RFID增加回收率的再制造閉環(huán)供應(yīng)鏈模型

楊愛峰，萬(wàn) 偲， 劉 林， 胡小建

(合肥工業(yè)大學(xué) 管理學(xué)院，安徽 合肥 230009)

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RFID增加回收率的再制造閉環(huán)供應(yīng)鏈模型

楊愛峰，萬(wàn) 偲， 劉 林， 胡小建

(合肥工業(yè)大學(xué) 管理學(xué)院，安徽 合肥 230009)

在再制造閉環(huán)供應(yīng)鏈的實(shí)踐中，從市場(chǎng)上回收廢舊品是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同時(shí)也是一個(gè)難點(diǎn)。而本文假設(shè)RFID可以提高廢舊品的回收率，同時(shí)也要花費(fèi)相應(yīng)的成本。為對(duì)比分析RFID使用前后的效果，按照負(fù)責(zé)回收的供應(yīng)鏈成員不同，建立了一體化和非一體化的再制造閉環(huán)供應(yīng)鏈模型，并討論了使用RFID額外增加回收率規(guī)模、RFID標(biāo)簽成本和RFID固定投入成本對(duì)供應(yīng)鏈定價(jià)決策及各成員利潤(rùn)的影響。

射頻識(shí)別； 閉環(huán)供應(yīng)鏈； 再制造； 回收率

YANGAifeng,WANSi,LIULin,HUXiaojian

(SchoolofManagement,HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009,China)

Keywords：radiofrequencyidentification;closed-loopsupplychain;remanufacturing;recoveryrate

近年來(lái)，隨著政府大力倡導(dǎo)循環(huán)經(jīng)濟(jì)及社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，廢舊品回收再利用隨之受到社會(huì)各界的密切關(guān)注。Seitz[1]和Toktay[2]指出廢舊物品回收再利用，一方面可以從中提取可用資源，減少原材料的消耗；另一方面可以降低由于廢舊物品丟棄或處理不當(dāng)所帶來(lái)的環(huán)境污染。再制造不僅有利于形成“資源-產(chǎn)品-廢舊產(chǎn)品-再制造品”的閉環(huán)模式，充分利用資源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，而且能形成新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，因此再制造的發(fā)展前景廣闊。Jaber等[3]考慮了多新產(chǎn)品生產(chǎn)周期和多再制造周期內(nèi)，再制造品和新產(chǎn)品可相互替代和不可相互替代時(shí)對(duì)庫(kù)存管理的影響。ElSaadany等[4]分別考慮了單新產(chǎn)品生產(chǎn)周期、單再制造周期和多新產(chǎn)品生產(chǎn)周期、多再制造周期下庫(kù)存成本最小時(shí)生產(chǎn)再制造周期長(zhǎng)度。Zikopoulos等[5]考慮一個(gè)單再制造周期和2個(gè)廢舊品回收點(diǎn)模型，研究了廢舊品回收數(shù)量隨機(jī)時(shí)最優(yōu)的再制造數(shù)量以使系統(tǒng)的利潤(rùn)最大化。Bakal等[6]在隨機(jī)產(chǎn)量的情形下，研究了廢舊品回收定價(jià)和再制造品零售定價(jià)問(wèn)題。黃永等[7]研究了隨機(jī)需求時(shí)的價(jià)格敏感的一體化和非一體化的閉環(huán)供應(yīng)鏈定價(jià)模型。Li等[8]研究了隨機(jī)產(chǎn)量和隨機(jī)需求時(shí)再制造品的定價(jià)問(wèn)題。Wu[9]研究了兩階段內(nèi)新產(chǎn)品和再制造品相互競(jìng)爭(zhēng)時(shí)的定價(jià)問(wèn)題。廢舊品回收是再制造的關(guān)鍵一步，但是廢舊品的質(zhì)量、數(shù)量和回收時(shí)間具有很大的不確定性，并且廢舊品分散地分布在消費(fèi)者手中，這給廢舊品回收及再制造帶來(lái)的很大的難題。Giovanni等[10]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)制造商直接回收時(shí)獲取的收益更大。Guide等[11]通過(guò)實(shí)際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，制造商從顧客手中回收廢舊品比直接回收時(shí)可得率更高。熊中楷等[12]考慮了政府獎(jiǎng)勵(lì)對(duì)閉環(huán)供應(yīng)鏈模型的影響。Choi等[13]分析了分別由制造商和第三方負(fù)責(zé)回收的供應(yīng)鏈模型，發(fā)現(xiàn)由制造商負(fù)責(zé)回收時(shí)的效率更高。

射頻識(shí)別(radiofrequencyidentification，RFID)技術(shù)是一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，可用于提高供應(yīng)鏈中產(chǎn)品的可追蹤性和可視性，從而達(dá)到優(yōu)化供應(yīng)鏈的效果。Sarac等[14]總結(jié)了目前RFID在供應(yīng)鏈管理中的應(yīng)用主要有減少庫(kù)存損失、提高回收率、提高信息精確度和管理效率等。Nativi等[15]研究了通過(guò)RFID技術(shù)進(jìn)行信息共享時(shí)對(duì)非一體化逆向供應(yīng)鏈的影響。Ustundag等[16]研究了RFID技術(shù)可提高效率、精確度、可視性和安全水平時(shí)的一個(gè)三級(jí)供應(yīng)鏈的仿真模型。Fan等[17]研究了RFID技術(shù)在報(bào)童模型中減少庫(kù)存損失的應(yīng)用。Kim等[18]研究了在集裝箱由供應(yīng)商運(yùn)輸?shù)搅闶凵痰倪^(guò)程中RFID技術(shù)的應(yīng)用，他們使用RFID技術(shù)跟蹤集裝箱的運(yùn)輸位置等信息，提高集裝箱的可預(yù)見性和回收率，并分析了在哪種情形更適合使用RFID技術(shù)，哪種情況下更適合傳統(tǒng)的系統(tǒng)。Fan等[19]將RFID技術(shù)應(yīng)用到庫(kù)存管理中，考慮RFID技術(shù)的使用可以減少庫(kù)存中產(chǎn)品的丟失率和錯(cuò)放率，并分別建立了一體化供應(yīng)鏈模型和非一體化供應(yīng)鏈模型來(lái)研究RFID應(yīng)用對(duì)供應(yīng)鏈的影響。

本文將RFID引入到廢舊品回收過(guò)程，假設(shè)RFID可以提高廢舊品的回收率，回收主體分別是集中決策者、制造商或零售商，負(fù)責(zé)回收的一方需要實(shí)施RFID，并承擔(dān)RFID成本，建立了RFID使用前后的一體化和非一體化的再制造閉環(huán)供應(yīng)鏈模型，并討論了使用RFID額外增加回收率規(guī)模、RFID標(biāo)簽成本和固定投入成本對(duì)供應(yīng)鏈定價(jià)決策及各成員利潤(rùn)的影響。其研究結(jié)果主要有：在再制造閉環(huán)供應(yīng)鏈中，不管是誰(shuí)負(fù)責(zé)回收和使用RFID技術(shù)，當(dāng)額外增加的回收率規(guī)模小于臨界值時(shí)，或者RFID標(biāo)簽成本大于臨界值時(shí)，零售商將通過(guò)提高零售價(jià)格增加銷售收入，且在3個(gè)模型中臨界值相同；當(dāng)額外增加的回收率規(guī)模大于臨界值時(shí)，或者RFID標(biāo)簽成本小于臨界值時(shí)，或者RFID固定投入成本小于臨界值時(shí)，負(fù)責(zé)回收者的利潤(rùn)將增加，此時(shí)負(fù)責(zé)回收者才有使用RFID技術(shù)的動(dòng)力；3個(gè)模型中臨界值的大小關(guān)系表明一體化供應(yīng)鏈較非一體化供應(yīng)鏈更有效，制造商負(fù)責(zé)回收模型比零售商負(fù)責(zé)回收模型更有效。

1 模型描述和假設(shè)

本文需要的符號(hào)如下：cn為單位新產(chǎn)品的制造成本；cr為單位再制造品的再制造成本；Δ=cn-cr為再制造單位產(chǎn)品的節(jié)約成本；cs為從市場(chǎng)上回收單位廢舊品的回收成本；d為制造商從零售商處回收單位廢舊品的回收成本；α為沒有使用RFID技術(shù)時(shí)從市場(chǎng)回收廢舊品的回收率；h為使用RFID技術(shù)時(shí)額外增加的回收率的規(guī)模參數(shù)；t為使用RFID技術(shù)時(shí)單位產(chǎn)品的RFID標(biāo)簽成本；K為使用RFID技術(shù)時(shí)所投入的固定成本；p為單位新產(chǎn)品或再制造品的零售價(jià)格(決策變量)；w為單位新產(chǎn)品或再制造品的批發(fā)價(jià)格(決策變量)。

本文假設(shè)產(chǎn)品處于成熟階段，只考慮了一個(gè)生產(chǎn)周期，且周期開始時(shí)市場(chǎng)上有足夠的廢舊品可以回收；新產(chǎn)品和再制造品的質(zhì)量相同，以同樣的零售價(jià)格和批發(fā)價(jià)格在同一市場(chǎng)進(jìn)行銷售；市場(chǎng)上產(chǎn)品的需求q是零售價(jià)格的線性函數(shù)，即q=a-bp，其中a和b為正的參數(shù)；cn>cr，且本文不考慮回收品的質(zhì)量，假定單位回收品的再制造成本cr相同；cs

2 一體化再制造閉環(huán)供應(yīng)鏈模型-模型C

在一體化模型中，見圖1，制造商和零售商是一個(gè)整體，記為集中決策者。這個(gè)集中決策者負(fù)責(zé)銷售新產(chǎn)品和再制造品，同時(shí)從市場(chǎng)上回收廢舊品，他只需要決策零售價(jià)格p。

圖1 一體化再制造閉環(huán)供應(yīng)鏈模型-模型C

首先，假設(shè)沒有使用RFID，此時(shí)集中決策者的利潤(rùn)函數(shù)為

(1)

其中，第一項(xiàng)表示新產(chǎn)品和再制造品的銷售收入，第二項(xiàng)表示新產(chǎn)品的制造成本，第三項(xiàng)表示再制造品的再制造成本和廢舊品的回收成本。

(2)

其次，假設(shè)使用RFID，此時(shí)集中決策者的利潤(rùn)函數(shù)為

(cr+cs)[α+(1-α)h]q-tq-K。

(3)

其中，第一項(xiàng)表示新產(chǎn)品和再制造品的銷售收入，第二項(xiàng)表示新產(chǎn)品的制造成本，第三項(xiàng)表示再制造品的再制造成本和回收成本，第四項(xiàng)表示RFID標(biāo)簽成本，第五項(xiàng)表示RFID技術(shù)投入的固定成本。

(4)

比較實(shí)施RFID前后，額外增加的回收率規(guī)模h等參數(shù)對(duì)零售價(jià)格和利潤(rùn)的影響。所有定理的證明都是通過(guò)比較對(duì)應(yīng)差值得到，證明過(guò)程略去。

定理2 記A=cn+t-[α+(1-α)h](Δ-cs)，B=cn-α(Δ-cs)，C=t-(1-α)h(Δ-cs);

3 非一體化再制造閉環(huán)供應(yīng)鏈模型

在非一體化模型中(見圖2)，根據(jù)廢舊品回收者不同，討論了2種非一體化再制造閉環(huán)供應(yīng)鏈模型：1)制造商負(fù)責(zé)回收(模型M，圖2a)；2)零售商負(fù)責(zé)回收(模型R，圖2b)。制造商在2個(gè)模型中都是Stackelberg的主導(dǎo)者。

圖2 非一體化再制造閉環(huán)供應(yīng)鏈模型

3.1 制造商負(fù)責(zé)回收-模型M

此模型中由制造商負(fù)責(zé)從市場(chǎng)上回收廢舊品，然后進(jìn)行再制造，而零售商只需要將新產(chǎn)品和再制品銷售給顧客。制造商決策批發(fā)價(jià)w，零售商決策零售價(jià)格p。

首先，假設(shè)沒有使用RFID，此時(shí)零售商和制造商的利潤(rùn)函數(shù)分別為

；

(5)

[wM-cn+α(Δ-cs)](a-bpM)。

(6)

其次，假設(shè)使用RFID，此時(shí)制造商還需提供RFID技術(shù)，并承擔(dān)相應(yīng)的RFID成本，零售商和制造商的利潤(rùn)函數(shù)分別為

，

(7)

(cr+cs)[α+(1-α)h]q-tq-K=

(8)

，

3.2 零售商負(fù)責(zé)回收-模型R

此模型中由零售商負(fù)責(zé)銷售新產(chǎn)品和再制品給顧客，同時(shí)負(fù)責(zé)從市場(chǎng)上回收廢舊品，然后制造商以給定的回收價(jià)格d從零售商處回收廢舊品，并將廢舊品進(jìn)行再制造。制造商決策批發(fā)價(jià)格w，零售商決策零售價(jià)格p。

首先，假設(shè)沒有使用RFID，此時(shí)零售商和制造商的利潤(rùn)函數(shù)分別為

(d-cs)=[pR-wR+α(d-cs)](a-bpR)。

(9)

[wR-cn+α(Δ-d)](a-bpR)。

(10)

按照斯坦博格博弈的逆向求解方法，首先零售商決策零售價(jià)格pR，將(9)中的-wR+α(d-cs)與式(2)中的-cn+α(Δ-cs)看成等同位置，顯然根據(jù)pC*易得pR的最優(yōu)解

,

經(jīng)上述分析發(fā)現(xiàn)在沒有使用RFID技術(shù)時(shí)，模型R和模型M中零售商和制造商的利潤(rùn)相同，模型R中批發(fā)價(jià)格大于模型M中批發(fā)價(jià)格，零售價(jià)格相同。這是因?yàn)樵谀Ｐ蚏中制造商需要從零售商處購(gòu)買廢舊品，故提高其批發(fā)價(jià)格; 而零售商雖然從回收廢舊品獲得了收益(注意：cs

其次，假設(shè)使用RFID，此時(shí)零售商還需提供RFID技術(shù)，并承擔(dān)相應(yīng)的RFID成本，零售商和制造商的利潤(rùn)函數(shù)分別為

(11)

cn+[α+(1-α)h](Δ-d)}。

(12)

,

定理5與定理3求得的臨界值相同，定理5說(shuō)明若零售商使用RFID技術(shù)，當(dāng)額外增加的回收率規(guī)模h小于臨界值h5時(shí)，或者RFID標(biāo)簽成本t大于臨界值t5時(shí)，零售商將通過(guò)提高零售價(jià)格pR*增加銷售收入，以平衡使用RFID帶來(lái)的回收率增加的規(guī)模不夠或者RFID成本增加太多導(dǎo)致的入不敷出。

4 總結(jié)

根據(jù)RFID可以提高供應(yīng)鏈中產(chǎn)品的可追蹤性和可視性，將其引入到廢舊品回收中來(lái)，假設(shè)供應(yīng)鏈成員中負(fù)責(zé)回收一方使用RFID，RFID技術(shù)可以提高廢舊產(chǎn)品的回收率，并需要承擔(dān)相應(yīng)的RFID成本。本文假設(shè)需求函數(shù)是零售價(jià)格的線性函數(shù)，其結(jié)果是簡(jiǎn)單的解析解，方便比較RFID的使用效果。在不使用RFID和使用RFID兩種情況下，分別建立了一體化和非一體化的再制造閉環(huán)供應(yīng)鏈模型。在一體化模型中，集中決策者負(fù)責(zé)銷售新產(chǎn)品和再制造品，同時(shí)從市場(chǎng)上回收廢舊品；在制造商負(fù)責(zé)回收模型中，由制造商負(fù)責(zé)從市場(chǎng)上回收廢舊品，然后進(jìn)行再制造，而零售商只需要將新產(chǎn)品和再制品銷售給顧客；在零售商負(fù)責(zé)回收模型中，由零售商負(fù)責(zé)銷售新產(chǎn)品和再制品給顧客，同時(shí)負(fù)責(zé)從市場(chǎng)上回收廢舊品，然后制造商以給定的交換價(jià)格從零售商處回收廢舊品，并將廢舊品進(jìn)行再制造。在3個(gè)模型中，本文討論了使用RFID額外增加回收率規(guī)模、RFID標(biāo)簽成本和固定投入成本對(duì)供應(yīng)鏈定價(jià)決策及各成員利潤(rùn)的影響，并比較了3個(gè)模型的結(jié)果。本文首次將RFID引入到廢舊品回收過(guò)程中，是一次有益的嘗試，可以進(jìn)一步深入研究，如假設(shè)需求是隨機(jī)的、回收品質(zhì)量不確定、RFID可以降低回收成本等。

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Remanufacturing Closed-loop Supply Chain Models by Applying RFID to Increase Recovery Rate

Intheremanufacturingclosed-loopsupplychainpractices,recyclingusedproductsisacriticalactivity,andisalsoadifficultpoint.Thetechnologyofradiofrequencyidentification(RFID)isintroducedintotherecyclingactivitiesofwasteproducts,assumingthatitcanincreasetherecyclingratewhiletakingcorrespondingcosts.InordertocomparetheeffectsbeforeandafterusingRFID,bothcentralizedanddecentralizedsupplychainmodelsarecreatedwithdifferentparticipantsinwasteproductcollection.AndtheimpactsofscalingparameterforadditionalincreasedrecoveryratewithRFID,RFIDtagcostandfixedcostonthepricingdecisionsandtheprofitsofparticipantsindifferentmodelsareallanalyzed.

2015- 12- 30

國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金資助項(xiàng)目(71301038)，安徽省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(1508085QG148)，江蘇省機(jī)電產(chǎn)品循環(huán)利用技術(shù)重點(diǎn)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室開放基金資助項(xiàng)目(KF1507)

楊愛峰(1976-)，女，河南省人，副教授，博士，主要研究方向?yàn)楣?yīng)鏈管理.

10.3969/j.issn.1007- 7375.2016.05.011

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