基于RFID技術(shù)的閉環(huán)供應(yīng)鏈投資決策及協(xié)調(diào)策略

景 熠，李文川，宋 寒

(1.重慶理工大學(xué) 管理學(xué)院，重慶 400054；2.南昌航空大學(xué) 經(jīng)濟管理學(xué)院，江西 南昌 330063)

0 引言

無線射頻識別(Radio Frequency IDentification, RFID)技術(shù)可以通過無線射頻信號的空間耦合傳輸特性識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)。與傳統(tǒng)條形碼技術(shù)相比，RFID技術(shù)在識別速度、識別距離、信息存儲容量、讀寫能力和環(huán)境適應(yīng)性等方面具有明顯優(yōu)勢[1]，經(jīng)過十多年的發(fā)展已相對成熟，并在制造領(lǐng)域進行了大量成功應(yīng)用。以歐盟為例，與RFID相關(guān)的產(chǎn)學(xué)研合作項目累計達到近100個，其中約50%涉及制造產(chǎn)業(yè)，涵蓋了汽車、航空、鐵路、重型卡車、食品加工、電子以及家電等10多個應(yīng)用領(lǐng)域。“十一五”、“十二五”期間，在國家863計劃、電子發(fā)展基金、國家信息化試點以及地方科技項目的推動和支持下，我國多個地區(qū)在機械加工、電子元器件制造、汽車、航空器材、五金、醫(yī)療設(shè)備等制造行業(yè)進行了大量RFID應(yīng)用示范并取得了預(yù)期成效。隨著示范推廣的不斷深入，RFID技術(shù)在制造領(lǐng)域的應(yīng)用已從單一“工廠級”向“供應(yīng)鏈級”逐步拓展。Delen等[2]通過案例研究表明，與條形碼技術(shù)相比，RFID技術(shù)在信息獲取方面具有顯著優(yōu)勢，由RFID獲取的準(zhǔn)確信息能夠為制造商和分銷商提供更好的商業(yè)決策支持。但是，總體而言，制造領(lǐng)域“供應(yīng)鏈級”在目前RFID市場應(yīng)用結(jié)構(gòu)中所占的比例仍然偏低，且企業(yè)應(yīng)用效果并不顯著。課題組通過對前期研究成果進行總結(jié)并對我國多家制造企業(yè)RFID技術(shù)應(yīng)用情況進行調(diào)研，得出結(jié)論：投資采納及內(nèi)化過程都對企業(yè)RFID技術(shù)應(yīng)用成效有顯著影響，但應(yīng)用成效首先取決于企業(yè)對該技術(shù)科學(xué)而合理的投資采納[3]。由于投資采納RFID技術(shù)會增加供應(yīng)鏈企業(yè)的運作成本，而Tsai等[4]通過研究表明，投資成本是決定企業(yè)是否采納RFID技術(shù)最關(guān)鍵的影響因素。因此，如何從收益最大化的角度探討供應(yīng)鏈RFID技術(shù)投資對產(chǎn)品定價、成本分擔(dān)和收益協(xié)調(diào)的影響十分必要。

范體軍等[5]針對一個供應(yīng)商和一個零售商組成的兩級供應(yīng)鏈，考慮由供應(yīng)商采用RFID技術(shù)壓縮提前期進而提升服務(wù)水平，分別建立了采用RFID技術(shù)前后分散決策和集中決策供應(yīng)鏈的收益模型，并分析了采用RFID技術(shù)后提前期壓縮量的閾值;張李浩等[6]以供應(yīng)商管理庫存機制下的二級供應(yīng)鏈為研究對象，采用Newsvendor模型和邏輯證明方法，建立了提前期壓縮與供應(yīng)鏈?zhǔn)找娴年P(guān)系模型，分析了供應(yīng)商采用RFID技術(shù)縮短提前期對供應(yīng)鏈及其成員收益的影響;張李浩等[7]考慮由制造商投資RFID技術(shù)，消除需求信息不對稱并減小需求預(yù)測誤差，通過建立RFID技術(shù)，采用前后分散式和集中式供應(yīng)鏈的收益模型，分析了RFID標(biāo)簽成本閾值對批發(fā)價、服務(wù)水平和協(xié)調(diào)參數(shù)的影響;Rekik等[8]考慮RFID技術(shù)能夠減少商品的庫存錯放現(xiàn)象，建立了供應(yīng)鏈采用RFID前后的報童模型，通過RFID技術(shù)的應(yīng)用，有效消除了因庫存錯放造成的商品損耗，得出原有損耗商品價值與投資RFID技術(shù)成本之間的均衡點;但斌等[9]針對一個制造商和一個零售商組成的二級供應(yīng)鏈，考慮實際庫存與系統(tǒng)庫存不一致的情況，采用RFID技術(shù)準(zhǔn)確監(jiān)控庫存，建立了基于RFID技術(shù)的供應(yīng)鏈庫存優(yōu)化和協(xié)調(diào)模型;張李浩等[10-11]分別建立了供應(yīng)鏈成員均不投資RFID技術(shù)、僅零售商投資RFID技術(shù)、僅制造商投資RFID技術(shù)和成員企業(yè)共同投資RFID技術(shù)4種情景下的收益模型，探討了RFID技術(shù)投資對成員收益的影響，并進一步通過批發(fā)價格契約、收益共享契約和回購契約，分析了共同投資情景下，成員企業(yè)可承擔(dān)的RFID技術(shù)成本閾值、成本分攤系數(shù)以及合理的收益分配方案;楊惠霄等[12]針對由一個制造商和兩個競爭型零售商組成的供應(yīng)鏈，考慮商品錯放率對產(chǎn)品定價的影響，分別探討了分散式和集中式供應(yīng)鏈投資RFID技術(shù)的決策問題，分析了供應(yīng)鏈愿意投資RFID技術(shù)的決策條件;在此基礎(chǔ)上，張李浩等[13]研究了兩個競爭型零售商市場地位不平等情景下RFID技術(shù)的投資決策問題;陶峰等[14]針對由兩個競爭型供應(yīng)商和一個零售商組成的供應(yīng)鏈，考慮運用RFID技術(shù)提升庫存準(zhǔn)確性，研究了RFID技術(shù)的投資決策問題。

從上述文獻分析可以看出，目前供應(yīng)鏈管理領(lǐng)域有關(guān)RFID的定量化研究主要集中在運用RFID技術(shù)壓縮提前期、消除需求預(yù)測誤差和降低庫存不準(zhǔn)確性3個方面，均側(cè)重于供應(yīng)鏈運作中的正向環(huán)節(jié)。然而隨著循環(huán)經(jīng)濟的發(fā)展，越來越多的企業(yè)更加主動地對處于生命周期末端的產(chǎn)品進行回收和再處理，“資源—生產(chǎn)—消費—廢棄”的開環(huán)過程正在向“資源—生產(chǎn)—消費—再生資源”的閉環(huán)供應(yīng)鏈運作方式轉(zhuǎn)變。而在閉環(huán)供應(yīng)鏈的回收和再處理環(huán)節(jié)中，RFID技術(shù)同樣具有重要的應(yīng)用價值[15]。

在閉環(huán)供應(yīng)鏈中，制造商往往需要依靠直接面向市場的分銷商進行廢舊產(chǎn)品回收。但由于分銷商不會進行拆卸檢驗，并缺乏相應(yīng)的檢測設(shè)備，可能會將已經(jīng)無法再制造修復(fù)的廢舊產(chǎn)品以高價回收，再轉(zhuǎn)移給制造商。制造商對這類廢舊產(chǎn)品只能進行環(huán)保廢棄或者循環(huán)價值很低的回爐處理。運用RFID標(biāo)簽可以完整、準(zhǔn)確地記錄產(chǎn)品及其零部件在生產(chǎn)、流通和消費者使用中的損壞信息、維修信息和循環(huán)次數(shù)，而這些信息可以幫助分銷商有效降低誤回收的概率[16]。

本文在已有研究的基礎(chǔ)上，針對由一個制造商和一個負責(zé)回收的分銷商組成的閉環(huán)供應(yīng)鏈系統(tǒng)，考慮分銷商的誤回收情況及其影響，通過采納RFID技術(shù)降低誤回收率，分別建立了采納RFID技術(shù)前后分散決策閉環(huán)供應(yīng)鏈的收益模型，探討誤回收率的允許范圍，以及投資RFID技術(shù)的單位成本閾值。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計了一個基于非對稱Nash協(xié)商的兩部定價契約，以實現(xiàn)分散式閉環(huán)供應(yīng)鏈投資RFID的收益協(xié)調(diào)。

1 問題描述與基本假設(shè)

本文考慮由一個制造商、一個分銷商組成的閉環(huán)供應(yīng)鏈。其中，制造商同時生產(chǎn)新產(chǎn)品和再制造產(chǎn)品，分銷商對這兩種產(chǎn)品進行銷售，并負責(zé)廢舊產(chǎn)品的回收。由于分銷商的檢測技術(shù)水平有限，可能回收無法進行再制造的廢舊產(chǎn)品交付給制造商，制造商只能將這類回收產(chǎn)品進行環(huán)保廢棄處理，無法實現(xiàn)循環(huán)利用和價值增值。假設(shè)分銷商誤回收的概率為α(0≤α≤1)，當(dāng)分銷商向制造商交付qr回收產(chǎn)品時，(1-α)qr的回收產(chǎn)品可用于再制造，αqr的回收產(chǎn)品進行環(huán)保廢棄，廢棄成本為cd。當(dāng)閉環(huán)供應(yīng)鏈采納RFID技術(shù)后，能夠消除廢舊產(chǎn)品的誤回收問題，即α=0。但是，使用RFID技術(shù)將會增加供應(yīng)鏈運作成本，參考文獻[12-14]的分析和假設(shè)，本文僅考慮RFID的標(biāo)簽成本，忽略其固定成本，每個RFID標(biāo)簽的單位成本為cl，且制造商是RFID的投資主體。

制造商使用原材料生產(chǎn)新產(chǎn)品的單位成本為cn，使用回收產(chǎn)品進行再制造修復(fù)的單位成本為cr；分銷商從市場上回收廢舊產(chǎn)品的回購成本為cc；制造商從分銷商獲得回收產(chǎn)品的轉(zhuǎn)移成本為ct，且ct>cc。

2 分散式閉環(huán)供應(yīng)鏈RFID技術(shù)投資決策

2.1 閉環(huán)供應(yīng)鏈不投資RFID技術(shù)的收益模型

基于上述符號設(shè)置和基本假設(shè)，制造商利潤函數(shù)為

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

將式(8)和式(9)帶入式(5)和式(6)，得到新產(chǎn)品和再制造產(chǎn)品的最優(yōu)銷售價格分別為：

(10)

(11)

(12)

(13)

將式(8)～式(13)分別帶入式(1)和式(2)，分別得到制造商和分銷商的最優(yōu)利潤為：

(14)

(15)

2.2 閉環(huán)供應(yīng)鏈投資RFID技術(shù)的收益模型

當(dāng)制造商采納RFID技術(shù)后，可以消除誤回收情況的發(fā)生，但會增加相應(yīng)的RFID標(biāo)簽成本。此時，制造商和分銷商的利潤函數(shù)分別為：

(16)

(17)

參照2.1節(jié)的求解過程，可以得到新產(chǎn)品和再制造產(chǎn)品的最優(yōu)中間價格分別為：

(18)

(19)

新產(chǎn)品和再制造產(chǎn)品的最優(yōu)銷售價格分別為：

(20)

(21)

新產(chǎn)品和再制造產(chǎn)品的最優(yōu)銷售數(shù)量分別為：

(22)

(23)

制造商和分銷商的最優(yōu)利潤分別為：

(24)

(25)

2.3 RFID技術(shù)的投資收益分析

對于閉環(huán)供應(yīng)鏈，若不進行RFID技術(shù)投資和應(yīng)用，就需要承擔(dān)廢舊產(chǎn)品誤回收帶來的收益損失；若采納了RFID技術(shù)，并應(yīng)用于產(chǎn)品回收環(huán)節(jié)，則可以避免誤回收，但需要承擔(dān)投資RFID技術(shù)的成本。因此，有必要對閉環(huán)供應(yīng)鏈投資RFID技術(shù)的收益性進行分析。

結(jié)論4在分散式閉環(huán)供應(yīng)鏈RFID投資決策中，制造商、分銷商愿意承擔(dān)的RFID標(biāo)簽的最大單位成本與整個系統(tǒng)的邊界值保持一致。

3 閉環(huán)供應(yīng)鏈投資RFID技術(shù)的協(xié)調(diào)策略

3.1 集中決策下投資RFID技術(shù)的收益分析

集中決策下，閉環(huán)供應(yīng)鏈采納RFID技術(shù)的利潤函數(shù)為

(26)

(27)

(28)

新產(chǎn)品和再制造產(chǎn)品的最優(yōu)銷售數(shù)量分別為：

(29)

(30)

集中決策下，閉環(huán)供應(yīng)鏈的最優(yōu)利潤為

(31)

3.2 基于非對稱Nash協(xié)商的兩部定價契約

(32)

(33)

(34)

(35)

由上述分析可知，為了提高產(chǎn)品的銷售數(shù)量，使整個閉環(huán)供應(yīng)鏈達到最理想的收益水平，制造商會最大限度地降低中間價格，使其等于單位成本；并且通過事先向分銷商收取固定補償費來獲取收益，進行“剩余索取”。固定補償費用的大小說明了制造商和分銷商分享閉環(huán)供應(yīng)鏈績效改善的比例，其具體取值取決于雙方的市場地位及其談判能力。

4 數(shù)值仿真

在目前的市場環(huán)境中，消費者對新產(chǎn)品的市場需求規(guī)模明顯大于對再制造產(chǎn)品的市場需求規(guī)模，因此設(shè)φn=100>φr=60；而基于目前消費者對再制造產(chǎn)品的認知，即使再制造產(chǎn)品在質(zhì)量和性能方面完全達到了新產(chǎn)品的水平，兩者的市場替代性也較低，因此設(shè)γ=0.3；再制造總成本(包括修復(fù)成本和回收成本)約為新產(chǎn)品制造總成本的50%～70%，并且制造商從分銷商獲得回收產(chǎn)品的轉(zhuǎn)移成本一定大于分銷商的回收成本，因此設(shè)cn=20，cr=8，ct=6，cc=5；對于普通類型的廢舊產(chǎn)品，其環(huán)保廢棄技術(shù)較為成熟，成本較低，因此設(shè)cd=2。

5 結(jié)束語

本文針對由一個制造商和一個分銷商組成的二級閉環(huán)供應(yīng)鏈，考慮誤回收率對閉環(huán)供應(yīng)鏈及其成員收益的影響，基于博弈定價的方法建立了Stackelberg博弈模型，探討了分散式閉環(huán)供應(yīng)鏈投資RFID技術(shù)的決策問題。分別建立了投資RFID技術(shù)前后閉環(huán)供應(yīng)鏈及其成員的收益表達式，分析了誤回收率的允許范圍以及閉環(huán)供應(yīng)鏈愿意投資RFID技術(shù)的決策條件。通過與集中決策下投資RFID技術(shù)的收益績效進行對比，確定分散式閉環(huán)供應(yīng)鏈存在“雙重邊際”效應(yīng)，設(shè)計了一個基于非對稱Nash協(xié)商的兩部定價契約，實現(xiàn)了閉環(huán)供應(yīng)鏈投資RFID技術(shù)的協(xié)調(diào)。最后通過數(shù)值仿真對結(jié)論進行了驗證。

本文主要探討了誤回收率對閉環(huán)供應(yīng)鏈?zhǔn)找娴挠绊?，未來中還需要進一步探索RFID技術(shù)在閉環(huán)供應(yīng)鏈其他環(huán)節(jié)的應(yīng)用，并綜合考慮投資決策問題；此外，還可以進一步探討競爭環(huán)境下的閉環(huán)供應(yīng)鏈投資RFID技術(shù)的問題。