相 模,李 芳
(上海理工大学 管理学院,上海 200093)
随着全球经济和科技的快速发展,自然资源短缺以及环境破坏问题日益严重,寻找一种对环境影响最小的绿色发展模式逐步成为全球共识[1-2]。在此基础上,美国密歇根州立大学制造研究协会于1996年在一项 “环境负责制造 (ERM)”的研究中首次提出绿色供应链的概念。绿色供应链旨在产品全生命周期当中资源利用效率的最大化以及环境负作用的最小化,涉及产品供应链当中的各个企业[3]。自绿色供应链提出以来,中国高度重视绿色供应链的探索和实践,每年都会出台大量关于绿色供应链的政策和文件。然而,由于目前我国中小型制造企业数量居多,进行绿色生产会导致生产成本增加,包括学习绿色技术、购买绿色设备等,将导致企业风险的增加,从而降低制造企业进行绿色生产的积极性[4-6]。因此,为促进绿色供应链的良性发展,政府会补贴绿色供应链中的主体。然而供应链的不同主导模式、供应链成员的风险规避、补贴对象以及方式的不同均会影响绿色供应链的最优决策和绿色发展效率。
针对补贴对象,目前学者已做大量研究。主要分为单一补贴研究和比较补贴研究。在单一补贴研究方面,朱庆华等[7]建立政府对产品绿色度进行补贴的博弈模型,结果发现在消费者环保意识较低时,不适合对产品绿色度进行大量补贴。Shi等[8]研究对制造商进行单位产品补贴,结果发现单位产品补贴比一次性补贴更能提高制造商的产量和收益。田一辉等[9]建立政府对消费者进行价格补贴的模型。结果表明,对消费者价格补贴有助于提高产品价格,增加产品销量。徐建中等[10]研究政府对制造商创新研发投入进行补贴,结果发现政府补贴有助于企业提高产品创新的积极性。在比较补贴研究方面,温兴琦等[2]研究对制造商的3种不同补贴方式对绿色供应链的决策影响,结果发现对研发投入成本进行补贴更有利于产品绿色度的提高。张艳丽等[1]建立无政府补贴、政府对制造商生产成本进行补贴和政府对消费者进行补贴3种模型,结果发现政府对生产成本补贴相比于补贴消费者更有利于产品绿色度的提升。YU等[11]研究政府对制造商进行补贴、对消费者进行补贴和两者都补贴3种不同的补贴模型。上述文献研究的政府补贴都只考虑制造商的产品绿色度和消费者的绿色意识,而忽略零售商作为消费市场的直接主体做出的销售努力的作用。零售商通过绿色销售努力、宣传等方式可以扩大市场需求。因此,考虑零售商的绿色努力同等重要。张海斌等[12]建立政府对零售商销售努力进行补贴的模型,结果证明对零售商进行补贴有利于扩大市场规模,增加产品销量。曹裕等[6]研究5种不同补贴方式对供应链决策的影响。
以上文献研究均未考虑市场波动,供应链主体可能存在风险规避的影响。由于消费者对产品需求不同,绿色产品销量存在不确定性,该不确定性对于供应链中跟随者的风险影响尤其显著。在此基础上,部分学者研究风险规避对供应链带来的影响。江世英等[13]研究集中决策和制造商主导模型下风险规避对供应链的影响。曹裕等[14]研究在制造商主导,零售商具有风险规避的情况下,政府不同补贴方式对制造商零售商绿色努力以及利润的影响。梁晓蓓等[15]研究在制造商主导模式下,政府对制造商研发成本进行补贴,分析分散决策和集中决策两种模式下制造商零售商均具有风险偏好时的供应链最优决策。傅端香等[16]研究在制造商主导模式下,政府对制造商单位产品绿色度进行补贴,分析集中决策、分散决策、仅制造商风险规避以及仅零售商风险规避4种模型下的供应链最优决策。
另外,目前考虑政府补贴和风险规避的绿色供应链研究多为制造商主导模式,但现实中零售商占主导地位的情况屡见不鲜,如沃尔玛等。尚文芳等[3]研究在零售商主导模式下,政府不补贴、补贴制造商、补贴零售商3种方式下对供应链决策的影响。但其未考虑制造商具有风险规避对供应链最优决策的影响。
综上,本文建立零售商主导、制造商跟随的二级绿色供应链模型,考虑制造商风险中性和存在风险规避两种情况,并进一步研究在制造商存在风险规避的情况下,政府无补贴、政府对制造商研发成本进行补贴、政府对零售商销售努力进行补贴3种补贴方式对供应链主体的决策、效用以及社会总福利的影响。通过研究,旨在回答如下问题:在零售商主导,制造商跟随的系统中,制造商是否存在风险规避?补贴策略的差异以及市场波动标准差对供应链主体的决策、效用以及社会总福利有何影响?
本文建立零售商主导、制造商跟随的二级绿色供应链模型。该模型的决策过程如下。零售商先确定零售加价x和绿色销售努力水平e,接着制造商决定批发价格w和产品绿色度g。其中,产品绿色度在实际操作中可通过有害物质含量、碳标签、能效标识,以及废弃产品的可回收程度来反映[15]。政府为了鼓励绿色供应链的发展,会对制造商的绿色研发和零售商的绿色销售努力进行补贴,从而分析无补贴、政府补贴制造商和政府补贴零售商3种情况下对供应链决策、利润以及社会总福利的影响。
本文研究所使用的符号定义如表1所示。
表1 符号定义Table 1 symbol definition
根据本文研究内容,做出如下相关假设。
1) 制造商通过引入新设备,运用新技术等方式来提高产品绿色度g而增加的绿色研发成本为zg2/2[3,17]。
2) 零售商通过确定零售加价x(x>0) 得到零售价p,其中,p=w+x。零售商通过对绿色产品进行绿色销售努力e进而提高绿色产品销量以及利润而产生的成本为he2/2。
3) 市场需求随产品零售价格p递减,随产品绿色度g递增[2,10],随零售商销售努力水平e递增[3,14],同时市场需求具有不确定性ε。市场需求函数为D=a-b(w+x) +kg+qe+ε,ε∈N(0,δ2)。其中,a-b(w+x) >0,表明不管价格多少,总有消费者愿意购买该商品。
4) 政府对制造商绿色研发成本和零售商绿色销售努力成本进行补贴,补贴率为s。
5) λ为制造商对风险的规避程度,λ∈[0,1],λ=0为制造商风险中性,λ越大表示制造商越厌恶风险。为了简化计算,本文采用均值-方差理论[18-19]计算制造商的效用。
6) 社会总福利 (SW) 由消费者剩余、制造商利润、零售商利润以及政府补贴线性决定。
为了简化说明,πi为 利润,E(πi)为期望利润,U(πi)为 期望效用, V ar(πi)为利润方差。i= m, r。下标m为制造商,下标r为零售商。用上标M、R分别表示政府补贴制造商和政府补贴零售商,不加上标为政府无补贴。
当制造商风险中性以及政府无补贴时,此时制造商、零售商的效用函数以及社会总福利为
采用逆向求解方法,可得此时供应链的最优决策、效用函数以及社会总福利如命题1。
命题1 在制造商风险中性以及政府无补贴策略下,当同时满足2bz-k2>0及2h(2bz-k2) -zq2>0时,此时供应链的最优决策、效用函数以及社会总福利为
证明 对式(1)分别求关于 ω和g的一阶导数和二阶导数,得到Hessian矩阵行列式H= 2bz-k2。当H>0时,制造商效用函数U(πm0)是 关于 ω和g的凹函数,存在唯一确定的 ( ω0,g0)使之达到最大。对制造商效用函数分别求关于ω 和g的一阶偏导数并联立求出
证毕。
当制造商存在风险规避以及政府无补贴时,此时制造商、零售商的效用函数和社会总福利为
采用逆向求解方法,可得此时供应链的最优决策、效用函数以及社会总福利如命题2。
命题2 在制造商存在风险规避以及政府无补贴策略下。当同时满足2z(b+ λδ2) -k2>0及2hb(2bz+2λzδ2-k2) -q2z(b+ 2λδ2) 时,此时供应链的最优决策、效用函数以及社会总福利为
证明过程及思路如命题1证明所示,此处证明省略。
推论1 在制造商存在风险规避以及政府无补贴策略下。风险规避度对供应链的最优决策、效用函数以及社会总福利的影响为
由推论1可知,制造商产品绿色度、批发价格、零售价格、制造商效用随风险规避度成负相关;零售商销售努力水平、零售加价、零售商效用以及社会总福利随风险规避度成正相关。
推论2 制造商存在风险规避和制造商风险中性时,供应链的最优决策、效用函数以及社会总福利大小比较为
由推论2可知,当制造商存在风险规避时,产品绿色度、批发价格、零售价格、制造商效用小于制造商风险中性时的对应量;零售商销售努力水平、零售加价、零售商效用以及社会总福利大于制造商风险中性时的对应量。
当制造商存在风险规避以及政府对制造商研发成本进行补贴,且补贴比例为s时,此时制造商和零售商效用函数以及社会总福利为
根据逆向求解方法,可得此时供应链的最优决策、效用函数以及社会总福利如命题3。
命题3 在制造商存在风险规避以及政府补贴制造商策略下,当同时满足2z(1 -s)(b+ λδ2) -k2>0及 (1 -s)z[4bh(b+ λδ2) -q2(b+ 2λδ2)] - 2bhk2>0时,此时供应链的最优决策、效用函数以及社会总福利为
证明过程及思路如命题 1 证明所示,此处证明省略。
推论3 在制造商存在风险规避以及政府对制造商研发成本补贴策略下。政府补贴率对供应链的最优决策、效用函数以及社会总福利的影响为
由推论3可知,制造商产品绿色度、批发价格、零售商销售努力水平、零售加价、零售价格、制造商效用、零售商效用以及社会总福利都与政府对制造商研发成本补贴率成正相关。
推论4 当制造商存在风险规避时,政府无补贴和政府对制造商研发成本补贴下供应链的最优决策、效用函数以及社会总福利大小比较为
由推论4可知,当制造商存在风险规避时,政府对制造商研发成本补贴下的产品绿色度、批发价格、零售商销售努力水平、零售加价、零售价格、制造商效用、零售商效用以及社会总福利都大于政府无补贴时的对应量。表明政府对制造商研发成本补贴有助于供应链的发展。
当制造商存在风险规避以及政府对零售商绿色销售努力成本进行补贴,且补贴比例为s时,此时制造商和零售商效用函数以及社会总福利为
根据逆向求解方法,可得此时供应链的最优决策、效用函数以及社会总福利如命题4。
命题4 在制造商存在风险规避以及政府补贴零售商策略下,当同时满足2z(b+ λδ2) -k2>0及2bh(1 -s)[2z(b+ λδ2-k2] -q2z(b+ 2λδ2) >0时,此时供应链的最优决策、效用函数以及社会总福利为
证明过程及思路如命题 (1) 证明所示,此处证明省略。
推论5 在制造商存在风险规避以及政府对零售商绿色销售努力补贴策略下。政府补贴率对供应链的最优决策、效用函数以及社会总福利的影响为
由推论5可知,制造商产品绿色度、批发价格、零售商销售努力水平、零售加价、零售价格、制造商效用、零售商效用以及社会总福利都与政府对零售商绿色销售努力补贴率成正相关。
推论6 当制造商存在风险规避,政府无补贴和政府对零售商绿色销售努力补贴下供应链的最优决策、效用函数以及社会总福利大小比较为
由推论6可知,当制造商存在风险规避时,政府对零售商绿色销售努力补贴策略下的产品绿色度、批发价格、零售商销售努力水平、零售加价、零售价格、制造商效用、零售商效用以及社会总福利都大于政府无补贴时的对应量。这表明政府对零售商绿色销售努力补贴策略同样有助于供应链的发展。
本文建立零售商主导、制造商跟随的二级供应链模型。考虑制造商存在风险规避对供应链主体的决策、效用以及社会总福利的影响。进一步探讨不同补贴方式在制造商存在风险规避下对供应链的决策、效用以及社会总福利的作用。为了更好地说明制造商风险规避度、政府补贴率以及市场波动标准差对制造商和零售商的最优决策、效用以及社会总福利的影响,本文参考文献[1]、[14]、[19]中的参数赋值,设置如下参数。a= 50,b= 3,k= 1,q=1,c= 3,z= 10,h= 2,λ∈[0,1],δ∈[0,3]。通过计算表明所设参数满足上述所有模型中参数间关系的假定。假设政府对制造商研发成本和零售商绿色推广成本补贴比例相同。
1) 风险规避度的影响。假设已知政府补贴率s=0.5,市场波动标准差δ = 2,4种模型下供应链最优决策、效用函数以及社会总福利如图1 ~ 4所示。
图1(a)表示在零售商主导的情况下,风险规避度对产品绿色质量水平的影响。从图中可知,制造商存在风险规避会降低产品绿色度。当制造商存在风险规避时,g和λ成反比关系,表明风险规避度越高,制造商的产品绿色度越低。进一步比较制造商存在风险规避时,不同补贴策略下的制造商产品绿色度可知,制造商补贴策略下的产品绿色度显著高于零售商补贴策略,高于无补贴策略。这表明政府对制造商进行补贴可以有效提高产品绿色度。
图1(b)表示在零售商主导的情况下,风险规避度对零售商绿色销售努力水平的影响。从图中可知,制造商存在风险规避会导致零售商提高绿色销售努力水平。当制造商存在风险规避时,e和λ成正比关系,表明风险规避度越高,零售商的绿色销售努力水平会随之提高。进一步比较不同补贴策略下的零售商销售努力水平e发现,零售商补贴策略下的零售商销售努力水平会显著高于制造商补贴策略,高于无补贴策略。随着制造商风险规避增大,制造商会降低产品绿色度,进而会导致销量减少。而作为主导的零售商为了保证产品销量而不得不提高产品的绿色销售努力水平。
图2(a)表示在零售商主导的情况下,风险规避度对批发价的影响。从图可知,制造商存在风险规避会导致批发价降低。由图1(a)可知,制造商存在风险规避会导致产品绿色度的降低,进而批发价降低。当制造商存在风险规避时,w和λ成反比关系,表明风险规避度越高,制造商的批发价越低。进一步比较制造商存在风险规避时,不同补贴策略下的批发价可知,零售商补贴策略下的批发价高于制造商补贴策略,高于无补贴策略。
图1 风险规避度λ对供应链绿色努力的影响Figure 1 The effect of risk aversion coefficient λ on green effort of supply chain
图2(b)表示在零售商主导的情况下,风险规避度对零售加价的影响。制造商存在风险规避会导致零售加价提高。由图1(b)可知,制造商存在风险规避会导致零售商提高销售努力水平,进而增加零售加价。当制造商存在风险规避时,w和x成正比关系,表明风险规避度越高,零售商的零售加价越大。进一步比较制造商存在风险规避时,不同补贴策略下的零售加价可知,零售商补贴策略下的零售加价高于制造商补贴策略,高于无补贴策略。
图2 风险规避度λ对供应链定价的影响Figure 2 The effect of risk aversion coefficient λ on supply chain pricing
图3(a)表示在零售商主导的情况下,风险规避度对制造商效用U(πm)的影响。制造商存在风险规避会减少制造商效用。由图1(a)和图2(a)可知,制造商存在风险规避会导致产品绿色度的降低、批发价降低,从而导致制造商效用的减少。当制造商存在风险规避时,U(πm)和λ成反比关系,表明风险规避度越高,制造商的效用越低。进一步比较制造商存在风险规避时,不同补贴策略下的制造商效用可知,零售商补贴策略下的制造商效用高于制造商补贴策略,高于无补贴策略。这表明政府补贴策略可以提高制造商的效用,且零售商补贴策略下效果更优。
图3(b)表示在零售商主导的情况下,风险规避度对零售商效用U(πr)的影响。从图中可知,制造商存在风险规避会使零售商效用增加。由图1(b)和图2(b)可知,制造商存在风险规避会使零售商提高销售努力水平来保证销量并且提高零售加价,从而使零售商效用增加。当制造商存在风险规避时,U(πr)和λ成正比关系,表明风险规避度越高,零售商效用越大。进一步比较制造商存在风险规避时,不同补贴策略下的零售商效用可知,零售商补贴策略下的零售商效用高于制造商补贴策略,高于无补贴策略。
图3 风险规避度λ对供应链效用的影响Figure 3 The effect of risk aversion coefficient λ on supply chain utility
图4表示在零售商主导的情况下,风险规避度对社会总福利SW的影响。从图中可知,制造商存在风险规避会使社会总福利增加。进一步比较制造商存在风险规避时,不同补贴策略下的社会总福利可知,零售商补贴策略下的社会总福利高于制造商补贴策略,高于无补贴策略。
图4 风险规避度λ对社会总福利SW的影响Figure 4 The effect of risk aversion coefficient λ on total social welfare
2) 政府补贴系数的影响。在考虑制造商存在风险规避的情况下,进一步分析政府无补贴、补贴制造商、补贴零售商3种模型下政府补贴系数对供应链最优决策、效用函数以及社会总福利的影响,如图5 ~ 8所示。假设已知制造商风险规避度λ = 0.5,市场波动标准差δ = 2。
图5(a)表示在零售商主导、制造商存在风险规避的情况下,政府补贴率对产品绿色度的影响。从图中可知,产品绿色度g随着政府补贴率s的增加而增加。且政府补贴率的变化对制造商补贴策略下产品绿色度的影响高于零售商补贴策略,高于无补贴策略。
图5(b)表示在零售商主导,制造商存在风险规避的情况下,政府补贴率对零售商销售努力水平的影响。从图中可知,绿色销售努力水平e随着政府补贴率s的增加而增加,且政府补贴率的变化对零售商补贴策略下绿色销售努力水平的影响高于制造商补贴策略,高于无补贴策略。
图5 政府补贴率s对供应链绿色努力的影响Figure 5 The impact of government subsidy rate s on supply chain green effort
图6(a)表示在零售商主导,制造商存在风险规避的情况下,政府补贴率对批发价的影响。从图中可知,批发价w随着政府补贴率的增加而增加。且政府补贴率的变化对零售商补贴策略下批发价的影响高于制造商补贴策略,高于无补贴策略。由于政府对零售商绿色销售努力成本进行补贴,使得零售商销售努力增加,进而产品需求增加,出现供不应求的情况,所以制造商批发价会上涨。
图6(b)表示在零售商主导,制造商存在风险规避的情况下,政府补贴率对零售加价的影响。从图可知,绿色加价x随着政府补贴率的增加而增加。且政府补贴率的变化对零售商补贴策略下零售加价的影响高于制造商补贴策略,高于无补贴策略。
图7(a)表示在零售商主导,制造商存在风险规避的情况下,政府补贴率对制造商效用的影响。从图中可知,制造商效用随着政府补贴率的增加而增加。且政府补贴率的变化对零售商补贴策略下制造商效用的影响高于制造商补贴策略,高于无补贴策略。由图6(a)可知,政府对零售商进行补贴下的批发价影响大于制造商补贴,因此此时零售商效用更大。
图7(b)表示在零售商主导,制造商存在风险规避的情况下,政府补贴率对零售商效用的影响。从图可知,零售商效用随着政府补贴率的增加而增加。且政府补贴率的变化对零售商补贴策略下零售商效用的影响高于制造商补贴策略,高于无补贴策略。由图6(b)可知,政府对零售商进行补贴下的零售加价影响大于制造商补贴,此时零售商效用更大。
图6 政府补贴率s对供应链定价的影响Figure 6 The impact of government subsidy rate s on supply chain pricing
图7 政府补贴率s对供应链效用的影响Figure 7 The effect of government subsidy rate s on supply chain utility
图8表示在零售商主导并且制造商存在风险规避的情况下,政府补贴率对社会总福利SW的影响。从图中可知,社会总福利随着政府补贴率的增加而增加,且零售商补贴策略下的社会总福利高于制造商补贴策略,高于无补贴策略。
图8 政府补贴率s对社会总福利SW的影响Figure 8 The effect of government subsidy rate s on total social welfare
3) 市场波动标准差δ的影响。在考虑制造商存在风险规避的情况下,进一步分析政府无补贴、补贴制造商、补贴零售商3种模型下市场波动标准差δ对供应链最优决策、效用函数以及社会总福利的影响,假设已知政府补贴率s= 0.5,制造商风险规避度λ = 0.5。如图9 ~ 12所示。
图9(a)表示零售商主导,制造商存在风险规避的情况下,市场波动标准差对产品绿色度的影响。如图所示,产品绿色度随着市场波动标准差的上升而下降。且补贴制造商时产品绿色度高于补贴零售商,高于无补贴。由于补贴制造商是直接作用于产品绿色度上,因此这种补贴策略对产品绿色度影响较大,这与图1(a)的结论一致。
图9(b)表示零售商主导,制造商存在风险规避的情况下,市场波动标准差对零售商绿色销售努力水平的影响。如图所示,零售商绿色销售努力水平随着市场波动标准差的上升而上升。且补贴零售商时零售商绿色销售努力水平高于补贴制造商,高于无补贴。由于补贴零售商是直接作用于零售商绿色销售努力水平上,因此这种补贴策略对零售商绿色销售努力水平影响较大,这与图1(b)的结论一致。
图9 市场波动标准差δ对供应链绿色努力的影响Figure 9 The impact of market volatility standard deviation δ on supply chain green effort
图10(a)表示零售商主导,制造商存在风险规避的情况下,市场波动标准差对批发价的影响。如图所示,批发价随着市场波动标准差的增加而降低。且零售商补贴策略下的批发价高于制造商补贴策略,高于无补贴策略。这与图2(a)的结论一致。
图10(b)表示零售商主导,制造商存在风险规避的情况下,市场波动标准差对零售加价的影响。如图所示,零售加价随着市场波动标准差的的增加而增加。且补贴零售商时零售加价高于补贴制造商,高于无补贴。这与图2(b)的结论一致。
图10 市场波动标准差δ对供应链定价的影响Figure 10 The effect of market volatility standard deviation δ on supply chain pricing
图11(a)表示零售商主导,制造商存在风险规避的情况下,市场波动标准差对制造商效用的影响。如图所示,制造商效用随着市场波动标准差的增加而降低。随着市场波动标准差的增大,此时制造商的产品绿色度会降低,同时制造商的批发价也会随之降低,因此制造商的效用减少。在相同的补贴比例下,补贴零售商时制造商效用高于补贴制造商,高于无补贴。这与图3(a)的结论一致。
图11(b)表示零售商主导,制造商存在风险规避的情况下,市场波动标准差对零售商效用的影响。如图所示,零售商利润随着市场波动标准差的的增加而增加。随着市场波动标准差的增大,此时零售商会加大绿色销售努力水平来提高销量,同时零售商也会提高零售加价,因此零售商的利润增加。在相同的补贴比例下,补贴零售商时零售商效用高于补贴制造商,高于无补贴。这与图3(b)的结论一致。
图11 市场波动标准差δ对供应链效用的影响Figure 11 The effect of market volatility standard deviation δ on supply chain utility
图12表示零售商主导,制造商存在风险规避的情况下,市场波动标准差对社会总福利的影响。如图所示,社会总福利随着市场波动标准差的的增加而增加。在相同的补贴比例下,补贴零售商时的社会总福利高于补贴制造商,高于无补贴。这与图4的结论一致。
图12 市场波动标准差δ对社会总福利SW的影响Figure 12 The effect of market volatility standard deviation δ on total social welfare
本文建立零售商主导、制造商跟随的二级绿色供应链模型。在考虑制造商提高产品绿色度,零售商绿色销售努力的基础上,分析制造商存在风险规避对供应链的决策、效用以及社会总福利造成的影响,并进一步研究在制造商存在风险规避的情况下,政府不同补贴方式对绿色供应链的决策、效用以及社会总福利有何影响。研究表明:1) 在零售商主导的系统下,制造商存在风险规避会导致保守的制造商降低产品绿色度,进而降低批发价,导致制造商的效用下降。而作为主导者的零售商为了应对风险会提高销售努力水平来保证销量,进而提高零售加价,所以此时零售商的效用会增加。而社会总福利与制造商的风险规避正相关。市场波动标准差和风险规避度对供应链的影响是相同的。2) 在零售商主导,制造商存在风险规避的系统下,补贴对供应链的决策、效用以及社会总福利存在积极影响,补贴制造商更能提高产品的绿色度,但是此时制造商效用和零售商效用以及社会总福利并不是最优的;补贴零售商会提高零售商的绿色销售努力水平,且补贴零售商下的制造商效用、零售商效用以及社会总福利总是大于补贴制造商以及无补贴策略。
考虑到零售商主导模式下零售商比制造商会获取更多的效用,导致制造商不愿意进行更多的绿色产品研发,因此未来可以考虑将供应链契约引入该模型中进行深入研究。