好，然而并未涉及再制造的專利授權(quán)問(wèn)題。

綜上，相對(duì)已有研究，本文的主要貢獻(xiàn)如下：同時(shí)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(chǎng)中消費(fèi)者的低碳偏好，在上述背景下，研究消費(fèi)者行為以及碳限額與交易政策對(duì)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(fèi)(模型)、零售商回收再制造支付單位專利費(fèi)模型(模型)，分析低碳消費(fèi)者比例、普通消費(fèi)者對(duì)再制品接受程度以及碳交易價(jià)格對(duì)閉環(huán)供應(yīng)鏈成員回收、碳減排及定價(jià)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(rùn)，得到制造商的最佳回收及專利授權(quán)策略。

1 問(wèn)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(chǎng)中的消費(fèi)者細(xì)分為兩類：一類是具有低碳偏好的消費(fèi)者，此類消費(fèi)者注重商品的低碳屬性，認(rèn)為新品與再制品無(wú)差異，對(duì)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(jià)格相比新品價(jià)格更低，因此低碳偏好的消費(fèi)者購(gòu)買再制品[13]。另一類是普通消費(fèi)者，此類消費(fèi)者不關(guān)注商品的低碳屬性，對(duì)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(fèi)者對(duì)再制品的接受程度，也可理解為普通消費(fèi)者相對(duì)于新品對(duì)再制品的折扣，0<δ<1)。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，假設(shè)市場(chǎng)容量為1，低碳消費(fèi)者所占比率為β，普通消費(fèi)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(shí)，

(1)

(2)

情形2當(dāng)δpn≤pr時(shí)，

(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(shí)，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(jià)格，零售商據(jù)此做出最利于己方的定價(jià)決策。制造商和零售商的利潤(rùn)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(fèi)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(fèi)用。制造商和零售商的利潤(rùn)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(jì)算過(guò)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(fèi)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(fèi)用。制造商和零售商的利潤(rùn)函數(shù)如下:

2.“產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)、發(fā)展后勁強(qiáng)”。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(shí)有效的工作，但距公司科學(xué)發(fā)展的實(shí)際要求還有很大差距。要對(duì)標(biāo)分析國(guó)際一流石油技術(shù)服務(wù)公司的發(fā)展模式，打造“長(zhǎng)板”補(bǔ)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(chǎng)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(jì)算過(guò)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(fèi)者對(duì)再制品的支付意愿小于再制品的實(shí)際價(jià)格時(shí)，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(jì)算過(guò)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(shí)，回收率及碳減排率在三種模型下，均關(guān)于低碳消費(fèi)者比例β及普通消費(fèi)者對(duì)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(jià)格以期獲得更大的利潤(rùn)，而在Rf模型下，再制品單位價(jià)格關(guān)于β和δ的變化趨勢(shì)，視零售商支付的單位專利費(fèi)用f大小而定?？梢?jiàn)市場(chǎng)中低碳消費(fèi)者比例的增加，不僅有利于碳減排，還有利于促進(jìn)廢舊產(chǎn)品的回收再制造。

當(dāng)δpn>pr時(shí)，隨著碳排放權(quán)單位交易價(jià)格Pe的增加，三種模型下碳減排率，新品的批發(fā)價(jià)及零售價(jià)均提高，而其市場(chǎng)需求降低，這與Yuan等[5]的研究結(jié)果類似，本文的研究進(jìn)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(jià)格對(duì)碳減排及定價(jià)決策等的影響。

命題1表明，當(dāng)δpn>pr時(shí)，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(shí)，專利費(fèi)的支出會(huì)減少再制品的利潤(rùn)。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(jià)格和零售價(jià)格都是最高的，制造商傾向于通過(guò)制定更高的新品價(jià)格，以此獲得更大的利潤(rùn)。RF模型下，零售商迫于一次性支付專利費(fèi)用的資金壓力，只能提高再制品的零售價(jià)格，因此RF模型下再制品的零售價(jià)格在三種模型下最高。由于再制品銷量與其零售價(jià)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(shí)，RF模型下的回收率高于Rf模型；M模型中，由于此時(shí)再制品市場(chǎng)縮減，新品相對(duì)于再制品具有低碳屬性且具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，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(shí)，無(wú)論哪種支付專利費(fèi)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(jià)格最高，此結(jié)論與δpn>pr時(shí)結(jié)論一樣，RF模型下再制品的零售價(jià)格更低，新品單位利潤(rùn)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(duì)于再制品具有低碳屬性且更具價(jià)格優(yōu)勢(shì)，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(guò)數(shù)值算例分析和檢驗(yàn)證文中的主要結(jié)論。篇幅所限，僅考慮普通消費(fèi)者對(duì)再制品的支付意愿大于再制品的實(shí)際價(jià)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(fèi)者對(duì)再制品接受程度、低碳消費(fèi)者比例及碳權(quán)交易價(jià)格對(duì)企業(yè)及閉環(huán)供應(yīng)鏈利潤(rùn)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(shí),普通消費(fèi)者對(duì)再制品不同接受程度下利潤(rùn)函數(shù)表

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

表2表明，三種模型下，制造商的利潤(rùn)關(guān)于普通消費(fèi)者對(duì)再制品接受程度δ呈現(xiàn)“增加-降低-增加”的變化，這是因?yàn)楫?dāng)δ較小或者較大時(shí)，市場(chǎng)中的消費(fèi)者更愿意購(gòu)買新品或再制品，對(duì)制造商來(lái)說(shuō)δ的增加是更有利的，而當(dāng)δ處于中間位置時(shí)，市場(chǎng)中新品與再制品的競(jìng)爭(zhēng)最大，反而使得制造商的利潤(rùn)降低；RF模型下制造商的利潤(rùn)最高，說(shuō)明零售商一次性支付固定專利費(fèi)用對(duì)制造商總是更有利。零售商的利潤(rùn)關(guān)于δ遞增，但當(dāng)δ過(guò)高時(shí)，零售商的利潤(rùn)反而會(huì)降低，這是由于當(dāng)普通消費(fèi)者對(duì)再制品和新品的支付意愿相差很小時(shí)，由于再制品的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，再制品的銷量增加，新品的銷量降低，使得零售商的利潤(rùn)降低；當(dāng)δ達(dá)到一定閾值時(shí)，Rf模型下零售商的利潤(rùn)是最高的，這是因?yàn)閱挝粚＠M(fèi)用會(huì)使得零售商更有動(dòng)力增加再制品的銷售利潤(rùn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)零售商利潤(rùn)的優(yōu)化。閉環(huán)供應(yīng)鏈的利潤(rùn)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(shí)，RF模型下閉環(huán)供應(yīng)鏈的利潤(rùn)是最高的。

表3表明，當(dāng)普通消費(fèi)者對(duì)再制品的支付意愿大于再制品的實(shí)際價(jià)格時(shí)，三種模型下，制造商、零售商以及閉環(huán)供應(yīng)鏈的利潤(rùn)關(guān)于低碳消費(fèi)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(shí)，各方利潤(rùn)都隨著β的增加而增加，而當(dāng)β較小或者較大時(shí)，β的增加反而會(huì)使各方利潤(rùn)降低。RF模型下制造商利潤(rùn)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)。

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

表4表明，當(dāng)普通消費(fèi)者對(duì)再制品的支付意愿大于再制品的實(shí)際價(jià)格時(shí)，制造商利潤(rùn)關(guān)于碳權(quán)交易價(jià)格Pe呈上升態(tài)勢(shì)，而零售商利潤(rùn)的變化需視Pe的大小而定，當(dāng)Pe低于一定閾值時(shí)，零售商利潤(rùn)是Pe的增函數(shù)，反之零售商的利潤(rùn)降低，這是由于Pe的增加會(huì)造成新品零售價(jià)格增高，進(jìn)而新品需求減少，導(dǎo)致零售商利潤(rùn)降低，故對(duì)政府而言，需制定合適的碳權(quán)交易價(jià)格實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益及經(jīng)濟(jì)效益的平衡。

當(dāng)δpn≤pr時(shí)，即普通消費(fèi)者對(duì)再制品的支付意愿小于再制品的實(shí)際價(jià)格，參數(shù)對(duì)企業(yè)利潤(rùn)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(fèi)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(fèi)用、以及零售商回收再制造且支付單位專利費(fèi)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(fèi)者對(duì)再制品的支付意愿大于再制品的實(shí)際價(jià)格時(shí)，低碳消費(fèi)者比例及普通消費(fèi)者對(duì)再制品接受程度的增加，總會(huì)使得閉環(huán)供應(yīng)鏈的回收率增加。因此，消費(fèi)者關(guān)于再制品的接受程度以及對(duì)低碳產(chǎn)品偏好的提升，對(duì)市場(chǎng)中廢舊產(chǎn)品的回收以及閉環(huán)供應(yīng)鏈成員的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益均有積極作用。2)當(dāng)普通消費(fèi)者對(duì)再制品的支付意愿大于再制品的實(shí)際價(jià)格時(shí)，碳減排率隨低碳消費(fèi)者比例及普通消費(fèi)者對(duì)再制品接受程度的增加而增加。因此，加大市場(chǎng)中對(duì)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(fèi)者對(duì)再制品的支付意愿大于再制品的實(shí)際價(jià)格時(shí)，碳交易市場(chǎng)中碳權(quán)交易價(jià)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(fèi)時(shí)，制造商利潤(rùn)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)，從自身利潤(rùn)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(rùn)受低碳消費(fèi)者比例、碳權(quán)交易價(jià)格及普通消費(fèi)者對(duì)再制品接受程度的共同影響，從閉環(huán)供應(yīng)鏈整體利潤(rùn)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(shí)現(xiàn)整體利潤(rùn)的最優(yōu)。

本文的研究?jī)H考慮了新品的碳減排，進(jìn)一步的研究可以考慮新品與再制品同時(shí)碳減排下閉環(huán)供應(yīng)鏈的專利授權(quán)決策問(wèn)題。