奖惩机制对混合回收闭环供应链中制造商合作的影响

石纯来，舒夕珂，胡 培

奖惩机制对混合回收闭环供应链中制造商合作的影响

石纯来，舒夕珂*，胡 培

（西南交通大学 经济管理学院，四川 成都 610031）

存在第三方回收商的闭环供应链中，研究奖惩机制对混合回收闭环供应链中制造商合作策略的影响。分别建立制造商不合作（N），仅与零售商合作（MR），仅与回收商合作（MC）以及与零售商和回收商均合作（MCR）四种合作策略。研究发现：制造商与零售商及回收商均存在合作动机。但是，制造商倾向与零售商还是更倾向与回收商合作则与政府奖惩力度有关。当政府奖惩力度较小时，制造商倾向与零售商合作；当政府奖惩力度较大时，制造商倾向与回收商合作。此外，还进一步分析了政府奖惩机制对不同合作策略下供应链整体利润、消费者剩余以及社会福利的影响。

奖惩机制；混合回收；闭环供应链；合作策略

0 引言

随着人口数量增加，工业化进程推进，全球碳排放量不断攀升，愈渐恶化的空气质量和日趋严峻的温室效应给人类生存带来前所未有的挑战。此时再制造产业作为目前发展迅速的新兴产业之一，其萌生和发展为阻止该状况的恶化提供了新的契机，再制造是利用旧产品的原有部件或整体并采用再制造技术，使其恢复原有尺寸、形状、性能和价值，形成再制造产品的过程[1]。一方面，再制造不仅可以节约资源，降低企业生产成本，提高公司利润，如佳能和施乐（Xerox）因回收再制造节约了数百万美元的成本[2-3]；另一方面，再制造有助于减少碳排放量，保护环境，如苹果公司通过再制造使得每一美元收入的碳排放量减少15.4%[4]；此外，再制造产业增加就业岗位有助于社会稳定，提高社会福利。利益驱动下企业自发开展再制造活动，而再制造的种种优势促使越来越多的国家和地区出台相关措施，将再制造纳入企业生产管理条例，推行“生产者延伸责任制”[5]，又促使更多企业参与再制造活动。我国台湾地区早在1974年出台的《废弃物清理法》中就指出，制造商负责产品使用后的回收处理[5]。德国于1986年颁布《废物防止与管理法》，确立了废物防治和回收利用优于废物处理的原则，此后又于1991年和1994年先后出台了《包装废物条例》和《资源闭合循环和废物管理法》[6-7]。随后其他国家也出台了类似法规，促使更多的行业及企业开展回收再制造[8]。日本自1998年起先后颁布了如《家电回收法》、《车辆再生法》等法律法规支持和要求企业的再制造活动[9]。我国在2001年至2010年的十年间也先后发布了《报废汽车回收管理办法》、《汽车产品回收利用技术政策》、《废弃电器电子产品回收处理管理条例》等一系列法律法规，同样规定并推进了相关企业的再制造活动[10]。2012年英国商业、创新和技能部与环境、食品和农村事务部共同发布了《资源安全行动计划》，鼓励回收再制造以提高资源利用效率①https://www.gov.uk/government/publications/resource-security-action-plan-making-the-most-of-valuable-materials。而就在2019年5月8日至5月10日，“第十二届电器电子产品生产者责任延伸制度及回收处理技术国际会议暨2018中国废弃电器电子产品回收处理行业白皮书发布会”上，《中国废弃电器电子产品回收处理及综合利用行业白皮书2018》也正式发布。这些政策、法规的出台为再制造产业的发展带来了新的机遇。

基于此，大量学者研究了奖惩机制下闭环供应链的协调机制以及旧产品回收渠道选择。王文宾和达庆利[11-13]自2009年起就先后研究了政府奖惩机制设计，电子产品逆向供应链的政府奖惩机制设计以及存在政府奖惩时，闭环供应链的决策与协调问题，并对再制造逆向供应链协调的奖励、惩罚及奖惩机制进行比较，认为制造商对于回收商的奖惩机制不能有效协调逆向供应链，而政府对回收商的奖励机制更能有效提高回收商的积极性，随后分析了政府奖惩在调动制造商和回收商生产活动积极性方面的作用，指出基于回收率的奖惩机制较基于回收量的奖惩机制更能有效地提高旧产品回收率；易余胤和梁家密[14-15]则探讨奖惩机制下需求不确定闭环供应链的模型及奖惩机制下的再制造闭环供应链协调机制；上述文献仅讨论了第三方回收商负责回收的情况下，奖惩机制对闭环供应链的影响。然而，随着再制造产业的不断发展，很多制造商如惠普、小米、魅族、IBM、宝马、长虹和海尔等不再局限于仅仅通过回收商回收旧产品进行回收再制造，而是成立相应的子公司或者部门与第三方回收商共同参与旧产品的回收，即通过混合渠道回收旧产品。因此易余胤和梁家密[16]首次将奖惩机制与混合回收结合起来，考察了混合渠道回收下政府奖惩对闭环供链渠道选择的影响；随后，马祖军等[17]也探讨了政府规制下混合渠道销售和回收的电子电器产品的闭环供应链决策，结果表明，政府奖惩有利于提高供应链中企业的利润同时促进消费者剩余和社会福利的增加。

通常，我们将由制造商、零售商和回收商三个主体构成的整体闭环视作一个完整的闭环供应链[18]。与此同时，制造商作为闭环供应链中的市场主导者，其合作决策，即选择与回收企业还是零售企业达成合作协议，对提高供应链利润尤为重要。因此，部分学者开始关注制造商的合作策略问题。聂佳佳探讨了第三方负责回收的闭环供应链中，不同渠道结构对供应链成员合作伙伴选择的影响，研究发现，任意两者均存在与对方结盟的想法[19]。Ma等在此基础上，对回收商数量进行了调整，以存在两个第三方回收商的闭环供应链作为研究对象，分析此种情形下制造商的合作决策，结果表明，供应链成员建立合作联盟有助于提高供应链利润，实现多方共赢[20]。但是他们均假设旧产品仅通过第三方回收商回收，而实际中，很多制造商如惠普、小米、魅族、IBM、宝马、长虹和海尔等不仅通过专业的第三方回收商回收旧产品，而且成立相应的子公司或者部门负责回收旧产品，即通过混合渠道回收旧产品。其中，IBM倾向与专业的第三方回收公司建立合作联盟以推进其逆向物流渠道[21]（Model MC）；相反，宝马公司则更倾向与广汇汽车服务等汽车经销商建立合作关系②https://baijiahao.baidu.com/s?id=1589055533978209774&wfr=spider&for=pc，同样，长虹和海尔也选择与大型零售商（如苏宁、国美等）合作[22-23]以加强其正向物流渠道（Model MR）；而惠普不仅与专业的回收商维持着合作关系③https://garage.ext.hp.com/us/en/impact/haiti-recycling-plastic.html?jumpid=in_r11400_cn/zh/ipg/recycle/hero-banner/learn-more，且于2017年与京东集团正式签署了“惠普-京东无界零售战略合作协议”④http://baijiahao.baidu.com/s?id=1582064121853768806，类似地，小米、魅族等手机制造商不仅与专业的电子回收平台爱回收网⑤http://news.yesky.com/427/99463927.shtml确立了合作关系，同时也与大型网络零售商展开合作⑥http://www.sohu.com/a/17047912_116213，从而促进整个闭环供应链的发展（Model MCR）。故早期学者关于合作策略的研究显然与现实存在一定的差异，所以闭环供应链中制造商的合作策略有待进一步研究。

综上所述，政府奖惩机制下有关闭环供应链的研究主要集中在供应链的协调机制以及旧产品回收渠道的选择，如王文宾和达庆利[11-13]，易余胤和梁家密[14-16]以及马祖军等[17]，但极少研究制造商对不同合作策略选择的问题。尽管聂佳佳[19]以及Ma等[20]对制造商的合作策略做了部分探究，但是他们均未考虑制造商自身亦参与旧产品回收，即混合渠道回收模式的情况。梁喜和马春梅[24]研究了不同混合回收模式下闭环供应链决策问题，但是忽略了政府奖惩机制对制造商选择其合作策略的影响。基于此，本文研究政府奖惩机制如何影响混合回收闭环供应链中制造商合作策略的选择。具体而言，试解决如下问题，存在政府奖惩的混合回收模式下：（1）制造商与供应链其他成员之间是否存在合作动机？（2）制造商倾向与零售商合作还是更倾向与回收商合作？（3）不同合作策略下整个供应链利润有何不同？（4）不同合作策略是否有利于增加消费者剩余和社会福利？

1 问题描述

本文以最基本的闭环供应链作为研究对象，即仅存在一个制造商（Manufacturer）、一个零售商（Retailer）和一个回收商（Recycler）。正向渠道上，制造商（M）通过零售商（R）销售产品。而逆向物流上，制造商（M）不仅委托专业的第三方回收商（C）回收旧产品，自身亦可回收旧产品以节约生产成本。同时，政府会对其回收率实施奖惩以提高其回收积极性。制造商作为闭环供应链中的市场主导者，其合作决策，即选择与回收企业还是零售企业达成合作协议，对提高供应链利润尤为重要。共存在以下四种合作策略：（1）制造商既不与零售商合作也不与回收商合作，即无合作策略（N），如图1(a)所示；（2）制造商与零售商合作以加强正向物流（MR），如图1(b)所示；（3）制造商与回收商合作以巩固其逆向渠道（MC），如图1(c)所示；（4）制造商既与零售商合作又和回收商联盟，即供应链各成员共同合作（MCR）如图1(d)所示。

Figure 1 Different cooperation strategies of the manufacturer

1.1 符号说明

1.2 模型假设

（1）与已有研究相同[26]，在Stackelberg博弈中，制造商为市场主导者（leader），零售商和回收商均为其追随者（follower）；

（2）市场上不区别对待用全新原材料生产的产品和通过旧产品再制造生产的产品，即将两者视为同质产品，零售价格相同[11-14]；

2 合作策略

政府的奖惩机制下，为了实现企业利润最大化，企业间建立合作联盟。制造商与谁合作对提高供应链效率十分重要，因此制造商应选择恰当的合作联盟。借助已有研究[17]，得到如下目标函数：

2.1 制造商与零售商和回收商均合作模型——Model MCR

制造商、零售商和回收商三者合作，其合作联盟可视为理想化的“超组织（central planner）”，如惠普、小米和魅族等与专业的回收商和零售商同时维持着合作关系。此时，该合作联盟以整个供应链利润最大化为目标。该问题转化为如下模型：

2.2 无合作模型——Model N

2.3 制造商与零售商合作模型——Model MR

2.4 制造商与回收商合作模型——Model MC

通过逆向归纳法，可得到如表1所示的各项均衡结果。

表1 各合作模型中的均衡结果

3 均衡分析

首先对各合作策略下的各项均衡结果进行分析比较，探究不同合作策略下各决策变量之间的大小关系并解释其原因；随后，研究制造商与供应链其他成员之间的合作动机及合作倾向；最后研究不同合作策略下供应链利润、消费者剩余以及社会福利的大小关系。

命题1支付价格及产品批发价格的大小关系

证明：合作策略N与合作策略MC中产品批发价格做差，得

合作策略N与合作策略MR中对回收商的支付价格做差，得

命题2产品需求量和零售价格的关系

证明：合作策略N与合作策略MR中产品需求量（零售价格）做差，得

各合作策略中产品零售价格和需求量的大小关系与政府奖惩力度无关，即产品零售价格及市场需求量在各合作策略中的大小关系是确定的。制造商、零售商和回收商三者合作时，可以有效地避免利益冲突，合作策略MCR中产品零售价格最低，需求量最高；三者无合作时，制造商、零售商和回收商都为各自利益做决策，利益冲突极大，因此合作策略N中产品的零售价格最高，需求量最低。制造商与零售商联盟可避免其经典的双重边际问题，所以合作策略MR中产品零售价格低于合作策略N。但是制造商和回收商组成的合作联盟可以内化因再制造所节约的全部成本，从而将生产成本维持在更低的水平上，所以合作策略MC中产品零售价格同样低于合作策略N。但是相较合作策略MC而言，制造商与零售商的合作联盟所避免的双重边际占优，因此合作策略MR中的产品零售价格低于合作策略MC。相应地，合作策略MR中的需求量高于合作策略MC。

证明：合作策略N与合作策略MR中旧产品总回收率做差，得

合作策略MCR的旧产品总回收率最高；而供应链各成员均不合作时旧产品总回收率最低。因为当供应链各成员共同合作时，三者视为一个统一的整体，以整体利润最大化为目标，故供应链各成员之间不存在任何利益冲突。然而，但制造商选择不与任意一者合作时，供应链各主体均以自身利润最大化为目标进行各自决策，利益冲突在此合作策略下达到顶峰，故此时旧产品总回收率最低。

命题4制造商是否有动机与回收商合作

证明：合作策略MC与合作策略N中制造商和回收商的总利润做差，可得

合作策略MC与合作策略N中零售商利润做差，可得

命题4说明制造商有意向同回收商建立合作伙伴关系。其原因是当制造商与回收商各自决策时，两者均追求自身利益的最大化，双重边际效应的负面影响极为显著；而制造商和回收商组成的合作联盟则能够获得因再制造所节约的全部成本故其对回收率的提高和生产成本的降低均有正面影响，两者组成的联盟也因为这种正面效益从中获利。其原因是两者结盟使得旧产品总回收率大幅度增加，从而节约了生产成本，产品批发价格随之降低，故该合作联盟和零售商均因此获益。

命题5制造商是否有动机与零售商合作

证明：合作策略MR与合作策略N中制造商和零售商的总利润做差，得：

合作策略MR与合作策略N中回收商利润做差，

命题5说明制造商有意向同零售商建立合作关系。这是因为当制造商和零售商各自决策时，两者均追求各自利润最大化，因此双重边际效应的负面影响极为显著；而制造商和零售商组成的合作联盟则能有效缓解双重边际效应带来的负面影响，提高产品需求量，从而联盟可以获得更高的利润，实现合作共赢。另一方面，与供应链各成员各自做决策时相比，回收商也受益于制造商-零售商联盟的建立。其原因是两者结盟有效地缓解了双重边际效应带来的负面影响，极大地刺激了市场需求，使得产品需求量大幅度增加，而旧产品回收率一定时，提高产品需求量也就意味着提高旧产品回收量，故制造商-零售商联盟和回收商均受益于制造商-零售商联盟的建立。由命题4和命题5可知，制造商有动机与零售商（回收商）合作，且回收商（零售商）因制造商与零售商（回收商）联盟而获益，故若要深入研究制造商的合作策略，还需对制造商的合作倾向进行探讨。

命题6制造商合作倾向

证明：制造商与回收商合作所增加的利润与制造商与零售商合作所增加的利润做差，可得：

其中，

命题7不同合作策略对供应链利润的影响

证明：合作策略N与合作策略MR中供应链利润做差，可得：

式(22)的大小由函数

命题7说明四种合作策略下，制造商选择不合作（N）时的供应链总利润最小，由命题2和命题3可知，当制造商选择不合作（N）时，供应链各成员间的利益冲突极大，旧产品总回收率和产品需求量最低，因此供应链的利润最低；制造商、零售商和回收商三者共同合作（MCR）时，旧产品总回收率和产品需求量最高，产品零售价格最低，即供应链各成员间的利益冲突得到了最有效的协调，因此供应链利润最高。

证明：合作策略N与合作策略MR中消费者剩余做差，得：

命题8说明四种合作策略下，制造商、零售商和回收商三者共同合作时的消费者剩余仍然最高，供应链各成员均不合作时的消费者剩余最低。制造商仅与零售商合作（MR）时的消费者剩余高于制造商仅与回收商合作（MC）时的消费者剩余。由命题2可知，消费者在有限收入的条件下，合作策略MR下的产品需求量高于合作策略MC，相应地，合作策略MR下的消费者剩余同样高于合作策略MC。

4 算例分析

图2 和对社会福利的影响

图3 和对社会福利的影响

5 总结和进一步研究方向

本文研究了政府奖惩机制是如何影响混合回收闭环供应链中制造商合作策略的选择。分别构建了制造商仅与零售商合作（MR）、制造商仅与回收商合作(MC)、制造商与零售商和回收商均合作（MCR）以及制造商与两者均不合作(N)四种合作策略，通过逆向归纳法分别得到了各合作策略中制造商、零售商以及回收商的最优利润。研究发现：（1）无合作策略下产品零售价格最高，市场需求量、旧产品回收率、供应链整体利润、消费者剩余以及社会福利最低。（2）制造商与零售商和回收商均合作时，产品零售价格最低，市场需求量、回收率、供应链整体利润、消费者剩余以及社会福利最高。（3）制造商有意向同零售商及回收商合作，但是，制造商的合作倾向受政府奖惩力度所制约：①当政府奖惩力度较小时，制造商倾向与零售商合作；②当政府奖惩力度较大时，制造商倾向与回收商合作。（4）制造商仅与零售商或仅与回收商合作时供应链利润的大小关系同样由政府奖惩力度决定：①当政府奖惩力度较小时，制造商与零售商合作的供应链利润高于其与回收商合作；②当政府奖惩力度较大时，制造商与回收商合作的供应链利润高于其与零售商合作。（5）制造商仅与零售商合作时的社会福利是否高于其仅与回收商合作时的社会福利与政府奖惩力度和旧产品的回收效率有关：①当回收效率较高时，制造商与零售商合作的社会福利高于其与回收商合作；②当回收效率较低且当政府奖惩力度较小时，制造商与零售商合作时的社会福利高于其与回收商合作；③当回收效率较低但政府奖惩力度较大时，制造商与回收商合作的社会福利高于其与零售商合作。此外，制造商-零售商联盟及制造商-回收商联盟均有利于增加消费者剩余。

本文构建的闭环供应链模型中生产成本为单位成本，而非更贴近实际情况的受规模不经济这一因素影响下的生产成本。因此，进一步研究需将规模不经济考虑在内。同时，本文构建的模型是默认只有一个制造商、一个零售商和一个回收商，而现实中可能存在多个制造商、零售商、回收商甚至有多条供应链并存的情况，因此进一步研究应将此种情况考虑在内。另外，本文模型假设使用全新原材料生产的产品和使用回收处理加工后的原材料生产的产品具有同质性，然而实际生活中，回收再制造产品和采用全新原材料生产的新产品是异质的，人们对其两者的接受程度不尽相同，故两者的零售价格存在区别。因此，进一步研究将考虑此种情形下制造商合作策略选择问题。

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Alliance with the retailer or the recycler in the hybrid-recycling closed-loop supply chain under premium and penalty mechanism?

SHI Chunlai, SHU Xike*, HU Pei

(School of Economics and Management, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China)

The environmental and economic benefits of remanufacturing have been widely recognized in literature and practice. Countries including Japan, China and USA have attached great importance to the effective use of resources and promulgated corresponding policies to encourage and even enforce manufacturers to carry out recycling and remanufacturing. Hence, we borrow the premium and penalty mechanism in which the government sets the target recovery rate of used products for the manufacturer from prior literature like Wang and Da (2009), Yi and Liang (2012).More concretely, when the actual recovery rate (from both the manufacturer and the recycler) is higher than the target recovery rate, the government will give the manufacturer a certain amount of premium based on the difference between the actual recovery rate and the target recovery rate; otherwise, the government will give some penalty to the manufacturer.

It is common that a typical closed-loop supply chain consists of a manufacturer, a retailer and a recycler, in which the manufacturer sells products to consumers through the retailer, and recycles the used products from consumers via the recycler. To achieve a competitive edge and higher supply chain efficiency, the manufacturer, as a leader in the CLSC, can choose which member to ally with. For example, IBM allies with the recycler to strengthen the recycling of used products, because the manufacturer can internalize the full cost savings by this way; Conversely, BMW allies with the retailer to master market demand to alleviate double marginalization between the manufacturer and the retailer. Traditional wisdom like Nie (2012) and Ma et al. (2016) analyzes whether the manufacturer has an incentive to ally with other members and how these various alliances affect industry profits in the CLSC, and they suggest that the manufacturer prefers to ally with the retailer than the recycler. However, they ignore the fact that in order to raise recovery rate of used products, manufacturers like Dell and HP not only collect used products through third-party recyclers, but also participate in the recycling of used products, namely, hybrid-recycling. Motivated by this observation, we further explore the manufacturers’ alliance decisions in the hybrid-recycling CLSC under premium and penalty mechanism. Specifically, we have some questions of interest to solve. (1) whether the manufacturer has an incentive to ally with other members? (2) For the central planner, (i.e., the whole alliance), which form of alliance can make it capture more profit increments? (3) Which kind of alliance will bring more industrial profits to the whole supply chain?

To answer these questions, we establish four models in the second part, namely Model N in which the manufacturer allies with no one, Model MR in which the manufacturer just allies with the retailer, Model MC where the manufacturer only allies with the recycler and Model MCR where the manufacturer allies with both the retailer and the recycler. As we analyze above, the demand is improved through alleviating double marginalization in Model MR. Correspondingly, the demand is also lifted thanks to the manufacturer internalizing the full cost savings in Model MC. Without doubt, the Model MCR plays as the upper bound in which the central planner not only alleviates double marginalization but also internalizes the full cost savings, while Model N acts as the lower bound. Both Model MCR and Model N are viewed as benchmarks. We obtain the equilibrium outcomes by the backward induction and examine these outcomes in the third part. Additionally, a numeric analysis is given in the fourth part.

We find that: (1) the manufacturer always has an incentive to ally with the retailer or the recycler. However, the relations of profit increments and industry profits between Model MR and MC depend on the trade-off between the mitigation of double marginalization and the internalization of cost savings. If the mitigation of double marginalization dominants, profit increments and industry profits in Model MR are higher. However, if the internalization of cost savings dominants, profit increments and industry profits in Model MC are higher. In detail, (2) the manufacturer prefers to ally with the retailer if the premium and penalty mechanism is mild. Otherwise, the manufacturer is more possible to ally with the recycler. (3) the industry profits are also higher in Model MR if the premium and penalty mechanism is mild. Otherwise, the industry profits are higher in Model MC. In addition, we explore the relations of the consumer surplus and social welfare between Model MR and Model MC as well. Our study not only explains why some manufacturers like IBM choose to ally with recyclers, while others like BMW choose to form alliances with retailers, but also complements the traditional wisdom such as Nie (2012) and Ma et al. (2016) who suggest the manufacturer always prefers to ally with the retailer than the recycler.

Premium and penalty mechanism; Hybrid recycle; Closed-loop supply chain; Alliance mode

2018-05-11

2020-04-13

Supported by the Natural Science Foundation of China (71531009, 71672153), the Soft Science Research Program of Sichuan Province (2016ZR0055), the Planning Project of Circular Economy Research Center of Sichuan Province (XHJJ-1515) and the Project of E-Commerce and Modern Logistics Research Center of Sichuan Province (DSWL16-6)

F270

A

1004-6062(2020)05-0178-012

10.13587/j.cnki.jieem.2020.05.019

2018-05-11

2020-04-13

国家自然科学基金资助项目（71531009，71672153）；四川省软科学研究计划项目（2016ZR0055）；四川循环经济研究中心规划项目（XHJJ-1515）；四川省社会科学重点研究基地四川省电子商务与现代物流研究中心课题（DSWL16-6）

舒夕珂（1995—），女，四川自贡人；西南交通大学经济管理学院硕士研究生；研究方向：供应链管理。

中文编辑：杜 健；英文编辑：Charlie C. Chen