授權(quán)制造下碳交易對制造/再制造影響及協(xié)調(diào)機制研究

夏西強, 路夢圓, 徐春秋

(1.鄭州大學(xué) 商學(xué)院,河南 鄭州 450001; 2.鄭州大學(xué) 管理工程學(xué)院,河南 鄭州 450001)

0 引言

隨著全球經(jīng)濟快速發(fā)展，氣候變暖和能源枯竭問題日益嚴(yán)重，促使各國政府和企業(yè)尋求一種可循環(huán)的經(jīng)濟發(fā)展模式，實現(xiàn)經(jīng)濟效益和低碳發(fā)展有效結(jié)合。不少研究表明，再制造具有降低成本、節(jié)約能源和減少環(huán)境影響等優(yōu)點，被認(rèn)為是實現(xiàn)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的有效途徑[1]。為促進再制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展，碳交易市場建設(shè)一直備受關(guān)注，隨著2020年《碳排放權(quán)管理辦法(試行)》頒布，全國碳交易市場第一個履約周期正式啟動。在碳交易機制下，政府為企業(yè)建立一個碳排放限額下的自由交易市場來有效配置碳排放權(quán)[2]，再制造商可以通過調(diào)整產(chǎn)量和研發(fā)減排技術(shù)獲取碳交易收益，這為制造商開展再制造業(yè)務(wù)提供動機。

雖然再制造具有很多優(yōu)點，并且政府積極采取措施促進再制造發(fā)展，但是鑒于在設(shè)備、人員和品牌建設(shè)等方面的不足，原始制造商并不積極地從事再制造業(yè)務(wù)，而是基于產(chǎn)權(quán)保護將再制造業(yè)務(wù)授權(quán)給專門的第三方再制造商，即授權(quán)再制造。一般來說，授權(quán)再制造模式下，原始制造商可以通過收取專利產(chǎn)品的授權(quán)費用增加自身利潤空間；但是另一方面，原始制造商放棄再制造業(yè)務(wù)會加劇新產(chǎn)品和再制造產(chǎn)品競爭，“市場擠兌”效應(yīng)侵蝕原始制造商原有利潤[3]。因此，原始制造商在進行決策時需要權(quán)衡授權(quán)再制造所帶來的兩方面效應(yīng)。對于供應(yīng)鏈整體而言，制造商分散決策會造成供應(yīng)鏈效率的損失[4]，有必要研究供應(yīng)鏈的協(xié)調(diào)機制，實現(xiàn)低碳排放和利潤最大化雙重目標(biāo)。因此，在授權(quán)制造下，研究碳交易政策對制造/再制造的影響并對供應(yīng)鏈進行協(xié)調(diào)具有一定的現(xiàn)實意義。

1 文獻綜述

國內(nèi)外與本文相關(guān)的研究主要有以下兩個方面：一是碳交易對制造/再制造閉環(huán)供應(yīng)鏈影響研究；二是授權(quán)再制造模式研究。與碳交易對制造/再制造閉環(huán)供應(yīng)鏈影響相關(guān)的研究主要有：Chang等[5]研究不同的碳限額分配方法(單位產(chǎn)品碳限額和總量碳限額)對再制造有效性影響，發(fā)現(xiàn)單位產(chǎn)品碳限額方法更能激勵制造商再制造。接著，譚建等[6]基于這兩種碳交易管制方法分析技術(shù)減排投資對企業(yè)利潤和碳排放的影響。Chai等[7,8]從一個參與再制造的壟斷制造商角度出發(fā)，研究碳交易對制造商最優(yōu)決策和碳交易量的影響，并進一步將壟斷寡頭模型擴展為雙寡頭競爭的再制造模型，對比分析原始制造商三種可能的競爭策略。陳玉玉等[9,10]基于碳交易環(huán)境，不僅研究再制造商不同減排情形下的生產(chǎn)和減排投資決策，還進一步探討政府循環(huán)率規(guī)制對生產(chǎn)商盡規(guī)決策影響。刁心薇等[11]基于碳稅-碳交易并行的混合碳政策，研究制造商最優(yōu)定價和減排決策，并給出供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)機制。

關(guān)于授權(quán)再制造模式相關(guān)的研究主要有：Hong等[12]研究不同的專利許可模式對供應(yīng)鏈參與者生產(chǎn)和回收決策影響，研究發(fā)現(xiàn)制造商最優(yōu)許可策略取決于固定費用大小。Zhang[13]、鄭本榮等[14]研究授權(quán)制造對供應(yīng)鏈參與者決策影響。鄒宗保等[15]研究制造與再制造成本比值變化對專利保護下供應(yīng)鏈參與者決策行為影響，研究表明成本比值變化會影響再制造商進入市場的決策以及影響原始制造商通過專利許可費轉(zhuǎn)移再制造商收益的決策。趙曉敏等[16]研究原始制造商綠色創(chuàng)新努力對授權(quán)再制造閉環(huán)供應(yīng)鏈的影響。進一步，趙曉敏等[3]將靜態(tài)博弈模型擴展為動態(tài)博弈模型，分析不同決策的動態(tài)演化過程，研究得到系統(tǒng)演化的均衡結(jié)果受專利許可費影響。

綜上可知，目前國內(nèi)外已有文獻對碳交易政策的不同形式[5,6]，碳交易政策對閉環(huán)供應(yīng)鏈影響的有效性[7～11]等進行多角度分析，為政府實施碳交易政策和制造商決策提供一定的科學(xué)依據(jù)。同時，授權(quán)再制造的具體形式[12]，授權(quán)再制造對供應(yīng)鏈定價影響與協(xié)調(diào)機制研究[3,13～16]等相關(guān)研究也已取得一定的成果，但是，缺少授權(quán)制造下政府采取碳交易政策對制造/再制造的影響與協(xié)調(diào)策略研究。鑒于此，本文基于授權(quán)再制造，構(gòu)建分散決策與集中決策模式下的博弈模型，對比分析碳交易對兩種決策模式競爭機理以及供應(yīng)鏈利潤的影響，并設(shè)計固定授權(quán)費的協(xié)調(diào)機制。

2 模型構(gòu)建

2.1 模型描述

本文在政府碳交易政策約束下，考慮存在專利授權(quán)的原始制造商和再制造商構(gòu)成的閉環(huán)供應(yīng)鏈，原始制造商擁有新產(chǎn)品的知識產(chǎn)權(quán)，其他廠商未經(jīng)授權(quán)不得進行專利產(chǎn)品的回收再制造，但是由于缺乏再制造的專有技術(shù)與設(shè)備，原始制造商一般基于知識產(chǎn)權(quán)保護采取授權(quán)再制造模式，即通過收取一定的專利授權(quán)費用來轉(zhuǎn)移再制造收益。政府通過采取碳交易政策來為制造商建立了一個碳排放限額下的自由交易市場，實現(xiàn)資源合理配置，從而影響再制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

在分散決策模式下，具有廢舊產(chǎn)品知識產(chǎn)權(quán)的原始制造商授權(quán)再制造商參與再制造業(yè)務(wù)，兩種產(chǎn)品制造商追求自身利潤最大化。原始制造商在博弈中處于主導(dǎo)地位，其決策單位新產(chǎn)品的零售價格和單位再制造產(chǎn)品授權(quán)費用；再制造商被授權(quán)后，通過回收廢舊產(chǎn)品和支付授權(quán)費用來負(fù)責(zé)再制造產(chǎn)品的生產(chǎn)和銷售，其決策單位再制造產(chǎn)品零售價格。在集中決策模式下，兩種產(chǎn)品制造商追求供應(yīng)鏈整體利潤最大化，共同決策兩種產(chǎn)品的單位零售價格，而單位再制造產(chǎn)品授權(quán)費用和廢舊產(chǎn)品的回收率不影響供應(yīng)鏈整體利潤，在此模型中是非相關(guān)變量。

2.2 模型符號

2.3 模型函數(shù)

(1)模型需求函數(shù)

本文使用的是一個比較經(jīng)典的需求函數(shù)，具體可以參考文獻[15,19]，兩種產(chǎn)品的市場需求量與價格的關(guān)系為:

其中i∈{ND,TD,NC,TC,TF}。

(2)模型回收函數(shù)

3 模型求解與分析

3.1 模型建立

分散決策時

(1)

(2)

(1)式表示原始制造商銷售新產(chǎn)品收益、專利授權(quán)收益和碳交易收益之和；(2)式表示再制造商再制造收益和碳交易收益之和。

集中決策時

(3)

(3)式表示制造商生產(chǎn)銷售兩種產(chǎn)品收益和供應(yīng)鏈整體碳交易收益之和。

3.2 模型求解

為了求解兩種決策模式下的最優(yōu)解，首先給出引理1。

由引理1可得兩種決策模式下的最優(yōu)解，具體見結(jié)論1。

結(jié)論1兩種決策模式下最優(yōu)解，具體如表1所示。

表1 兩種決策模式下的最優(yōu)解

在表1中，令pe=0可得政府不采取碳交易政策ND,NC模式下的最優(yōu)解，在此，不具體給出。

3.3 模型分析

結(jié)論2兩種決策模式下最優(yōu)值與碳交易價格的關(guān)系:

結(jié)論2說明，碳交易政策下，單位再制造產(chǎn)品節(jié)約成本越大，單位再制造產(chǎn)品碳排放量越小時，也即再制造產(chǎn)品的成本優(yōu)勢和低碳優(yōu)勢越明顯時，再制造商會通過提高再制品的價格和增加產(chǎn)量來獲取收益，原始制造商則提高新產(chǎn)品的價格和減少產(chǎn)量來維持利潤不被占有，同時，原始制造商會降低授權(quán)費用來進一步鼓勵再制造商增加廢舊產(chǎn)品的回收量，從而使總的授權(quán)費用增加，即薄利多銷。當(dāng)碳交易價格小于某一閾值時，制造商銷售收益不足以彌補增加的碳交易成本，隨著碳交易價格的增加，再制造商愿意加大回收數(shù)量和再制造減排技術(shù)投入，降低再制造產(chǎn)品碳排放和生產(chǎn)成本來獲取碳交易收益。

結(jié)論3碳交易政策對兩種決策模式下最優(yōu)值大小關(guān)系的影響:

結(jié)論3說明，單位新產(chǎn)品的零售價格與決策方式無關(guān)，但是分散決策下再制造商為追求自身利潤最大化，較大幅度地提高單位再制品零售價格，再制品銷售量較少，廢舊產(chǎn)品的回收量也相應(yīng)較少，即分散決策不利于舊產(chǎn)品回收再制造，進而造成供應(yīng)鏈整體利潤的損失。并且當(dāng)er/en<δ時，隨碳交易價格的增加，兩種決策模式下的利潤差值增大，這意味著碳交易政策將會擴大利潤協(xié)調(diào)空間。

結(jié)論4政府采取碳交易政策對環(huán)境的影響:

(i)eTD

結(jié)論4說明，在兩種決策模式下，政府采取碳交易政策會減少對環(huán)境的影響，因此政府應(yīng)當(dāng)設(shè)法調(diào)動碳交易市場的活躍度，從而增強再制造商綠色創(chuàng)新積極性。當(dāng)er/en<δ時，分散決策模式不利于保護環(huán)境，兩種產(chǎn)品制造商應(yīng)積極參與供應(yīng)鏈合作，并設(shè)法降低再制造產(chǎn)品對環(huán)境影響和提高再制造產(chǎn)品市場認(rèn)可度，實現(xiàn)經(jīng)濟與環(huán)境的共贏。

參考文獻[19]可知，本文消費者剩余考慮了消費者購買新產(chǎn)品和再制造產(chǎn)品的總剩余，記消費者剩余為：

其中，i∈{ND,NC,TD,TC}同時，記

結(jié)論5政府采取碳交易政策對消費者剩余的影響：

(i)當(dāng)pe>λ時，STD>SND,STC>SNC；

(ii)STD

結(jié)論5表明，兩種決策模式下，當(dāng)碳交易價格大于某一閾值時，碳交易增加消費者剩余，并且集中決策下消費者剩余較大。結(jié)合前面的分析可知，政府設(shè)定適當(dāng)?shù)奶冀灰變r格有助于引導(dǎo)資源的合理配置，增加供應(yīng)鏈利潤和減少對環(huán)境影響，并且集中決策模式有利于促進資源的循環(huán)利用、增加消費者剩余和整體利潤，因此有必要基于碳交易政策，研究分散決策時供應(yīng)鏈的協(xié)調(diào)機制。

4 固定授權(quán)費協(xié)調(diào)機制

固定授權(quán)費方式是指再制造商與原始制造商簽訂固定授權(quán)費用為F的契約以獲得再制造業(yè)務(wù)授權(quán)。在該契約下原始制造商獲得固定授權(quán)費用作為F其再制造商利潤增加分成。固定授權(quán)費協(xié)調(diào)后兩種產(chǎn)品制造商的利潤函數(shù)為:

(4)

(5)

結(jié)論6固定授權(quán)費協(xié)調(diào)后模型的最優(yōu)解為：

結(jié)論7原始制造商和再制造商可以通過簽訂固定授權(quán)費F的契約來進行合作，并當(dāng)固定授權(quán)費F的區(qū)間范圍滿足A≤F≤B時，供應(yīng)鏈實現(xiàn)協(xié)調(diào)。

結(jié)論7說明，原始制造商和再制造商可以通過簽訂固定授權(quán)費為F的契約來進行合作，當(dāng)固定授權(quán)費F的取值范圍滿足A≤F≤B時，協(xié)調(diào)后原始制造商和再制造商的利潤不低于分散決策模式下的利潤，并且供應(yīng)鏈整體利潤實現(xiàn)最優(yōu)，即原始制造商、再制造商、供應(yīng)鏈整體利潤得以協(xié)調(diào)。

5 仿真分析

為驗證上述結(jié)論，并進一步分析消費者偏好對最優(yōu)解的影響，本文以再制造發(fā)動機為實際案例，對上述結(jié)果進行數(shù)值仿真。參考文獻[17,19]可知，與單位新發(fā)動機相比，單位再制造發(fā)動機大約節(jié)約成本50%，降低環(huán)境影響20%，取相關(guān)參數(shù)c=0.2,s=0.1,en=0.5,er=0.4,E=2,k=1.1。

5.1 pe和δ對兩種產(chǎn)品零售價格的影響

由圖1可知，兩種決策模式下，隨著碳交易價格增加，制造商通過增加單位產(chǎn)品的零售價格將碳交易成本轉(zhuǎn)移給消費者。當(dāng)消費者偏好增加時，再制造商傾向于提高再制造產(chǎn)品的零售價格來增加銷售收入，即單位再制造產(chǎn)品的零售價格與消費者偏好正相關(guān)；而原始制造商為了保持競爭優(yōu)勢，不會隨著消費者偏好的增加而提高新產(chǎn)品價格，但是為了維持利潤，原始制造商也不愿意降低價格，因此，隨著消費者偏好的增加，原始制造商不改變單位新產(chǎn)品的零售價格。

圖1 pe和δ對兩種產(chǎn)品零售價格影響

推論1消費者偏好對兩種產(chǎn)品單位零售價格影響:

5.2 pe和δ對兩種產(chǎn)品銷售量的影響

由圖2可知，兩種決策模式下，當(dāng)政府采取碳交易政策時，再制造商具有成本節(jié)約和碳排放量少的競爭優(yōu)勢，隨著消費者偏好和碳交易價格增加，再制造商傾向于加大廢舊產(chǎn)品回收，增加再制造產(chǎn)品生產(chǎn)量，市場競爭使得再制品銷售量增加，新產(chǎn)品銷售量則有減少的趨勢，集中決策模式下，再制造產(chǎn)品的銷售量較大，“市場擠兌”效應(yīng)加劇。

圖2 pe和δ對兩種產(chǎn)品銷售量的影響

推論2消費者偏好對兩種產(chǎn)品銷售量和廢舊產(chǎn)品回收率的影響：

5.3 pe和δ對利潤的影響

由圖3可知，隨著碳交易價格和消費者好增加，再制造產(chǎn)品銷售量和零售價格增加，即再制造商收益增加；授權(quán)制造下原始制造商可以通過“專利壁壘”來干預(yù)再制造商的活動，彌補了“市場擠兌”和碳交易成本增加所造成的利潤損失。集中決策下供應(yīng)鏈利潤較大，避免制造商各自決策所帶來的利潤損失。

圖3 pe和δ對利潤的影響

6 結(jié)論

本文基于授權(quán)再制造構(gòu)建原始制造商和再制造商之間的博弈模型，研究政府碳交易對分散決策和集中決策模式下兩種產(chǎn)品制造商競爭機理和供應(yīng)鏈利潤的影響，并給出固定授權(quán)費用的協(xié)調(diào)機制來解決分散決策導(dǎo)致的供應(yīng)鏈效率損失問題，從而對供應(yīng)鏈利潤進行有效分配，實現(xiàn)供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)，主要研究結(jié)論如下：

(1)兩種決策模式下，政府采取碳交易政策時，原始制造商會通過降低單位再制造產(chǎn)品授權(quán)費用來促進廢舊產(chǎn)品回收，獲得更多的再制造收益來彌補碳交易增加成本，同時，提高單位新產(chǎn)品零售價格將碳交易成本轉(zhuǎn)移給消費者；當(dāng)單位再制造產(chǎn)品碳排放量與單位新產(chǎn)品相比較小且單位再制造產(chǎn)品節(jié)約成本滿足一定條件時，政府采取碳交易政策促進再制造產(chǎn)品銷售，再制造商會通過提高單位再制造產(chǎn)品零售價格和廢舊產(chǎn)品回收率獲取更多收益。

(2)相較于分散決策模式，集中決策模式不改變單位新產(chǎn)品零售價格，降低單位再制造產(chǎn)品零售價格，促進再制造產(chǎn)品銷售量和廢舊產(chǎn)品回收率增加，供應(yīng)鏈整體利潤較大，且當(dāng)單位再制造產(chǎn)品碳排放量與單位新產(chǎn)品相比較小時，集中決策模式有利于保護環(huán)境和增加消費者剩余。

(3)通過仿真分析可知，消費者偏好也是影響制造/再制造競爭的一個重要因素，消費者偏好對兩種決策模式下的單位再制造產(chǎn)品零售價格、銷售量、廢舊產(chǎn)品回收率以及利潤都有顯著的影響。政府和制造商應(yīng)設(shè)法提高再制造產(chǎn)品的市場認(rèn)可度，從而促進再制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展和增加供應(yīng)鏈整體利潤。

管理啟示：碳交易價格、消費者偏好、再制造產(chǎn)品與新產(chǎn)品對環(huán)境的影響比以及單位再制造產(chǎn)品節(jié)約成本都是影響再制造供應(yīng)鏈利潤增加的重要因素，兩種產(chǎn)品制造商和政府可以通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)這些因素來增加供應(yīng)鏈利潤和促進再制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展。