考虑政府补贴的闭环供应链决策研究

张士帆

(青岛科技大学 经济与管理学院, 山东 青岛 266061)

随着生产力的发展,人们逐渐步入循环经济时代,而社会闲置物品规模也越来越庞大。根据《全球2020年电子垃圾监测报告》显示,2019年全球产生了5 360万t电子垃圾,但只有17.4%通过回收进行了再利用[1]。为了实现低碳生产,许多企业开始布局于再制造领域。例如,海尔投资5亿美元建设“互联网+回收”,实现垃圾家电回收、拆解、再利用全过程的互联互通。

与制造新产品相比,再制造产品在功能上和质量上与新品相同,但零售价格明显低于普通产品,同时,再制造产品可节约成本50%,节能60%,节约原材料70%以上,减少二氧化碳排放量80%以上[2]。因此,回收再制造模式以其节能减排等优势,成为企业的重要发展战略[3]。然而,虽然通过再制造可以获得显著的环境效益和经济效益,但由于再制造行业具有特定的技术门槛,以及目前相关政策并不完善,使得企业的回收积极性并不高。因此,为了鼓励企业进行低碳再生产,世界各国政府实施了各种补贴政策来激励企业[4],同时也引起了相关学者的广泛关注。部分学者考虑政府的回收补贴政策,从补贴政策类型、补贴对象等角度出发,分析了各类回收补贴对闭环供应链的影响。

再制造过程中,回收是非常重要的一环。相关研究针对不同回收主体展开了讨论。Zhang等[5]分析了6种锂离子电池的回收方式,制造商回收、零售商回收、第三方回收以及三者之间两两合作回收,发现拥有渠道优势的制造商和有销售网络的零售商合作能实现更高的回收率和社会福利。公彦德等[6]考虑了在制造商主导和销售商主导两种权力结构下的4种混合回收模式,并研究了不同博弈结构下的最优定价决策。结果表明逆向供应链系统的最优决策为制造商主导两者混合回收或三者混合回收。但Li等[7]通过观察发现传统回收方式存在回收周期长、信息不对称等问题,从而会影响企业和消费者的回收积极性,而回收平台的出现可以很好地解决这些问题,因此,京东拍拍、苏宁易购、爱回收、 回收宝等网络回收平台如雨后春笋般涌现。刘凯等[8]也通过研究证明了通过电商平台进行回收可以显著提高产品的再利用率。同时,与网络平台的销售模式类似,网络平台的回收模式主要有委托回收和平台代收两种。委托回收模式中,制造商委托网络平台回收废旧产品,网络平台通过向消费者回收废旧产品并转移给制造商,制造商向网络平台支付的回收转移费用并从废旧产品的处理中获得相应收益。代收模式中,制造商借助网络平台向消费者回收废旧产品,网络平台则为制造商提供回收服务,并向其收取回收佣金来获益。

在此基础上,引入不同政府补贴方式,构建电商平台负责回收的闭环供应链模型,并将其回收模式类比到网络平台的销售模式,从而探索不同回收模式下,政府补贴会如何影响供应链决策,以期对现实中回收供应链各成员的策略选择及政府补贴政策制定提供建议与管理启示。

1 问题描述与假设

1.1 模型描述

考虑一个再制造商、一个电商回收平台(简称平台)和消费者构成,涉及回收、再制造和销售的闭环供应链。再制造商通过平台回收二手产品,与网络平台的销售模式类似,将其分为委托回收模式和代收回收模式。同时,由于废旧产品的回收和再制造商的碳减排有利于提高环境效益,因此,政府会对其进行补贴以激励企业回收废旧产品并将其加工成低碳产品。参考Yu等[9]的研究,将其分为产量补贴和碳减排补贴,基于政府的不同补贴方式与平台的不同回收模式构建了4种回收情境:①代收模式下,政府进行产量补贴;②代收模式下,政府进行碳减排补贴;③委托模式下,政府进行产量补贴;④委托模式下,政府进行碳减排补贴。理论模型如图1所示,相关符号及其含义见表1。

图1 理论模型

1.2 研究假设

基于研究侧重点,在建立模型时做出如下假设。

1)回收价格和回收服务水平会影响废物的回收量,假设回收量函数q满足q=βpr+φ。

3)碳减排水平越高,说明企业投入的资金越多,相应的再制造产品的价格也就越高,因此,假设p=b+kl。

4)平台在进行回收时,会进行严格的评价和筛选,以确保回收到的二手产品具有再利用的价值。

2 模型建立与求解

2.1 政府产量补贴下的代收模式

产量补贴下的代收模式,再制造商先决定产品的回收价格pr和再制造过程中的碳减排水平l,平台决策自身的服务水平s,为刺激再制造商进行回收,政府会对再制造商回收的每件产品进行补贴θ。

再制造商利润:

平台利润:

供应链总收益:

π1=πm2+πe2-θq。

2.2 政府碳减排补贴下的代收模式

碳减排补贴下的代收模式,再制造商先决定产品的回收价格pr和再制造过程中的碳减排水平l,平台决策自身的服务水平s,为刺激再制造商减少碳排放,政府会根据再制造商的减排水平给予碳减排补贴τ。

再制造商利润:

平台利润:

供应链总收益:

π2=πm2+πe2-τl。

2.3 政府产量补贴下的委托模式

产量补贴下的代收模式,再制造商先决定产碳减排水平l,平台决策自身的服务水平s以及产品的回收价格pr,为刺激再制造商进行回收,政府会对再制造商回收的每件产品进行补贴θ。

再制造商利润:

平台利润:

供应链总收益:

π3=πm3+πe3-θq。

利用逆向归纳法求解,先对s、pr求一阶偏导,得

代入πm3得

2.4 政府碳减排补贴下的委托模式

碳减排补贴下的代收模式,产碳减排水平l,平台决策自身的服务水平s以及产品的回收价格pr,为刺激再制造商减少碳排放,政府会根据再制造商的减排水平给予碳减排补贴τ。

再制造商利润:

平台利润:

供应链总收益:

π4=πm4+πe4-τl。

利用逆向归纳法求解,先对s、pr求一阶偏导,得

代入πm4得

3 结果对比

命题1：

平台服务水平不受政府补贴的影响。代收模式下,政府补贴对供应链整体具有正向影响,随着政府补贴的增加,废弃产品的回收价格和回收数量增加,再制造产品的碳减排率提高,再制造商和平台的利润也会相应增加。委托模式下,当政府进行碳减排率补贴时,回收价格、回收量和平台利润均与补贴无关,即政府补贴不会对平台决策产生影响。当政府进行产量补贴时,不仅平台决策不会受到政府补贴的影响,而且再制造产品的碳减排率也不会受到影响。这说明政府补贴并不会激励平台改变其服务水平,服务水平是其自身的固定运营成本,只受佣金的影响。同时与委托模式相比,代收模式下,政府补贴的影响范围更广。

命题2：碳减排成本对供应链的影响。

1)代收模式下:

2)委托模式下:

两种模式下,平台服务水平均与碳减排成本无关。代收模式下,回收价格、碳减排水平、销售价格、回收数量、制造商利润、平台利润均与供应链整体利润与减排成本系数呈负相关关系。

这表明随着碳减排成本的增大,从自身利益角度出发,再制造商不仅会降低其碳减排水平,还会以较低的价格回收二手产品,从而导致二手产品回收量下降,对平台利润产生消极影响。而在委托模式下,回收价格、回收数量和平台利润与减排成本系数无关,再制造产品绿色度、销售数量、制造商利润、供应链整体利润与减排成本系数呈负相关。这表明委托模式下,碳减排成本只对再制造商有负向影响,而不会对回收平台产生影响。这是因为尽管再制造商的碳减排成本较大,但二手产品回收端由平台掌握,当平台对再制造商给出的返还价格不满意时,可以找寻其他厂商进行合作,因此,委托模式下,碳减排成本对平台并无影响。

命题3：政府补贴对不同模式下再制造产品碳减排水平的影响。

代收模式下,碳减排水平与补贴呈正相关关系;而委托模式下,碳减排补贴正向影响碳减排水平,产量补贴对碳减排水平没有影响。这是因为当平台选择代收模式时,再制造商处于供应链主导地位,平台只收取固定费用的佣金,二手产品回收量与再制造产品碳减排水平都由再制造商决定,因此产量补贴和碳减排补贴都会正向影响再制造商的碳减排水平;而当平台选择委托模式时,二手产品的回收数量完全由平台决定,虽然平台和再制造商是合作关系,但再制造商只能被动地对平台返还的产品进行再制造,因此作用于再制造商的产量补贴并不会激励其进行减排行为。

结论1：l1

不管是代收模式还是委托模式,产量补贴的再制造产品碳减排率总是小于碳减排补贴,但产品价格也相对较低。这说明碳减排补贴对于降低碳排放具有更加直接有效的作用,但因为价格较高,不利于低碳产品的推广。因此,为了推广低碳再制造产品,政府一开始可以通过产量补贴的形式,促使制造商以较低的价格出售低碳再制造产品,提高产品的市场竞争力,当低碳再制造产品占有一定市场份额后,再采取碳减排补贴的方式激励企业进一步降低碳排放量。

结论3：不同回收模式下政府补贴对平台的影响:

结论4：πg1>πg2,πg3>πg4。

不管是代收模式还是委托模式,产量补贴下的供应链总体利润总是大于碳减排补贴。从制造商角度说,相比于碳减排补贴,产量补贴可以刺激再制造商的回收-再制造-再销售过程,提高了再制造效率,可以获取更多的利润;从环境角度来说整个社会的废弃产品减少,对环境的损害降低,具有明显的环境效益,从而供应链整体利润得到提高。

4 算例分析

为了进一步对上述4种情境的最优决策结果进行研究,运用MATLAB软件对相关参数进行算例分析。在满足模型的假设条件下,不失一般性, 按照限定条件选定参数,借鉴先前研究的参数赋值思想,假定b=2,λ=0.5,γ=2.1,θ=0.5,τ=0.5,k=3。

4.1 供应链整体利润分析

如图2、图3、图4和图5所示,不同模式下,产量补贴总能达到更高的供应链利润。4种情境下的供应链整体利润都随着碳减排成本和平台服务成本的增加而降低,且代收模式下供应链利润对碳减排成本更敏感,委托模式下供应链利润对平台服务成本更敏感。同时,供应链整体利润随着消费者回收价格敏感性和服务敏感性的增加而增加,且消费者回收价格敏感性在代收模式下对供应链利润影响更大,消费者服务敏感性在委托模式下对供应链利润影响更大。因此,代收模式下再制造商可以选择提高回收价格,委托模式下可以平台可以选择提高自身服务水平,以此实现供应链整体利润最大化。

图2 碳减排成本对整体利润的影响

图3 消费者回收价格敏感性对整体利润的影响

图4 消费者服务敏感性对供应链整体利润的影响

图5 平台服务成本对供应链整体利润的影响

4.2 二手产品回收数量分析

图6 碳减排成本对回收数量的影响

如图7所示,4种情境下,二手产品回收数量都随着平台服务成本的增加而增加,委托模式下虽然补贴方式不同,但回收量也是相等;由于研发成本较低,所以代收模式下产量补贴的回收量要小于产量补贴。

图7 平台服务成本对回收数量的影响

4.3 碳减排率分析

取b=2,λ=0.5,γ=2.1,θ=0.5,τ=0.5,k=3。如图8、图9所示,在不同回收模式下,碳减排补贴总能达到更高的碳减排率,且碳减排成本在代收模式下对碳减排率的影响更大。同时,碳减排率会随着碳减排成本和平台服务成本的增大而减小,当碳减排成本太大时,不同模式下的碳减排率都会趋于相同。

图8 碳减排成本对碳减排率的影响

图9 平台服务成本对碳减排率的影响

5 结论

为了分析政府补贴对不同再制造回收方式的影响,基于政府补贴再制造商的情况,构建了4种情形下的再制造博弈模型,通过对比政府不同补贴策略下的不同回收模式的最优解,得出以下结论和启示。平台的服务水平只会因为回收模式的改变而改变,并不会受到政府补贴的影响。因此想要提高平台服务水平,促进平台化回收模式,需要直接对平台进行补贴。而不管是委托回收模式还是代收模式,政府碳减排补贴总能达到更高的碳减排率,而产量补贴总能使供应链整体利润最大化利润。因此,虽然政府补贴有利于回收产业的发展,但也要根据实际情况,选择最有效率的财政措施,既要花得“出师有名”,又要花得“名副其实”,还要花出效益。在委托回收模式下,政府选择哪种补贴方式都不会对回收量产生影响。而代收模式下,产量补贴并不总能最大限度地减少社会废弃产品总量,这还与再制造商的碳减排成本有关。当企业碳减排成本高时产量补贴更有利于废弃产品的回收,而当碳减排成本较低时,企业拥有多余的资金进行回收,碳减排补贴更有利于废弃产品回收。