基于绿色生产的闭环供应链决策及认证标准研究

郭楚奇， 张 燕

(南京审计大学 商学院， 南京 211815)

由于世界经济快速发展引发的环境问题逐渐受到各国企业和政府的重视，绿色生产和控制碳排放成为各国发展的热点。闭环供应链的回收再制造模式以其节能减排等优势，成为企业重要发展战略。此外，自2021年中国提出“双碳”目标以来，消费者绿色偏好和环保意识不断提升，企业为了提高产品辨识度、体现社会责任感，纷纷申请加入中国绿色产品认证，例如家电行业已通过了首批获得三叶草标识的企业，进一步赋能绿色制造。鉴于此背景，研究绿色标准认证下的绿色闭环供应链有利于中国社会经济发展和生态文明建设。

许多学者从绿色产品和消费者绿色偏好方面对闭环供应链进行相关研究。Flynn等[1]研究了不同客户类型与供应链之间的关系，并揭示了消费者偏好对中国供应链的有利影响。Yang等[2]引入公平偏好建立相应的定价决策模型，比较分析了偏好系数对供应链减排决策和系统利润的影响。Li等[3]探讨了在4种合作结构下，低碳闭环供应链中碳减排水平和低碳宣传努力对各主体决策的影响。罗福周等[4]、开吉等[5]在考虑产品绿色度的基础上，分析政府回收补贴、再制造补贴、生产和回收同时补贴等不同策略对闭环供应链各主体的影响。Wang等[6]研究发现，消费者绿色偏好对供应链成员的最优决策和产品绿色水平有显著影响，并且恶性竞争的不平衡市场是由有限理性供应链对绿色偏好的过度反应造成的。邢光军等[7]构建三方闭环供应链模型下，研究不同渠道权力结构的最优决策，并发现各渠道权力结构下，利润和产品绿色度均随着绿色偏好的增加而增加。何建佳等[8]则在此基础上，研究企业社会责任(corporation social responsibility，CSR)投入水平和碳减排系数对不同渠道权力结构下供应链决策的影响，并提出相应的对策。

而在绿色质量认证方面的研究，大多数是对食品和日用品的实证研究，关于供应链角度的绿色认证标准研究则较少。Chen[9]首先研究了在单个制造商市场下环境标准对绿色产品的经济和环境效益的影响，并发现过高的环境标准并不一定有利于环境保护。Houde[10]以美国冰箱市场为例，分析了节能产品和非节能产品在自愿认证下的最优决策，并提出认证费用应由消费者承担。Murali等[11]在两个竞争性制造企业之间，研究自愿性生态标签和强制性环境法规对绿色产品开发的影响，并讨论了政府应该如何干预企业使用自我标签或外部认证以刺激绿色产品的开发。李向东[12]在二级供应链基础上，构建了供应商、制造商和政府三方博弈模型，研究在供应商自愿认证原则上，基于自身经济效益最大化是否会进行绿色标准认证，并且政府如何制定绿色标准使企业提高绿色生产水平。

综上所述，现有文献对考虑绿色产品的闭环供应链决策和协调研究已经很丰富，绿色认证虽引起部分学者的关注，但鲜有文献将其引入到闭环供应链的研究中。因此，本文在绿色生产下的闭环供应链中建立单个制造商、零售商和回收商的博弈模型，由政府制定绿色认证标准，研究在制造商自愿认证或不认证情况下的供应链最优决策，以及政府合理的绿色标准范围，以期为制造商绿色生产和政府标准体系建设提供理论参考和依据。

1 问题描述与基本假设

考虑由单个绿色生产制造商、零售商、第三方回收商和消费者组成的闭环供应链模型，制造商为Stakelberg博弈的领导者。在不进行绿色认证标准的情况下，由于消费者具有一定的绿色低碳偏好，制造商作为市场主导者，会自行声明产品的绿色化水平，同时制造商的企业信誉会使消费者感知的绿色化水平与实际的绿色化水平有所差距，从而影响消费者需求。相关符号及说明见表1。

表1 符号及说明

为方便模型分析，进一步假设：

1)考虑到消费者绿色偏好和企业信誉，参考Murali等[11]的研究，将绿色产品的市场需求表示为q=α-p+βλe。

3)借鉴Savaskan等[13]的研究，假设回收商的回收成本为kτ2。且为保证回收再制造动力，假设cn>Δ>b>A>0。

4)绿色产品与传统产品的区别体现在污染物减排上，产品绿色化程度越高，碳减排水平越高。且供应链污染物减排量为E=qe。

5)新产品与再制造产品的价格和品质无差别，且回收的废旧品均可加工成为再制造品。

6)市场上的信息完全对称，且均为风险中性。

2 模型建立与求解

2.1 无认证标准下的集中决策(sC)

在集中决策下，制造商、零售商和第三方回收商以闭环供应链的整体利润最大化为目标，共同决策零售价psC、回收率τsC和绿色化水平esC。根据上文假设，集中决策下闭环供应链整体利润函数为

(1)

命题1：当(A-Δ)2+2k(β2λ2-2)<0时，令h1=(A-Δ)2+2k(β2λ2-2)，集中决策的最优均衡解为

(2)

(3)

(4)

(5)

进一步可得闭环供应链污染物减排量为

(6)

推论1表明，随着消费者绿色偏好或企业信誉的提升，产品零售价格、废旧品回收率、产品绿色化水平、供应链的整体利润和污染物减排量均会有所提升。这是因为消费者的绿色偏好越高，消费者对绿色产品的支付意愿就越高，因此产品售价会有所提升，同时供应链也会更加倾向于提供绿色化水平更高的产品，积极努力回收废旧产品，减少污染物排放量，从而促进供应链整体利润提高。供应链中制造商的企业信誉越高，消费者也会更加相信其自行声明的绿色化水平，并愿意支付绿色溢价，同样促使供应链生产绿色化水平更高的产品。因此，提升消费者的绿色偏好和企业信誉对供应链整体和政府来说都是极其有利的。

2.2 无认证标准下的分散决策(sD)

在分散决策下，制造商作为博弈主导者首先决定批发价格wsD、绿色化水平esD和转移支付bsD，零售商和回收商作为博弈跟随者决定零售价psD和回收率τsD。其决策函数分别为

(7)

(8)

(9)

根据Stakelberg博弈逆序求解法可得：

命题2：当(A-Δ)2+4k(β2λ2-4)<0时，令h2=(A-Δ)2+4k(β2λ2-4)，分散决策下的最优均衡解为

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

证明过程与命题1类似，代入式(7)、式(8)、式(9)可得闭环供应链各方最大利润以及总利润和污染物减排量为

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

推论2表明，在制造商领导的分散决策下，消费者绿色偏好或企业信誉的提升，同样会使产品零售价格、废旧品回收率、产品绿色化水平、供应链整体利润和污染物减排量有所提高。结合推论1和推论2，在制造商自行声明其绿色化水平，不进行绿色认证的情况下，不管是集中决策还是分散决策，提高消费者绿色偏好和企业信誉，都是有利于闭环供应链各成员及整体利益的，也更能够促进政府环境保护的目标实现。

2.3 对比分析

由命题1和命题2可得出在无绿色认证标准的情况下，有如下推论。

推论3：psC*τsD*,esC*>esD*。

推论3表明，分散决策下的产品零售价格高于集中决策下的产品零售价格，但是集中决策下的回收率和产品绿色化水平均高于分散决策。这说明在分散决策下，制造商、零售商和回收商仅考虑自身利益最大化，因此产品零售价格会高于集中决策；而以供应链整体利益出发的集中决策，会倾向于高回收率和更绿色化的生产，从而增加供应链需求，这对供应链整体和消费者来说都是有利的。

推论4表明，集中决策下的供应链总利润和污染物减排量均大于分散决策的情况。这同样是因为集中决策下是以供应链整体利润最大化为目标进行决策生产的，并且为迎合消费者绿色偏好，提高供应链整体利润，集中决策下的污染物减排量也低于分散决策。综合推论3和推论4，集中决策下的各项均衡结果都是优于分散决策的，更低的产品零售价格和更高的绿色化水平，增加了产品需求量，不仅满足了闭环供应链自身整体利润的最大化，同时满足了消费者绿色偏好和政府环保政策。

3 模型拓展(gC)

上述研究中重点分析了在无政府绿色认证、制造商自行声明及决定其产品绿色化水平的情况下，闭环供应链各主体决策效果，并比较出在集中决策下能够达到最优水平。因此，本部分将考虑在政府制定绿色认证标准，且制造商自愿进行认证的前提下，研究闭环供应链集中决策下的绿色生产，并探讨政府合理的认证标准范围，对比供应链在有无认证情况下的决策行为。

在该模型下，政府会向公众发布一个绿色标准，即产品绿色化水平，以及相应的认证费用θ。借鉴李向东[12]的研究，其费用相对于整个供应链的利润来说是很小的，所以定义θ=0。制造商会在利润最大化的基础上，选择是否进行绿色标准认证，公众对政府的权威绿色认证标准认可程度较高，且在制造商进行相关认证后对其产品绿色化水平完全信任，即β=1。制造商、零售商和回收商共同决策零售价pgC和回收率τgC，由此，该模型下供应链整体利润函数为

(20)

命题3：当(A-Δ)2-2k<0时，制造商进行绿色认证模型下的各项均衡结果为

(21)

(22)

(23)

(24)

有如下推论。

(25)

(26)

(27)

(28)

4 数值分析

为了进一步验证上文不同模型中的各项结论，以及更直观地分析不同模型下消费者绿色偏好λ对闭环供应链各决策的影响，借助MATLAB进行数值算例分析。参考前人研究，各参数赋值为α=500,β=0.5,k=30,Δ=15,A=10,cn=35。

由图1可知，3种模型下的产品零售价均随着消费者绿色偏好λ的增加而升高，且未认证分散决策模型(sD)大于未认证集中决策模型(sC)，最优绿色认证标准集中决策模型(gC)大于sC模型，其中sD模型下的零售价在消费者绿色偏好较低时大于gC模型，但随着消费者绿色偏好的增加，gC模型下的产品零售价逐渐超过sD模型。这是由于在消费者绿色偏好较低时，分散决策下的零售商会以自身利润最大化为目标决定产品定价，且消费者并没有较强意愿为绿色产品支付过多溢价，所以在sD模型下价格较高；而当消费者绿色偏好提高到一定程度时，其环保意识使其更能够接受在政府绿色认证标准下产品的价格，从而gC模型下的价格更高。由图2和图3可知，3种模型下的回收率和产品绿色化水平也随着λ的增加而提高，且均在gC模型下最大，sC模型次之，sD模型最小。以上均与推论1、推论2、推论3、推论6和推论7相吻合，并且对比3个模型下各参数的变化，可以明显看出gC模型各参数对λ的变化最为显著，而sD模型则较为平缓。这说明消费者绿色偏好的提高能够有效影响绿色认证下供应链各主体的决策，且这种变化对各主体都是有利的。

图1 λ对零售价的影响

图2 λ对回收率的影响

图3 λ对绿色化水平的影响

由图4和图5可知，消费者绿色偏好λ越大，闭环供应链利润和污染物减排量越高，其中gC模型下的供应链利润和污染物减排量总是最大，sD模型则一直最小，且gC模型下的线性增长态势是越来越快的，sC模型和sD模型则相对平稳，三者之间的差距随着λ的提高而越来越大。这表明消费者绿色偏好的提高对供应链绩效和环境的改善都是有益的，且合理的绿色认证标准能够大大提高供应链利润和减少碳排放，这与绿色产品的消费市是一致的。此外，若对消费者绿色偏好和企业信誉分别赋值相同参数时，企业信誉的影响算例图与绿色偏好基本一致，故不再赘述。综合来看，企业努力提升自身企业信誉，同时与政府合作加大绿色环保宣传，提高消费者绿色偏好和环保意识，配合政府进行合理的绿色认证，可以为自身和社会带来更大收益。

图4 λ对供应链利润的影响

图5 λ对供应链污染物减排量的影响

5 结论

通过对单一制造商、零售商和回收商构成的绿色产品闭环供应链，引入绿色认证标准，构建以制造商为主导的Stackelberg博弈模型，对比分析了在供应链企业无绿色认证下的集中决策、分散决策和有绿色认证下的集中决策三种模型下的最优均衡结果，以及消费者绿色偏好和企业信誉对各结果的影响，同时计算并分析出政府合理的绿色认证标准范围，为供应链企业生产决策和政府绿色发展政策提供理论依据。主要研究结论及管理启示如下：

1)制造商不进行绿色认证，自我决定绿色化水平时，集中决策下产品绿色化水平、回收率、供应链利润和污染物减排量均高于分散决策，且产品零售价更低。同时消费者绿色偏好和企业信誉的提高，都会使上述结果有所提升，因此集中决策更适合闭环供应链的整体发展。

2)制造商自愿认证，按政府规定的绿色标准进行生产时，存在合理的绿色认证标准，能够使供应链利润相比认证前有所提高，且在最优绿色认证标准下，零售价、回收率、绿色化水平和污染物减排量均大于认证前，并随着消费者绿色偏好的增加而提高。这说明政府能够制定合理的绿色标准，从而让制造商自愿加入认证的同时，提高供应链经济效益和减少环境损害。

3)综合各项对比分析可以发现，当绿色产品市场尚不成熟时，消费者绿色偏好较低，对绿色产品认可度不高，此时企业应提高自身信誉水平，政府制定合理的绿色认证标准，引导企业绿色生产，同时加强倡导绿色消费。当消费绿色偏好较高时，供应链企业应积极主动进行绿色认证，提高自身企业信誉，促进供给侧改革，实现经济效益与绿色效益共同发展。

由于仅考虑闭环供应链中单一回收商进行回收的情形，未来进一步的研究可以考虑混合回收渠道，以及不同主体作为市场博弈的主导者。此外，绿色制造的大热之下，制造商必然受到竞争的影响，因此，考虑在制造商竞争影响下的绿色生产决策和绿色认证标准也具有一定的研究价值。