不同权力结构下低碳供应链的谎报行为研究

高顺利,郭诗瑶

(1.武汉理工大学 交通与物流工程学院,湖北 武汉430063;2.燕山大学 车辆与能源学院,河北 秦皇岛 066004)

随着全球工业化进程的不断加快,资源短缺和环境破坏等社会问题越来越严重,因此绿色经济和节能环保越来越受到世界各国的重视。从2011年开始,我国作为最具发展潜力的国家,率先在北京、天津和上海开展碳交易试点工作,截至目前已有7个省(直辖市),随着碳交易试点工作的不断摸索和实践,全国性的碳交易市场也在不断完善。党的二十大报告中也再次强调了我国的双碳目标,表示要积极稳妥地推进碳达峰碳中和,并从碳排放双控、能源革命、健全碳市场、提升碳汇能力等方面做了具体部署。在这一背景下,如何实现低碳发展引来诸多关注。

目前,有很多学者对供应链的低碳减排进行决策研究。杨靛青等[1]利用联盟链和私有链实现碳交易匹配的透明性、安全性,通过证据推理方法融合多时点指标值提高减排努力值的合理性、全面性;LI等[2]考虑制造商的碳减排水平和零售商的低碳推广努力,研究了低碳闭环供应链在不同情形下的最优决策和绩效。ZHANG等[3]考虑了碳总量管制、交易规则和制造商的不同策略时,不同权力结构下供应链中的政府排放总量管制和制造商的生产减排决策。陈建华等[4]考虑市场需求受消费者低碳偏好的影响,比较了有无政府补贴两种模式下制造商的最优碳减排水平。夏西强等[5]基于外包制造分别构建由低碳产品制造商、普通产品制造商和零售商参与的分散决策和集中决策博弈模型,分析了碳交易对低碳供应链的影响,并探究了低碳供应链协调机制。

在供应链中,各参与主体的决策权和信息是分散的,企业为了自身利益最大化,信息不对称现象普遍存在,如运营成本信息(生产成本、回收成本、运输成本和碳减排成本)、能力信息(回收能力、生产能力和碳减排能力)和需求信息等[6]。丁斌等[7]考虑再制造水平信息不对称,分析了不同谎报情况对供应链成员的影响,分别从制造商和供应链系统的角度讨论最优谎报策略。XIE等[8]通过建立Stackelberg模型探讨了碳总量管制与碳交易机制下信息不对称对供应链成员决策的影响,结果表明在信息不对称时,低类型制造商有动机模仿高类型制造商的定价行为。张令荣等[9]考虑碳配额交易政策下制造商回收努力难度和新产品单位碳排放量信息不对称,探讨不同权力结构下制造商的谎报行为。ZHAO等[10]考虑制造商的碳减排努力成本信息不对称,分析碳减排努力成本和低碳偏好对供应链成员决策的影响,并系统比较了信息对称与不对称两种场景下获得制造商共享私人信息的条件。徐伟等[11]同时考虑单位产品的初始碳排放量和碳减排量信息不对称,分析谎报因子和消费者低碳偏好对供应链的影响。

此外,也有学者探讨不同权力结构下的供应链决策问题。王道平等[12]在政府奖惩机制下,研究零售商主导的闭环供应链中成员的动态均衡策略。王竟竟等[13]考虑产品需求和废旧产品回收的不确定性及决策者的风险规避特性,在不同权力结构下分别构建了制造商与零售商联盟和不联盟时的闭环供应链博弈模型。CHOI等[14]针对不同权力结构下闭环供应链的定价问题,基于制造商主导、零售商主导和回收商主导3种情景构建博弈模型,发现零售商主导时供应链的利润最优。YANG等[15]针对消费者预期后悔行为对原始设备制造商和第三方再制造商定价决策的影响,构建不同权力结构下的Stackelberg博弈模型。

综上,目前对信息不对称的供应链成员谎报行为研究较多,但鲜有文献同时考虑不同权力结构下低碳供应链的能力信息和成本信息的谎报行为问题。此外,在实际运营中,与零售商相比,制造商拥有更多的碳减排效率信息。因此,笔者构建一个制造商和一个零售商组成的两级低碳供应链,考虑制造商碳减排难度和初始碳排放成本信息不对称,研究不同权力结构下制造商的谎报行为及其对供应链绩效的影响,以期为企业决策提供理论依据。

1 问题描述与相关假设

在低碳背景下,考虑单一周期内制造商M和零售商R所组成的两级供应链系统。其中供应链系统中的生产环节会排放碳,为了减少碳税的征收,制造商会采用低碳技术来减少生产制造过程中的碳排放量,同时需要一定的碳减排技术成本的投入。在信息不对称的情况下,碳减排难度和初始碳排放成本是制造商的私有信息。为使自身利益最大化,制造商可能会向零售商谎报其私有信息,从而使得在博弈过程中零售商偏离最优决策。故制造商的决策变量为批发价w、单位碳减排量e、碳减排难度谎报系数α和初始碳排放成本谎报系数β,零售商的决策变量为零售价p。在供应链分散决策模式下,二者均以自身利益最大化为目标进行决策。

假设1供应链中除了碳减排难度和初始碳排放成本信息外,其余信息均对称。

假设2单位产品的生产成本为c,因其不受减排投资影响,为便于计算,假设c=0。

假设3市场需求D与单位产品零售价格p和单位碳减排量e线性相关[16],即D=a-bp+θe,其中a为市场容量参数,θ为单位碳减排量对需求的影响系数,b为价格弹性系数,对最优结果并无影响,为便于计算,假设b=1。

假设4市场容量足够大,且满足a>βtc0,其中t为碳交易价格,c0为初始碳排放成本,c0=t(e0-ec),e0为单位产品生产的初始碳排放量,ec为单位产品免费碳配额。

假设6参考文献[17]中制造商谎报生产成本的谎报因子设计思路,假设制造商对零售商公布的碳减排难度为αk,初始碳排放成本为βc0。α,β等于1,表示制造商不谎报私有信息,α,β于小于1,表示制造商低报其私有信息,α,β大于1,表示制造商高报其私有信息。

假设7为了更加符合实际,令p>w,e0>ec,e0>e。

2 模型建立及求解

为探究不同权力结构下供应商的谎报行为,分别对制造商主导供应链、零售商主导供应链和权力均等供应链这3种情况进行建模分析。其中,产品的市场需求D为:

D=a-p+θe

(1)

制造商的真实利润函数πM为:

(2)

参考文献[10],在谎报情形下,制造商的公开利润函数ΦM为:

(3)

零售商的利润函数πR为:

πR=(p-w)D

(4)

供应链整体的利润函数π为:

(5)

2.1 制造商主导供应链

(6)

为了使决策行为与谎报行为一致,制造商指定最优批发价w和单位碳减排量e使其公开利润取得最大值。将式(1)和式(6)代入式(3),可得到制造商的公开利润函数,求ΦM关于w和e的海瑟矩阵H1:

(7)

(8)

(9)

根据式(8)和式(9)可得:

(10)

πM1=

(11)

(12)

式中:A=t3(-β-2α+2αβ)+t2(-2βθ-4αθ+4αβθ)+t(-βθ2-2αθ2+8α2k+2αβθ2-4α2βk)。

定理2当制造商主导供应链时,制造商不会谎报其私有信息。

由定理2可知,在制造商主导的供应链中,制造商已经拥有足够大的权力使得自身利益最大化,无需再额外采取谎报策略。

2.2 零售商主导供应链

(13)

(14)

(15)

πM2=

(16)

(17)

式中:B=t3(-β-4α+4αβ)+t2(-2βθ-8αθ+8αβθ)+t(-βθ2-4αθ2+8α2k+4αβθ2-6α2βk)。

定理4当零售商主导供应链时,制造商会低报碳减排难度,高报初始碳减排成本。

由定理4可知,在零售商主导的供应链中,制造商处于劣势地位。受自身利益驱使,制造商会利用信息优势,采取双因子谎报策略。

推论1当零售商主导供应链时,制造商谎报行为会提高产品批发价、零售价、单位碳减排量及制造商利润,但会降低零售商利润及供应链总利润。

由推论1可知,当制造商低报碳减排难度时,同样会加大碳减排力度,单位碳减排量提高;同时,高报初始碳减排成本时,将增加的碳交易成本通过提高批发价的方式转移给零售商,零售商再提高零售价卖给消费者。最终制造商利润增加,零售商和供应链整体利润减少,消费者需支付更高的产品价格,产品需求也会随之下降。制造商的谎报行为不利于供应链的良好持续发展。

2.3 权力均等供应链

(18)

(19)

(20)

πM3=

(21)

(22)

式中:C=t3(-β-2α+2αβ)+t2(-2βθ-4αθ+4αβθ)+t(-βθ2-2αθ2+6α2k+2αβθ2-4α2βk)。

定理6当制造商和零售商权力均等时,制造商不会谎报碳减排难度,但会高报初始碳减排成本。

由定理6可知,在权力均等供应链中,制造商并未处于绝对主导地位。受自身利益驱使,制造商仍会采取谎报策略。

推论2当制造商和零售商权力均等时,制造商谎报行为会提高产品批发价、零售价和供应商利润,但会降低单位碳减排量、零售商利润和供应链整体利润。

由推论2可知,制造商只高报初始碳排放成本,制造商公开利润中会支付更多的碳交易成本,而碳减排节约的成本是有限的,但碳减排成本却随着单位碳减排量的增加呈指数增加,因此制造商会减少碳减排投入来控制成本。制造商的谎报行为只对自己有利,却损坏了零售商和供应链整体的利润。

推论3当制造商和零售商权力均等时,制造商的谎报行为使得供应链最优决策与制造商主导供应链时的最优决策相同,且制造商、零售商与供应链整体利润相等。

由推论3可知,在权力均等情形下,制造商可以通过谎报行为使自己处于主导地位,因此在信息不对称下,制造商和零售商的权力不会均等。

2.4 供应链集中式决策

(23)

(24)

(25)

3 算例分析

为了更直观地展示和验证文中的结论,运用Matlab软件对相关参数进行算例分析,在满足模型假设条件下,依照限定条件选择参数,借鉴文献[16]的参数赋值思想,假定a=50,θ=2,k=100,e0=10,ec=6,t=6。不同权利结构下双因子谎报灵敏度分析结果如表1～表3所示,可以看出随着谎报因子α和β的增大,制造商总能找到最优谎报因子α*和β*使得利润最大化。零售商利润和单位碳减排量随着谎报因子α和β的增大而减小,可知制造商高报碳减排难度和初始碳减排成本会损害零售商的利润,且不利于产品的碳减排。随着谎报因子α的增大,供应链整体利润并不是一直减少,说明制造商谎报碳减排难度并不总是损害供应链整体利润。随着谎报因子β的增大,供应链整体利润减少,可知制造商高报产品初始碳减排成本会损害供应链整体利润。

表1 制造商主导供应链时双因子谎报灵敏度分析

表2 零售商主导供应链时双因子谎报灵敏度分析

表3 权力均等供应链时双因子谎报灵敏度分析

4 结论

(1)制造商主导供应链时,制造商不会谎报其私有信息。

(2)零售商主导供应链时,制造商会低报碳减排难度,同时高报初始碳排放成本.

(3)制造商和零售商权力均等时,制造商仅高报初始碳排放成本。

(4)制造商的谎报行为会一直对制造商有利,但会一直损害零售商和供应链整体的利润。零售商主导供应链时,制造商的谎报行为会提高单位碳减排量,而制造商和零售商权力均衡时,制造商的谎报行为会降低单位碳减排量。

(5)制造商和零售商权力均等时,制造商的谎报行为使得供应链最优决策与制造商主导供应链时的最优决策相同,且制造商、零售商和供应链整体利润相等。

(6)笔者在探讨不同权力结构下低碳供应链中制造商的谎报策略时,仅研究了供应链的单边信息不对称,但在实际中,供应链的双边信息不对称现象普遍存在。因此,未来可作进一步研究。