考虑专利保护和渠道偏好的再制造双渠道闭环供应链决策与协调

唐 飞， 许茂增

(1.西南交通大学 经济管理学院，四川 成都 610031； 2.重庆交通大学 经济与管理学院，重庆 400074)

0 引言

进入21世纪以来，随着全球资源的日益短缺和自然环境污染加重，忽视废旧资源循环再利用的传统经济发展模式已逐渐向重视废旧资源再利用和环境保护的循环经济发展模式转变，社会各界普遍看重如何从消费者手中回收废旧产品并实施再制造，闭环供应链管理这一全新管理方式便也由此产生[1]。同时，随着电子商务和互联网应用的迅猛发展与日臻成熟，网上消费模式也越来越普及，使得越来越多的制造商开始采用网上直销渠道与传统零售渠道并存的双渠道销售模式[2]。以上事实表明，在循环经济和网络经济快速发展的共同驱动下，同时考虑废旧产品回收再制造和线上线下双渠道销售这两种经济模式并整合进行研究具有非常重要的理论意义和应用价值。

目前，许多学者已围绕将再制造和双渠道相结合的再制造双渠道闭环供应链展开研究，研究的重点主要包括新/再制造产品定价、正向/逆向渠道协调等方面。徐峰等[3]采用数理建模方法对制造商实施双渠道和再制造策略进行了研究，发现直销渠道的引入不可避免两种销售渠道的冲突，但制造商和零售商均可从废旧产品再制造中得利。Jiang等[4]运用多代理仿真技术研究制造商通过直销渠道和零售渠道销售新产品和再制造产品的最优定价策略，得出的结论是直销渠道的引入和再制造的实施会增加制造商利润。Zheng等[5]在不同权利结构下考虑双渠道闭环供应链的正向渠道竞争，通过三种权利结构比较发现每一个供应链成员均希望扮演权利主导者角色，而以集中决策系统为基准，运用两部定价机制均可以对三种权利结构进行协调。Saha等[6]针对双渠道闭环供应链可能存在三种不同回收主体(制造商、零售商或第三方)回收废旧产品的问题，研究了两种情形(非合作情形和合作情形)下的再制造策略和定价决策，提出了三方折扣机制来协调供应链，以实现三方共赢。曹晓刚等[7]考虑直销和零售两种不同销售渠道会影响消费者的购买选择，研究了Stackelberg博弈和Bertrand竞争博弈模型的最优均衡解，并以制造商主导的Stackelberg博弈模型为例，探讨了如何通过价格契约和补充的利润分享契约实现节点企业利润的Pareto改善。易余胤和袁江[8]研究了正向销售和逆向回收均采用双渠道模式的供应链渠道协调问题，发现正向逆向的双重渠道冲突可通过改进的两部定价契约消除。Xie等[9]假设制造商和零售商均对各自销售渠道进行广告投资，研究了双渠道闭环供应链的协调问题，运用双利润分享契约对正向双渠道和逆向单回收渠道进行了协调。以上关于再制造双渠道闭环供应链的研究均是考虑制造商为再制造的实施者，而第三方再制造商或零售商作为再制造的实施者的情况尚未考虑。

然而，在实践中，出于成本或品牌等因素的考虑，原制造商可能并无对废旧产品回收再制造的积极性，这就给第三方再制造商或零售商创造了发展再制造业务的机会，但也必然会使得原制造商的新产品市场受到一定的竞争威胁[10～12]。值得注意的是，根据专利法的规定，受法律保护的专利产品具有排他性，制造商以外的其他企业实施再制造活动必须获得原制造商的授权许可才行，否则难免会引起利益冲突和知识产权纠纷[13]。目前一些学者在对再制造闭环供应链的研究中已注意到这一问题并开展了相关研究。熊中楷等[14]考虑原制造商的专利许可，研究了专利保护下由原制造商、第三方再制造商和零售商构成的闭环供应链系统的协调问题。在此基础上，王建明[15]针对消费者对新产品和再制造品存在认知差异，建立了专利授权第三方再制造商从事再制造的闭环供应链差别定价模型，发现专利许可费的大小会影响废旧产品的回收价格，通过收益—费用分担契约可以优化闭环供应链效率。申成然等[16]假设经销商从事再制造，原制造商采用单位专利许可费模式向经销商收取专利许可费，同样通过收益—费用分担契约实现了闭环供应链的协调，但未考虑制造商采用双渠道销售模式的情形。高鹏和聂佳佳[17]在专利授权经销商实施再制造的闭环供应链中，引入公平关切行为因素，考察了当制造商存在公平关切时，其对专利授权的闭环供应链经营决策及协调的影响。Huang和Wang[18]针对制造商再制造、制造商和零售商同时再制造、制造商和第三方再制造商同时再制造三种再制造模式，研究了专利授权对闭环供应链再制造模式的影响，但文中同样未涉及双渠道结构闭环供应链，也没有考虑其协调问题。

在此基础上，本文针对再制造双渠道闭环供应链的研究主要考虑原制造商自主实施再制造，忽略了原制造商可能将其受专利保护的产品再制造活动授权许可零售商实施的不足，同时考虑消费者对零售渠道和直销渠道具有异质性偏好，考察了将专利保护问题和消费者渠道偏好问题同时考虑的再制造双渠道闭环供应链决策与协调问题。首先在集中决策和分散决策情形下分别建立双渠道闭环供应链决策模型，得到了两种决策情形下的最优定价策略；然后分析了消费者渠道偏好系数对直销价格、批发价格、零售价格、专利许可费以及节点企业利润的影响；最后以集中决策的均衡结果为基准，提出了一个由批发价格、直销价格和专利许可费构成的定价机制和一个附加的利润分享机制，以协调双渠道闭环供应链，从而保证了供应链各节点企业的“双赢”。

1 问题描述和符号说明

本文考虑的再制造双渠道闭环供应链系统由单一制造商和单一零售商组成，制造商同时拥有网上直销和传统零售两种销售渠道，消费者购买产品时可在两种渠道之间自由选择。直销渠道的直销价格用pd表示，用pr和w分别表示零售渠道的零售价格和批发价格，相对于直销渠道，由于制造商通过零售渠道销售产品需额外支付运输和处理等费用，故零售渠道的边际成本cr大于直销渠道的边际成本cd[2]。假设零售商不仅在正向零售渠道销售产品，其作为再制造商同时也在逆向回收渠道回收废旧产品，并用于再制造生产再制造产品，这一再制造模式在机械制造行业尤为典型，如利星行机械和千里马机械分别作为卡特彼勒和斗山机械的零售商均从事再制造和销售业务[11,12]。假设零售商以价格pc从消费者手中回收废旧产品，用cc表示零售商实施再制造的单位再制造成本，为保证回收再制造活动有利可图，则有cc

在专利保护下，零售商实施再制造活动需向制造商缴纳相应的专利许可费才能获得制造商的专利许可和技术支持，假设专利许可费采用单位专利许可费模式[14～18]，即零售商每再制造一单位再制造产品需缴纳的专利许可费为f。参考曹晓刚等[7]和易余胤[8]的研究，假设零售商再制造的再制造产品和制造商生产的新产品在功能和质量上均是同质的，两种形式产品以相同的销售价格在市场上销售。专利保护下再制造双渠道闭环供应链系统结构如图1所示。

图1 专利许可下再制造双渠道闭环供应链系统结构

假设消费者对零售渠道和直销渠道具有不同的支付意愿(willingness to pay)，即对两种渠道销售的产品具有异质性偏好(heterogeneous preferences)，参考Chiang等[2]和曹晓刚等[7]的假设，考虑消费者对网上直销渠道的支付意愿低于传统零售渠道，则零售渠道和直销渠道的需求函数为：

(1)

其中，Dr代表零售渠道需求函数，Dd代表直销渠道需求函数，Q为市场潜在需求量，θ(0<θ<1)为消费者的渠道偏好系数。

本文参考熊中楷等[14]、王建明[15]、Huang和Wang[18]的假设，设回收市场中废旧产品的供给量函数为：

G=α+βpc

(2)

其中α(α>0)表示当回收价格为零时可回收的废旧产品的数量，这相当于是消费者自愿返还部分，可将其大小视为消费者环保意识的强弱，β(β>0)为回收价格敏感程度系数。

假设制造商和零售商之间进行Stackelberg博弈，制造商是领导者，而零售商是跟随者，两者都是完全理性和风险中性的且信息对称。假设制造商利润用符号πM表示，零售商利润用符号πR表示，整个双渠道闭环供应链系统利润用符号π表示，显然π=πM+πR。那么，基于以上描述，制造商和零售商的利润函数可具体表示为：

πM=(pd-cd)Dd+(w-cr)(Dr-G)+fG

(3)

πR=(pr-w)(Dr-G)+(pr-cc-pc-f)G

(4)

双渠道闭环供应链系统的利润函数为：

π=(pd-cd)Dd+(pr-cr)(Dr-G)+(pr-cc-pc)G

(5)

2 集中决策情形

在集中决策情形下，制造商和零售商之间形成一个统一整体进行完全合作博弈，即进行决策的目标为整个系统利润的最大化，决策变量pd、pr和pc都由双方共同确定。此时，基于双渠道闭环供应链系统利润最大化的目标函数为：

(pr-cc-pc)(α+βpc)

(6)

容易验证式(6)是关于pd、pr和pc的严格凹函数，即式(6)存在唯一最优解。将式(6)分别对pd、pr和pc求一阶偏导数，并分别令其为0，联立求解可得集中决策情形下的最优决策为：

(7)

(8)

结论1在集中决策情形下，消费者对直销渠道的偏好程度越高或直销渠道边际成本越高都将使得闭环供应链系统提高直销价格，零售渠道边际成本越高将使得闭环供应链系统提高零售价格，消费者环保意识越强或再制造成本越高都将使得闭环供应链系统降低回收价格，而零售渠道边际成本的增大会导致更高的回收价格。

由式(7)易得结论1。结论1表明，在集中决策情形下，直销价格主要受消费者的渠道偏好和直销渠道边际成本的双重影响，且都表现为正向影响，而零售价格只受零售渠道边际成本的影响，也为正向影响。因此，闭环供应链系统在进行销售定价决策时，要根据系统的边际成本和消费者的渠道偏好程度进行综合决策。回收价格主要受消费者环保意识、再制造成本、零售渠道边际成本的三重影响，且与消费者环保意识和再制造成本表现为负向影响，与零售渠道边际成本表现为正向影响。这主要是因为消费者环保意识越强，自愿返回的废旧产品数量就越多，在供求关系影响下，其回收价格自然就越低；再制造成本越高，零售商进行再制造的利润空间就会缩小，故回收价格就越低；而零售渠道边际成本越高，闭环供应链系统的利润空间就会缩小，那么零售商就更加希望通过加大废旧产品回收再制造的力度来节约成本，就需要回收更多的废旧产品，故回收价格就越高。

结论2在集中决策情形下，消费者对直销渠道的偏好程度越高或消费者环保意识越强都将提高双渠道闭环供应链系统的利润。

由式(8)易得结论2。结论2表明，当制造商和零售商之间组成一个统一整体进行完全合作博弈时，消费者对直销渠道的偏好程度越高，越有利于双渠道闭环供应链系统通过直销渠道来销售产品，制造商更应该发展直销渠道；消费者环保意识越强，越有利于双渠道闭环供应链系统进行废旧产品的回收再制造，零售商更应该发展再制造业务，同时，也更应该加强对消费者环保意识的宣传，以提升消费者环保意识，进而促进再制造业务发展，以提升整个双渠道闭环供应链系统的收益。

3 分散决策情形

在该情形下，制造商和零售商之间相互独立且进行非合作Stackelberg博弈，即双方作为理性的独立决策者，决策目标都是各自利润的最大化。占主导地位的制造商首先确定直销价格pd、批发价格w和专利许可费f，在此定价决策基础上，处于弱势地位的零售商再制定出零售价格pr和废旧产品的回收价格pc。此时，零售商和制造商的目标函数分别为：

(pr-cc-pc-f)(α+βpc)

(9)

(10)

(11)

(12)

把式(12)带入式(11)，可得到零售商关于零售价格和回收价格的最优决策为：

(13)

最后，由式(12)和式(13)的最优解，可进一步求得零售商、制造商和双渠道闭环供应链系统的最优利润分别为：

(14)

(15)

(16)

结论3在正向双渠道供应链中，批发价格或直销价格的提高均会导致零售价格的提高；直销渠道边际成本的增加会导致直销价格的提高，零售渠道边际成本的增加会导致批发价格的提高。

由式(11)和式(12)易得结论3。结论3表明，零售商零售价格的制定受制造商批发价格和直销价格的双重影响。在传统的由单一制造商和单一零售商构成的单渠道供应链中，零售价格是关于批发价格的递增函数，这是已有相关研究的普遍结论[11]；而在网上直销渠道和传统零售渠道同时存在的双渠道供应链中，由于两种销售渠道之间存在渠道竞争，零售渠道的定价策略便也会受直销渠道定价策略的影响。而制造商关于批发价格和直销价格的制定策略直接受各自边际成本的影响，由于制造商通过直销渠道销售产品节省了运输和处理等相关费用，降低了直销渠道的边际成本(cd

结论4当零售商实施再制造，制造商向其收取再制造的专利许可费时，再制造成本的增加会导致废旧产品的回收价格和零售商实施再制造的专利许可费都降低，同时，废旧产品回收价格随着专利许可费的增加而降低。

由式(11)和式(12)易得结论4。结论4表明，废旧产品的回收价格和专利许可费均直接受再制造成本的影响，而专利许可费的高低也会间接影响废旧产品的回收价格。再制造成本越高，对零售商来说，其从事再制造的获利空间就越小，故其会通过降低废旧产品的回收价格来减少相应成本投入，以尽可能多地从再制造中赢利；而对制造商来说，当其自身不从事再制造，那么向零售商收取专利许可费是其从回收再制造活动中获得额外利润的唯一途径，故其应当通过给予零售商一定的技术支持来降低再制造成本，以获得更高的专利许可费。由于专利许可费的高低会间接影响废旧产品的回收价格，而回收价格的高低又会进一步影响废旧产品的回收量，故制造商需要在专利许可费的收取上找到一种平衡，使得其既不会因为专利许可费太低而无利可图，也不会因为专利许可费太高而影响零售商进行回收再制造的积极性。

结论5表明，一方面，制造商开通网上直销渠道后，其直销价格的制定并不受制造商与零售商合作与否的影响，即制造商对直销渠道拥有独立定价权，但制造商与零售商完全合作进行集中决策时的零售价格要更低，这显然会对直销渠道市场份额形成市场挤兑效应，使得一部分直销渠道消费者转向零售渠道购买产品，从而提高零售渠道销量；另一方面，由于集中决策情形下的回收价格更高，更多的消费者愿意将手中的废旧产品返回给零售商，这将提高废旧产品的回收量，进而提升社会环保效应。

结论6在分散决策情形下，整个供应链系统的利润比集中决策情形更低，即π**<π*。

证明易知

结论6表明，当制造商和零售商之间组成一个统一整体进行完全合作决策时，非合作独立决策的“双重边际效应”能够得以避免，系统效率不存在损失，这显然增加了整个供应链系统的利润。仔细分析可发现，完全合作集中决策相比非合作分散决策的系统利润增加值恰好等于零售商在非合作分散决策下的利润，这说明非合作分散决策还存在较大的优化空间。那么，如何通过设计有效的协调机制使得制造商和零售商尽力协调，实现系统效率的优化和双方的“双赢”，是下文要讨论的关键问题。

4 专利保护下双渠道闭环供应链的协调

分散决策情形下的“双重边际效应”总是存在的，这主要是由于制造商与零售商各自的自利行为所导致的，这使得单个链内企业和整个供应链系统的利润都未达到最优化。因此，对双渠道闭环供应链非合作分散决策模型的协调和优化不仅需要优化链内节点企业的利润使其有所提高，也需要尽可能使得优化后的系统利润达到或者更加接近集中决策水平。

(17)

(18)

此时，零售商、制造商和双渠道闭环供应链系统的利润分别为：

(19)

(20)

(21)

证明易知

5 数值算例

下面通过数值算例进一步验证上述结论的正确性。设市场潜在需求量Q=100，直销渠道边际成本cd=6，零售渠道边际成本cr=10，零售商从事再制造的单位再制造成本cc=5，废旧产品的供应量函数G(pc)=15+10pc，让θ在[0.6,0.95]内变化。表1所示为消费者渠道偏好系数变化对双渠道闭环供应链分散决策情形下各决策变量最优结果的影响情况。

表1 双渠道闭环供应链分散决策情形的最优结果

由表1可以看出，在分散决策情形下，消费者渠道偏好系数θ变化对批发价格、专利许可费、回收价格均无影响，而随着θ的增加，偏好直销渠道的消费者将增多，制造商的直销价格不断增加，其利润也随之增加，零售商的零售价格则不断降低，其利润也不断减少，但系统总利润不断增加。这说明制造商开拓网上直销渠道后，直销渠道与零售渠道之间的渠道冲突将导致零售商利润减少，制造商利润增加，且消费者对直销渠道的认可程度越高(θ越大)，其渠道冲突表现越明显。

表2 契约协调下的最优结果

6 结论

本文考虑消费者对零售渠道和直销渠道的偏好程度不一致、专利产品回收再制造受到原制造商专利的保护，研究了专利许可零售商实施再制造的双渠道闭环供应链决策和协调问题。通过应用博弈论方法求得了完全合作集中决策和非完全合作分散决策下的均衡解，在此基础上具体分析了渠道偏好系数对批发价格、销售价格、专利许可费以及链内节点企业利润的影响情况。研究发现，当制造商和零售商之间组成一个统一整体进行完全合作决策时，避免了由双方非合作独立决策所带来的效率损失问题，整个供应链系统效率和社会环保效益可以得到提升。为此，本文将完全合作集中决策的均衡结果作为基准，通过联合运用一个由批发价格、直销价格和专利许可费构成的定价机制和一个附加的利润分享机制，使得协调后的系统利润与集中决策水平一致，制造商和零售商的利润都有所增加，能够保证双渠道闭环供应链的协调有效。最后，运用数值算例对所得结论的正确性进行了检验。

本文的研究还可以进一步拓展，比如本文考虑的制造商向零售商收取专利许可费采取的是单位专利许可费模式，下一步可以考虑固定许可费模式，另外，再制造产业的发展离不开政府的参与，进一步可考虑政府补贴或奖惩对专利保护下再制造闭环供应链决策的影响。