綠色供應鏈中區(qū)塊鏈技術引入決策研究

摘 要：針對傳統(tǒng)供應鏈信息不對稱引發(fā)的消費者對綠色產品不信任的問題，本文結合區(qū)塊鏈技術可追溯、不可篡改等優(yōu)勢，運用博弈理論分析四種情形下綠色供應鏈中區(qū)塊鏈引入的最優(yōu)策略及區(qū)塊鏈應用條件并探討區(qū)塊鏈成本對供應鏈產品綠色度及最優(yōu)利潤的影響。研究發(fā)現(xiàn)，制造商若能控制區(qū)塊鏈成本，引入該技術可提高產品綠色度和市場需求，同時確保各成員和整體供應鏈的利潤。隨著市場規(guī)模削弱和消費者質疑增加，引入?yún)^(qū)塊鏈技術的成本會上升，但相應的獲利可能性也增加。在分散決策下，提升產品環(huán)保水平和供應鏈利潤的區(qū)塊鏈成本閾值小于集中決策。

關鍵詞：區(qū)塊鏈技術；綠色供應鏈；產品綠色度；引入決策；市場削弱因子

隨著“雙碳”目標的提出及人們綠色消費觀念的增強，越來越多的制造業(yè)意識到生產綠色產品的重要性，并積極采取綠色生產方式以滿足市場需求、增強競爭力。然而，由于綠色產品信息不透明且難以驗證，消費者無法判斷綠色產品的真?zhèn)危瑥亩档土藢G色產品的信任度。區(qū)塊鏈作為一種分布式去中心化技術，具有數(shù)據(jù)可追溯、不可篡改等特性，可以有效避免信息失真，從而增強消費者的可信度。雖然區(qū)塊鏈技術為企業(yè)帶來諸多收益，但由于目前區(qū)塊鏈技術的資金投入比較高昂，企業(yè)在引入時需要著重考慮區(qū)塊鏈技術的應用成本。

一、文獻綜述

目前，學術界已對供應鏈管理進行了大量研究，主要包括綠色供應鏈、區(qū)塊鏈技術在供應鏈中的應用兩個方面。張雷、周艷菊等聚焦消費者偏好對綠色供應鏈決策的影響，前者在碳配額交易機制下探討綠色供應鏈最優(yōu)決策與消費者低碳偏好的關系的影響；后者主要考慮在產品綠色度、消費者偏好等因素影響需求的情況下，探究不同契約下零售商主導的綠色供應鏈決策優(yōu)化。部分學者在兩級供應鏈的基礎上，將研究進一步拓展到三級供應鏈。Ong等人考慮綠色投資成本影響下的三級供應鏈決策問題。Alamdar·S等探究需求不確定下綠色供應鏈的最優(yōu)策略。張云豐等運用斯塔克博弈模型構建三種決策模式下碳減排最優(yōu)策略組合，推導供應鏈各企業(yè)參與協(xié)調的必要條件。以上文獻以綠色供應鏈為研究對象，從不同方面探究了供應鏈決策協(xié)調與優(yōu)化，但上述文獻均假設消費者對綠色產品完全信任。事實上，消費者可能因為獲取綠色產品信息的能力有限或難于驗證產品信息的真實性而對綠色產品產生懷疑并減少需求。對于綠色供應鏈來說，需要建立高效的溯源系統(tǒng)以保證綠色產品信息的真實性與可靠性，從而消除消費者的疑慮。

已有研究表明，區(qū)塊鏈技術有助于提高供應鏈的透明度，為消費者構建可信環(huán)境的同時也為綠色供應鏈管理提供創(chuàng)造性價值。Wang、M等指出區(qū)塊鏈可以用作跟蹤碳足跡和提高碳管理效率的工具，可以最大限度地減少供應鏈中的碳排放。Xu等研究指出區(qū)塊鏈技術可以增加產品綠色度及供應鏈利潤。黃湘萌等在區(qū)塊鏈背景下，建立Shapley值修正模型來處理綠色供應鏈中的利益分配問題。胡韓莉等認為區(qū)塊鏈技術既可以提高消費者的信任度也可以擴大市場規(guī)模。蔡璐等利用區(qū)塊鏈技術提高經(jīng)濟環(huán)境中低碳供應鏈內部的信息共享程度，從而促進供應鏈效率與效益的提升。上述文獻均側重于分析區(qū)塊鏈在供應鏈的應用價值，但未從區(qū)塊鏈成本角度考慮供應鏈是否采納該技術的問題。

基于此，考慮區(qū)塊鏈技術影響消費者信任度及市場規(guī)模的情況下，本文構建由單一制造商、物流服務商與零售商組成的綠色供應鏈決策模型，分別求解在集中決策和分散決策模式下綠色供應鏈引入?yún)^(qū)塊鏈技術前后的均衡策略，分析比較在不同決策模式下制造商實施區(qū)塊鏈技術的成本條件，以及區(qū)塊鏈引入對綠色供應鏈產品綠色度及利潤的影響，為綠色供應鏈企業(yè)運營決策提供參考。

二、模型描述及符號說明

1.問題描述

考慮由單一制造商、物流服務商和零售商構成的三級綠色供應鏈博弈模型，在這個供應鏈中制造商生產綠色產品，物流服務商負責運輸任務，運輸費用為pd；制造商以批發(fā)價格w將這些產品提供給零售商；零售商再以價格p將產品銷售給消費者。

2.模型假設及參數(shù)

根據(jù)模型建立需要做出以下假設：

假設1：制造商、物流服務商及零售商均無風險偏好且完全理性，以追求自身利潤最大化為目標。

假設2：消費者具有綠色偏好，愿意為綠色產品支付更高的價格。

假設3：假設制造商和物流服務商的綠色努力成本均為一次性投入且是關于綠色努力水平的凸函數(shù)，參照文獻設制造商和物流運營商的努力成本分別為C（em）=he2m和C（ed）=ke2d。

假設4：在非合作狀態(tài)下，由零售商承擔運輸費用會增加供應鏈系統(tǒng)利潤。故假設由零售商承擔全部運輸成本。

假設5：區(qū)塊鏈成本包括將區(qū)塊鏈技術應用于供應鏈時所發(fā)生的平臺建設成本和單位應用成本，如數(shù)據(jù)的上傳、存儲等產生的相關費用。

假設6：基于以往研究，對引入?yún)^(qū)塊鏈技術之前和引入?yún)^(qū)塊鏈技術后，提出兩種線性需求函數(shù)。假設如下：

引入?yún)^(qū)塊鏈技術前市場需求函數(shù)為：

Q0=（1-u）a-p+α（1-i）（em+ed）（a）

引入?yún)^(qū)塊鏈技術后市場需求函數(shù)為：

Q=a-p+α（em+ed）（b）

在引入?yún)^(qū)塊鏈技術之前，消費者由于無法準確評估綠色產品信息，對其真實性存在質疑，從而降低了對綠色產品的接受度，影響了潛在市場規(guī)模。市場需求函數(shù)表示為式（a），其中u為綠色產品潛在市場規(guī)模削弱因子，i為消費者對綠色產品的質疑程度。引入?yún)^(qū)塊鏈技術后，通過促進產品信息傳遞，消除了潛在市場規(guī)模削弱因子和消費者質疑程度，從而擴大了綠色產品的消費需求。引入?yún)^(qū)塊鏈技術后的市場需求可表示為式（b）。

三、模型構建與求解

1.引入?yún)^(qū)塊鏈技術前的綠色供應鏈模型

（1） 集中決策（N模型）

在N模型中，供應鏈參與者追求供應鏈系統(tǒng)的利潤最大化，從而達到全局最優(yōu)，此時供應鏈的利潤函數(shù)為：

（1）

對式（1）分別求關于p、em和ed的海賽矩陣，，一階順序主子式|HN1|=-2lt;0，二階主子式|HN2|=2h-[（1-i）α]2，|HN3|=-2hk+（k+h）[（1-i）α]2gt;0，當2h-[（1-i）α]2gt;0，2hk-（k+h）[（1-i）α]2gt;0時，HN為負定矩陣，目標函數(shù)存在最大值，分別對式（1）求關于p、em和ed的一階導數(shù)，并令其等于0，聯(lián)立求解得到引入?yún)^(qū)塊鏈技術前集中決策下的均衡策略，此時綠色產品的市場需求、零售價格與制造商及物流服務商的綠色努力水平、供應鏈利潤分別為：

（2）

（3）

（4）

（5）

（2） 分散決策（NN模型）

在NN模型中，制造商、物流服務商及零售商均以自身利益最大化為目標，決策順序為綠色制造商先確定批發(fā)價格w及綠色水平em，隨后物流企業(yè)決定運輸價格pd與自身綠色努力水平ed，最后零售商確定其零售價格p。此時制造商、物流服務商、零售商以及供應鏈整體的利潤函數(shù)分別為：

（6）

（7）

（8）

（9）

聯(lián)立（6）-（9）求解得到引入?yún)^(qū)塊鏈技術前分散決策下的均衡策略為：

（10）

（11）

（12）

（13）

（14）

（15）

（16）

推論1 無論是集中決策還是分散決策，企業(yè)在未引入?yún)^(qū)塊鏈技術時，制造商與物流服務商的綠色努力水平、市場需求及各企業(yè)利潤均隨消費者對綠色產品質疑程度或綠色產品潛在市場規(guī)模削弱因子的增加而減少。

2.引入?yún)^(qū)塊鏈后的綠色供應鏈模型

（1） 集中決策（B模型）

在B模型中，制造商應用區(qū)塊鏈技術可以消除消費者對綠色產品的質疑，并且最大程度上擴大了綠色產品的市場規(guī)模，但也會增加區(qū)塊鏈的應用成本。引入?yún)^(qū)塊鏈技術后供應鏈的利潤函數(shù)為：

（17）

求解得到引入?yún)^(qū)塊鏈技術后集中決策下的均衡策略，此時綠色產品需求、零售價格、制造商綠色努力水平及物流商綠色努力水平為：

（18）

（19）

（20）

（21）

（2） 分散決策（BN模型）

在BN模型中，決策順序為綠色制造商先確定批發(fā)價格w及綠色水平em，隨后物流企業(yè)決定運輸價格pd與自身綠色努力水平ed，最后零售商確定其零售價格p。此時制造商、物流服務商、零售商以及供應鏈整體的利潤函數(shù)分別為：

（22）

（23）

（24）

（25）

聯(lián)立式（22）-（25）求解得到引入?yún)^(qū)塊鏈技術前分散決策下的均衡策略為：

（26）

（27）

（28）

（29）

（30）

（31）

（32）

推論2：emNgt;emNN；edNgt;edNN；QNgt;QNN；πNgt;πNN；emBgt;emBN； edBgt;edBN；QBgt;QBN；πBgt;πBN。

四、區(qū)塊鏈技術引入前后比較分析

將引入?yún)^(qū)塊鏈技術前后不同決策下的均衡解進行比較，得出以下推論：

推論3在集中決策下，當flt;（1-s）（a-cm-cd）+sau時，QBgt;QN；emBgt;emN；edBgt;edN；πBgt;πN。

推論4在分散決策下，當flt;（1-s）（a-cm-cd）+sau時，QBNgt;QNN；emBNgt;emNN；edBNgt;edNN；πBNgt;πNN；πmBNgt;πmNN；πdBNgt;πdNN；πrBNgt;πrNN。

五、數(shù)值仿真分析

為了更直觀地展示不同決策模式下區(qū)塊鏈技術對企業(yè)決策變量的影響，參考相關文獻，在滿足模型內在約束條件的基礎上，假設a=500，cm=120，cd=100，f=80，u=0.2，i=0.5，α=3，h=20，k=15，對不同決策模式下的市場需求量、綠色努力水平、供應鏈各節(jié)點企業(yè)利潤水平進行比較分析。

1.引入?yún)^(qū)塊鏈技術前后的對比分析

由表1可知，無論是否引入?yún)^(qū)塊鏈技術，集中決策下的企業(yè)綠色努力水平、產品銷量以及供應鏈利潤均高于分散決策下的均衡水平，這一現(xiàn)象的原因可能是在集中決策下，供應鏈中的各方更容易實現(xiàn)信息共享、協(xié)同協(xié)作和資源優(yōu)化，企業(yè)可以更好地協(xié)調生產、運輸和銷售環(huán)節(jié)，以滿足市場需求；而在分散決策下企業(yè)決策存在雙重邊際效應，會產生信息不對稱、資源浪費和協(xié)同困難的問題，從而限制了供應鏈的績效提升。

2.參數(shù)u和參數(shù)i對供應鏈決策的影響

表2表明，綠色產品潛在市場規(guī)模削弱因子u和消費者對綠色產品的質疑系數(shù)i對綠色努力水平和市場需求量產生負向影響。增加這兩個因子會降低消費者對綠色產品的信任，降低市場需求，從而減少供應鏈整體及成員的利潤。相反，當這兩個因子減小時，綠色產品的市場需求量增加，制造商和物流服務商愿意為提高產品的綠色度付出更多成本，導致價格提高，最終增加供應鏈利潤。因此，減小潛在市場規(guī)模削弱因子和消費者對綠色產品的質疑系數(shù)對整個綠色供應鏈是有益的。

由圖1可知，制造商實施區(qū)塊鏈技術的成本閾值隨消費者對綠色產品質疑程度或綠色產品潛在市場規(guī)模削弱因子的增加而增加。對于制造商而言，在消費者對綠色產品質疑程度越高或綠色產品潛在市場規(guī)模削弱因子越大時，獲取利潤的可能性也越大。此外，制造商的成本閾值始終低于物流服務商和零售商的成本閾值，說明制造商在保障自身利潤的前提下，也能提高供應鏈其他參與方的盈利能力。

3.引入?yún)^(qū)塊鏈技術對供應鏈決策的影響

（1） 集中決策下供應鏈決策變量的比較

由圖2可知，在集中決策下，隨著區(qū)塊鏈成本的增加，市場需求量、產品綠色度水平及供應鏈利潤均呈下降趨勢，只有將區(qū)塊鏈成本控制在一定范圍內，引入?yún)^(qū)塊鏈技術后的產品綠色度、市場需求、供應鏈利潤才會大于引入前的水平。此外，f1gt; f2= f3gt; f4，對于制造商來說，應用區(qū)塊鏈技術進行綠色產品信息溯源，可以減少消費者對綠色產品的質疑從而帶來市場需求的增加，但這種市場需求的增加不一定轉化為供應鏈利潤的增加，這是由于受到區(qū)塊鏈成本的影響，企業(yè)獲取更多利潤的可能性變小。因此，企業(yè)應根據(jù)應用區(qū)塊鏈對其市場潛力的提升程度以及成本大小來調整區(qū)塊鏈技術引入決策，以保證在提高產品綠色度的同時提升供應鏈效益。

（2） 分散決策下供應鏈決策變量的比較

由圖3可知，與集中決策相同，分散決策下的綠色努力水平、市場需求量及供應鏈利潤保持著相同的變化趨勢，即區(qū)塊鏈成本小于一定閾值時，實施區(qū)塊鏈技術后的綠色努力水平、市場銷量、供應鏈利潤均大于實施前的水平。不同的是，分散決策下改善供應鏈市場需求量、綠色努力水平、供應鏈利潤的區(qū)塊鏈成本閾值要小于集中決策，這意味著在實施區(qū)塊鏈成本一定時，在集中決策下實施區(qū)塊鏈技術更有優(yōu)勢，而在分散決策下需要更低的成本才能達到與集中決策相同的效益。

六、結語

考慮單一制造商、物流服務商和零售商組成的綠色供應鏈，本文建立在集中決策與分散決策模式下引入?yún)^(qū)塊鏈技術前后的博弈模型，探討不同情形下綠色供應鏈的均衡策略及區(qū)塊鏈引入條件，并分析區(qū)塊鏈技術成本對綠色供應鏈決策的影響，最后通過數(shù)值分析驗證了相關結論，研究結果如下。

1.引入低成本的區(qū)塊鏈技術可提升供應鏈利潤、產品綠色度和市場需求。制造商通過提高信息透明度增強消費者信任，激發(fā)市場需求，加強綠色投入以提高產品競爭力。盡管實施區(qū)塊鏈技術存在一定成本，但控制在范圍內可確保各供應鏈成員和總體利潤的提升。

2.在企業(yè)未實施區(qū)塊鏈技術時，消費者對綠色產品的質疑程度和市場潛在削弱因子均對企業(yè)綠色努力水平、各企業(yè)利潤及供應鏈利潤存在負向影響。在消費者對綠色產品的質疑程度越高或市場潛在削弱因子越大時，制造商引入?yún)^(qū)塊鏈技術的成本越高，通過應用區(qū)塊鏈技術獲取利潤的可能性也越大；反之則越小。

3.分散決策下制造商引入?yún)^(qū)塊鏈技術改善供應鏈利潤、市場需求及產品綠色度的成本閾值要小于集中決策下的成本閾值，說明在分散決策下實施區(qū)塊鏈技術獲取利潤的空間較小，在集中決策下實施區(qū)塊鏈技術更有優(yōu)勢；并且無論是否引入?yún)^(qū)塊鏈技術，集中決策下的市場需求量、綠色努力水平以及供應鏈利潤均高于分散決策的均衡結果。

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作者簡介：李藝（1979— ），女，博士，副教授，研究方向：大數(shù)據(jù)物流、現(xiàn)代服務業(yè)等；張姍姍（1998— ），女，碩士，研究方向：物流運營與管理。