政府奖惩下闭环供应链中需求预测信息分享研究

张 盼

(1.南昌大学中国中部经济社会发展研究中心，江西 南昌 330031；2.南昌大学经济管理学院，江西 南昌 330031)

1 引言

进入21世纪，大量报废的产品，尤其是电子电器产品，给人类社会带来了沉重的负担。例如，在电子电器行业，据国家统计局数据表明，2012年我国有2700多万台电视机、800多万台冰箱、1200多万台洗衣机和2000多万台电脑已进入淘汰期[1]。这些报废的电子电器产品经过简单地填埋和焚烧后，会污染并破坏生态环境，进而影响到人体的健康和社会的可持续发展。为此，世界各国从资源循环利用和人类社会可持续发展的角度出发，纷纷颁布和实施了带有奖惩性质的回收法规，以要求生产企业对废旧产品进行回收再制造。如2005年欧盟颁布实施的《废弃电子与电器产品处理条令》(WEEE)就明确规定电子产品生产者和分销商有回收电子产品和再利用的义务。在我国，2011年就正式实施了《废弃电器电子产品回收处理管理条例》，该条例鼓励电子类产品制造商积极承担回收再制造废旧产品的责任[2]。

在政府奖惩法规等因素的影响下，大量的制造商开始直接从消费者处回收废旧产品。如施乐公司为了方便消费者返还他们的废旧复印机和打印件，施乐公司会向消费者提供预付费的邮寄包裹，这样消费者不需要承担邮寄费用就可以把相关废旧产品返还给施乐公司。对于回收的废旧复印机等，施乐公司会对其进行再制造，转而再次投向市场。通过这些回收再制造活动，施乐公司成功节约了40%-50%的生产成本。除施乐公司以外，惠普公司和佳能公司等也从事了相关的经营活动[3]。

近年来，信息技术的快速发展促使闭环供应链成员能够有效地获取大量的市场数据，进而对市场需求进行预测，从而有效降低市场不确定性对这些企业经营决策造成的不利影响[4]。由于闭环供应链成员使用的信息技术不同，导致他们获取的市场预测信息也会不同，由此导致在闭环供应链中存在着需求预测信息不对称问题。在闭环供应链中，需求信息不对称不仅会加重市场不确定给供应链成员经营决策带来的困难，如生产计划与市场需求匹配困难和库存增加等，以致供应链绩效降低，还会影响到闭环供应链成员的回收决策和再制造决策，进而加重环境负担。然而，供应链成员间进行信息分享被认为是一种有效解决需求信息不对称的途径[4-5]。因此，在面临需求预测信息不对称的闭环供应链中，研究需求预测信息分享问题是极具现实意义的。

鉴于此，本文以制造商直接回收的闭环供应链为考察对象，考虑政府对制造商回收活动的奖惩机制，主要研究以下问题：当制造商和零售商都能预测市场需求时，零售商会不会自愿分享其需求预测信息？如果不会，如何设计一个机制促使零售商分享其需求预测信息？政府奖惩机制如何影响闭环供应链中信息分享的策略？此外，信息预测精度如何影响供应链成员收益及信息分享价值？

2 文献综述

目前，在供应链中研究需求信息分享问题的文献已有很多。其中，大多数文献假设只有一方供应链成员能够预测市场需求，进而研究信息分享问题。如Li[6]在一个制造商与多个零售商组成的供应链中，研究了垂直信息分享对供应链整体利润和社会福利的影响。Ha和Tong Shilu[7]在一个存在供应链竞争的模型中，分别在两部定价合同菜单和线性批发价合同下研究了零售商们的均衡信息分享策略。陈金亮等[8]在随机需求市场中，研究供应商如何利用最小订货比例合同实现激励零售商共享其私有预测信息，如何设计补贴合同来实现供应链的协调运作。Ha等[9]在一个存在供应链竞争且制造商的生产方式是规模不经济的模型中，分别在Cournot竞争和Bertrand竞争情形下，研究了零售商们的均衡信息分享策略。聂佳佳[10]在单渠道供应链和双渠道供应链中研究了信息分享的价值，并探讨了制造商是否要开通直销渠道以及如何设计促进信息分享的补偿机制。Li Tian和Zhang Hongtao[11]针对一个备货型制造商和一个拥有私有需求信息的零售商，研究了促使零售商进行信息分享的激励合同，并对该合同下制造商的生产和定价策略进行了分析。Shang Weixin等[4]在由两个制造商和一个零售商组成的供应链中，分别在制造商生产规模经济和不经济两种情形下，研究了供应链的均衡信息分享策略。Zhou Maosen等[12]在由一个集团采购组织和两个竞争制造商组成的供应链中，研究了激励制造商进行信息共享并使供应链达到协调状态的契约方案。

此外，还有少部分文献在研究需求信息分享时假设供应链成员都能够预测市场需求。例如，陈忠和艾兴政[13]在双渠道供应链中，研究当制造商和零售商都能预测市场需求时，制造商如何利用一个分享电子渠道收益的合同促进零售商分享其预测信息。Mishra等[5]在此假设下，在一个制造商和一个零售商组成的供应链中，分别研究了备货型生产和订货型生产下信息分享的价值，并进一步考察了可以促使信息分享的合同。滕文波和庄贵军[14]在此假设下，在一个厂商和一个经销商组成的供应链中，求得了厂商是否开通电子渠道和零售商是否分享预测信息组合而成的四种情形下的均衡结果，并讨论了信息分享的价值和供应链成员均衡的策略。Yan Ruiliang和Pei Zhi[15]在一个不确定的市场中，考察了两个企业可以分别获取需求信息，研究了两个企业在Stackelberg博弈等方式下信息分享的价值，并对供应链成员在不同博弈模式下获取的利润进行了对比分析。Bian Wenliang等[16]针对Bertrand竞争的两条供应链，考虑制造商和零售商们都可以预测市场需求且预测信息都是私有时，研究了供应链间的均衡信息分享策略。

闭环供应链通过对废旧产品进行回收再利用从而实现了资源的循环使用，近年来也受到了很多学者的关注，如Savaskan等[3]等。其中有少数学者将注意力投向了闭环供应链中的需求信息分享问题。如聂佳佳和熊中楷[17]在一个制造商依赖第三方回收的闭环供应链中，考虑仅有零售商可以预测市场需求时，研究了零售商与制造商和第三方分享预测信息的价值，并对几种信息分享模式进行了对比分析。聂佳佳[18]分别在制造商依赖零售商回收、制造商直接回收和制造商依赖第三方回收的闭环供应链中，考虑仅有零售商可以预测市场需求时，研究了零售商分享预测信息对于供应链成员的价值，并对几种回收模式进行了对比分析。另外，聂佳佳[19]在再制造商拥有需求预测信息时，研究了再制造商与制造商的需求预测信息分享问题，并设计了一个信息分享补偿机制以促进再制造商进行信息分享。

综上所述，虽然学者们在其他类型的供应链(不包括闭环供应链)中对需求信息分享问题进行了较多研究，但是只有较少学者在闭环供应链对此问题进行研究，而且，这些研究仅考虑供应链的一方(零售商或再制造商)能够预测市场需求，忽视了供应链所有成员都能利用信息技术预测市场需求；此外，上述相关研究并未探讨政府回收法规对闭环供应链中信息分享的影响。

3 模型描述和假设

参考Savaskan等[3]，本文考虑一个制造商直接回收废旧产品并进行再制造的闭环供应链。具体地，制造商可以用新的原材料生产新产品，也可以通过对回收的废旧产品进行再制造获得再制造品，相应的单位生产成本分别为cm和cr。假设再制造技术的高度发达，以致消费者认为再制造品和新产品没有差别，因此消费者对再制造品和新产品有相同的支付意愿。此外，由于对废旧产品进行回收再制造可以节约生产成本，因此假设cm>cr。令Δ=cm-cr(Δ>0)，反映回收再制造活动节约的单位成本。在产品销售过程中，制造商将生产的产品通过零售商卖给消费者，制造商的批发价为w，零售商的零售价为p。产品市场需求D(p)=φ-βp，其中φ(φ>βcm) 代表市场潜在需求，β代表需求对价格的敏感性。此外，制造商还负责回收废旧产品并决策废旧产品的回收率τ(0≤τ≤1)。相应地，制造商承担的回收处理成本为ητ2，其中，η表示回收成本系数，刻画制造商回收处理效率，η越小代表制造商回收效率越高。τ也可以理解为再制造产品占制造商投放市场产品的比例。由上面描述可知，制造商的平均生产成本c=(1-τ)cm+τcr，即c=cm-τΔ。

为发展循环经济，政府出台如下奖惩机制：政府为制造商制定一个回收标准τ0，当制造商实际的回收率τ大于回收标准τ0时，对于高出的部分，政府会给予制造商tα(τ-τ0)的奖励，其中tα表示政府的奖励力度；当制造商实际的回收率τ小于回收标准τ0时，对于未达到回收标准的部分，政府会给予制造商tβ(τ0-τ)的惩罚，其中tβ表示政府的惩罚力度。本文与王文宾和邓雯雯[2]、聂佳佳[18]类似，以一个公平的政府为考察对象，即政府制定相同的奖励力度和惩罚力度，因此假设tα=tβ=t。当tα≠tβ时，分析政府奖惩机制对闭环供应链信息分享均衡的影响会非常复杂，因此，本文先分析tα=tβ情形，得到相关管理启示，然后在后续研究中进行拓展，进一步研究tα≠tβ情形。

与文献[5,21]相似，依据上述假设，可以得到下列条件期望公式：

其中，

制造商和零售商的博弈顺序如下：在第一阶段，在制造商和零售商预测需求信息之前，供应链成员就是否分享信息达成协议。在第二阶段，制造商和零售商分别对市场需求进行预测并获得预测信息。如果供应链成员在第一阶段达成信息分享协议，他们就会真实地分享其预测信息。在第三阶段，制造商先决定批发价和回收率，零售商随后决定零售价。在第四阶段，市场需求实现，制造商向零售商交付订单满足市场需求，制造商和零售商各自获得相应地收益。

需要指出的是，无论制造商和零售商是否分享他们的预测信息，制造商和零售商都会依据自己的预测信息最大化自己的期望利润。因而，在博弈的第三阶段，作为Stackelberg博弈的领导者，制造商依据自己的预测信息fm最大化期望利润进行决策，因此，制造商的最优决策里会包含自己的预测信息fm。零售商作为Stackelberg博弈的跟随者，则可以从制造商的最优决策中获取制造商预测信息fm，进而，零售商在最大化其期望利润时是同时具有预测信息fm和fr。也就是说，零售商是拥有对称信息的，而零售商的需求预测信息对制造商来说是不对称的。因此，本文中研究供应链成员的信息分享问题转化为研究零售商的信息分享问题。

4 模型求解与分析

由于制造商的预测信息最终会泄露给零售商，依据供应链成员在第一阶段是否达成需求预测信息分享协议，可以得到零售商信息不分享和信息分享两种情形。根据逆向求解法首先求解供应链成员在每一种情形下的均衡策略及获得的相应利润，基于此，进而可求得供应链成员在第一阶段的事前利润。再通过比较两种情形下的事前利润可以得到信息分享的价值，进而可以得到均衡的信息分享策略。

4.1 信息不分享情形

在这种情形下，零售商不分享其预测信息。制造商依据自己的预测信息fm最大化其期望利润。零售商由于可以依据制造商的最优决策进行推测制造商的需求预测信息fm，因此，零售商在最大化其期望利润同时具有预测信息fm和fr(具体的分析见上一节)。基于上述分析可以得到制造商和零售商在博弈第三阶段的条件期望利润函数，如下：

对于零售商的订购量，由于预测信息fr是不对称信息，因此制造商只能依据自己的预测信息fm来求解其条件期望，进而可以得到零售商的期望订购量。因此，制造商的实际目标是最大化如下函数：

引理1 对于制造商直接回收模型，在信息不分享情形下，制造商和零售商的均衡价格和回收率如下：

其中：

φ1=E[φ|fr,fm]，

引理2 对于制造商直接回收模型，在信息不分享情形下，制造商和零售商的事前利润如下：

其中，

其中，

4.2 信息分享情形

在这种情形下，零售商在博弈的第一阶段与制造商达成协议，分享其需求预测信息。因此，制造商和零售商在博弈的第三阶段都可以获取需求预测信息fm和fr。相应地，制造商和零售商的条件期望利润如下：

对于零售商而言，由于在信息不分享和信息分享两种情形零售商都能获取需求预测信息fm和fr，因此零售商在两种情形下的最优化问题是一样的。进而，可以得到零售商的最优反应函数：

引理3 对于制造商直接回收模型，在信息分享情形下，制造商和零售商均衡的价格和回收率如下：

引理4 对于制造商直接回收模型，在信息分享情形下，制造商和零售商的事前利润如下：

从引理2和引理4中可以发现，两种情形下供应链成员的事前利润都受到供应链成员信息预测精度(σm和σr)的影响。因此，接下来首先分析预测信息精度的直接影响，即供应链成员一方的预测精度对自身利润的影响；其次分析预测信息精度的溢出影响，即供应链成员一方的预测精度对另一方利润的影响。相关结论如下。

命题1 对于制造商直接回收模型，①需求预测信息精度的直接影响如下：

②需求预测信息精度的溢出影响如下：

类似地，可以证明命题1中的其余结论。证毕。

命题1①表明：准确的需求预测信息具有积极的直接影响，即制造商和零售商的需求预测信息越准确(即需求预测信息的方差越小)，他们从中获取的收益就越多。这主要是因为越准确的需求信息，制造商和零售商就能更好地做出决策，从而能获得更高的利润。它的管理启示在于，供应链成员应该使自己的需求预测信息更加准确。

命题1②表明：在信息分享情形下，准确的需求预测信息具有积极的溢出影响，即制造商和零售商能从对方准确的需求预测信息(即方差较小的预测信息)中获益。这是因为在信息分享情形下，供应链成员同时拥有双方的需求预测信息，当一方的需求预测信息的准确性在提高时，另一方能够及时更新并提高自己拥有信息的准确性，进而能够做出更好的决策赢得更高的利润。结合命题1①中的结论，可以知道在信息分享情形下，供应链成员一方提高自己的需求预测精度，不仅可以使自己获益，还可以使对方获益，因此是一个双赢的做法。此外，命题1②还表明：在信息不分享情形下，零售商需求预测信息精度的溢出影响等于零，即零售商需求预测信息精度的改变不会影响制造商的利润。这主要是因为在这种情形下，零售商的信息精度是私有信息，制造商不能获知，因此制造商的利润不受其影响。由于制造商预测信息精度的溢出影响的表达式非常复杂难以判断，因此会在第5节中借助数值算例进行分析。

4.3 均衡的信息分享策略

首先，基于引理2和引理4中的结论可以得到如下结果：

(1)

命题2①中得到的结论与文献[9]等得到结论相一致。这主要是因为当零售商分享其需求预测信息后，制造商可以据此来更新自己的预测信息，从而使自己拥有的信息越准确，由命题1中得到的结论可知，制造商会因为拥有更准确的信息而获得更多的利润，即从需求预测信息分享中获益。

图时信息分享的价值

图时信息分享的价值

接下来分析供应链成员信息预测精度对信息分享价值的影响。结合命题2中的结论，可以得到下列结论。

进一步分析可以得到制造商预测精度对信息分享价值的影响。同理可以得到零售商预测精度对信息分享价值的影响。证毕。

α1+α2=1。

5 算例分析

图3 制造商需求预测信息精度对两种情形下供应链成员利润的影响

取值σ0=30，σm=30，ρ=0.5，变动σr可得零售商需求预测信息精度对两种情形下供应链成员利润的影响，见图4。

图4 零售商需求预测信息精度对两种情形下供应链成员利润的影响

图较小时不同情形下信息分享的价值

图中等时不同情形下信息分享的价值

图较大时不同情形下信息分享的价值

6 结语

本文考虑政府对回收活动的奖惩机制，在制造商直接回收的闭环供应链和中，研究了预测信息精度对供应链成员利润和信息分享价值的影响以及供应链均衡的信息分享策略。研究发现：制造商在信息不分享情形下的利润不受预测信息精度的影响。除此之外，当制造商或零售商的需求预测信息的精度在提高时，不仅制造商或零售商本身可以获益，还会使对方受益。另外，零售商信息对于制造商的价值随着制造商(零售商)预测精度的提高而降低(增加)，对于零售商和供应链而言，预测信息精度如何其信息分享价值还要取决于信息分享是否有害或有利。

研究还发现：当制造商的回收效率较高时，零售商分享需求信息会使供应链成员都受益，因此，在没有激励机制的情况下，零售商分享需求信息是一个唯一的均衡；当制造商的回收效率处于中等水平时，零售商分享需求信息会使其利润减少，但是会使整个供应链的利润增加，此时，本文通过设计一个讨价还价机制，即制造商和零售商对信息分享后的供应链利润通过讨价还价的方式进行重分配，可以促使零售商分享其需求信息；当制造商的回收效率较低时，零售商信息分享会使零售商和整个供应链的利润都减少，此时，零售商信息不分享是一个唯一的均衡。另外，政府奖惩机制对信息分享策略的影响在于：当政府的奖惩力度较大时，信息不分享是唯一的均衡；当政府的奖惩力度较小时，供应链中信息分享和信息不分享都有可能是均衡，具体地需要取决于回收成本系数的大小。这说明政府制定较小的奖惩力度可以促使需求信息分享是一个均衡。

本文研究需求预测信息分享问题是以制造商直接回收的闭环供应链为研究对象。值得注意的是，在回收再制造行业，还存在着零售商回收或第三方回收的闭环供应链。因此，下一步可以在其它回收类型的闭环供应链中探讨需求预测信息分享问题。