基于网络外部性的绿色制造策略研究

林志炳

(福州大学经济与管理学院，福建 福州 350116)

1 引言

随着近几年制造业的高速发展，我国制造业产值在全世界的占比已经超过了35%，成为一个制造大国。但制造业的发展依然没有摆脱高消耗、高排放的模式。据统计，2018年我国能源消费总量为46.2亿吨标准煤，碳排放量超过了100亿吨。面对十分严峻的环境问题和资源约束问题，绿色制造已成为制造业发展的一个战略性任务。绿色制造是一个综合考虑资源效率、环境影响和经济效益的现代制造模式，需要进行大量的技术研发，从而导致了绿色产品的价格往往要高于传统产品。但随着政府和企业对环境保护与绿色产品的宣传，越来越多的消费者认识到环境问题的严重性。市场调查显示，具有较高环保意识的消费者，更倾向于购买绿色产品，而且愿意为绿色产品支付更高的价格，而这促进了绿色制造的发展。

近年来，国内外学者对绿色供应链做了大量的研究，涌现出非常多具有参考价值的文献[1-17]。其中，不少文献考虑到了消费者环保意识问题。这类分析可以分为以下几类：一，分析消费者环保意识对企业决策和收益的影响。如Liu等[6]采用两阶段供应链模型探讨了竞争和消费者环保意识对渠道成员的影响。通过Stackelberg博弈分析发现，消费者环保意识的增强对零售商和制造商都有利，但随着竞争的加剧，消费者的环保意识有可能导致制造商盈利能力的下降。赵道致和王楚格[7]考虑了消费者和制造商的低碳意识，并构建了一个二级供应链模型。结果表明，提高消费者和制造商的低碳意识是保证低碳经济良性成长和企业利润的关键。Ji Jingna等[8]构建了一个包含限额交易和消费者低碳偏好的Stackelberg博弈模型，分析了消费者的低碳偏好对制造商渠道策略的影响。在此基础上，比较了两种减排策略(单一制造商减排策略和制造商与零售商联合减排策略)。结果发现，联合减排策略对制造商和零售商更有利的。二，研究消费者环保意识对供应链协调策略的影响。如曹柬等[9]在考虑消费者绿色产品偏好的基础上，分别讨论了基于Stackelberg博弈和合作决策的绿色供应链协调策略。结果表明，基于合作决策的协调策略, 不仅提高企业收益, 也提高了消费者福利。Zhang Linghong等[10]通过研究消费者环保意识对供应链模型中的订货决策和渠道协调的影响指出，订货量随着消费者环保意识的提高而增加，而且根据环保意识对消费者进行细分，对供应链渠道成员有利。曲优等[11]针对异质性消费者的绿色偏好，提出了一个基于风险补偿的契约，并指出该契约在合理的转移支付区间内可以实现绿色供应链的协调。三，考虑消费者偏好信息的不对称问题。如赵道致等[12]针对消费者低碳偏好程度未知的企业产品线定价问题，设计了产品减排量和加价额的组合定价策略，实现了基于低碳偏好的消费者划分。楼高翔等[13]研究了消费者低碳偏好信息不对称情景下的供应链激励机制设计问题，结果发现，制造商虽然可以通过激励机制设计实现信息共享，但不一定能实现系统最优。四，在考虑消费者环保意识的基础上，研究政府补贴或征税策略。如朱庆华和窦一杰[14]用环境满意度刻画消费者对绿色产品的偏好，建立一个三阶段的绿色供应链模型，分析了政府与企业之间的交互策略，揭示了政府参与博弈的行为对企业绿色生产决策的影响。熊中楷和胡金辉[15]在考虑消费者低碳意识基础上，分析了碳税等调控策略对技术选择的影响。即，当消费者低碳意识较强时，制造商倾向于采用低碳技术；随着碳税水平的提高，制造商低碳技术选择将是一个“不采用-采用-不采用”的转变过程。慕艳芬等[16]构建了基于消费者异质性的绿色供应链模型，探讨了政府碳税政策对制造技术选择的影响，研究发现消费者的异质性对政府的碳税区间存在不可忽略的影响。Yang Huixiao和Chen Wenbo[17]在考虑消费者环保意识和碳税的基础上，分析了零售商的收益共享和成本分摊契约对制造商减排策略的影响。结果表明，在任何一种契约条件下，消费者环保意识或碳税的提高都将激励制造商进行减排投资。

上述文献针对绿色供应链中的消费者环保意识及其影响进行了深入的研究，获得了很多精细化的结果。但并未考虑绿色产品的网络外部性特征。网络外部性指的是消费者的效用随着购买相同或兼容商品的总人数增加而提高，它可以分为直接网络外部性和间接网络外部性。很多产品具有网络外部性特征，如手机等通信设备具有明显的直接网络外部性，而耐用产品的售后服务具有间接网络外部性特征[18]。根据网络外部性的定义可知，具有网络外部性的传统产品不仅不会因为采用绿色制造策略而导致其网络外部性的消失，甚至会提高产品的网络外部性。这主要是因为绿色产品对传统产品的兼容性一般会高于传统产品对绿色产品的兼容性。如混合动力汽车，即能使用传统的加油站，也能使用充电桩进行充电。而且随着销售量的提高，充电桩的建设数量也随之增加，从而大大提高了产品的使用效用。因此，本文将在消费者绿色偏好的基础上，考虑产品的网络外部性特征，构建一个两级供应链模型，探讨网络外部性对企业决策行为的影响。

2 问题描述和假设

根据消费者的异质性，假设其支付意愿v均匀分布在[0,1]区间。考虑到消费者对绿色产品的偏好以及产品的网络外部性特征，本文借鉴文献[19-21]中的消费者效用函数给出如下假设：如果消费者购买绿色产品，其效用函数为U1=v-p1+a1d1；如果消费者购买传统产品，其效用函数为U2=gv-p2+a2d2，其中ai,di(i=1,2)分别表示产品的网络外部性系数和市场需求(i=1表示绿色产品，i=2表示传统产品)。g表示消费者的产品偏好，g越小，表明消费者对绿色产品的偏好程度越高。为了保证均衡解的存在，假设1>a1>0，1>g>a2>0，4(1-a1)η>k2。

3 传统制造模型

(1)

(2)

证明：略。

从性质1可知，对于异质性消费者，传统产品的网络外部性并不影响批发价格和零售价格，但会影响产品的市场需求，并最终影响制造商和零售商的收益。而且，网络外部性越高，市场需求越大，制造商和零售商的收益越高。

4 绿色制造模型

4.1 信息对称下的绿色制造模型

(3)

(4)

性质2：在信息对称下的绿色制造模型中，

证明：略。

从性质2可知，绿色产品的网络外部性对批发价格和零售价格存在影响，这和传统制造模型不同。为了更清楚了解绿色产品网络外部性的影响，通过敏感性分析，可得以下性质。

证明：

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

性质3表明，绿色产品的网络外部性系数越高，产品的绿色水平越高，批发价格和零售价格越低，对制造商和零售商越有利。这主要是因为，随着网络外部性系数的提高，需求的增长对消费者效用的提升效果将更明显。制造商对批发价格和绿色水平的调节不仅对市场需求产生直接影响，也将通过网络外部性影响消费者效用来间接影响市场需求，从而使得市场需求大幅度提高，最终导致了制造商和零售商收益的提升。

其中

4.2 信息不对称下的绿色制造模型

根据信息对称模型的分析结果可知，在信息不对称模型中，零售商的收益函数为

(10)

(11)

性质5：在信息不对称模型中，如果0<-k2B<4ηA成立，

证明：略

性质6和性质4类似，给出了信息不对称情况下制造商进行绿色制造的技术门槛。但是，性质6的结果表明，在信息不对称模型中，制造商对网络外部性系数的估计会影响制造商实施绿色制造的技术门槛。换言之，零售商可以通过信息共享策略影响该技术门槛，从而影响制造商的绿色制造策略。为了更清楚的刻画零售商信息共享策略的影响，对比性质4和性质6，可得以下推论。

推论1：(1)当(2t-1)(1-a1)Ω3；(2)当(2t-1)(1-a1)≥e时，Ω2≤Ω3。

推论1表明，当(2t-1)(1-a1)

5 模型拓展

前文的绿色制造模型仅考虑制造商生产单一绿色产品的情况。然而，在现实环境中，制造商也可采用混合制造策略(同时生产绿色产品和传统产品)。因此，本节将简要的探讨一下混合制造策略的供应链模型。

5.1 信息对称下的混合制造模型

(12)

(13)

通过比较传统制造策略、绿色制造策略和混合制造策略下的渠道成员收益，可得以下性质。

性质8：πm>πm2，πm>πm1，πr>πr2。

证明：

(14)

πm-πm1

(15)

(16)

性质8表明在信息对称条件下，制造商采用混合制造策略时的收益将高于采用传统制造策略和绿色制造策略时的收益。这主要是因为，相对于传统制造策略和绿色制造策略，混合制造策略不仅能够通过双产品覆盖更广泛的市场，还会导致制造商获得更明显的先动优势，它们的综合影响比两种产品竞争造成的同型装配效应(cannibalization effect)更显著。此时，制造商将偏好于混合制造策略。混合制造策略下零售商的收益也将高于传统制造策略下的收益，但未必会高于绿色制造策略下的收益。由于πr-πr1是一个比较复杂的表达式，无法直接判断其正负性。因此，我们将在数值分析部分进一步探讨。

5.2 信息不对称下的混合制造模型

根据信息对称下混合制造模型的分析结果，可知在信息不对称模型中，零售商的收益函数为

(17)

(18)

通过逆向归纳法可以获得制造商和零售商的最优收益，由于其表达式非常复杂，相关内容将在数值分析部分进行讨论。

6 数值分析

性质7分析了渠道成员在绿色制造模型中信息对称和信息不对称两种情况下的收益差别，即信息共享的价值。为了更清晰给出信息共享的条件区域，我们结合性质7的结论，用数值分析方法进一步探讨了相关参数对信息价值的影响，具体结果如下所示(a1=0.6)。

图1 绿色制造模型中参数估计与信息共享价值关系

由于πr-πr1表达式比较复杂，在此通过数值分析对其正负关系进行简要的探讨，从而揭示零售商对不同策略的偏好。具体结果如下图所示(a2=0.15，c=0.1)。

图2中的曲线表示绿色产品的网络外部性系数取值不同时混合制造策略和绿色制造策略对零售商无差异曲线(πr=πr1)。曲线和横轴形成的区域表示πr1<πr，即零售商在混合制造策略下的收益高于在绿色制造策略下的收益。除此之外的区域表示πr1>πr，即零售商在绿色制造策略下的收益高于在混合制造策略下的收益。从图2可知，随着绿色产品网络外部性系数的提高，零售商偏好于绿色制造策略的条件越宽松。事实上，当制造商选择混合制造策略时，他将获得更显著的先动优势。这降低了零售商的边际收益，导致市场需求提升带来的正向影响无法完全弥补同型装配效应带来的负面影响。而且，绿色产品的网络外部性系数越高，消费者购买绿色产品获得效用越大。绿色产品相对传统产品更有吸引力。此时，外界条件更容易导致零售商偏好于绿色制造策略。

图2 零售商对制造策略的偏好关系

在信息不对称情况下，制造商的策略选择显然会受到其参数估计的影响，为了更清晰的刻画制造商的策略偏好，下图给出了数值分析的结果(n=1,k=0.1,a1=0.3,a2=0.15,g=0.4,c=0.1)图3中的灰色区域表示信息不对称情况下，制造商选择混合制造策略时的收益高于绿色制造策略下的收益，其余区域表示制造商选择混合制造策略时的收益低于绿色制造策略下的收益。从图中可知，当估计值和真实值存在较小误差时(e较小)，无论是高估还是低估，制造商都偏好于混合制造策略。当估计值和真实值存在较大误差时(e较大)，只有当制造商严重高估时，其在混合制造策略下的收益才可能高于绿色制造策略下的收益。该结果表明，如果零售商不进行信息共享，而且制造商不能进行有效的估计(将估计值限定在较小区域内)时，生产单一的绿色产品是一个更稳妥的选择。但结合性质8的结论可知，在一定条件下，零售商的信息共享行为可以促使制造商改变其制造策略(从绿色制造策略转换到混合制造策略)。

图3 信息不对称情况下参数估计对制造商策略选择的影响

7 结语

本文在消费者绿色偏好的基础上，考虑了产品的网络外部性特征，构建了一个由单一制造商和单一零售商组成的两级供应链模型。在模型的分析过程中，利用逆向归纳法获得了供应链成员的Stackelberg均衡，并通过理论研究和数值分析探讨了产品的网络外部性对制造商制造策略选择的影响。此外，还将供应链模型拓展到混合制造模型。主要结论如下：(一)当制造商生产单一产品时，(1) 绿色产品的网络外部性越高，产品的绿色水平越高，批发价格和零售价格越低，市场需求越高，对制造商和零售商越有利。(2)制造商选择绿色制造策略应该满足以下条件之一：(i)绿色技术效率足够高；(ii)绿色技术效率处于中等水平，但绿色产品的网络外部性足够高。(3)零售商的信息共享策略将影响制造商进行绿色制造的技术门槛。(4)当制造商对绿色产品网络外部性系数的估计满足一定条件时，零售商的信息共享策略对制造商和零售商都有利。(二)考虑绿色产品和传统产品竞争时，在一定条件下，零售商的信息共享行为将导致制造商从绿色制造策略转为混合制造策略。上述结论表明，制造商的绿色制造决策不仅受到绿色技术效率的影响，还将受到产品的网络外部性以及零售商信息共享策略的影响。

虽然，本文的研究获得了一些结论，但还有不少方面值得进一步深入探讨：(1)本文考虑的是单一制造商和单一零售商组成的供应链，并未考虑存在企业横向竞争的情况；(2)本文分析的是单一周期的情况，没有考虑多期模型；(3)文中假设消费者的支付意愿服从均匀分布，未考虑更一般的分布情况。