考慮產(chǎn)品運輸過程碳排放的供應(yīng)鏈契約協(xié)調(diào)

張宗明，李 珊，許曉晴

1.西安電子科技大學(xué) 經(jīng)濟與管理學(xué)院，西安 710126

2.長安大學(xué) 經(jīng)濟與管理學(xué)院，西安 710064

在全球變暖趨勢日益加劇的今天，關(guān)于綠色供應(yīng)鏈管理的理論和實踐越來越受到學(xué)者們和企業(yè)管理者的關(guān)注。與此同時，越來越多的消費者變得有環(huán)保意識，Bull 的一項調(diào)查顯示[1]，67%的消費者認為購買環(huán)保產(chǎn)品非常重要，即使需要支付更高的價格。為了滿足消費者日益增長的綠色需求，制造商需確保其產(chǎn)品滿足特定的綠色水平。一般來說，綠色度較高的產(chǎn)品產(chǎn)生的碳排放量較少，但生產(chǎn)成本較高。因此，對于制造商而言，如何做出最優(yōu)碳減排決策以獲得更大效益，具有重要理論和現(xiàn)實意義。

隨著社會各界對環(huán)境問題的關(guān)注，綠色供應(yīng)鏈管理已成為學(xué)術(shù)界研究的重點領(lǐng)域。早期，學(xué)者們集中研究低碳供應(yīng)鏈中產(chǎn)品的定價問題。文獻[2]提出很大一部分消費者樂意為綠色產(chǎn)品支付更高的價格，文獻[3]在市場需求和價格都對碳排放量敏感的前提下，得到了該供應(yīng)鏈的最優(yōu)價格決策。類似地，文獻[4]以中性稅收和低碳經(jīng)濟為背景考慮了碳稅補貼給零售商和碳稅共同分擔(dān)兩種碳稅模式，研究了兩種模式下消費者的搭便車行為對雙渠道供應(yīng)鏈的定價和企業(yè)碳減排努力程度的影響。文獻[5]在碳標(biāo)簽制度背景下，考慮了風(fēng)險規(guī)避和制造商碳減排情況下雙渠道供應(yīng)鏈中供應(yīng)鏈各成員的定價決策問題。

分散決策下各成員都以自己的利潤最大化為目的，其供應(yīng)鏈的總利潤遠小于集中決策下的利潤，因此學(xué)者們開始在低碳供應(yīng)鏈中應(yīng)用契約協(xié)調(diào)。文獻[6]分析了產(chǎn)品市場需求對消費者低碳偏好敏感的情況下，碳減排成本分共擔(dān)合同對提高供應(yīng)鏈績效的影響。文獻[7]通過比較兩種不同的成本分擔(dān)合同，研究了綠色制造成本和消費者環(huán)境偏好對綠色供應(yīng)鏈的影響。文獻[8]研究了成本分擔(dān)和批發(fā)價格契約合同如何影響最優(yōu)決策，發(fā)現(xiàn)采用成本分擔(dān)合同能使兩個渠道成員都得到帕累托改進。此外，文獻[9]在低碳供應(yīng)鏈中比較了成本分擔(dān)和收益共享兩種合同，發(fā)現(xiàn)成本分擔(dān)合同更為適用。

以上的文獻對低碳問題的研究著眼于產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，然而，最近的文獻[10]表明，產(chǎn)品運輸過程也應(yīng)該給予同樣的關(guān)注，因為物流和運輸產(chǎn)生的溫室氣體排放量之大僅次于電力工業(yè)。實踐中，大部分制造商將產(chǎn)品運輸外包給第三方物流，籍此可以減少其在物流設(shè)施上的資本投資，專注于公司主打業(yè)務(wù)。一項調(diào)查[11]顯示，西歐、美國和亞太地區(qū)超過70%的企業(yè)都使用過物流外包。而現(xiàn)有的一些文獻[12-13]單純地研究第三方物流服務(wù)提供商與其客戶之間的互動，還有一部分[14]研究其服務(wù)水平對供應(yīng)鏈的影響，更多地是將其作為簡單的產(chǎn)品回收者。比如在文獻[15-16]的研究中，第三方物流負責(zé)閉環(huán)供應(yīng)鏈中為制造商回收產(chǎn)品。另外，文獻[17]采用兩種不同的Stackelberg 競爭來確定最優(yōu)零售價格和物流服務(wù)水平。所以，關(guān)于第三方物流運輸產(chǎn)生的碳排放對綠色供應(yīng)鏈的影響，至今鮮有研究。

綜上所述，以上學(xué)者對低碳供應(yīng)鏈和第三方物流的研究做了大量富有成效的工作，但關(guān)于低碳供應(yīng)鏈中第三方物流碳排放量的研究還比較有限且不夠全面。雖然也有少部分文獻研究三級供應(yīng)鏈[18]，但是尚無文獻探討在三級供應(yīng)鏈中不同的成本分擔(dān)方式對碳排放量以及產(chǎn)品綠色度的影響。文獻[19]雖然研究了類似的問題，在產(chǎn)品需求對產(chǎn)品價格、綠色度、第三方物流的碳排放量以及產(chǎn)品交付時間敏感的情形下，得出不同權(quán)力結(jié)構(gòu)下的均衡解，但是沒有采用有效的契約來提高供應(yīng)鏈的收益?；诖?，本文分析制造商領(lǐng)導(dǎo)的綠色成本共擔(dān)和第三方物流領(lǐng)導(dǎo)的碳減排成本共擔(dān)兩種合同對供應(yīng)鏈的協(xié)調(diào)作用，以期為企業(yè)間契約協(xié)調(diào)機制的選擇以及成本共擔(dān)契約合同的設(shè)計提供了理論支撐。

1 問題描述和假設(shè)

1.1 基本假設(shè)

考慮由制造商、第三方物流供應(yīng)商和零售商組成的三級綠色供應(yīng)鏈，其中制造商負責(zé)生產(chǎn)綠色產(chǎn)品，并通過專業(yè)第三方物流將其供應(yīng)給零售商，以減少運輸過程中對環(huán)境造成的污染，零售商將這些產(chǎn)品銷售給終端消費者。比如作為國民經(jīng)濟基礎(chǔ)的建材行業(yè)，其生產(chǎn)和運輸過程產(chǎn)生大量的CO2，對我國實現(xiàn)低碳發(fā)展目標(biāo)構(gòu)成了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，建材供應(yīng)商一般會利用專業(yè)建材物流以優(yōu)化資源配置，降低生產(chǎn)成本[20]。本文假設(shè)消費者具有環(huán)保偏好，即愿意為環(huán)保產(chǎn)品支付更高的價格[1]。市場研究公司Global Web Index 的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示[21]，60%的消費者愿意為綠色可持續(xù)產(chǎn)品支付更高的價格，越來越“苛刻”的消費者正推動著零售行業(yè)走向可持續(xù)性發(fā)展。巴西紡織時尚品牌Malwee推出了一種新型節(jié)水牛仔褲，被其自稱為“巴西最可持續(xù)的牛仔褲”。這種牛仔褲生產(chǎn)制造時以有機化學(xué)品取代了傳統(tǒng)化學(xué)物質(zhì)，還將傳統(tǒng)商品標(biāo)簽替換成了可回收材料，減小了對環(huán)境的污染。雖然價格較普通牛仔褲貴了一些，但因其可持續(xù)理念深受消費者喜歡。因此，市場對產(chǎn)品的需求不僅受產(chǎn)品綠色程度的影響，而且對產(chǎn)品運輸過程中產(chǎn)生的碳排放量也很敏感[19]?？紤]在一些市場中，因為政策或產(chǎn)品特性等原因，產(chǎn)品價格相對比較穩(wěn)定[22]，同時為了將研究重點放在低碳生產(chǎn)的影響上，參考現(xiàn)行通用的處理辦法[9，23-24]，本文將價格進行外生處理，且加入價格不影響本文分析結(jié)論。因此，假設(shè)零售商以固定的批發(fā)價格從制造商那里購買產(chǎn)品，并以固定的零售價格出售給終端消費者。最后，假設(shè)所有供應(yīng)鏈成員之間的信息都是對稱的，客戶在購買之前可以準(zhǔn)確地獲得他們想要購買的產(chǎn)品的環(huán)保水平。如沃爾瑪在其產(chǎn)品上標(biāo)有“天然”的標(biāo)簽，以展示其產(chǎn)品是“自然和生物可降解”清潔產(chǎn)品?；蛘咭恍┢髽I(yè)可以通過政府認證機構(gòu)對企業(yè)產(chǎn)品的綠色水平進行認證，并貼上標(biāo)簽。企業(yè)可以通過標(biāo)簽介紹產(chǎn)品的綠色屬性，使消費者熟知[25]。

本文所用的數(shù)學(xué)符號及其定義如表1所示。

表1 符號及其定義Table 1 Symbols and their definitions

1.2 模型建立

其中m1為制造商的單位利潤，等于制造商的批發(fā)價格減去制造成本減去單位物流成本。同樣，m2表示零售商的單位利潤，等于產(chǎn)品的零售價格減去批發(fā)價格減去單位物流成本；m3表示第三方物流供應(yīng)商的單位利潤，等于單位物流價格減去單位運輸成本。為了集中研究碳排放的影響，本文模型不包括產(chǎn)品定價決策。為了簡化分析，假設(shè)制造商的固定生產(chǎn)成本和第三方物流的固定運輸成本為零，放松此假設(shè)并不影響分析結(jié)果[22]。

本文中符號的安排如下：ej*、gj*、πij*分別為碳排放、產(chǎn)品綠色度和利潤的均衡解；j表示C（集中供應(yīng)鏈）或NC（無成本分擔(dān)）、ECS（碳減排成本分擔(dān)）或GCS（綠色制造成本分擔(dān)）；i表示M（制造商）、L（第三方物流）或R（零售商）。

2 模型求解

2.1 無成本共擔(dān)

首先研究了不分?jǐn)偝杀镜淖顑?yōu)決策問題，并將其作為評價成本共擔(dān)機制績效的基準(zhǔn)。

通過逆向歸納法對模型進行求解。第三方物流供應(yīng)商為實現(xiàn)利潤最大化，對公式（5）關(guān)于碳排放量e進行一階求導(dǎo)，令?π3PL/?e=0，得到第三方物流供應(yīng)商的最佳碳排放量eN*。同時，最優(yōu)綠色度g是?πM/?g=b2m1-gu=0 的唯一解，得到最優(yōu)綠色度gN*，將eN*和gN*代入相應(yīng)的等式。

比較集中決策和無成本共擔(dān)的分散決策的均衡后果得到：e*>ec*，g*

2.2 成本共擔(dān)機制

2.2.1 綠色制造成本共擔(dān)

本小節(jié)考慮綠色制造成本共擔(dān)。消費者對低碳產(chǎn)品的關(guān)注，讓零售商愿意銷售低碳產(chǎn)品，但低碳產(chǎn)品的生產(chǎn)需要大量資金投入，如果只是制造商承擔(dān)這部分成本，勢必會導(dǎo)致產(chǎn)品的批發(fā)價和零售價都上升，影響低碳產(chǎn)品的市場需求，進而影響供應(yīng)鏈成員的利益。因此，第三方物流供應(yīng)商和零售商可能會與制造商協(xié)商，愿意主動承擔(dān)部分綠色制造成本，以激勵制造商追求綠色制造。在這個情境下，博弈時序如下：首先，零售商決定與制造商的成本共擔(dān)率n1，0 ≤n1≤1；接下來，第三方物流供應(yīng)商宣布碳排放e并決定成本共擔(dān)率n2，0 ≤n2≤1。然后，制造商做出關(guān)于最優(yōu)綠色度g的決策。

供應(yīng)鏈各成員的利潤函數(shù)為：

通過比較綠色制造成本共擔(dān)和無成本共擔(dān)的均衡結(jié)果，所有企業(yè)都能從綠色制造成本共擔(dān)方案中獲益，這一點將在下面的命題中得到具體解釋。

命題1 表明綠色制造成本共擔(dān)契約適用于制造商與零售商以及第三方物流的單位利潤相差不大的供應(yīng)鏈。如果利潤相差過大，制造商的利潤占主導(dǎo)，零售商和第三方的利潤空間本來就很小，則沒有為制造商分擔(dān)成本的動機。只有單位利潤相差不大時，零售商和第三方物流為制造商分擔(dān)成本損失的部分利潤可以通過產(chǎn)品需求的增加所增加的利潤來彌補。此外，第三方物流的單位利潤是小于零售商的，因為第三方物流一般不擁有商品，只是為客戶提供倉儲、配送等物流服務(wù)，它的傭金費用由制造商和零售商二者共同承擔(dān)。如果第三方物流的單位利潤高于制造商和零售商的單位利潤，則企業(yè)沒有外包的必要。

命題2 通過下面的式子，分析了供應(yīng)鏈成員成本共擔(dān)率和所對應(yīng)的單位利潤之間的關(guān)系：

顯然，命題2反映n1和n2分別與m2和m3呈正相關(guān)，即供應(yīng)鏈成員的單位利潤越高，它所愿意承擔(dān)的綠色制造成本比例就越大。

2.2.2 碳減排成本共擔(dān)

影響市場需求的另一個因素是產(chǎn)品運輸過程產(chǎn)生的碳排放，本小節(jié)對減排成本共擔(dān)問題進行分析。以往的文獻表明，碳排放水平對消費者的購買行為有顯著影響。因此，該系統(tǒng)中的其他兩方期望第三方物流供應(yīng)商投入更多資金來減少運輸碳排放量，這種搭便車行為極大地影響第三方物流的碳減排行為，除非另外兩方可以提供一些激勵措施，由此本文設(shè)計了碳減排成本共擔(dān)機制。所以本節(jié)研究的核心問題就是得出每個成員最恰當(dāng)?shù)某杀竟矒?dān)比例使供應(yīng)鏈所有成員利潤得到提高。本情境下的博弈順序為：首先，制造商決定綠色度g和成本共擔(dān)率k2。然后，零售商決定共擔(dān)率k1。最后，第三方物流供應(yīng)商決定碳排放量e。各成員的利潤函數(shù)為：

命題3 使成本共擔(dān)機制存在唯一均衡結(jié)果的條件是：

化簡可得m3≤2m2，m2≤m1。

命題3表明碳減排成本共擔(dān)契約能否奏效，關(guān)鍵取決于鏈中各成員單位利潤之間的關(guān)系。在碳減排成本共擔(dān)契約中，制造商的博弈順序優(yōu)于零售商，所以制造商的單位利潤大于零售商的單位利潤。制造商和零售商的單位利潤分別大于第三方物流供應(yīng)商的單位利潤的一半時，制造商和零售商才有足夠的利潤空間來承擔(dān)碳減排成本。

命題5 表明，成本共擔(dān)關(guān)于其對應(yīng)的單位利潤的一階導(dǎo)函數(shù)是一個嚴(yán)格的單調(diào)遞增函數(shù)。無論制造商還是零售商，只要單位利潤增加，就會主動增加成本共擔(dān)率。

3 數(shù)值分析

數(shù)值實驗試圖用直觀的數(shù)據(jù)展示兩種成本共擔(dān)合同可以協(xié)調(diào)供應(yīng)鏈，提高所有成員的利潤。所用示例的數(shù)據(jù)集如表2所示，且所有的數(shù)據(jù)集都滿足所提出模型的假設(shè)和要求。沿用相當(dāng)一般的數(shù)據(jù)來驗證分析結(jié)果并且展示所提出的模型的適用性。由于難以獲取真實的行業(yè)數(shù)據(jù)，選擇的數(shù)據(jù)集與之前工作中使用的數(shù)據(jù)基本一致[19]。

表2 實驗參數(shù)Table 2 Experimental parameters

3.1 綠色制造成本共擔(dān)和無成本共擔(dān)契約

考慮到這個情境下，各成員的單位利潤之間必須滿足m1≤2m3，m3≤m2，不失一般性，本文設(shè)置m1=5,m2=3,m3=2。

根據(jù)表3，可以直觀看出，在綠色制造成本共擔(dān)機制下，各成員的均衡利潤和產(chǎn)品的綠色度都得到了大幅提高，而碳排放量保持不變。

表3 各變量的均衡解以及均衡利潤Table 3 Equilibrium solution of each variable and equilibrium profit

當(dāng)制造商獨立承擔(dān)綠色研發(fā)成本時，零售商和第三方物流會產(chǎn)生搭便車行為。因為制造商進行綠色研發(fā)生產(chǎn)環(huán)保產(chǎn)品需要大量投入，而把生產(chǎn)出的環(huán)保產(chǎn)品銷售出去得到消費者認可卻會使供應(yīng)鏈上的所有企業(yè)受益。這必然會影響到制造商綠色生產(chǎn)和研發(fā)的積極性，因此如何在供應(yīng)鏈內(nèi)協(xié)調(diào)上下游之間的關(guān)系，達到很好的經(jīng)濟環(huán)保效益就成為一個很重要的問題。而采用綠色制造成本共擔(dān)契約后，綠色產(chǎn)品受益了所有供應(yīng)鏈成員，而成本共擔(dān)又促進制造商提升其生產(chǎn)研發(fā)投入水平。所以，綠色制造成本共擔(dān)契約既有利于環(huán)境績效的提高又能減少搭便車行為給供應(yīng)鏈帶來的經(jīng)濟損失。

3.2 碳減排成本共擔(dān)契約和無成本共擔(dān)契約

類似地，在這個情境下，各成員的單位利潤需要滿足m3≤2m2，m2≤m1，不失一般性，本文設(shè)置m1=5,m2=4,m3=6。

由表4 可知，與無成本分擔(dān)機制相比，碳減排成本分擔(dān)機制減少了碳排放量，保持原有產(chǎn)品的綠色度不變，供應(yīng)鏈中所有成員的利潤都得到了顯著提高。

表4 各變量的均衡解以及均衡利潤Table 4 Equilibrium solution of each variable and equilibrium profit

當(dāng)?shù)谌轿锪鳘毩⒊袚?dān)碳減排成本時，零售商和制造商希望第三方物流不遺余力地投入資金，減少產(chǎn)品運輸過程的碳排放量，進而增加產(chǎn)品的市場需求。這時除了第三方物流以外的所有供應(yīng)鏈成員利潤都會增加，這極大地打擊了第三方物流碳減排的積極性。當(dāng)?shù)谌轿锪鞑捎貌画h(huán)保的燃料時，在降低自身成本的同時影響了制造商和零售商的利潤。因此，供應(yīng)鏈三方成員協(xié)議共同分擔(dān)碳減排成本，以緩解第三方物流的經(jīng)濟壓力。通過模型驗算以及數(shù)值分析證明，引入碳減排成本共擔(dān)契約后存在最優(yōu)成本分擔(dān)比例在降低碳排放量的同時使供應(yīng)鏈所有成員的利潤得到改善。

本文的兩種成本共擔(dān)機制能夠?qū)ΜF(xiàn)實中企業(yè)的策略提供一定揭示。海爾冰箱作為全球冰箱業(yè)的領(lǐng)軍品牌，是中國冰箱企業(yè)節(jié)能減排的典范。為了順應(yīng)時代節(jié)能低碳的發(fā)展潮流，滿足全球消費者對低能耗產(chǎn)品的需求，海爾率先開始節(jié)能減排。在其努力研發(fā)下，海爾不僅成了最受消費者歡迎的冰箱品牌，還是以節(jié)能產(chǎn)品為消費者帶來最大低碳、環(huán)保效益的品牌。海爾冰箱的領(lǐng)先節(jié)能優(yōu)勢還得到了專業(yè)測評機構(gòu)的認證以及采購商與政府的一致認可。憑借領(lǐng)先的節(jié)能產(chǎn)品與技術(shù)，海爾冰箱不僅獲得了美國、英國、西班牙、德國、澳大利亞等政府的節(jié)能補貼，下游采購商也紛紛加入海爾聯(lián)合減排的隊伍。這進一步降低了海爾節(jié)能減排生產(chǎn)和研發(fā)的邊際成本，調(diào)動了其綠色生產(chǎn)和研發(fā)積極性。在低碳環(huán)保成為全球趨勢的形勢下，卓越的節(jié)能性能與政府的認可使海爾冰箱擁有了全球最大規(guī)模的用戶資源[32]。

全球變暖形勢下，低碳經(jīng)濟作為一種新型發(fā)展模式，對企業(yè)提出了更加嚴(yán)格的要求。供應(yīng)鏈作為企業(yè)之間物流、信息流、資金流的重要載體和控制中心，其低碳化轉(zhuǎn)型勢必為企業(yè)帶來經(jīng)濟效益和社會效益的沖突和博弈。企業(yè)在低碳化背景下尋求經(jīng)濟與環(huán)境效益的均衡點，對企業(yè)實現(xiàn)共贏具有重要意義。

4 結(jié)論與啟示

本文考慮了一個由制造商、零售商和第三方物流供應(yīng)商組成的簡單三級供應(yīng)鏈系統(tǒng)，在消費者有環(huán)保產(chǎn)品偏好的背景下，研究供應(yīng)鏈成員之間的協(xié)調(diào)共贏的契約機制。探討了兩種成本共擔(dān)合同的效果，得出了不同情景下對應(yīng)的均衡條件、企業(yè)利潤、產(chǎn)品綠色度和碳排放量。進一步，分別將兩種激勵方案下的均衡結(jié)果與基準(zhǔn)模型的結(jié)果進行比較，得到以下見解：

兩種契約都可以提高所有成員的利潤，有效地協(xié)調(diào)供應(yīng)鏈。相關(guān)成員的單位利潤越大，成本分擔(dān)比例越大，有利于整個供應(yīng)鏈。在實際的管理決策中選擇哪一種契約，主要取決于管理者更關(guān)心的是提高產(chǎn)品綠色度還是減少碳排放。

本文有兩個方面可以擴展到未來的研究：首先，本文假設(shè)需求函數(shù)是確定的線性函數(shù);在未來，可以對不確定的需求進行檢驗；其次，本文聚焦于綠色減排，將價價格視為外生的，不涉及產(chǎn)品定價決策未來研究可以考慮價格、產(chǎn)品綠色度和碳排放之間的相互作用，以豐富和深入本文結(jié)論。