政府和制造商补贴下双渠道供应链联合减排研究

周 强,邵灵芝

(安徽工业大学 管理科学与工程学院,安徽 马鞍山 243032)

1 引 言

近年来,CO2等温室气体的排放加剧全球气候变暖,给人类的生存发展带来了巨大的威胁。针对这一问题,国家提出了一系列的政策,例如碳限额、碳交易和碳排放上限等。很多知名企业也开始制定绿色生产标准,研究生产排放量少的绿色产品。例如,特易购推行了低碳发展模式;连锁零售超市沃尔玛也推出了绿色供应链计划。与此同时,消费者对低碳绿色产品的偏好也越来越高。从低碳经济市场调查和投资分析报告中,我们了解到,超过60%的中国消费者喜欢购买新能源汽车[1]。

目前,国内外很多学者从不同视角对供应链的减排问题进行了研究。王一雷等在消费者的低碳偏好影响市场需求的情况下,研究供应链成员的联合减排以及利润协调等问题[2]。Li等以闭环供应链为对象,考虑两个零售商相互竞争,研究供应链的低碳宣传和合作减排等问题[3]。徐春秋等在宣传水平和减排量影响市场需求的基础上,在多周期情况下,构建了3种微分博弈模型[4]。Benjaafar在两阶段博弈模型的基础上,研究发现供应链上下游企业之间进行减排合作能有效降低减排成本[5]。

政府的减排补贴政策是促进企业减排积极性的有效措施。李友东等考虑政府补贴供应链成员,构建3种模型,研究政府的最优补贴值和供应链的最优减排投入问题[6]。张艳丽等根据政府是否补贴制造商和消费者,研究政府补贴对供应量成员决策的影响[7]。MITRA等构建政府补贴供应商、再制造商和同时补贴两者的模型,研究政府补贴对供应商和再制造商决策的影响[8]。朱庆华和夏西强等基于消费者的购买意愿,构建二级供应链,研究政府补贴对消费者社会福利的影响[9]。Michalsen在垂直相关产业的基础上考虑政府补贴,研究发现供应链中下游企业的集中度较高时政府对其进行研发补贴[10]。贺勇等在政府提供多种补贴方式的基础上,研究补贴系数的变化对供应链成员决策和利润的影响[11]。

随着电子商务的快速发展,目前已有很多企业在传统零售渠道的基础上开展了线上直销渠道。与此同时,国内外学者在双渠道的定价、协调和协调策略等问题上也进行了一系列的研究。胡一娟等以双渠道供应链为研究对象,基于碳交易政策,研究信息不对称对供应链定价和减排的影响[12]。周熙登基于渠道品牌差异,研究双渠道供应链低碳减排和宣传策略等问题[13]。Li等运用两部收费契约对双渠道供应链成员的利润进行协调[14]。武丹等考虑消费者的低碳偏好,从动态角度研究供应链成员的协调问题[15]。Yang等以制造商和零售商构成的供应链为研究对象,通过促进供应链成员的纵向和横向合作,运用收益共享契约,使供应链成员实现共赢[16]。王芹鹏等构建一个二级供应链,研究供应链的碳排放问题,并利用收益共享契约对此进行协调[17]。

通过对上述文献的分析可以发现,学者们对供应链的研究集中于供应链的定价、渠道的选择和协调等方面,在双渠道供应链的情况下,考虑减排补贴和消费者低碳偏好的研究比较匮乏。本研究根据现有研究成果,建立双渠道供应链,考虑消费者的低碳偏好和减排补贴,根据政府是否补贴制造商的减排成本和制造商是否分摊零售商的宣传成本,构建4种博弈模型,比较分析4种模型的最优解,研究减排补贴对供应链成员决策的影响。

2 问题描述和模型假设

2.1 问题描述

以双渠道供应链为对象,制造商主要生产低碳产品,零售商进行低碳推广,两者均考虑自身利益的最大化。产品既在零售商的分销渠道销售,又可线上直销给消费者。制造商在供应链中作为主导者,根据减排技术的研发成本确定减排量和对零售商的补贴率,零售商作为追随者,根据制造商的减排量确定自身的宣传努力水平,供应链结构如图1所示。

图1 双渠道供应链结构

政府为了鼓励制造商减排,补贴制造商的减排成本,制造商为了提高零售商低碳推广的积极性,分摊零售商的宣传成本。在该条件下,分别考虑:(1)W模式(制造商减排,零售商宣传);(2)R模式(政府补贴制造商);(3)G模式(制造商补贴零售商);(4)T模式(政府和制造商同时补贴)。比较分析4种模式下供应链成员的均衡结果,研究政府补贴和制造商补贴对供应链成员联合减排的影响。4种模式下,供应链的示意图如图2—5所示。

图2 W模式双渠道供应链示意

图3 R模式双渠道供应链示意

图4 G模式双渠道供应链示意

图5 T模式双渠道供应链示意

2.2 模型假设

假设1:制造商和零售商都是完全理性的,两者分别追求自身的最大收益,两者之间的信息是完全对称的。

假设2:防止零售商直接从直销渠道进货,则要保证制造商的批发价格小于直销价格,并且制造商批发单位产品的边际收益也要小于直销单位产品的边际收益,即rm1

假设4:参考徐福缘等人的研究,实际经营中,低碳产品的价格在短时间内不会频繁地改变,而且低碳产品经营的重点是给环境带来的效益[18]。所以,为了简化模型,假设产品的价格一直不变,考虑制造商的减排量和零售商的低碳宣传努力水平对市场需求产生正向影响,进一步参考覃艳华等人的研究[19],我们可以得到产品市场需求的表达式为:

Dr=δa+αeR+ηeM

(1)

Dd=(1-δ)α+ηeM

(2)

2.3 模型参数

双渠道供应链研究模型的变量参数见表1。

表1 模型参数说明

3 模型求解与分析

3.1 W模式

该模式下,制造商和零售商独自减排和低碳宣传,根据Stackelberg动态博弈,制造商作为主导者,首先确定产品的减排量,零售商再根据制造商的决策确定低碳宣传努力水平,利润函数表达式分别为:

(3)

(4)

命题1W模式下,供应链的均衡结果及制造商和零售商的利润分别为:

(5)

(6)

(7)

(8)

3.2 R模式

该模式下,政府对制造商的减排成本进行补贴,补贴率为s(0

(9)

(10)

命题2R模式下,供应链的均衡结果及制造商和零售商的利润分别为:

(11)

(12)

(13)

(14)

证明:命题2的证明过程和命题1相似,故省略。

命题3R模式下,制造商的减排量和利润、零售商的利润均与政府补贴率s呈正相关。

证明:分别对式(12)—(14)求关于s的一阶偏导,可得:

可知命题3成立。

根据命题3,政府补贴制造商能促进制造商的积极性,提高制造商的减排力度,扩大低碳产品的市场,增加制造商和零售商的收益。但政府补贴对零售商的宣传努力水平没有影响,则在该模式的基础上建立制造商独自补贴零售商宣传成本的模型,研究零售商宣传努力水平的变化。

3.3 G模式

该模式下,制造商独自补贴零售商的宣传成本,补贴率为λ(0<λ<1),根据Stackelberg博弈,制造商首先确定产品的减排量和补贴率,零售商再根据制造商的决策确定自身的宣传努力水平,其利润函数的表达式分别为:

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

(20)

(21)

3.4 T模式

该模式下,政府在补贴制造商的同时制造商补贴零售商,制造商的补贴率为λ(0<λ<1),政府的补贴率为s(0

(22)

(23)

(24)

(25)

(26)

(27)

(28)

证明:命题5的证明过程与命题4相似,故省略。

4 模型比较分析

推论1表明:(1)政府补贴制造商时,制造商的减排量增加。这是因为当政府补贴制造商时,相当于降低制造商的减排成本,制造商的利润增加,制造商利润的增加又会反过来激励制造商减排的积极性,导致减排量增加。(2)制造商分摊零售商的宣传成本,零售商的宣传努力水平增加。这是因为制造商分摊零售商的部分宣传成本,相当于降低零售商的宣传成本,零售商的利润增加,零售商利润的增加又会反过来激励零售商低碳宣传的积极性,导致宣传努力水平增加。无补贴时,制造商的减排量和零售商的宣传努力水平最小;政府和制造商共同补贴时,制造商的减排量和零售商的宣传努力水平最大。

推论2表明:(1)政府补贴制造商时,直销渠道的需求量增加。这是因为政府补贴制造商,降低了制造商的减排成本,制造商的利润增加,制造商减排的积极性增加,减排量增加,因为消费者偏好低碳产品,愿意花费更高的价格购买该产品,使得需求量增加。(2)政府补贴制造商或制造商补贴零售商时,零售渠道的需求量增加。这是因为政府补贴制造商的减排成本能提高制造商的减排量,制造商补贴零售商的宣传成本能提高零售商的宣传努力水平,零售渠道的需求量受减排量和宣传努力水平的双重影响,导致需求量增加。无补贴时,直销渠道和零售渠道的需求量最小;政府和制造商共同补贴时,直销渠道和零售渠道的需求量最大。

推论3表明:(1)政府、制造商同时补贴时,制造商的收益最优;政府补贴制造商或制造商补贴零售商次之;制造商和零售商独立减排,制造商的利润最小。制造商分摊零售商的宣传成本导致自身成本增加,但制造商的补贴使零售商的宣传力度增加,则传统零售渠道需求量增加,制造商在零售渠道和直销渠道边际利润均恒定不变的情况下,需求量增加所带来的利润远大于自身所分摊的宣传成本,制造商的利润增加。政府分摊制造商的减排成本,一方面,制造商的减排成本降低,另一方面,制造商的减排量增加,零售渠道和直销渠道的需求量均增加,在制造商边际利润恒定不变的情况下,制造商利润增加。

(2)政府、制造商同时补贴时,零售商的收益最优;政府补贴制造商或制造商补贴零售商次之;制造商和零售商独立减排时,零售商的收益最小。这是因为制造商分摊了零售商的宣传成本,一方面,零售商的宣传成本降低,另一方面,零售商的宣传努力水平增加,使得零售渠道的需求量增加,在边际利润恒定不变的情况下,零售商的利润增加。政府补贴制造商,制造商的减排量增加,零售渠道的需求量增加,在边际利润恒定不变的情况下,零售商的利润增加。

推论44种模式下,制造商的减排量与η、rm1、rm2呈正相关,与φ呈负相关;零售商的宣传努力水平与α、rr呈正相关,与β呈负相关。

推论5表明,若制造商要提高减排量,一方面,降低减排成本系数,使用更加先进的生产设备或优化产品的生产流程;另一方面,增加消费者的低碳意识,提高消费者的低碳偏好系数,低碳偏好系数越大,需求量越大,需求量增加又会反过来促进制造商减排,制造商减排量增加。

若零售商要提高宣传努力水平,一方面,降低宣传成本系数,推广“碳标签”或“能耗标示”等;另一方面,提高零售商的宣传努力水平对需求的影响系数,零售商针对不同的消费者采取不同的宣传方法,需求量增加又会反过来促进零售商宣传,零售商的宣传努力水平增加。

5 数值分析

因为上述模型中的均衡结果比较复杂并且参数过多,本节则采用MATLAB软件进行数值仿真,进一步分析消费者低碳偏好系数、政府补贴率和消费者对零售渠道的偏好系数对直销渠道和零售渠道的需求量、制造商和零售商利润的影响。在满足上述情况的条件下,本节各项参数赋值如下:令α=100,α=5,rm1=40,rm2=45,rr=25,β=3,φ=2,分析结果如下。

5.1 低碳偏好系数对最优决策的影响

当δ=0.4,s=0.4,η在[1,5]范围内变动,各决策变量的结果如图6—图9所示。

图6 低碳偏好系数对零售渠道需求量的影响

由图6可知,零售渠道的需求量与消费者的低碳偏好呈正相关,并且随着低碳偏好系数的增加,需求量增加的速率变快。W模式下,需求量最小;T模式下,需求量最大;当低碳偏好系数较小时,G模式下的需求量大于R模式,但当低碳偏好系数较大时,减排量对零售渠道需求量的影响增加,使得R模式的需求量大于G模式。由图7可知,直销渠道的需求量与消费者的低碳偏好呈正相关,随着低碳偏好系数的增加,需求量增加的速率越快。R和T模式下的需求量相等,始终大于W和G模式。即验证了推论2。

图7 低碳偏好系数对直销渠道需求量的影响

由图8可知,制造商的利润与消费者的低碳偏好正相关,并且随着低碳偏好系数的增加,利润增加的速率加快。当低碳偏好系数在一定范围内时,T模式下,制造商的利润最大;R模式次之;其次是G模式;W模式下,制造商的利润最小。由图9可知,零售商的利润与消费者的低碳偏好正相关,并且随着低碳偏好系数的增加,利润增加的速率越快。T模式下,零售商的利润最优;W模式下,利润最小;当低碳偏好系数较小时,G模式下的零售商利润大于R模式,但当低碳偏好系数较大时,R模式下的利润大于G模式,即验证了推论3。

图8 低碳偏好系数对制造商利润的影响

图9 低碳偏好系数对零售商利润的影响

5.2 政府补贴率对最优决策的影响

当η=4,δ=0.4,s在[0.2,0.8]范围内变动,各决策变量的结果如图10—图13所示。

图10 政府补贴率对传统零售渠道需求量的影响

由图10可知,R和T模式下,零售渠道的需求量随政府补贴率的增加而增加,并且随着补贴率的增加,需求量增加的速率越快。W和G模式下,零售渠道的需求量与政府的补贴率无关。当低碳偏好系数在一定范围内时,T模式下,零售渠道的需求量最大;R模式次之;其次是G模式;W模式下,需求量最小。由图11可知,R和T模式下,需求量相等,两种模式下直销渠道的需求量随政府补贴率的增加而增加,并且随着补贴率的增加,需求量增加的速率越快。G和W模式下,需求量相等,并且小于R和T模式;两种模式下直销渠道的需求量与政府的补贴率无关,这是因为政府补贴制造商,制造商减排的积极性增加,减排量增加,直销渠道的需求量受减排量的影响,使得需求量增加。

图11 政府补贴率对直销渠道需求量的影响

由图12可知,R和T模式下,制造商的利润随着政府补贴率的增加而增加,并且随着补贴率的增加,利润增加的速率越快。W和G模式下,制造商的利润与政府的补贴率无关。当低碳偏好系数在一定范围内时,T模式下,制造商的利润最大,R模式次之,其次是G模式;W模式下,制造商的利润最低。由图13可知,R和T模式下,零售商的利润与政府补贴率呈正相关,并且随着补贴率的增加,零售商利润增加的速率越快。W和G模式下,零售商的利润与政府的补贴率无关。当低碳偏好系数在一定范围内时,T模式下,零售商的利润最大,R模式次之,其次是G模式;W模式下,零售商的利润最低。

图12 政府补贴率对制造商利润的影响

图13 政府补贴率对零售商利润的影响

5.3 消费者对零售渠道的偏好对利润的影响

当η=4,s=0.4,δ在[0,1]范围内变动,制造商利润、零售商利润和总利润如图14—图16所示。

图15 消费者对零售渠道的偏好对零售商利润的影响

图16 消费者对零售渠道的偏好对总利润的影响

由图14—图16可看出,当δ∈[0,1]时,制造商的利润与消费者对零售渠道的偏好负相关;T模式下,制造商的利润最大,R模式次之,其次是G模式;W模式下,制造商的利润最低。零售商的利润与消费者对零售渠道的偏好呈正相关,并且T模式下,零售商的利润最大,R模式次之,其次是G模式;W模式下,零售商的利润最低。供应链的总利润始终与消费者对零售渠道的偏好呈正相关,这是因为,零售商利润所增加的幅度始终大于制造商利润所减少的幅度,使得总利润持续增加。

零售商的利润始终在增加,制造商的利润始终在减少,但有趣的是,零售商的利润始终小于制造商的利润。当δ=0时,即消费者对零售渠道的偏好为0时,零售商的利润仍然大于零,这是因为,零售商已经通过低碳宣传策略,在市场上获得了潜在的客户,占据了一定的市场份额。

6 结 论

本文以二级供应链为对象,研究供应链各成员间的联合减排问题,建立了无补贴、政府补贴制造商、制造商补贴零售商、政府补贴制造商且制造商补贴零售商4个模型,求解出供应链成员决策的最优值。分析比较发现:(1)R和T模式下,政府补贴和消费者低碳偏好均具有正向作用,即政府补贴率和消费者低碳偏好系数的增加,能提高制造商的减排量,增加市场需求,提高供应链的利润;(2)G和T模式下,制造商补贴具有正向作用,制造商分摊零售商的宣传成本,提高零售商宣传努力水平,零售渠道的需求量增加,供应链的利润增加;(3)当政府补贴率和消费者对零售渠道的偏好在一定范围内时,T模式下,制造商和零售商的利润最大,R模式次之,其次是G模式;W模式下,制造商和零售商的利润最低。

综上所述,政府对制造商进行补贴,提高了制造商减排的效率,减排量增加。制造商对零售商的宣传成本进行补贴,提高零售商的宣传力度,宣传努力水平增加。消费者越青睐低碳产品,制造商和零售商减排的积极性就越大,其利润也就越高。但本文仍存在进一步研究的空间,例如将制造商和零售商的边际利润作为决策变量,考虑制造商和零售商之间信息不对称的情况,考虑碳交易、碳配额等其他政府政策对供应链联合减排的影响。