考虑市场偏好和创新意愿的绿色供应链契约协调研究

黄书真 徐福缘 何建佳

摘 要：为激励制造商进行绿色技术创新，提高绿色产品的市场需求，针对单一制造商和单一零售商构成的双边垄断供应链，建立制造商主导的Stackelberg博弈模型。考虑到绿色技术创新可以降低制造商的生产成本，研究普通产品和绿色产品在分散决策下的优劣，分析绿色产品在分散、集中两种策略下的决策与收益，进而提出基于绿色技术创新的收益共享成本分担契约。研究表明：绿色产品较普通产品更能提高供应链的经济和环境效益；集中决策和契约机制的引入，能提高产品绿色水平、订货量及供应链成员的利益，并推导出制造商和零售商参与约束的最优收益分享系数的取值范围。最后，通过数值分析了制造商的绿色技术创新意愿和消费者对绿色产品的偏好对供应链最优决策及利润的影响，验证了契约机制的有效性。

关键词：绿色供应链；技术创新；收益共享；创新意愿；消费者偏好

中图分类号：F 274 文献标识码：A 文章编号：1672-7312（2017）02-0182-07

Abstract：Generally， the manufacturers are not willing to choose the green innovative mode of the production， which restricts the development of green products.Stackelberg models led by the manufacturer are established based on the background of a bilateralmonopoly supply chain consisting of a single manufacturer and a single retailer.The performance of common products and green products was compared in decentralized strategies， the decisionmaking and income dispersion with green products were analyzed in both decentralized and concentrated strategies， and then a revenue and cost sharing contract was proposed based on the green technology innovation.The research shows that green products compared with ordinary products can improve the supply chains benefits of economy and environment， and the introducing of the contract can improve the green level of products， order quantity and the benefits of supply chain members.And the range of coefficients of the optimal revenue sharing is calculated which push the manufacturer and the retailer get Pareto improvement.A further analysis is carried on through numerical analysis and a conclusion shows that consumers awareness and producers emotional factors of green products have a positive effect on the green level of products and enterprises order quantity and profits.

Key words：green supply chain；technology innovation；revenue and cost sharing contract；willingness to innovate；consumer preference

0 引 言

經济的快速发展带来了严重的环境污染问题，随着人们环境保护意识的逐渐增强，社会对企业生产的环境要求也随之加强。绿色技术（Environmentally and Sound Technology）[1]的概念是1994年由E.Brawn和D.Wield首次提出，是指节约资源和能源，避免或减轻生态环境污染和破坏，使生态负效应最小的技术。而依靠绿色技术创新生产绿色产品，提高资源利用率来减少经济对环境影响，无疑成为企业的最佳选择。

国内外学术界对企业绿色技术创新的应用进行了广泛的研究，强雁[2]提出绿色技术创新通过生态观念改变企业对环境责任的认识；Samad[3]研究发现绿色技术创新和转型领导是影响企业绩效的重要因素；Camison等[4]通过调查研究发现参与绿色技术创新与设计的企业与其他企业相比业绩较好；ArIlker等[5]研究表明绿色技术创新对企业绩效和竞争能力有积极作用；Lin等[6]提出市场需求和企业绩效与绿色产品创新水平呈正相关；朱建峰等[7]研究发现绿色技术创新会提高环境绩效和经济绩效，政府奖惩会增强绿色技术创新动力。以上研究从宏观层面上阐明绿色技术创新对企业发展和环境改善起到了积极的推动作用。

同样，综合考虑环境影响和资源优化利用的绿色供应链管理（GSCM）[8]也受到国内外学者的关注，有关研究主要集中在绿色供应链的运作决策和实证分析方面。贺珍瑞等[9]通过博弈理论对n级绿色供应链的协调机制进行了分析，研究n级系统成员的收益分配机制；朱庆华等[10]考虑产品绿色度和政府补贴，分析建立了绿色供应链管理的三阶段博弈模型；曹柬等[11]研究了基于Stackelberg博弈和合作决策的绿色供应链系统成员间的协调策略，并给出了一种基于Nash协商模型的非线性定价策略；Barari等[12]则采用演化博弈方法给出了一种分析绿色供应链契约的框架体系；杨国勇等[13]以经济底线、社会底线和环境底线等三重底线为原则，比较了欧盟的延伸生产者责任和美国的产品安全监管策略；Bose等[14]通过调查实施绿色供应链管理的104家企业，分析了主动实施绿色供应链管理对其股票价格的影响；Zhu等[15]通过调查当前我国石油化工、机电、汽车和电子等典型产业，研究分析了绿色供应链与闭环供应链之间的关系；叶飞等[16]则利用结构方程模型对珠三角地区148家制造型企业的绿色供应链管理驱动因素、绿色设计与绩效之间的关系进行了研究。以上研究说明绿色供应链管理提高了企业的市场竞争力，为企业营造了可持续发展的环境，然而已有的文献很少考虑企业的绿色创新意愿。

随着消费者认识到环境保护与人类生存的重要性，消费者更加关注企业的环境行为[17]。在供应链协调的研究中，收益共享契约是促成供应链企业协调管理的基石，在一定程度上促进供应链管理理论的完善[18]。鉴于此，考虑制造商绿色技术创新意愿和消费者对绿色产品的偏好，来建立绿色产品供应链的Stackelberg博弈模型。研究的目的是如何通过供应链契约设计来提高产品绿色水平，降低绿色产品价格，提高绿色产品需求，从而提高制造商进行绿色技术创新的积极性，并在一定情形下使制造商和零售商达到双赢，这对绿色产品生产运营和可持续发展具有重要的现实意义。

1 问题描述与模型假设

考虑由一个制造商和一个零售商构成的双边垄断供应链，制造商在供应链中居主导地位，将生产的产品以批发价格供应给零售商，零售商确定零售价格进行销售。相对于传统普通产品供应链，绿色产品供应链会面临一些新的问题。为研究方便，基本符号说明如下。

p为产品零售价格；

Q为零售商的订货量；

ω为制造商确定的批发价格；

cm为制造商的单位产品生产成本；

cr为零售商的单位产品的销售成本；

x为产品绿色水平，制造商的决策变量；

πMj为分别表示各阶段制造商的利润，其中j=0，1，2，3；

πRj为各阶段零售商的利润；

πj为各阶段供应链整体的利润。

模型中的若干假设如下。

1）制造商实施绿色技术创新生产，可以提高原材料和能源的利用效率，降低产品生产成本，假设单位产品生产成本：C=cm-ηx，x≥0.表明当产品绿色水平增加到x，制造商生产单位产品节约原材料和能源的投入成本为ηx，其中η反映了制造商的绿色技术创新意愿。由于节约成本不可能无限大，设定0≤η≤2以保证模型的有效性。

2）为使产品绿色水平达到x，制造商需要投入创新研发成本，假设创新投资是关于产品绿色水平的二次函数，即G（x）=x22，为绿色技术创新研发系数。

3）当产品的市场条件相对稳定时，零售商可以预测未来的产品需求，考虑到需求受零售价格p和产品綠色水平x的双重影响，假设需求函数为：D（p，x）=K-βp+λx，K>0，式中K为产品的潜在市场需求，β为需求相对价格的敏感系数，λ为需求相对绿色水平的敏感系数，它体现了消费者对绿色产品的偏好。

4）供应链中零售商与制造商信息对称，各成员是理性和风险中性的。

2 基本决策模型

2.1 普通产品

定理1说明，制造商生产绿色产品的订货量会高于普通产品，从而获得较高的利润。实际上，制造商生产绿色产品依赖于绿色技术创新的实施，而绿色技术创新具有“双重外部性”，即除了具有典型的溢出效应（增加销售量）之外，还会通过减少生产或降低产品的外部环境成本产生外部效应（增加投资成本）。因此，依靠市场推动或政府有效的激励，以增加绿色技术创新的市场价值，使制造企业有足够的动力进行绿色技术创新是十分必要的。

同理，可证πR0≤π*R1，π*0≤π*1，说明零售商销售绿色产品的利润高于普通产品，在产品可选择的条件下，零售商更愿意选择绿色产品以提高自身利益，而绿色生产也将对环境产生巨大的效益。因此，研究将探讨制造商与零售商合作下的绿色产品供应链的决策问题。

3 绿色产品的集中式决策模型

以上在制造商主导的Stackelberg博弈模型下，分析了分散决策与集中决策下绿色产品供应链中制造商与零售商的最优决策行为。研究表明：绿色产品的零售价格受需求敏感因子、制造商绿色技术创新意愿及创新研发系数的多重影响；而分散决策下产品的最优绿色水平，最优订货量以及供应链整体的利润均低于集中决策下的最优值。为此，引入一种基于协商的收益共享成本分担契约，来协调绿色产品供应链使其达到集中决策下的最优策略。

4 收益共享成本分担契约

在零售商确定绿色产品的订货量Q和零售价格p之前，制造商与零售商协商签订收益共享成本分担的销售合同，即零售商分担制造商的绿色技术投资成本，并分享产品销售收入，设定收益共享系数与成本分担比例一致。零售商首先以较低的批发价格ω从制造商处购入产品，在销售结束后获取销售收入的γ倍份额（0≤γ≤1），并将销售收入的（1-γ）部分支付给制造商。

综上分析，通过设定合适的收益共享系数γ或批发价格ω能有效协调供应链，激励制造商提高产品绿色水平，提高零售商对绿色产品的订货量，有利于双方在协调状态下实现双赢，并使供应链系统获得最大收益。收益共享成本分担契约将使制造商与零售商共同承担销售风险，在一定程度上提高了绿色产品供应链的稳定性，促进制造商绿色生产方式的转变。

5 数值分析

5.1 参数η和λ的影响分析

为分析集中决策下制造商的绿色技术创新意愿η与消费者对绿色产品的偏好λ对供应链决策及利润的影响，设计相关参数：绿色产品的市场容量K=1 000，创新研发成本系数=200，零售价格对市场需求的敏感系数β=3，单位产品的生产成本为cm=50，单位产品销售成本cr=30.

图1，图2和图3分别分析了集中决策下制造商的创新意愿η与消费者对绿色产品的偏好λ对供应链的最优订货量Q，最优产品绿色水平x及供应链整体利润π的影响。其中η的不同取值刻画了制造商绿色技术创新意愿的强弱，η取值越大，供应链中绿色产品的最优订货量、最优绿色水平及供应链整体的利润值越大；且随着消费者对绿色产品偏好λ的增强，供应链中绿色产品的最优订货量，最优绿色水平及供应链利润都会提高。因此，增强制造商进行绿色技术创新的动力，提高消费者对绿色产品的认知程度，对绿色产品供应链的长期有效发展是至关重要的。

5.2 契约实施前后对比分析

为验证所设计契约的有效性，当制造商的绿色技术创新意愿η=2，消费者对绿色产品的偏好λ=5时，供应链整体利润的三维曲线如图4所示。利润最优值π*2=53 531.05所对应的最优零售价格和最优产品绿色水平（p*，x*）=（205.38，7.747）。

图5分析了契约实施前后不同批发价格ω对制造商和零售商利润的影响，其中两条平行的直线表示契约实施前在最优批发价格下ω*=176.06制造商与零售商分散决策的最优利润π*M1，π*R1，另外2条非平行线表示实施契约后制造商与零售商的利润πM3，πR3随批发价格的变化，随着批发价格的提高，制造商的利润是上升的，零售商的利润是下降的。直线π*M1和πM3的交点所对应的横坐标ω=109.12，当ω>109.12时制造商的利润高于契约实施前的利润；直线π*R1和πR2的交点为所对应的横坐标ω=144.17，当0<ω<144.17时零售商利润高于契约实施前的利润，所以存在区间ω∈（109.12，144.17），使得契约实施后制造商和零售商的利润同时增加，与命题5，6所述内容一致。合作契约的实施使制造商承担了绿色技术创新研发成本，因此满足约束的产品批发价格的取值会低于无约束时的批发价格，而供应链成员利润的提高也促进了绿色产品供应链的稳健性。

6 结 论

文章运用Stackelberg博弈方法研究了绿色产品供应链中制造商和零售商的最优决策问题。首先在基本决策模型中，制造商生产绿色产品的订货量和利润均高于普通产品，绿色产品订货量的提高也会促进零售商和供应链整体利润的提高；接着分析了绿色产品供应链的集中决策模型，研究表明集中决策会提高绿色产品的最优订货量，最优绿色水平及供应链整体的利润，而绿色产品的最优零售价格受多重因素的影响；为此提出了收益共享成本分担契约，并通过设定合适的收益共享系数γ和批发价格ω有效地协调绿色供应链；最后运用数值仿真，分析了制造商绿色技术创新意愿和消费者对绿色产品的偏好对产品最优零售价格、订货量、绿色水平和供应链整体利润的影响，以及不同批发价格对供应链各成员利润的影响。以上研究为制造商与零售商开展绿色技术创新合作提供了理论依据，推动绿色产品供应链健康可持续发展。在未来的绿色产品供应链契约设计中，可以考虑环境规制、非对称信息或供应链成员的行为偏好等问题，作为进一步研究的拓展方向。

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（责任编辑：严 焱）