政府獎懲下閉環(huán)供應鏈中需求預測信息分享研究

張 盼

(1.南昌大學中國中部經濟社會發(fā)展研究中心，江西 南昌 330031；2.南昌大學經濟管理學院，江西 南昌 330031)

1 引言

進入21世紀，大量報廢的產品，尤其是電子電器產品，給人類社會帶來了沉重的負擔。例如，在電子電器行業(yè)，據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)表明，2012年我國有2700多萬臺電視機、800多萬臺冰箱、1200多萬臺洗衣機和2000多萬臺電腦已進入淘汰期[1]。這些報廢的電子電器產品經過簡單地填埋和焚燒后，會污染并破壞生態(tài)環(huán)境，進而影響到人體的健康和社會的可持續(xù)發(fā)展。為此，世界各國從資源循環(huán)利用和人類社會可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā)，紛紛頒布和實施了帶有獎懲性質的回收法規(guī)，以要求生產企業(yè)對廢舊產品進行回收再制造。如2005年歐盟頒布實施的《廢棄電子與電器產品處理條令》(WEEE)就明確規(guī)定電子產品生產者和分銷商有回收電子產品和再利用的義務。在我國，2011年就正式實施了《廢棄電器電子產品回收處理管理條例》，該條例鼓勵電子類產品制造商積極承擔回收再制造廢舊產品的責任[2]。

在政府獎懲法規(guī)等因素的影響下，大量的制造商開始直接從消費者處回收廢舊產品。如施樂公司為了方便消費者返還他們的廢舊復印機和打印件，施樂公司會向消費者提供預付費的郵寄包裹，這樣消費者不需要承擔郵寄費用就可以把相關廢舊產品返還給施樂公司。對于回收的廢舊復印機等，施樂公司會對其進行再制造，轉而再次投向市場。通過這些回收再制造活動，施樂公司成功節(jié)約了40%-50%的生產成本。除施樂公司以外，惠普公司和佳能公司等也從事了相關的經營活動[3]。

近年來，信息技術的快速發(fā)展促使閉環(huán)供應鏈成員能夠有效地獲取大量的市場數(shù)據(jù)，進而對市場需求進行預測，從而有效降低市場不確定性對這些企業(yè)經營決策造成的不利影響[4]。由于閉環(huán)供應鏈成員使用的信息技術不同，導致他們獲取的市場預測信息也會不同，由此導致在閉環(huán)供應鏈中存在著需求預測信息不對稱問題。在閉環(huán)供應鏈中，需求信息不對稱不僅會加重市場不確定給供應鏈成員經營決策帶來的困難，如生產計劃與市場需求匹配困難和庫存增加等，以致供應鏈績效降低，還會影響到閉環(huán)供應鏈成員的回收決策和再制造決策，進而加重環(huán)境負擔。然而，供應鏈成員間進行信息分享被認為是一種有效解決需求信息不對稱的途徑[4-5]。因此，在面臨需求預測信息不對稱的閉環(huán)供應鏈中，研究需求預測信息分享問題是極具現(xiàn)實意義的。

鑒于此，本文以制造商直接回收的閉環(huán)供應鏈為考察對象，考慮政府對制造商回收活動的獎懲機制，主要研究以下問題：當制造商和零售商都能預測市場需求時，零售商會不會自愿分享其需求預測信息？如果不會，如何設計一個機制促使零售商分享其需求預測信息？政府獎懲機制如何影響閉環(huán)供應鏈中信息分享的策略？此外，信息預測精度如何影響供應鏈成員收益及信息分享價值？

2 文獻綜述

目前，在供應鏈中研究需求信息分享問題的文獻已有很多。其中，大多數(shù)文獻假設只有一方供應鏈成員能夠預測市場需求，進而研究信息分享問題。如Li[6]在一個制造商與多個零售商組成的供應鏈中，研究了垂直信息分享對供應鏈整體利潤和社會福利的影響。Ha和Tong Shilu[7]在一個存在供應鏈競爭的模型中，分別在兩部定價合同菜單和線性批發(fā)價合同下研究了零售商們的均衡信息分享策略。陳金亮等[8]在隨機需求市場中，研究供應商如何利用最小訂貨比例合同實現(xiàn)激勵零售商共享其私有預測信息，如何設計補貼合同來實現(xiàn)供應鏈的協(xié)調運作。Ha等[9]在一個存在供應鏈競爭且制造商的生產方式是規(guī)模不經濟的模型中，分別在Cournot競爭和Bertrand競爭情形下，研究了零售商們的均衡信息分享策略。聶佳佳[10]在單渠道供應鏈和雙渠道供應鏈中研究了信息分享的價值，并探討了制造商是否要開通直銷渠道以及如何設計促進信息分享的補償機制。Li Tian和Zhang Hongtao[11]針對一個備貨型制造商和一個擁有私有需求信息的零售商，研究了促使零售商進行信息分享的激勵合同，并對該合同下制造商的生產和定價策略進行了分析。Shang Weixin等[4]在由兩個制造商和一個零售商組成的供應鏈中，分別在制造商生產規(guī)模經濟和不經濟兩種情形下，研究了供應鏈的均衡信息分享策略。Zhou Maosen等[12]在由一個集團采購組織和兩個競爭制造商組成的供應鏈中，研究了激勵制造商進行信息共享并使供應鏈達到協(xié)調狀態(tài)的契約方案。

此外，還有少部分文獻在研究需求信息分享時假設供應鏈成員都能夠預測市場需求。例如，陳忠和艾興政[13]在雙渠道供應鏈中，研究當制造商和零售商都能預測市場需求時，制造商如何利用一個分享電子渠道收益的合同促進零售商分享其預測信息。Mishra等[5]在此假設下，在一個制造商和一個零售商組成的供應鏈中，分別研究了備貨型生產和訂貨型生產下信息分享的價值，并進一步考察了可以促使信息分享的合同。滕文波和莊貴軍[14]在此假設下，在一個廠商和一個經銷商組成的供應鏈中，求得了廠商是否開通電子渠道和零售商是否分享預測信息組合而成的四種情形下的均衡結果，并討論了信息分享的價值和供應鏈成員均衡的策略。Yan Ruiliang和Pei Zhi[15]在一個不確定的市場中，考察了兩個企業(yè)可以分別獲取需求信息，研究了兩個企業(yè)在Stackelberg博弈等方式下信息分享的價值，并對供應鏈成員在不同博弈模式下獲取的利潤進行了對比分析。Bian Wenliang等[16]針對Bertrand競爭的兩條供應鏈，考慮制造商和零售商們都可以預測市場需求且預測信息都是私有時，研究了供應鏈間的均衡信息分享策略。

閉環(huán)供應鏈通過對廢舊產品進行回收再利用從而實現(xiàn)了資源的循環(huán)使用，近年來也受到了很多學者的關注，如Savaskan等[3]等。其中有少數(shù)學者將注意力投向了閉環(huán)供應鏈中的需求信息分享問題。如聶佳佳和熊中楷[17]在一個制造商依賴第三方回收的閉環(huán)供應鏈中，考慮僅有零售商可以預測市場需求時，研究了零售商與制造商和第三方分享預測信息的價值，并對幾種信息分享模式進行了對比分析。聶佳佳[18]分別在制造商依賴零售商回收、制造商直接回收和制造商依賴第三方回收的閉環(huán)供應鏈中，考慮僅有零售商可以預測市場需求時，研究了零售商分享預測信息對于供應鏈成員的價值，并對幾種回收模式進行了對比分析。另外，聶佳佳[19]在再制造商擁有需求預測信息時，研究了再制造商與制造商的需求預測信息分享問題，并設計了一個信息分享補償機制以促進再制造商進行信息分享。

綜上所述，雖然學者們在其他類型的供應鏈(不包括閉環(huán)供應鏈)中對需求信息分享問題進行了較多研究，但是只有較少學者在閉環(huán)供應鏈對此問題進行研究，而且，這些研究僅考慮供應鏈的一方(零售商或再制造商)能夠預測市場需求，忽視了供應鏈所有成員都能利用信息技術預測市場需求；此外，上述相關研究并未探討政府回收法規(guī)對閉環(huán)供應鏈中信息分享的影響。

3 模型描述和假設

參考Savaskan等[3]，本文考慮一個制造商直接回收廢舊產品并進行再制造的閉環(huán)供應鏈。具體地，制造商可以用新的原材料生產新產品，也可以通過對回收的廢舊產品進行再制造獲得再制造品，相應的單位生產成本分別為cm和cr。假設再制造技術的高度發(fā)達，以致消費者認為再制造品和新產品沒有差別，因此消費者對再制造品和新產品有相同的支付意愿。此外，由于對廢舊產品進行回收再制造可以節(jié)約生產成本，因此假設cm>cr。令Δ=cm-cr(Δ>0)，反映回收再制造活動節(jié)約的單位成本。在產品銷售過程中，制造商將生產的產品通過零售商賣給消費者，制造商的批發(fā)價為w，零售商的零售價為p。產品市場需求D(p)=φ-βp，其中φ(φ>βcm) 代表市場潛在需求，β代表需求對價格的敏感性。此外，制造商還負責回收廢舊產品并決策廢舊產品的回收率τ(0≤τ≤1)。相應地，制造商承擔的回收處理成本為ητ2，其中，η表示回收成本系數(shù)，刻畫制造商回收處理效率，η越小代表制造商回收效率越高。τ也可以理解為再制造產品占制造商投放市場產品的比例。由上面描述可知，制造商的平均生產成本c=(1-τ)cm+τcr，即c=cm-τΔ。

為發(fā)展循環(huán)經濟，政府出臺如下獎懲機制：政府為制造商制定一個回收標準τ0，當制造商實際的回收率τ大于回收標準τ0時，對于高出的部分，政府會給予制造商tα(τ-τ0)的獎勵，其中tα表示政府的獎勵力度；當制造商實際的回收率τ小于回收標準τ0時，對于未達到回收標準的部分，政府會給予制造商tβ(τ0-τ)的懲罰，其中tβ表示政府的懲罰力度。本文與王文賓和鄧雯雯[2]、聶佳佳[18]類似，以一個公平的政府為考察對象，即政府制定相同的獎勵力度和懲罰力度，因此假設tα=tβ=t。當tα≠tβ時，分析政府獎懲機制對閉環(huán)供應鏈信息分享均衡的影響會非常復雜，因此，本文先分析tα=tβ情形，得到相關管理啟示，然后在后續(xù)研究中進行拓展，進一步研究tα≠tβ情形。

與文獻[5,21]相似，依據(jù)上述假設，可以得到下列條件期望公式：

其中，

制造商和零售商的博弈順序如下：在第一階段，在制造商和零售商預測需求信息之前，供應鏈成員就是否分享信息達成協(xié)議。在第二階段，制造商和零售商分別對市場需求進行預測并獲得預測信息。如果供應鏈成員在第一階段達成信息分享協(xié)議，他們就會真實地分享其預測信息。在第三階段，制造商先決定批發(fā)價和回收率，零售商隨后決定零售價。在第四階段，市場需求實現(xiàn)，制造商向零售商交付訂單滿足市場需求，制造商和零售商各自獲得相應地收益。

需要指出的是，無論制造商和零售商是否分享他們的預測信息，制造商和零售商都會依據(jù)自己的預測信息最大化自己的期望利潤。因而，在博弈的第三階段，作為Stackelberg博弈的領導者，制造商依據(jù)自己的預測信息fm最大化期望利潤進行決策，因此，制造商的最優(yōu)決策里會包含自己的預測信息fm。零售商作為Stackelberg博弈的跟隨者，則可以從制造商的最優(yōu)決策中獲取制造商預測信息fm，進而，零售商在最大化其期望利潤時是同時具有預測信息fm和fr。也就是說，零售商是擁有對稱信息的，而零售商的需求預測信息對制造商來說是不對稱的。因此，本文中研究供應鏈成員的信息分享問題轉化為研究零售商的信息分享問題。

4 模型求解與分析

由于制造商的預測信息最終會泄露給零售商，依據(jù)供應鏈成員在第一階段是否達成需求預測信息分享協(xié)議，可以得到零售商信息不分享和信息分享兩種情形。根據(jù)逆向求解法首先求解供應鏈成員在每一種情形下的均衡策略及獲得的相應利潤，基于此，進而可求得供應鏈成員在第一階段的事前利潤。再通過比較兩種情形下的事前利潤可以得到信息分享的價值，進而可以得到均衡的信息分享策略。

4.1 信息不分享情形

在這種情形下，零售商不分享其預測信息。制造商依據(jù)自己的預測信息fm最大化其期望利潤。零售商由于可以依據(jù)制造商的最優(yōu)決策進行推測制造商的需求預測信息fm，因此，零售商在最大化其期望利潤同時具有預測信息fm和fr(具體的分析見上一節(jié))?；谏鲜龇治隹梢缘玫街圃焐毯土闶凵淘诓┺牡谌A段的條件期望利潤函數(shù)，如下：

對于零售商的訂購量，由于預測信息fr是不對稱信息，因此制造商只能依據(jù)自己的預測信息fm來求解其條件期望，進而可以得到零售商的期望訂購量。因此，制造商的實際目標是最大化如下函數(shù)：

引理1 對于制造商直接回收模型，在信息不分享情形下，制造商和零售商的均衡價格和回收率如下：

其中：

φ1=E[φ|fr,fm]，

引理2 對于制造商直接回收模型，在信息不分享情形下，制造商和零售商的事前利潤如下：

其中，

其中，

4.2 信息分享情形

在這種情形下，零售商在博弈的第一階段與制造商達成協(xié)議，分享其需求預測信息。因此，制造商和零售商在博弈的第三階段都可以獲取需求預測信息fm和fr。相應地，制造商和零售商的條件期望利潤如下：

對于零售商而言，由于在信息不分享和信息分享兩種情形零售商都能獲取需求預測信息fm和fr，因此零售商在兩種情形下的最優(yōu)化問題是一樣的。進而，可以得到零售商的最優(yōu)反應函數(shù)：

引理3 對于制造商直接回收模型，在信息分享情形下，制造商和零售商均衡的價格和回收率如下：

引理4 對于制造商直接回收模型，在信息分享情形下，制造商和零售商的事前利潤如下：

從引理2和引理4中可以發(fā)現(xiàn)，兩種情形下供應鏈成員的事前利潤都受到供應鏈成員信息預測精度(σm和σr)的影響。因此，接下來首先分析預測信息精度的直接影響，即供應鏈成員一方的預測精度對自身利潤的影響；其次分析預測信息精度的溢出影響，即供應鏈成員一方的預測精度對另一方利潤的影響。相關結論如下。

命題1 對于制造商直接回收模型，①需求預測信息精度的直接影響如下：

②需求預測信息精度的溢出影響如下：

類似地，可以證明命題1中的其余結論。證畢。

命題1①表明：準確的需求預測信息具有積極的直接影響，即制造商和零售商的需求預測信息越準確(即需求預測信息的方差越小)，他們從中獲取的收益就越多。這主要是因為越準確的需求信息，制造商和零售商就能更好地做出決策，從而能獲得更高的利潤。它的管理啟示在于，供應鏈成員應該使自己的需求預測信息更加準確。

命題1②表明：在信息分享情形下，準確的需求預測信息具有積極的溢出影響，即制造商和零售商能從對方準確的需求預測信息(即方差較小的預測信息)中獲益。這是因為在信息分享情形下，供應鏈成員同時擁有雙方的需求預測信息，當一方的需求預測信息的準確性在提高時，另一方能夠及時更新并提高自己擁有信息的準確性，進而能夠做出更好的決策贏得更高的利潤。結合命題1①中的結論，可以知道在信息分享情形下，供應鏈成員一方提高自己的需求預測精度，不僅可以使自己獲益，還可以使對方獲益，因此是一個雙贏的做法。此外，命題1②還表明：在信息不分享情形下，零售商需求預測信息精度的溢出影響等于零，即零售商需求預測信息精度的改變不會影響制造商的利潤。這主要是因為在這種情形下，零售商的信息精度是私有信息，制造商不能獲知，因此制造商的利潤不受其影響。由于制造商預測信息精度的溢出影響的表達式非常復雜難以判斷，因此會在第5節(jié)中借助數(shù)值算例進行分析。

4.3 均衡的信息分享策略

首先，基于引理2和引理4中的結論可以得到如下結果：

(1)

命題2①中得到的結論與文獻[9]等得到結論相一致。這主要是因為當零售商分享其需求預測信息后，制造商可以據(jù)此來更新自己的預測信息，從而使自己擁有的信息越準確，由命題1中得到的結論可知，制造商會因為擁有更準確的信息而獲得更多的利潤，即從需求預測信息分享中獲益。

圖時信息分享的價值

圖時信息分享的價值

接下來分析供應鏈成員信息預測精度對信息分享價值的影響。結合命題2中的結論，可以得到下列結論。

進一步分析可以得到制造商預測精度對信息分享價值的影響。同理可以得到零售商預測精度對信息分享價值的影響。證畢。

α1+α2=1。

5 算例分析

圖3 制造商需求預測信息精度對兩種情形下供應鏈成員利潤的影響

取值σ0=30，σm=30，ρ=0.5，變動σr可得零售商需求預測信息精度對兩種情形下供應鏈成員利潤的影響，見圖4。

圖4 零售商需求預測信息精度對兩種情形下供應鏈成員利潤的影響

圖較小時不同情形下信息分享的價值

圖中等時不同情形下信息分享的價值

圖較大時不同情形下信息分享的價值

6 結語

本文考慮政府對回收活動的獎懲機制，在制造商直接回收的閉環(huán)供應鏈和中，研究了預測信息精度對供應鏈成員利潤和信息分享價值的影響以及供應鏈均衡的信息分享策略。研究發(fā)現(xiàn)：制造商在信息不分享情形下的利潤不受預測信息精度的影響。除此之外，當制造商或零售商的需求預測信息的精度在提高時，不僅制造商或零售商本身可以獲益，還會使對方受益。另外，零售商信息對于制造商的價值隨著制造商(零售商)預測精度的提高而降低(增加)，對于零售商和供應鏈而言，預測信息精度如何其信息分享價值還要取決于信息分享是否有害或有利。

研究還發(fā)現(xiàn)：當制造商的回收效率較高時，零售商分享需求信息會使供應鏈成員都受益，因此，在沒有激勵機制的情況下，零售商分享需求信息是一個唯一的均衡；當制造商的回收效率處于中等水平時，零售商分享需求信息會使其利潤減少，但是會使整個供應鏈的利潤增加，此時，本文通過設計一個討價還價機制，即制造商和零售商對信息分享后的供應鏈利潤通過討價還價的方式進行重分配，可以促使零售商分享其需求信息；當制造商的回收效率較低時，零售商信息分享會使零售商和整個供應鏈的利潤都減少，此時，零售商信息不分享是一個唯一的均衡。另外，政府獎懲機制對信息分享策略的影響在于：當政府的獎懲力度較大時，信息不分享是唯一的均衡；當政府的獎懲力度較小時，供應鏈中信息分享和信息不分享都有可能是均衡，具體地需要取決于回收成本系數(shù)的大小。這說明政府制定較小的獎懲力度可以促使需求信息分享是一個均衡。

本文研究需求預測信息分享問題是以制造商直接回收的閉環(huán)供應鏈為研究對象。值得注意的是，在回收再制造行業(yè)，還存在著零售商回收或第三方回收的閉環(huán)供應鏈。因此，下一步可以在其它回收類型的閉環(huán)供應鏈中探討需求預測信息分享問題。