不同供应链纵向结构下EPR政策参量对绿色设计的影响研究

田海峰, 黄 祎， 孙广生

(1.东北大学 工商管理学院，辽宁 沈阳 110169; 2.辽宁大学 经济学院，辽宁 沈阳 110136)

不同供应链纵向结构下EPR政策参量对绿色设计的影响研究

田海峰1, 黄 祎1， 孙广生2

(1.东北大学 工商管理学院，辽宁 沈阳 110169; 2.辽宁大学 经济学院，辽宁 沈阳 110136)

本文通过构建面向EPR政策的上游制造商和下游客户所组成的供应链决策模型，分别在纵向一体化和纵向分离两种供应链纵向结构下，考察了EPR政策参量对制造商绿色设计的影响。研究结果表明：供应链纵向结构通过改变制造商与客户间的利益协调机制，影响着制造商所承担的运行环境成本、废弃物处置成本和产品的更新周期。这种影响使得在不同的供应链纵向结构下，制造商面对EPR政策各参量的变化，在产品的可循环性和环保性能的设计选择上存在着明显的不同。

生产者责任延伸；供应链纵向结构；绿色设计；政策参量

1 引言

生产者责任延伸(Extend Producer Responsibility，EPR)要求将生产者的责任扩展到整个产品生命周期，不仅要对产品的性能负责，还要承担产品从设计、生产、消费到废弃过程中对环境影响的全部责任[1]。EPR一经提出就得了OECD国家和发展中国家的广泛重视，欧盟、美国、日本、韩国以及台湾等国家和地区都不同程度地实施了EPR政策[2]。中国也开始通过各种立法构建了适合中国国情的EPR政策[3]。

EPR政策的核心原则是通过强迫制造商承担相应的“延伸责任”，将与产品相关的环境影响内部化到企业内部[4]。其实质是通过环境治理责任的配置以影响上游制造商的绿色设计[5]，从而实现在产品设计阶段就控制废弃物的产生[1]。但问题在于：如何设计EPR政策才能实现对上游制造商绿色设计的有效激励？以及这种激励作用主要受哪些因素的影响？学者们从不同角度对此问题展开了探讨。Fullerton和Wu[6]研究了再生利用市场存在失灵的条件下，应如何选择EPR政策以使产品的可循环性和外包装数量恢复社会最优水平。Calcott和Walls[7]证明了在产品可循环性不可观测时，通过修正的押金—退款组合可以代替对可循环性的补贴，起到对制造商绿色设计的激励作用。Calcott和Walls[8]的进一步研究表明，即使再生利用市场是一个存在交易费用的不完美市场，EPR政策也可以对制造商的绿色设计起到重要的激励作用。因为产品可循环性的提高可以减少再生利用成本，给回收加工企业带来更大的价值，并通过市场反映到制造商的产品价格中，从而激励制造商生产具有更高可循环性的产品。田海峰等[9]的研究则表明，当不存在市场失灵时，单纯的庇古税就可以促使制造商选择社会最优的绿色设计，而当存在市场失灵时，政策安排将更为复杂，庇古税与其他替代方案(如押金—退款)是一种互补的而非替代的关系。

以上研究都是基于上游制造商和下游客户处于纵向分离的供应链结构下，针对EPR政策的有效性所展开的研究，未能涉及供应链纵向结构本身对EPR政策激励机制所带来的影响。然而在实践中，为实现双方总体收益的最大化，制造商与客户之间的交易方式可能会发生变化，相应的供应链纵向结构也将随之变化，并由此改变上下游间的利益协调方式[10,11]。所以，当面临EPR政策约束时，制造商的绿色设计可能不同于纵向分离下的选择[12]。鉴于此，本文将通过构建EPR政策约束下由上游制造商和下游客户所组成的供应链决策模型，分别考察在纵向一体化和纵向分离两种典型的供应链纵向结构下，面对EPR政策参量的变化，制造商的绿色设计选择将存在着怎样的差异，从而为实践中EPR政策的设计提供理论指导。

2 问题描述与基本假设

2.1 问题描述与符号说明

假设制造商向客户提供一种具有可回收性的耐用品，当产品使用结束后，制造商通过回收再利用客户的废弃产品，将新产品重新出售给客户使用。制造商进行两类绿色设计决策：一是产品的环保性能ω，二是产品的可循环性ρ。在所考察的技术周期T内，制造商的绿色设计保持不变，环保性能ω与可循环性ρ的选择取决于成本与收益的权衡：在整个产品生命周期内获得最大的利润[13]。每次进行产品更新时，客户以价格p从制造商那里获得新产品。在更新周期t内，客户获得的平均收益为R。产品更换所产生的废弃物处置费为W(ρ)。产品运行所带来的即时环境成本为ε(ω)，由于产品老化使单位时间运行所带来的环境污染增加，所以假设ε(ω)与产品服役时间t线性正相关，客户为降低运行中的环境成本将定期进行设备的更新。在EPR政策约束下，制造商和客户将按各自比例共同承担运行中的环境成本和废弃物处置成本[14]。

本文所涉及的相关符号说明如表1所示。

表1 本文相关符号说明

2.2 模型的基本假设

根据以上问题描述，为建立制造商绿色设计决策模型，本文进一步做如下基本假设，其中下角标代表一阶或二阶导数。

假设1εω<0，εωω>0。即：即时环境成本ε随着环保性能ω的提高而递减，但递减的速度逐渐变慢。

假设2Wρ<0，Wρρ>0。即：废弃物处置成本W随着产品可循环性ρ的提高而递减，但递减的速度逐渐变慢。此处进一步假设W|ρ=0>C(ω,ρ)|ρ=0。即：若产品的可循环性为零，将使废弃物处置成本W比生产出一个全新产品的成本C要高。此假设保证了制造商有动力从废弃产品中获得一些有价值的部件[15]。

假设3Cω>0，Cωω>0，Cρ<0，Cρρ>0。即：单位产品的再制造生产成本C随着环保性能ω的提高而增大，且增大的速度逐渐加快；而单位产品的再制造生产成本C随着可循环性ρ的提高而减小，但减小的速度逐渐变缓。

假设4Dω>0，Dωω>0，Dρ>0，Dρρ>0；Dρω=0。即：制造商的设计成本D随着环保性能ω和可循环性ρ的提高而增加，且增加的速度不断加快。

3 不同纵向结构下制造商绿色设计决策模型

本文接下来参照经济订货批量(Economic Order Quantity，EOQ)模型，构建两类纵向结构下的制造商绿色设计决策模型，以考察EPR政策参量对制造商绿色设计的影响。为方便表述，本文后面的部分将采用以下标记法：上标M代表制造商，C代表客户；下标VI代表纵向一体化情形，VS代表纵向分离情形。

3.1 纵向一体化结构下的绿色设计决策模型

在纵向一体化结构下，由于所有的环境成本是由供应链整体所承担的，所以，在更新周期t内供应链的平均利润为

(1)

当供应链实现利润最大化时，产品的更新周期t应满足一阶必要条件为零，即

(2)

(3)

即制造商通过环保性能ω和可循环性ρ的选择来实现整个供应链利润的最大化。

(4)

命题1的结论将作为本文接下来部分的一个基本假设，即

假设5 制造商的设计成本充分大，以至于制造商(供应链)的利润函数对环保性能ω和可循环性ρ是联合凹的。

3.2 纵向分离结构下的绿色设计决策模型

在纵向分离结构下，制造商和客户都将基于自身利益的最大化进行决策。客户进行产品更新周期t的决策，制造商进行产品的环保性能ω和可循环性ρ的决策。本文采用逆向求解法构建制造商的绿色设计决策模型。

(1)客户最优更新周期决策

由于产品运行中的环境污染主要是由客户行为所引起的，所以假设客户分担的产品使用过程中的环境成本比例α满足：1/2<α≤1。客户分担的产品使用后的废弃物处置成本比例为β，0≤β≤1。客户对更新周期t进行决策以确保每一期的平均利润最大。客户的平均利润函数为

(5)

所以，最优更新周期t*应满足

(6)

(7)

(2)制造商的绿色设计决策

制造商的决策目标是通过环保性能ω和可循环性ρ的选择来实现每期的平均利润最大，并确保客户的保留利润不小于零。由此得到制造商的绿色设计决策模型为

(8)

由(8)式制造商的利润函数表达式可得

(9)

t*=R/αε

(10)

(10)式表明：客户最优更新周期仅由每期的收益R和产品使用过程中所承担的环境费用αε决定，而与废弃物处置费用W及其承担的比例β无关。之所以如此，是因为在纵向分离的情形下，客户可以借助价格转移机制将废弃物的处置成本全部转移给制造商。

将(9)式p*和(10)式t*代入制造商的利润函数可得

(11)

4 EPR政策参量对绿色设计选择的影响

本文接下来将基于前文所得到的纵向一体化和纵向分离情形下的制造商绿色设计决策模型，探寻EPR政策参量ε、W，以及α、β对制造商绿色设计所带来的影响。需要说明的是，因为运行中的环境成本ε和废弃物处置费用W都与EPR政策对单位污染物所征收费用的强度直接相关，所以，本文直接选取ε和W作为相应的EPR政策参量进行考察。

4.1 纵向一体化结构下的影响分析

在纵向一体化结构下，因为不存在着环境成本分担问题，所以，只需考察政策参量ε和W对绿色设计的影响。

(1)ε、W对可循环性ρ的影响

由f1表达式可以求得

(2)ε、W对环保性能ω的影响

命题2 在纵向一体化结构下，EPR政策参量ε越大，将激励制造商选择更高的可循环性ρ，但更低的环保性能ω；EPR政策参量W越大，将激励制造商选择更低的可循环性ρ，但更高的环保性能ω。

4.2 纵向分离结构下的影响分析

在纵向分离情形下不仅要考察EPR政策参量ε和W对绿色设计的影响，还要考察客户承担环境费用比例α和β对绿色设计的影响，毕竟EPR政策正是通过让制造商“分担”环境责任来实现在源头上控制环境污染问题的，而这两个比例恰恰体现了这种责任的“分担”。

(1)ε、W、α、β对可循环性ρ的影响

(2)ε、W、α、β对环保性能ω的影响

由此求得∂f4/∂ε=-αCω/R。

命题3 在纵向分离结构下，EPR政策参量ε越大，将激励制造商选择更高的可循环性ρ，但更低的环保性能ω；EPR政策参量W越大，将激励制造商选择更高的环保性能ω，但对可循环性ρ无影响。

命题4 在纵向分离结构下，EPR政策参量α越大，将激励制造商选择更高的可循环性ρ，但对环保性能ω的激励不确定；EPR政策参量β对制造商的环保性能ω和可循环性ρ均无影响。

5 结论与启示

本文在纵向一体化和纵向分离两种典型的供应链纵向结构下，考察了EPR政策参量对制造商绿色设计选择的影响。研究表明，在不同的供应链纵向结构下，由于制造商与客户间的利益协调机制存在着明显的差异，导致EPR政策参量对制造商环保性能和可循环性选择的影响不同。具体结论如下：

(1)政策参量ε对绿色设计的影响

命题2和命题3表明，无论是纵向一体化还是纵向分离情形下，EPR政策提高产品运行中的污染收费强度ε，都将激励制造商选择更高的可循环性ρ，但更低的环保性能ω。

尽管命题3和命题2在这方面的结论是一致的，但其中的激励机制却是截然不同的。在纵向一体化结构下，尽管ε的提高会增加运行中的环境成本，但ε的提高也将加快产品的更新频率，所以，在短暂的运行周期中靠提高环保性能ω来降低环境成本的潜力非常有限。反倒是频繁的产品更换会带来废弃物的数量增大，导致制造商与其通过提高环保性能ω来降低运行中的环境成本，还不如通过提高可循环性ρ来降低产品使用后的处置费用。而在纵向分离结构下，当ε提高时，制造商通过提升环保性能ω，仅能将所增加的部分收益转化为自身的利润，导致制造商提高ω的激励不足。而且，提高ω还将抑制客户的产品更换频率，这将进一步降低制造商提高环保性能ω的动力。另外，前文分析已表明，在纵向分离结构下，废弃物处置成本的减少将通过价格转移机制全部转化为制造商的利润。所以，制造商更愿意通过提高可循环性ρ，以提高客户的更新价格并降低废弃物的处置费用以增加自身利润。

(2)政策参量W对绿色设计的影响

命题2表明，在纵向一体化结构下，W的提高使得产品的更新频率降低，所以，制造商通过提高可循环性ρ来降低废弃物处置费用的潜力有限，倒不如通过提高环保性能ω来延长产品的更新周期从而减少废弃物的数量，并减少运行中所带来的环境成本。

命题3表明，W提高时，制造商为了保证客户的参与，必须降低产品的更新价格，这将减少制造商的利润。此时和纵向一体化条件下的选择相类似，制造商将通过提高环保性能ω而不是可循环性ρ来补偿这个效果，但因为在纵向分离条件下提高环保性能ω并不会降低客户的产品更新频率，所以还不至于出现命题2所显示的那样，导致产品的可循环性ρ降低。

(3)政策参量α和β对绿色设计的影响

以上这些结论充分表明了供应链的纵向结构对EPR政策的激励机制有着重要的影响，所以，公共管理部门在制定EPR政策时需要针对行业的供应链结构特点和行业本身的特征来设定相应的政策参量，否则将极有可能造成政策实际运行结果与政策设计初衷相违背的情况。

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Impact of EPR Policy Parameters on Green Design:A Study under Different Vertical Structure of Supply Chain

TIAN Hai-feng1, HUANG Yi1, SUN Guang-sheng2

(1.SchoolofBusinessAdministration,NortheasternUniversity,Shenyang110169,China; 2.SchoolofEconomics,LiaoningUniversity,Shenyang110136,China)

To reveal the impact of EPR policy parameters on the green design of manufacturer, decision models for supply chain comprised of manufacturer and customer are proposed with the constraint of EPR policy, under two typical vertical structures (vertical integration and vertical separation). The results show that: by changing the interest coordination mechanisms between manufacturer and client, vertical structure of supply chain affects the manufacturer in environmental cost for operating, waste disposal cost and update cycle of products. With this effect and changes of EPR policy parameters, the design choices of manufacturer on product’s remanufacturability and environmental performance are different significantly.

extended producer responsibility; vertical structure of supply chain; green design; policy parameters

2014- 12- 08

国家自然科学基金资助项目(71103030，71303037，71173034)；中央高校基本科研业务费探索导向重点科技创新项目(N130206002)

F274

A

1003-5192(2015)06- 0056- 06

10.11847/fj.34.6.56