风险规避下不同权力结构闭环供应链决策研究

尚春燕，关志民，米力阳

1.东北大学 工商管理学院，沈阳 110169

2.宁夏理工学院 经管学院，宁夏 石嘴山 753000

3.宁夏理工学院 理化学院，宁夏 石嘴山 753000

近年来，随着公众环境保护意识的不断提高，绿色环保产品越来越受到消费者的青睐。为了鼓励企业绿色生产和引导公众绿色消费，“十三五”期间，国务院印发《中国制造2025》更是提出要推进资源高效循环利用，构建绿色制造体系，打造绿色供应链。在此背景下制造企业通过加大绿色研发投入的措施来增强市场竞争力。在学术界，考虑资源循环利用和环境承载力的绿色供应链运作模式也受到学者的广泛关注。

绿色供应链旨在提高环境绩效，提升供应链效率。Eltayeb 等[1]认为产品生命周期中所有旨在减少对环境负面影响的活动均属于绿色产品设计。而Chen 等[2]认为绿色供应链主要在于绿色创新，绿色创新主要包括绿色产品创新和绿色工艺创新，涉及到节能减排、废旧产品回收再利用、绿色产品的设计与研发等。因此，绿色供应链是一种在供应链中综合考虑环境影响和资源效率的现代管理模式，涉及产品的生产、销售、消费、回收等各个环节。与本文研究相关的主要有产品绿色创新和回收再制造两个方面。

在产品绿色创新方面，国内外学者从不同的角度做了大量研究。文献[3-5]从消费者的角度研究了绿色消费偏好和环境保护意识对绿色供应链决策的影响。刘会燕等[4]构建了绿色供应链竞争模型，分析了消费者绿色偏好和供应链竞争对供应链成员收益的影响。而Nouira 等[5]在产品绿色度影响销售量的假设下，分别构建了考虑绿色消费偏好与不考虑绿色消费偏好的供应链决策模型，并对两种模型下的最优绿色投入与定价决策进行了比较分析。Ghosh等[6]从契约协调的角度运用博弈论探讨两种成本分担契约对产品绿色度和定价决策的影响。Li等[7]从渠道竞争的角度，分析对比单渠道和双渠道销售对产品绿色度和定价策略的影响。姜明君等[8]从信息不对称的角度，研究了公平偏好对供应链绿色创新和收益共享系数的影响。另外，有学者从市场权力结构的角度进行了拓展[9-12]，如Ghosh和Shah[12]建立由一个制造商和一个零售商组成的供应链系统，研究了不同供应链主导模式对产品绿色度、定价策略和成员利润的影响，并通过设计两部定价契约实现了供应链的协调。但以上学者在研究绿色供应链时均忽略了供应链成员的风险规避行为特征对供应链决策的影响。

在回收再制造方面，已做了大量卓有成效的研究[13-18]，如Kim等[13]在考虑供应商具有较强议价能力的情形下，主要讨论了批发合约、赎回合约以及数量折扣合约对定价和回收决策的影响。Wei等[14]分别在对称与不对称信息状态下对闭环供应链的最优回收率和定价决策问题进行了研究。而马德青等[18]在考虑利他偏好的闭环供应链中，借助贝尔曼连续型动态规划理论对供应链成员的最优行为模式进行了研究。此外，有学者将产品绿色创新和废旧产品再制造结合起来进行研究。如程发新等[19]针对市场上新产品和再制造产品存在绿色度差异，建立了具有差别权重补贴的闭环供应链定价模型。类似地，邢光军等[20]在考虑企业绿色投入下，分析了消费者绿色偏好、制造商竞争强度对闭环供应链决策的影响。但以上研究均未涉及市场权力结构。

实际上，随着零售企业的不断发展壮大，供应链的权力结构呈现出多元化的发展趋势，不仅存在制造商或零售商主导的市场权力结构，还存在制造商与零售商势均力敌的市场权力结构。另一方面，制造企业绿色生产需要投入大量的经费进行技术创新和产品的研发设计，加之市场竞争环境日益激烈加剧了收益预期的不确定性，因而制造企业往往表现出规避风险的行为偏好，这对供应链决策和消费者产生重要影响[21]。基于以上分析，本文主要探讨以下几个问题：（1）制造商的风险规避行为对供应链成员的收益有何影响？（2）市场权力结构如何影响供应链成员的决策，拥有主导权的领导者有何优势？（3）什么样的市场权力结构对消费者更有利？

为探索上述问题，本文以风险中性的零售商和风险规避的制造商构成的闭环供应链为研究对象，在随机市场需求下，考虑产品绿色度和市场权力结构，建立政府补贴的不同权力结构闭环供应链模型，采用均值-方差理论刻画制造商的风险规避行为，探讨市场权力结构和风险规避行为对供应链决策的影响；最后通过数值分析验证本文所得的主要结论，并进一步提出相应的管理启示。

1 模型描述与符号说明

在政府对废旧产品回收补贴的情形下，考虑由单个制造商和单个零售商组成的闭环供应链。制造商一方面用原材料生产新产品，另一方面通过设立回收站对废旧产品进行回收再制造，而且以相同的批发价格w将新产品和再造产品批发给零售商，零售商以零售价格p将产品销售给消费者。为了便于研究，对模型做如下假设：

（1）制造商生产绿色产品除了需要付出产品单位固定成本外，还需要额外付出绿色产品研发成本，假设绿色研发成本为ke22 ，其中e(e ＞0) 表示产品绿色度，k(k ＞0)为绿色产品研发投入成本系数[12，22]。

（2）假设市场需求是随机的，由两部分组成，一部分是基本需求，它与产品的零售价和绿色度相关；另一部分是随机需求，即市场不确定需求为[22]q=ξ-αp+βe+θ。其中，ξ表示潜在市场需求，α(α ＞0)为消费者对零售价的敏感系数，β(β ＞0) 为消费者的绿色敏感系数，ξαp+βe为基本需求，θ为随机需求，考虑E(θ)=0，Var(θ)=σ2，σ≥0。特别地，若σ=0，表明市场需求不存在随机扰动。

（3）假设回收再制造产品与用原材料生产的新产品在质量、性能、功用等方面完全同质，消费者有相同的接受程度。新产品单位固定成本为cm，再制造产品单位固定成本为c0，市场回收函数与市场需求无关[15]，回收函数为d=γpm，其中，γ(γ ＞0)为回收价格敏感系数，pm为回收价，满足关系：0＜pm ＜cm-c0。

（4）为了鼓励废旧产品的回收再制造，政府对制造商采取废旧品回收量补贴干预[16]，假设补贴额度为εd，其中ε(ε ＞0)为单位回收量补贴力度。

（5）针对决策者的风险规避行为，采用均值-方差风险度量方法来刻画决策者的风险感知，其效用函数[23-24]表示为：

2 模型构建与求解

2.1 制造商主导的Stackelberg博弈模型（MS）

制造商主导的Stackelberg博弈中，首先制造商确定产品绿色度，市场批发价和回收价，然后零售商决定零售价。采用逆向归纳法可求得子博弈精炼纳什均衡解，如命题1。

命题1 在制造商主导的两阶段闭环供应链中，零售商效用函数Ur(p)是关于p的凹函数，制造商效用函数Um(w,e,pm)是关于w、e和pm的联合凹函数，均存在唯一均衡解。采用逆向归纳法可求得政府补贴下考虑制造商风险规避的闭环供应链决策均衡结果为：

（1）供应链决策均衡解：

此外，要使模型（MS）均衡解存在，并且模型更有意义，需ξ-αcm ＞0，4αk+8λkσ2-β2＞0。

2.2 零售商主导的Stackelberg博弈模型（RS）

零售商主导的Stackelberg博弈中，零售商多为零售市场中占有率较高的企业，如沃尔玛、亚马逊、苏宁等。在该市场中，首先零售商确定零售价，然后制造商决定产品绿色度、批发价和回收价。采用逆向归纳法可求得子博弈精炼纳什均衡解，如命题2。

命题2 在零售商主导的两阶段闭环供应链中，制造商效用函数Um(w,e,pm)是关于w、e和pm的联合凹函数，零售商效用函数Ur(p)是关于p的凹函数，均存在唯一均衡解。采用逆向归纳法可求得政府补贴下考虑制造商风险规避的闭环供应链决策均衡结果为：

（1）供应链决策均衡解：

2.3 Nash均衡博弈模型（NS）

在Nash均衡博弈中，制造商和零售商的规模、权力和地位等相当，都无法绝对领导市场，因此制造商和零售商同时制定各自的策略，双方均不能利用对方的反应函数，即制造商决定产品的批发价、回收价和产品绿色度，零售商决定产品零售价，其Nash均衡解如命题3。

命题3 在Nash 均衡博弈的闭环供应链中，制造商效用函数Um(w,e,pm)是关于w、e和pm的联合凹函数，零售商效用函数Ur(p)是关于p的凹函数，均存在唯一均衡解，求解可得政府补贴下考虑制造商风险规避的闭环供应链决策均衡结果为：

（1）供应链均衡解：

对比推论1～3 可知，回收价、回收量和制造商回收环节的效用均与政府补贴力度正相关，说明在企业对废旧产品回收力不足且公众环境保护意识不强的情况下，政府回收补贴策略有助于回收市场的培育，是激励生产企业主动参与资源循环利用和增强消费者环境保护意识的一种有效手段。此外，各权力结构下，随着制造商风险规避度的提高，批发价、零售价和产品绿色度普遍降低，这是源于制造商对市场预期销售量比较悲观，其决策往往比较保守，所以通过降低批发价和产品绿色度来降低销售风险和研发风险，因而导致零售商也相应地降低零售价。市场需求量、零售商和制造商效用受到β2αk和λ的共同影响。这里参考文献[22]，将β2αk定义为绿色产品扩张效率系数，该值越大表明绿色产品市场反映越强烈，扩张效应会越明显。从推论1～3可以得出，不同权力结构下，绿色产品扩张效率系数和制造商风险规避度对销售量、零售商和制造商效用的影响存在明显差异。

3 不同权力结构下均衡结果对比分析

从模型的求解可知，不同权力结构下，模型均衡解存在的条件不全相同，但是当2λkσ2-β2＞0 时，必有4αk+8λkσ2-β2＞0 成立。为了便于模型的比较分析，假设2λkσ2-β2＞0，即：

由式（6）易知k ＞β22λσ2，于是在制造商风险规避度确定的情形下，绿色产品研发成本系数随着消费者绿色偏好系数的提高而增加，这表明随着消费者对产品绿色品质追求的提高，制造商付出的研发成本会越来越高。因此受到研发成本的制约，制造商不可能无节制的满足消费者的绿色需求。

结论1 不同权力结构下，回收价、批发价和产品绿色度满足的关系：

由结论1 可知，各权力结构下的回收价格相同，因此回收环节的决策不受权力结构的影响。批发价和产品绿色度在制造商主导的市场中最低，当绿色产品扩张效率系数较低时，在无权力结构的市场中最高，零售商主导的市场次之，而当绿色产品扩张效率系数较高时，在零售商主导的市场中最高，无权力结构的市场次之。这是因为在制造商主导的两阶段市场博弈中，首先制造商确定产品绿色度和批发价，作为跟随者的零售商依据批发价继而决定市场零售价，然后制造商根据零售价格再次调整批发价和产品绿色度，如此往复，直到达到纳什均衡。由于制造商的先动优势和对收益最大化的追求，导致产品绿色度和批发价在三种权力结构下最低。在零售商主导的市场中，零售商不会过多关注产品的研发成本，而是根据绿色产品扩张效率系数的高低会在第一阶段给出较高且不同水平的零售价，从而引导制造商生产出品质更满足消费者需求的绿色产品。

结论2 不同权力结构下，零售价满足的关系：

从结论2可知，当绿色产品扩张效率系数处于较高水平时，由于随着制造商风险规避度的提高，产品绿色度持续降低，那么产品的绿色品质越来越低于消费者的绿色需求，因而绿色产品市场销售乏力，零售商不得不大力降低零售价，以至于当λ ＞λp时，零售商主导下的零售价会低于制造商主导下的零售价，否则，由于制造商主导下的产品批发价和绿色度最低，所以其主导下的零售价也相应的最低。在零售商主导的市场中，当绿色产品扩张效率系数处于较低水平时，产品的品质基本能够满足消费者的绿色需求，零售商通过提高零售价以获取更大的收益，当绿色产品扩张效率系数处于中等以上水平时，由结论1 知，此情形下尽管批发价和绿色度处于最高水平，但受研发成本的限制，产品品质仍不能满足消费者的绿色需求，因而零售商将零售价格调整到低于无权力结构下的水平，通过薄利多销的措施应对因批发价的提高带来的负面影响。

对于消费者而言，希望以尽可能低的价格购买绿色度高的产品，换言之，当其购买的产品在绿色品质降低后价格要降低的更多。借鉴Dai 等[25]的研究，通过性价比来衡量制造商风险规避行为和权力结构对消费者的影响。性价比用R来表示，定义为绿色度与零售价的比率，即R=e p，R越大，说明绿色产品的性价比越高，对消费者越有利。

结论3 不同权力结构下，绿色产品性价比满足的关系：

由结论3 可知，各权力结构下，随着制造商风险规避度的提高，绿色产品的性价比逐渐降低。当绿色产品扩张效率系数处于较低水平时，无权力结构的市场性价比最高，当绿色产品扩张效率系数处于中等以上水平时，零售商主导的市场性价比最高，无论绿色产品扩张效率系数处于何种水平，制造商主导的市场性价比最低。

结论3 表明，对于消费者而言，在对产品绿色品质的追求较低时，处于无权力结构的市场对其最有利，在对产品绿色品质的追求较高时，处于零售商主导的市场会更有利。此外，无论消费处于何种权力结构的市场，制造商风险规避行为都会对其产生不利影响。

结论4 不同权力结构下，零售商效用满足的关系：

由结论4、结论5 可知，对于制造商而言，只有当绿色产品扩张效率系数处于较高水平，并且其风险规避程度很高的情形下，其效用才会在零售商主导的市场中最大，否则始终在自身主导的市场中最大；对于零售商而言，只有当制造商风险规避程度很低的情形下，其效用有可能在制造商主导的市场中最大，否则始终在自身主导的市场中最大。因此结合结论1～3可得出，市场中的领导者具有先动优势，占主导地位的领导者总会在市场博弈中制定出更加有利于自身的决策。

4 数值算例

为了检验模型结论的正确性，本章通过Matlab进行数值仿真实验，进一步分析关键参数对供应链决策的影响。通过对某市场电子产品的实际情况调研，同时也参考已有相关研究中参数赋值的思路，对各参数取值为：cm=15，c0=11，ξ=200，α=6，γ=12.5，ε=2，σ=5，k=30。此外，在不影响数据所呈现出的变化规律和趋势的前提下，表1 和表2 只以一定步长列出了部分对应的数据。

表2 不同权力结构下绿色敏感系数对最优效用的影响(λ=0.15)Table 2 Influence of green sensitivity coefficient on optimal utility under different power structures(λ=0.15)

图3 β=8 时λ 对零售价的影响Fig.3 Influence of λ on retail price under β=8

（1）不同权力结构下制造商风险规避度对均衡结果的影响

若β=8，则β2αk≈0.356＜1，即绿色产品扩张效率系数处于较低水平。根据式（6）可得λ ＞0.043。在不同权力结构下，制造商风险规避度λ对供应链决策均衡结果的影响如图1～6所示。

图1 β=8 时λ 对批发价的影响Fig.1 Influence of λ on wholesale price under β=8

从图1～4 可见，随着制造商风险规避程度的提高，各权力结构下的批发价、产品绿色度、零售价和性价比逐渐降低。由于绿色产品扩张效率系数处于较低水平，所以批发价、绿色度和性价比在无权力结构的市场中最高，在零售商主导的市场中次之，在制造商主导的市场中最低，而零售价在零售商主导的市场中最高。

图4 β=8 时λ 对产品性价比的影响Fig.4 Influence of λ on price performance under β=8

图6 在β=8 时λ 对制造商效用的影响Fig.6 Influence of λ on manufacturer’s utility under β=8

图2～4 表明，无论何种市场权力结构，制造商的风险规避行为均会对消费者产生不利影响，并且当消费者对产品绿色品质的追求处于较低水平时，无权力结构的市场对其最有利。

图2 β=8 时λ 对绿色度的影响Fig.2 Influence of λ on green degree under β=8

从图5、6可见，随着制造商风险规避度的提高，零售商的效用在各权力结构下均逐渐提高，并且当λ ＜λmax时，零售商效用在制造商主导的市场中最高，当λ ＞λmax时，零售商效用在其主导的市场中最大；制造商效用在零售商主导和无权力结构的市场中先增后减，在其主导的市场中逐渐下降，但始终高于零售商主导和无权力结构的情形。这是因为当绿色产品扩张效率系数处于较低水平时，随着制造商风险规避度的提高，在各权力结构下，批发价、绿色度和零售价下降，销售量和制造商的规避损失提高，并且零售价降低的幅度小于等于批发价降低的幅度，所以零售商效用逐渐增加，而当需求量增加和研发成本降低带来的收益高于规避风险和批发价降低导致的损失时，制造商效用会增加，否则其效用会降低。

图5 β=8 时λ 对零售商效用的影响Fig.5 Influence of λ on retailer’s utility under β=8

若β=14，则β2αk ≈1.09＞1，即绿色产品扩张效率系数处于中上水平。根据式（6）可得λ ＞0.131。在不同权力结构下，λ对零售商和制造商效用的影响如图7、8所示。

从图7可见，在绿色产品扩张效率系数处于中上水平时，随着制造商风险规避度的提高，零售商效用在制造商主导的市场中逐渐提高，在其主导和无权力结构的市场中逐渐降低，但却始终高于制造商主导下的情形。从图8 可见，在绿色产品扩张效率系数处于中上水平时，随着制造商风险规避程度的提高，制造商效用在其主导的市场中逐渐降低，但却始终高于零售商主导和无权力结构下的情形。

图7 β=14 时λ 对零售商效用的影响Fig.7 Influence of λ on retailer’s utility under β=14

图8 β=14 时λ 对制造商效用的影响Fig.8 Influence of λ on manufacturer’s utility under β=14

由此，图5～8 表明，无论消费者的绿色偏好系数和制造商的风险规避程度如何变化，领导者的先动优势总会使其在市场博弈中制定出更加有利于自身的决策。对于制造商而言，在零售商主导和无权力结构的市场中，合适的规避风险有助于其效用的提高，而在自己主导的市场中，风险规避行为反而对其不利。

（2）绿色敏感系数对供应链的灵敏度分析

通过模型对比分析可知，绿色产品市场扩张效率系数对供应链产生重要影响。在α和k确定时，若λ=0.15，在不同权力结构下，消费者绿色敏感系数β对供应链的影响如表1、2所示。

表1 不同权力结构下绿色敏感系数对均衡解的影响(λ=0.15)Table 1 Influence of green sensitivity coefficient on decision-making equilibrium solutions under different power structures(λ=0.15)

从表1 可见，各权力结构下，随着消费者绿色敏感系数的提高，批发价、零售价和产品绿色度均明显提高，但是产品绿色度在不同权力结构下的区分度十分明显，在制造商主导的市场中，绿色度提高的较为平缓，而在零售商主导和无权力结构的市场中，绿色度会显著提高。

从表2 可见，无论何种权力结构的市场，随着消费者绿色敏感系数的提高，零售商效用都会有所提升，但提升的幅度存在差异，在制造商主导的市场中，零售商效用提升的较为平缓，在其主导和无权力结构的市场中，零售商效用提升的幅度较为显著。对于制造商而言，在自身主导的市场中，随着消费者绿色敏感系数的提高，其效用明显提高，但在零售商主导和无权力结构的市场中，其效用随着消费者绿色敏感系数的提高，存在小幅提升的过程，但总体上呈现降低的趋势，而且消费者绿色敏感系数越大，其效用降低的幅度就越大。

结合表1和2可知，对于零售商而言，无论何种权力结构的市场，绿色产品扩张效率系数越大，产品市场扩张效率越明显，对其越有利；对于制造商而言，在其主导的市场中，源于对产品绿色度的有效控制，能够使其在绿色产品扩张效率系数提升的过程中获益，但在零售商主导和无权力结构的市场中，随着绿色产品扩张效率系数的提高，产品绿色度的显著提高迫使其付出更多的研发成本，当市场扩张效应带来的收益抵消不了成本增加的负作用时，其效用会明显下降，因此在零售商主导和无权力结构的市场中，绿色产品扩张效率系数越高，对制造商越不利。

5 结论

通过模型分析和数值仿真，本文得出如下结论：（1）政府对制造商进行废旧产品回收再制造补贴时，回收价、回收量和制造商回收环节的收益均与政府补贴力度正相关，而且回收环节的决策不受权力结构的影响。（2）随着制造商风险规避程度的提高，各权力结构下的批发价、绿色度、零售价和产品性价比逐渐降低；市场中的领导者具有先动优势，占主导地位的领导者总会在市场博弈中制定出更加有利于自身的决策。对于制造商而言，在零售商主导和无权力结构的市场中，合适的规避风险有助于其效用的提高，而在自己主导的市场中，风险规避行为反而对其不利。（3）在消费者对产品绿色品质的追求较低时，处于无权力结构的市场对其最有利，在对产品绿色品质的追求较高时，处于零售商主导的市场会更有利。此外，无论消费处于何种权力结构的市场，制造商风险规避行为都会对其产生不利影响。