制造商競(jìng)爭(zhēng)和碳減排下供應(yīng)鏈信息共享研究

張光明 黃亞南 趙士南

摘? 要：文章在兩個(gè)進(jìn)行碳減排投入的競(jìng)爭(zhēng)型制造商和一個(gè)零售商組成的供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)下，研究零售商需求預(yù)測(cè)信息共享問題，分析不同模式下制造商競(jìng)爭(zhēng)水平和碳減排成本系數(shù)對(duì)供應(yīng)鏈成員信息共享價(jià)值的影響。研究表明，零售商在任何情況下都沒有動(dòng)機(jī)共享需求預(yù)測(cè)信息，但對(duì)制造商和供應(yīng)鏈來說信息共享總是有利的，與兩個(gè)制造商信息共享模式優(yōu)于與單個(gè)制造商信息共享模式。最后通過算例分析制造商競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度和碳減排成本系數(shù)對(duì)供應(yīng)鏈信息共享價(jià)值的影響。

關(guān)鍵詞：碳減排;需求預(yù)測(cè);信息共享;制造商橫向競(jìng)爭(zhēng)

中圖分類號(hào)：F272? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： This paper studied the information sharing of retailer demand forecasting， and analyzed the impact on the value of information sharing among supply chain members about the level of competition among manufacturers and the cost coefficient of carbon emission reduction under different models under the supply chain structure composed of two competing manufacturers who invest in carbon emission reduction and one retailer. Research shows that retailers have no incentive to share demand forecast information under any circumstances， but information sharing is always beneficial to manufacturers and supply chains. The information sharing model with two manufacturers is better than the information sharing model with a single manufacturer. Finally， an example was used to analyze the influence of manufacturers' competition intensity and carbon reduction cost coefficient on the value of supply chain information sharing.

Key words： carbon emission reduction; demand information forecast; information sharing;manufacturers horizontal competition

0? 引? 言

信息技術(shù)的發(fā)展使企業(yè)從廣大信息資源中獲得優(yōu)勢(shì)，并開始關(guān)注信息共享的問題。IBM和惠普要求下游零售商向他們提供銷售數(shù)據(jù)[1];格力電器通過與零售商合作，及時(shí)收集、分析市場(chǎng)的信息，降低了市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)的不確定性[2];零售企業(yè)沃爾瑪為其供應(yīng)商強(qiáng)生以及利華兄弟提供網(wǎng)店銷售數(shù)據(jù)，方便供應(yīng)商針對(duì)市場(chǎng)狀況做出戰(zhàn)略調(diào)整。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)供應(yīng)鏈信息共享進(jìn)行了研究。Lee等[3]研究了不確定需求下零售商向制造商共享需求信息能降低制造商的庫(kù)存成本卻不能降低零售商的庫(kù)存成本;FU[4]研究上游向下游企業(yè)共享庫(kù)存和服務(wù)水平信息的價(jià)值;王聰[5]分析零售商與制造商共享市場(chǎng)預(yù)測(cè)信息及零售商風(fēng)險(xiǎn)偏好對(duì)供應(yīng)鏈成員決策及利潤(rùn)的影響。信息共享在改善供應(yīng)鏈績(jī)效上發(fā)揮至關(guān)重要的作用，更準(zhǔn)確的信息總能夠帶來更優(yōu)的價(jià)格結(jié)構(gòu)和利潤(rùn)，零售商如何進(jìn)行信息共享是研究的重點(diǎn)。

隨著消費(fèi)者綠色環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，低碳減排成為企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，為企業(yè)帶來更多的市場(chǎng)份額，因此越來越多企業(yè)采取碳減排措施，醫(yī)療健康企業(yè)強(qiáng)生2010～2018年已將全球碳排放量減少26%[6]。Wang等[7]在雙渠道供應(yīng)鏈下研究了碳交易機(jī)制和消費(fèi)者低碳偏好對(duì)企業(yè)碳減排的影響;Ghosh等[8]研究了碳減排成本和消費(fèi)者環(huán)保偏好對(duì)供應(yīng)鏈成員收益的影響;Zhang等[9]考慮制造商生產(chǎn)普通和減排產(chǎn)品時(shí)制造商與零售商聯(lián)合減排和定價(jià)決策問題;叢靜[10]研究低碳偏好和制造商產(chǎn)出隨機(jī)性對(duì)供應(yīng)商和制造商均要進(jìn)行碳減排技術(shù)研發(fā)投入的影響。在現(xiàn)實(shí)中多個(gè)制造商或零售商所構(gòu)成的橫向競(jìng)爭(zhēng)型供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)是很常見的?；诖耍疚膹南掠瘟闶凵踢M(jìn)行市場(chǎng)需求信息預(yù)測(cè)并選擇是否或如何與制造商進(jìn)行信息共享出發(fā)，考慮兩個(gè)制造商均進(jìn)行碳減排投入且存在競(jìng)爭(zhēng)的條件下，分析供應(yīng)鏈成員在無信息共享、與單個(gè)制造商信息共享和與兩個(gè)制造商信息共享三種共享模式下的最優(yōu)策略，以及制造商碳減排和競(jìng)爭(zhēng)水平對(duì)信息共享價(jià)值的影響。

1? 問題描述與模型假設(shè)

1.1? 問題描述

考慮由兩個(gè)制造商M、M和一個(gè)零售商R組成的二級(jí)供應(yīng)鏈。兩個(gè)制造商以不同的邊際成本c和c生產(chǎn)可替代的產(chǎn)品，分別以批發(fā)價(jià)w和w提供給零售商。考慮消費(fèi)者低碳偏好，生產(chǎn)過程中制造商均進(jìn)行碳減排技術(shù)投入，降低碳排放量，以獲得更高的市場(chǎng)份額。零售商以單位銷售價(jià)p出售給顧客，并且憑借靠近最終消費(fèi)者的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行市場(chǎng)需求信息預(yù)測(cè)作為自己的私有信息且不考慮預(yù)測(cè)成本。零售商以利潤(rùn)最大化為目標(biāo)，可以選擇如何與制造商共享其市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)信息?？紤]供應(yīng)鏈上下游成員之間的信息共享，構(gòu)建信息共享模式的供應(yīng)鏈決策模型，并運(yùn)用逆向歸納法得出供應(yīng)鏈成員的均衡解。決策順序如下：（1）首先，零售商選擇信息共享策略;（2）兩個(gè)制造商根據(jù)已知市場(chǎng)信息，以利潤(rùn)最大化為目標(biāo)決策批發(fā)價(jià)格w和碳減排水平τ，并將批發(fā)價(jià)格提供給零售商;（3）零售商根據(jù)產(chǎn)品批發(fā)價(jià)格和需求預(yù)測(cè)信息決定產(chǎn)品的銷售價(jià)格p以滿足自身利潤(rùn)最大化。

1.2? 模型假設(shè)

零售商根據(jù)市場(chǎng)信號(hào)得到需求預(yù)測(cè)信息之后可以選擇是否與上游制造商共享以及如何共享，研究不同共享模式下零售商的銷售價(jià)格、制造商的批發(fā)價(jià)格和碳減排水平及成員的利潤(rùn)情況。模型建立基于如下假設(shè)：

（1）制造商競(jìng)爭(zhēng)滿足納什均衡，且在供應(yīng)鏈中作為Stackelberg博弈領(lǐng)導(dǎo)者，零售商作為跟隨者，供應(yīng)鏈成員均為風(fēng)險(xiǎn)中性;

（2）研究不考慮存在競(jìng)爭(zhēng)的制造商之間橫向信息共享，且制造商不知道競(jìng)爭(zhēng)對(duì)方是否獲得零售商的信息共享;

（3）假設(shè)制造商M的碳減排成本Cτ=mτ，隨著減排水平的提高需要投入的成本會(huì)越來越多，有Cτ>0，Cτ

>0的特性。m>0為減排投資成本系數(shù)，體現(xiàn)碳減排投資效率，m越小，表明制造商碳減排水平越強(qiáng)，為使模型最優(yōu)解存在8bm≥λθ+3;

（4）根據(jù)李輝[11]和JI[12]的研究，構(gòu)建制造商M和M的需求函數(shù)分別為：

d=a-bp+λτ-θτ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

d=a-bp+λτ-θτ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

其中：a>0為常數(shù)，表示產(chǎn)品的市場(chǎng)需求規(guī)模;b>0表示需求對(duì)價(jià)格的敏感系數(shù);λ為碳減排水平敏感系數(shù)，代表消費(fèi)者對(duì)低碳產(chǎn)品的偏好程度，λ越大，顧客對(duì)產(chǎn)品的低碳程度就越敏感，相同低碳水平的產(chǎn)品能引起更多顧客購(gòu)買;θ為競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度，θ越大表明兩個(gè)產(chǎn)品的替代程度越大，0<θ<1。

（5）參考Li L[13]和伍星華[14]的研究，考慮市場(chǎng)不穩(wěn)定性，假定a是一個(gè)隨機(jī)變量，由確定部分a和不確定部分ξ組成，且ξ服從均值為0，方差為s的正態(tài)分布，ξ～N0，s，因此，a=a+ξ。零售商R對(duì)a的預(yù)測(cè)f=a+ξ。ε表示零售商R的預(yù)測(cè)誤差，方差為σ。零售商對(duì)市場(chǎng)需求的預(yù)測(cè)信息為私有信息，市場(chǎng)需求規(guī)模a是零售商和制造商的共有信息，隨機(jī)變量ξ和f相互獨(dú)立，因此得到：

Ea|f=a+f? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （3）

Ef-a=s+σ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（4）

設(shè)t=表示零售商R對(duì)a的預(yù)測(cè)精度。t越大，零售商預(yù)測(cè)結(jié)果誤差越小;反之，誤差越大。其中，t∈0，1。因此，Ea|f=a+f=a+tf-a。

2? 零售商需求信息共享的模型構(gòu)建與分析

本文主要探討三種模式：（1）無需求信息共享（NDIS），即零售商不與制造商共享其需求預(yù)測(cè)信息;（2）零售商與單個(gè)制造商需求信息共享（DIS-1）;（3）零售商與兩個(gè)制造商需求信息共享（DIS-2）。

2.1? 無信息共享模式（NDIS）

無信息共享情形下，零售商不與制造商共享市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)信息。兩個(gè)制造商只掌握市場(chǎng)需求規(guī)模a，進(jìn)行納什博弈，零售商觀測(cè)到制造商決策之后，根據(jù)預(yù)測(cè)信息確定銷售價(jià)格。M和M的利潤(rùn)函數(shù)分別為：

E∏=Ew-cd-mτ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （5）

E∏=Ew-cd-mτ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （6）

零售商R在獲取需求預(yù)測(cè)信息f后的條件期望利潤(rùn)函數(shù)為：

E∏|f=Ep-wd+p-wd|f? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（7）

運(yùn)用逆向歸法對(duì)零售商期望利潤(rùn)函數(shù)中的p求導(dǎo)，由于=-4b<0，故存在最優(yōu)解。令一階導(dǎo)數(shù)等于0，可得零售商銷售價(jià)格的最優(yōu)反應(yīng)函數(shù)為：pw、w、τ、τ=。制造商的預(yù)期銷售價(jià)格為：，對(duì)w、τ求偏導(dǎo)得Hessian矩陣，當(dāng)8bm>λ3+θ，Hessian矩陣負(fù)定，制造商期望利潤(rùn)函數(shù)有最優(yōu)解，此關(guān)系在后面的求解分析過程中仍然成立。無信息共享模式下最優(yōu)解為：

（8）

代入式（5）、式（6）和式（7）得到最優(yōu)期望利潤(rùn)E∏、E∏和E∏。

2.2? 零售商與單個(gè)制造商信息共享模式（DIS-1）

假設(shè)零售商選擇與制造商M共享其需求預(yù)測(cè)信息，M的期望利潤(rùn)函數(shù)為：

E∏|f=Ew-cd-mτ|f? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （9）

制造商M沒有獲得零售商的需求預(yù)測(cè)信息，對(duì)零售商銷售價(jià)格預(yù)期仍為，批發(fā)價(jià)格和碳減排水平?jīng)Q策和期望利潤(rùn)與NDIS模式相同。

零售商與單個(gè)制造商信息共享需求預(yù)測(cè)信息時(shí)，M和R的最優(yōu)解為：

（10）

代入得到最優(yōu)期望利潤(rùn)E∏、E∏和E∏。

2.3? 零售商與兩個(gè)制造商信息共享模式（DIS-2）

零售商將需求預(yù)測(cè)信息共享給兩個(gè)制造商時(shí)，制造商M獲得的信息不變，因此決策不變，M期望利潤(rùn)函數(shù)為：

E∏|f=Ew-cd-mτ|f? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （11）

制造商對(duì)零售商的預(yù)期價(jià)格均為，逆向歸納法得最優(yōu)解：

（12）

代入得最優(yōu)期望利潤(rùn)E∏、E∏和E∏。

3? 需求信息共享價(jià)值分析

零售商需求預(yù)測(cè)信息共享會(huì)帶來供應(yīng)鏈成員及整體利潤(rùn)的變化，本部分分析不同信息共享模式對(duì)供應(yīng)鏈成員及總供應(yīng)鏈的價(jià)值。

命題1? 不同信息共享模式下，制造商需求信息共享價(jià)值為正，即期望利潤(rùn)滿足：E∏=E∏>E∏;E∏>E∏=E∏。

證明：對(duì)M來說，V=E∏-E∏=。

令fm，θ=16bm+5θλ+14θλ-3λ，當(dāng)fm，θ=0時(shí)，m=。當(dāng)θ∈0，時(shí)，m>0， m>>m，

V>0;當(dāng)θ∈，1， m<0時(shí)，V>0。M的信息共享價(jià)值證明過程與制造商M類似。

命題2? 不同信息共享模式下，零售商的信息共享價(jià)值均為負(fù)。零售商的期望利潤(rùn)滿足：E∏>E∏>E∏。

證明：DIS-1模式下零售商信息共享價(jià)值為：VNDIS=E∏-E∏=-tσ<0，DIS-2模式下信息共享價(jià)值為：VDIS-1=E∏-E∏=-tσ。

令上式為0，得m=，m=。m0;0

m，VDIS-1<0。由8bm>λ3+θ得m>>m，VDIS-1<0。

命題1表明，獲得零售商需求預(yù)測(cè)信息的成員會(huì)從共享中獲益，是因?yàn)橹圃焐套鳛轭I(lǐng)導(dǎo)者，能依據(jù)零售商提供的信息更好地進(jìn)行碳減排水平與批發(fā)價(jià)格決策，從而獲得額外的利潤(rùn);命題2表明，作為跟隨者，信息共享會(huì)使零售商失去談判優(yōu)勢(shì)，很難根據(jù)制造商決策及時(shí)做出調(diào)整，因此帶來利潤(rùn)損失。因此零售商不愿意進(jìn)行信息共享，此時(shí)制造商為獲得信息共享價(jià)值，可以采取措施來彌補(bǔ)零售商的利潤(rùn)損失，激勵(lì)其進(jìn)行共享。

命題3? 不同信息共享模式下，供應(yīng)鏈總需求信息共享價(jià)值為正。即總供應(yīng)鏈期望利潤(rùn)滿足：E∏|f>E∏>E∏。

證明：E∏-E∏=tσ，8bm>λθ+3，56bm-4bmλθ+3

-θλ+2θλ-3λ>0，因此E∏>E∏;E∏-E∏=tσ>0，E∏|f>E∏。綜上所述，E∏|f>E∏>E∏。

該命題表明，零售商無論選擇與單個(gè)還是兩個(gè)制造商進(jìn)行信息共享，都會(huì)使得供應(yīng)鏈總期望利潤(rùn)增加。零售商選擇與一個(gè)制造商信息共享情形時(shí)，雖然零售商需求信息共享價(jià)值為負(fù)，但制造商從信息共享獲得的利潤(rùn)增加要遠(yuǎn)大于零售商的損失;在與兩個(gè)制造商共享需求預(yù)測(cè)信息時(shí)，兩個(gè)制造商均可以從零售商信息共享中獲得正向價(jià)值。這是因?yàn)樽鳛椴┺念I(lǐng)導(dǎo)者制造商的信息共享價(jià)值總是大于零售商利潤(rùn)的減少，因此信息共享對(duì)供應(yīng)鏈總是有利的。

4? 敏感性分析

本部分對(duì)競(jìng)爭(zhēng)程度θ和碳減排成本系數(shù)m對(duì)需求信息共享價(jià)值和供應(yīng)鏈成員利潤(rùn)的影響進(jìn)行敏感性分析。由于上述公式較復(fù)雜，因此借助算例分析來體現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)水平和碳減排效率對(duì)需求信息共享價(jià)值的影響。根據(jù)文獻(xiàn)[11]和文獻(xiàn)[14]，且8bm>λ3+θ，0<θ<1，假定參數(shù)：a=100，b=1，c=20，c=15，λ=5，t=0.6，σ=6。先后設(shè)定m=100和競(jìng)爭(zhēng)水平θ=0.5，觀察供應(yīng)鏈成員及總供應(yīng)鏈信息共享價(jià)值的變化情況，用MATLAB得到圖1至圖6。

圖1和圖2表明制造商的信息共享價(jià)值大于零，驗(yàn)證了命題1。隨著競(jìng)爭(zhēng)水平的增加，制造商信息共享價(jià)值先增加后減少，這意味著兩個(gè)制造商之間應(yīng)該保持著適當(dāng)?shù)母?jìng)爭(zhēng)關(guān)系，產(chǎn)品之間的替代程度過高將會(huì)降低信息共享的價(jià)值;從圖3可以看出，制造商的信息共享價(jià)值隨著碳減排成本系數(shù)的增加而減少，這說明制造商的碳減排效率較高時(shí)，信息共享所帶來的價(jià)值更大，而碳減排效率較低時(shí)，信息共享的價(jià)值更低。

從圖3和圖4可以看出，零售商信息共享價(jià)值在不同模式下都是負(fù)的，與命題2一致。當(dāng)制造商碳減排效率較低時(shí)，與兩個(gè)制造商信息共享模式的價(jià)值要低于與單個(gè)制造商信息共享模式的價(jià)值，這是因?yàn)榱闶凵淘诠?yīng)鏈中處于劣勢(shì)，與更多的制造商進(jìn)行信息共享會(huì)損失更多的利潤(rùn)，并且會(huì)隨著競(jìng)爭(zhēng)水平的增加損失更多的利潤(rùn)，這意味零售商會(huì)優(yōu)先選擇無信息共享模式，其次是與單個(gè)制造商信息共享，最后才是與兩個(gè)制造商信息共享模式;當(dāng)制造商之間的競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度適當(dāng)時(shí)，碳減排成本系數(shù)對(duì)不同共享模式下零售商的共享價(jià)值的作用是相反的，因此當(dāng)制造商碳減排效率較高時(shí)，零售商會(huì)優(yōu)先選擇與兩個(gè)制造商信息共享模式，反之則選擇與單個(gè)制造商信息共享模式。

圖5和圖6表明信息共享對(duì)供應(yīng)鏈總是有利的，且與兩個(gè)制造商信息共享模式的價(jià)值總是大于與單個(gè)制造商信息共享模式。不同共享模式下的信息價(jià)值隨著競(jìng)爭(zhēng)水平和碳減排成本系數(shù)增加的變化趨勢(shì)是相反的，在競(jìng)爭(zhēng)水平增加的情況下，供應(yīng)鏈信息共享價(jià)值在與兩個(gè)制造商信息共享時(shí)逐漸升高，而與單個(gè)制造商信息共享模式下逐漸降低，因此制造商之間保持較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)水平有利于供應(yīng)鏈信息共享;碳減排成本系數(shù)較大即制造商碳減排效率較低時(shí)，對(duì)供應(yīng)鏈信息共享價(jià)值的影響較小，隨著碳減排效率的增加，與兩個(gè)制造商信息共享模式下的價(jià)值也迅速增加。因此，對(duì)供應(yīng)鏈而言，更傾向于選擇與兩個(gè)制造商信息共享模式。

5? 結(jié)論與展望

本文研究制造商碳減排和橫向競(jìng)爭(zhēng)下的需求預(yù)測(cè)信息共享問題，構(gòu)建了三種共享模式下供應(yīng)鏈成員的決策模型，討論不同模式下制造商競(jìng)爭(zhēng)水平和碳減排成本系數(shù)對(duì)供應(yīng)鏈成員信息共享價(jià)值的影響。研究表明：（1）需求預(yù)測(cè)信息共享對(duì)零售商不利，對(duì)制造商和供應(yīng)鏈有利;（2）制造商之間應(yīng)保持適當(dāng)?shù)母?jìng)爭(zhēng)水平和較高的碳減排效率，才能保證信息共享所帶來的價(jià)值;（3）零售商的最優(yōu)選擇是無信息共享模式，當(dāng)碳減排效率較低時(shí)，與單個(gè)制造商信息共享模式優(yōu)于與兩個(gè)制造商信息共享模式，當(dāng)碳減排效率較高時(shí)，零售商會(huì)優(yōu)先選擇與兩個(gè)制造商信息共享，因?yàn)檫@樣損失的利潤(rùn)較少;（4）從供應(yīng)鏈的角度出發(fā)，與兩個(gè)制造者信息共享模式是最優(yōu)的。因此零售商不會(huì)主動(dòng)共享私有信息，為獲得更高的利潤(rùn)，制造商可通過向零售商支付費(fèi)用彌補(bǔ)零售商利潤(rùn)損失，以激勵(lì)其進(jìn)行信息共享，同時(shí)零售商也會(huì)接受制造商的激勵(lì)機(jī)制以獲得供應(yīng)鏈整體績(jī)效的提升，提高供應(yīng)鏈的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

但是文章只考慮了兩個(gè)制造商橫向競(jìng)爭(zhēng)，現(xiàn)實(shí)中的供應(yīng)鏈存在多個(gè)制造商與零售商;其次，制造商往往占據(jù)領(lǐng)導(dǎo)地位，能夠更精確地根據(jù)市場(chǎng)信息進(jìn)行預(yù)測(cè)，上下游企業(yè)都進(jìn)行需求信息預(yù)測(cè)及共享是當(dāng)下研究的重點(diǎn)內(nèi)容;最后，在已知信息共享有利于提高供應(yīng)鏈競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的前提下，如何設(shè)計(jì)合理的信息補(bǔ)償機(jī)制促進(jìn)零售商信息共享是接下來的研究重點(diǎn)。

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