考虑双边努力的绿色供应链决策与协调研究

秦 滢，张云丰，龚本刚

(安徽工程大学 经济与管理学院，安徽 芜湖 241000)

随着全球工业化的不断推进，人们在享受着工业化社会带来的便捷的同时，也导致了大量环境问题的出现。因此，世界各国和地区制定并颁布了一系列保护环境的法律、法规，以避免或减少对环境的污染和破坏。日益严格的环保法规以及消费者环境意识水平的提升，迫使企业不得不重视绿色供应链管理实践。如沃尔沃汽车发布了“2040环境计划”，将通过企业运营、供应链以及原材料的回收和再利用等各项措施来应对碳排放问题；除此之外在绿色产品的营销方面，如海尔携手CCTV《绿色空间》栏目举办“绿色空间，乐享生活”活动，在进行绿色宣传的同时，也激发和提高消费者的绿色产品需求。

消费者的绿色偏好逐渐增大，必然会推动供应链向更加积极的方向发展。与此同时，制造商开始关心绿色生产，以吸引环保型消费者来保持供应链竞争的优势。现有的相关研究主要考虑信息分享、消费者环境意识、政府补贴、产品绿色度、制造商竞争等因素对制造商绿色产品生产决策的影响。如郭炜恒等[1]利用博弈论契约模型，发现了在零售商分摊制造商部分减排成本的情况下能够有效地推动绿色供应链的协调发展。杜建国等[2]认为制造商处于绿色技术创新的核心地位，实现降本增效是制造商迫在眉睫的任务。高鹏等[3]在考虑信息分享的情况下，帮助制造商制定产品的绿色度，从而影响供应链运作效率。Zhang等[4]分析了制造商生产非绿色产品和绿色产品的二元供应链，讨论了集中与分散政策下消费者环境意识对零售商和制造商盈利能力的影响。Sarkar等[5]考察了由多个制造商和单一零售商组成的两级供应链，得出制造商选择生产绿色产品主要取决于消费者环境意识水平的结论。同时，政府政策对企业绿色生产决策也有一定的影响，如孙迪等[6]认为政府对绿色度水平高的产品进行补贴能够提高消费者的绿色偏好，同时能够降低生产者的生产成本，进而促进绿色产品的发展。Xu等[7]研究了限额交易制度和碳税制度下多产品制造商联合生产和定价问题，比较了两种制度对碳排放总量、企业利润和社会福利的影响。另外制造商之间的竞争对产品绿色度也有不同的影响，Zhu等[8]探讨了竞争环境下供应链中的绿色产品设计问题，他们认为价格竞争对均衡绿色度产生正向影响，而产品绿色度竞争却正好相反。

与本研究相关的另一类文献是关于零售商绿色营销的研究，企业通过对产品进行绿色营销，从而提高消费者的绿色需求。许多学者在绿色营销方面开展了较为丰富的研究，如Chen等[9]指出绿色营销是一种重要的绿色管理实践，绿色产品能够符合市场的需求，使企业占据一定的优势。尚文芳等[10]将绿色营销推广而进行的销售努力纳入供应链的考虑范围，研究表明当市场需求对绿色营销推广越敏感时，越能够优化供应链决策。企业通过绿色营销很大程度上提高了企业的竞争力，同时为企业创造了一定的优势，例如Yenipazarli等[11]将消费者分为3个群体，针对具有不同环境态度的消费者进行绿色营销，从而得出消费者选择购买绿色产品时，更倾向于选择被认为绿色度更高的公司。金常飞等[12]发现企业的营销方式主要取决于消费者的绿色偏好度，当消费者绿色偏好度较大时，企业选择绿色营销最终能够达到多赢的结果。楼高翔等[13]认为通过提高绿色营销投入，可以提高市场需求对消费者的绿色偏好的敏感性。曲优等[14]选择由制造商主绿色研发以及下游零售商主绿色营销的合作方式，构建CVaR模型研究供应链的绿色研发、广告宣传等相关运营决策问题。周艳菊等[15]探讨了不同契约对零售商主导绿色供应链协调的影响，同时发现成本分摊契约不能作为促进绿色产品需求的有效协调机制，而两部制契约可以实现制造商和零售商利润的Pareto改进。Zhang等[16]建立了一个用逆向推理方法求解的Stackelberg博弈模型，探讨了零售商如何在资金约束的背景下，在付出绿色营销努力的同时获得利润最大化的平衡点。

现有研究成果为进一步研究制造商生产努力和零售商营销努力的绿色供应链决策提供了借鉴和思路，但较少看到学者研究制造商和零售商双边努力对绿色供应链决策影响的文献成果。本研究同时考虑制造商追加绿色生产投入和零售商追加绿色营销投入的双边努力引起的绿色产品市场需求变动，以及对绿色供应链系统利润与社会福利状况的影响，并比较成本分担与两部制契约对绿色供应链的协调效果。研究结果表明，在制造商和零售商的双边努力下，绿色供应链的产品定价、产品绿色度增量、销售努力度增量、系统利润和社会福利水平均得到提升。然而，产品绿色度敏感系数和销售努力度敏感系数的增加会导致供应链成员企业降低绿色投入，引起产品绿色度增量和销售努力度增量的下降。其次，成本分担契约虽然不能有效协调供应链，但在两部制契约下经济效益、环境效益以及社会福利均会提升。

1 问题描述与假设

本文研究单个制造商和单个零售商组成的由制造商领导的两级绿色供应链。制造商负责生产绿色产品，单位产品生产成本为c；零售商负责销售绿色产品，其从制造商处订货的批发价格为w，单位产品销售价格为p。为进一步扩大市场需求，制造商和零售商各自付出努力，制造商通过追加绿色生产投入来提高产品绿色度，如绿色技术研发、生产工艺调整等；零售商通过追加绿色营销投入来提高销售努力度，如卖场陈列布置、加大宣传力度等。为使研究的模型更加清晰，我们给出以下基本假设：

假设1 在两级绿色供应链中，市场需求表示为销售价格p和产品绿色度ξ的线性函数，类似设置可见文献[4,7,14-15]。本文在既往研究基础上引入零售商的销售努力度τ。当销售价格升高时市场需求降低，当产品绿色度升高时市场需求增加，当销售努力度提升时市场需求增加，则在制造商和零售商分别追加投入后的需求函数可以表示为

D=a-k1p+k2(ξ0+Δξ)+k3(τ0+Δτ),

(1)

式中，k1为市场需求对销售价格的敏感系数，k2为市场需求对产品绿色度的敏感系数，k3为市场需求对销售努力度的敏感系数，k1、k2、k3>0；ξ0和τ0分别表示追加投入前的产品绿色度和销售努力度；Δξ和Δτ分别表示追加投入后产品绿色度和销售努力度的增量。

假设4 决策者除了关注经济目标和环境目标外，还关注社会目标，比如社会福利。参考周艳菊等[17]关于社会福利函数的表达方式，在本研究不考虑政府碳税收入和企业碳排放对社会造成的外部经济情况下，社会福利函数可表示为供应链系统利润与消费者剩余之和，即SW=πsc+CS。其中，

2 模型建立及求解

根据供应链成员的决策机制与是否追加努力进行区分，本研究建立4个基本决策模型，分别为①供应链成员分散决策且无双边努力行为，记为ND模型；②供应链成员分散决策且存在双边努力行为，记为YD模型；③供应链成员集中决策且无双边努力行为，记为NC模型；④供应链成员集中决策且存在双边努力行为，记为YC模型。首先求解分散决策下两个模型决策变量的均衡解，其次再求解集中决策下两个模型决策变量的均衡解，最后对获得的均衡解进行比较分析。

2.1 分散决策

(1)ND模型。首先考虑制造商和零售商不追加绿色生产投入及绿色营销投入时的情形。此时，零售商、制造商及供应链系统的利润函数分别为

(2)

(3)

(4)

(2)YD模型。接下来考虑制造商追加绿色生产投入和零售商追加绿色营销投入时的情形。此时，零售商、制造商及供应链系统的利润函数分别为

(5)

(6)

(7)

结论2 在YD模型中，当零售商和制造商实现利润最大化时，产品销售价格p、产品批发价格w、产品绿色度增量Δξ、销售努力度增量Δτ分别为

命题1 在YD模型中，满足

证明分别以pYD、ΔτYD、wYD、ΔξYD对k2、k3、δ、υ求一阶偏导数，易得上述结论成立，限于篇幅，不再一一推导。

命题2表明，在YD模型中考虑制造商追加绿色生产投入和零售商追加绿色营销投入后，由于投入成本的增加，制造商和零售商分别通过提高批发价格和销售价格来弥补利润损失。由于市场需求的增加及产品批发价格、销售价格的上涨，供应链系统的利润进一步增加，社会福利值也随之增大。

2.2 集中决策

(1)NC模型。首先讨论制造商和零售商不追加绿色生产投入及绿色营销投入时的供应链成员集中决策情形。此时，供应链系统的利润函数为

(8)

(2)YC模型。考虑制造商追加绿色生产投入和零售商追加绿色营销投入时供应链成员集中决策情形。在集中决策中，制造商和零售商以供应链系统的利润最大化为目标共同决策产品的销售价格p、产品绿色度增量Δξ及销售努力度增量Δτ。此时，供应链系统的利润函数表示为

(9)

证明分别以pYC、ΔτYC、ΔξYC对k2、k3、δ、υ求一阶偏导数，易得上述结论成立，限于篇幅，不再一一推导。

命题5 通过比较YD模型与YC模型的均衡解可知，①ΔξYD<ΔξYC;

②ΔτYD<ΔτYC;

⑤SWYC>SWYD。

命题5中的①和②表明，集中决策有助于提升产品绿色度和销售努力度。因此，制造商和零售商之间应加强合作，以供应链系统整体最优为目标，制造商提供绿色度更高的产品，零售商的绿色营销努力度也更高，有利于创造一个绿色可持续发展的环境。命题5中的③表明，在满足特定条件下，集中决策下的产品销售价格要比分散决策更高。这个结论与先前的研究结果不同，但其是合理的。因为在集中决策情形下，产品的绿色成本(含生产努力成本和销售努力成本)投入更大，单位产品的平均成本更高，导致单位产品定价更高。这种现象是“双重边缘化”导致的。命题5中的④和⑤表明，当制造商和零售商分别追加绿色生产投入和绿色营销投入时，集中决策下的供应链系统利润总是高于分散决策，且社会福利值更大。

3 供应链协调契约

通过上述分析可知，无论制造商和零售商是否追加努力，集中决策下的供应链系统利润和社会福利值都要比分散决策时更大，表明集中决策优于分散决策。然而，由于供应链中“双重边际化效应”的存在，导致集中决策下较高的系统利润和社会福利值往往难以自发实现。因此，需要引入供应链契约来进行协调。现实生活中，收益共享契约、成本分担契约及两部制契约是常用的供应链协调契约。由于零售商付出绿色营销努力时会直接增加成本投入，而该行为可能导致零售商资金紧张，因而下面的供应链协调契约设计从降低零售商成本的角度展开。首先考虑制造商直接分担零售商绿色营销努力成本对供应链的协调效果；在此基础上，进一步分析制造商给予零售商较低批发价格的两部制契约对供应链协调的成效。

3.1 成本分担契约(CC模型)

首先使用成本分担契约来协调制造商主导的两级绿色供应链。在CC模型中，考虑制造商承担零售商的部分绿色营销成本。设零售商自己承担的绿色营销成本比例为t(0≤t≤1)，制造商承担的比例为1-t，此时零售商和制造商的利润函数分别为

(10)

(11)

结论5 在CC模型中，当零售商和制造商实现利润最大化时，产品销售价格p、产品批发价格w、产品绿色度增量Δξ和销售努力度增量Δτ分别为

命题6 在双边努力的两级绿色供应链中，成本分担契约不满足参与约束条件，此时成本分担契约不能成为有效的协调机制。

证明根据YD模型和CC模型中得到的零售商和制造商利润表达式可知，

3.2 两部制契约(TT模型)

两部制契约通常是制造商向零售商提供的一种协调机制，零售商向制造商交一笔加盟费F而制造商以批发价格向零售商提供产品[18]。两部制契约修改零售商的利润函数以及制造商的利润函数，以激励零售商作出与供应链总体优化相一致的决策。此时零售商和制造商的利润函数分别为

(12)

(13)

由上述求解过程易知。

命题7 若制造商的批发价格满足w=c且零售商支付给制造商的加盟费用F∈[Fmin，Fmax]范围内，则制造商与零售商之间的合同可以协调分散式供应链，取得双赢的结果。

4 数值算例

产品绿色度敏感系数与销售努力度敏感系数变化对绿色产品销售价格的影响如图1所示。由图1可知，当绿色度敏感系数或销售努力度敏感系数较小时，集中决策下的产品销售价格比分散决策下更高，但随着产品绿色度敏感系数或销售努力度敏感系数持续增大，分散决策与集中决策下的产品销售价格都随之下降且集中决策情形下降速度更快，以至迅速降低到分散决策情形的产品销售价格之下。这一现象表明，当产品绿色度敏感系数或销售努力度敏感系数增长时意味着制造商和零售商的投资成本增大，从经济效益考虑制造商和零售商会放弃对绿色产品的投入,进而导致消费者对绿色产品的需求减少，为缓解产品市场需求减少，零售商只能降低销售价格来吸引消费者。

产品绿色度敏感系数与销售努力度敏感系数变化对供应链系统利润的影响如图2所示。从图2可知，随着产品绿色度敏感系数或销售努力度敏感系数的持续增大，供应链系统利润一直下降，并且对产品绿色度敏感系数或销售努力度敏感系数值较小时的变动反应更为敏感。集中决策情形下的供应链系统利润始终高于分散决策情形，表明从经济效益角度来看集中决策更优。这一现象表明，在绿色产品的销售价格降低以及绿色生产和绿色营销的投入成本增大的双重压力下，制造商和零售商从各自利润最大化的角度出发，放弃对绿色产品的投入以减小利润的损失，从而导致供应链系统利润受损。

产品绿色度敏感系数与销售努力度敏感系数变化对社会福利值的影响如图3所示。由图3可知，社会福利值随着产品绿色度敏感系数或销售努力度敏感系数的增加而不断减小，且社会福利值下降速率越来越慢，即越来越不够敏感。另一方面，集中决策情形下的社会福利值一直高于分散决策情形，表明集中决策的社会效益指标要优于分散决策。结合图1和图2发现，当双边努力的投入成本高于制造商和零售商所获得的利润时，制造商和零售商会摒弃所承担的社会责任仅从经济角度来衡量对绿色产品的投入，从而导致社会福利的减少，也就意味着无论产品绿色度敏感系数或销售努力度敏感系数取值多少，集中决策始终优于分散决策。因此，在双边努力投入成本适当的情况下，制造商和零售商应尽量选择合作联盟以实现利润的最大化。

产品绿色度敏感系数与销售努力度敏感系数变化对两部制契约中固定费用取值范围的影响如图4所示。从图4可知，当产品绿色度敏感系数或销售努力度敏感系数增加时，固定费用的上下限值在不断下降。由于产品绿色度敏感系数或销售努力度敏感系数的增加导致供应链系统利润持续减小，制造商和零售商的利润水平也随之降低。因此，零售商能承担的固定费用上限值和制造商愿意接受的固定费用下限值也在不断收缩。

5 结束语

本研究考虑制造商和零售商存在双边努力时绿色供应链的决策，并分析了成本分担契约和两部制契约对制造商主导的两级供应链的协调效果，得到以下结论与启示：

(1)当制造商追加绿色生产投入和零售商追加绿色营销投入时，供应链各成员企业的利润、环境绩效及社会福利都能得到改善。相关结果可以为企业决策及政府部门制定政策提供参考依据。

(2)制造商和零售商存在双边努力时，彼此合作能够获得更大的供应链系统利润，在提高产品绿色度的同时也能创造出更多的消费者剩余。因此合作决策是一个多赢的结果。

(3)在制造商主导的Stackelberg博弈中，成本分摊契约不能同时实现制造商和零售商利润的Pareto改进，而两部制契约能够有效协调供应链。从供应链的角度来看，制造商作为系统的主导者，投资绿色技术以提高绩效是明智的决策。零售商应保持积极的态度，与制造商合作实现供应链的协调。

(4)零售商追加销售努力不仅能够使绿色产品的市场需求增加，也能够为供应链成员创造更多的利润。通过绿色营销努力向消费者宣传绿色产品是一个效果显著的手段。企业可以通过增加绿色营销投入或降低绿色产品的价格来激发消费者对绿色产品的需求。

此外，本研究仍存在一些局限性，比如只考虑了单一制造商和单一零售商组成的两级供应链，如果存在多个制造商或多个零售商且彼此存在竞争关系，那么现有的结论是否还仍然成立？另外，若零售商具有利他偏好或制造商存在公平关切时，最优决策又会如何？这些问题都需要进行进一步研究。