基于信息不对称与风险规避的低碳闭环供应链定价决策研究

祝爱民, 张云鹏, 于丽娟

(沈阳工业大学 管理学院, 辽宁 沈阳 110870)

随着全球变暖的加剧,世界各国都在积极开展低碳减排工作,中国政府在《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和二○三五年远景目标纲要》和2021年《政府工作报告》中都强调了碳达峰、碳中和相关工作。在实现碳中和的过程中,实现废旧产品的再循环、再利用并通过有效处理降低碳排放的闭环供应链,对实现碳达峰、碳中和具有重要意义。当前,制造业处于日趋复杂国际环境中,如新冠疫情和气候变暖等加剧了市场信息和供应链中断危机对制造业的冲击,迫使决策者风险规避程度不断提高,使得闭环供应链定价决策更加复杂困难。因此,如何在闭环供应链中实现最优决策,成为制造企业在低碳经济发展模式中承担碳减排和环境治理责任的重要一环。

一、文献综述

已有学者在供应链决策研究中,针对碳减排政策对供应链决策的影响进行了探讨。研究主要集中在碳限额与碳税两种政策下的供应链决策问题。张艳丽等在碳限额政策下,研究供应链的减排、生产和融资决策问题以及整个供应链联合动态减排问题[1-3]。李晓莉等在碳税与碳交易背景下,分析了单位碳排放量、碳税税率、碳减排补贴率对最优决策结果的影响以及碳税约束下制造商负责回收时的分散决策和联合决策[4-5]。以上关于碳减排政策下供应链决策的研究,均基于制造商与零售商信息对称的前提,未考虑两者间信息不对称对供应链的影响,而信息不对称会使闭环供应链受到一定负面影响,如供应链整体效用降低、各成员之间利润分配困难、决策者风险规避程度提高等。

在现实中,供应链各成员之间完全的信息对称难以实现。已有研究主要针对投资参数、市场需求、生产成本、回收运营成本等因素导致的信息不对称进行了研究分析。韩小花等在投资规模参数信息不对称的背景下,探讨了闭环供应链的合作机制[6]。周珺等对需求信息不对称时供应链的定价决策进行了研究[7-8]。刘浪等在成本信息不对称条件下,对供应链销售模式选择和设计供应链契约协调优化供应链定价决策问题进行了研究[9-10]。张盼等对整个闭环供应链受回收成本信息不对称及合同设计影响进行研究[11]。丁斌等对制造商谎报再制造工艺水平对闭环供应链的影响进行研究[12]。以上研究均假设决策者为风险中性,但由于各种因素如信息不对称等,造成现实中的决策者通常具有风险规避的特点[13]。

综上所述,在已有的闭环供应链决策研究中,大多只单独考虑了成员风险规避特性及信息不对称对闭环供应链中决策的影响。然而,现实中的决策者并非完全理性,通常具有不同程度的风险规避特性,且供应链成员为获取更大利益可能出现谎报行为带来信息不对称,二者同时影响定价决策和成员效用。鉴于此,本文考虑制造商具有风险规避特性,零售商对回收运营成本可能谎报,制造商根据零售商提供的回收运营成本和市场上披露的回收价格确定从零售商转移回收产品的转移价格,且二者间信息不对称,采用均值方差法建立由制造商主导的Stackelberg博弈模型,研究其对产品批发、销售、回收、转移价格与成员效用和碳排放量的影响。本文的创新之处如下:同时考虑了信息不对称和风险规避对闭环供应链定价决策的影响,构建Stackelberg博弈模型,以制造商为主导并分析其对价值链定价、效率和碳排放的影响。

二、模型描述与符号说明

在由单个制造商和单个零售商组成的闭环供应链中,零售商负责回收,制造商将回收的产品从零售商处转移的转售价格为A,将新产品和回收再制造产品批发给零售商的批发价格为w,零售商决定产品的销售价格为p,废旧产品的回收价格为h,该过程中的回收运营成本为c。为便于研究,对模型进行如下假设:

(1) 根据碳减排和交易政策,参考邹浩的研究[22],制造商获得的碳排放配额为E;生产新产品的碳排放量为en;生产回收再制造产品的碳排放量为er。制造商可以投资相关可持续技术以减少碳排放;产品的碳减排率为e;碳减排投资成本系数为μ;相应的投资成本为μe2/2;剩余的碳排放限额以单位价格pm售出。

(2) 市场需求函数为D=α-βp+ε,式中:α为市场中该产品的基础需求;β为需求函数受销售价格影响的敏感性系数;ε为市场需求中存在的随机变量,即随机需求,ε～N(0,α2)。

(3) 废旧产品的回收函数为N=a+bh,式中:a为受消费者环保意识影响的市场中的基础回收规模;b为回收量受回收价格影响的敏感系数。

(4) 假设新产品和回收再制造产品相同,消费者接受程度也相同,新产品生产单位成本为cn,回收再制造产品单位成本为cr且cr

综上,零售商效用、制造商效用与制造商碳排放量可分别表示为

Ur=(p-w)D+(A-h-c)N

(1)

Um=(w-cn)D+(Δ-A)N-km(w-cn-

(D-N)-(er-e)N]

(2)

T=(en-e)(D-N)+(er-e)N

(3)

三、模型构建与求解

1. 信息对称决策模型

利用逆向归纳法求得子博弈纳什均衡解。首先分析追随者零售商的效用函数,令pIS*,hIS*为零售商的最优销售价格和最优回收价格(其中上标IS表示零售商与制造商之间完全信息对称的情形),求解可得

定理1在信息对称的条件下,当零售商效用最大时,最优销售价格与最优回收价格分别表示为

(4)

(5)

证:对式(1)化简并分别对p和h求导,结果如下:

(6)

(7)

令H1为Ur的Hessian矩阵,可得

(8)

令wIS*,AIS*为制造商的最优批发价格和最优转移价格,求解式(2)可得

定理2在信息对称的情况下,当主导者制造商效用最大时,存在最优的批发价格、转移价格和碳减排率,分别表示为

(9)

(10)

(11)

证:对式(2)化简并分别对w,A和e求导,结果如下:

(12)

(13)

(14)

令H2为Um的Hessian矩阵,可得

(15)

故将wIS*，AIS*代入PIS*，hIS*中可得

(17)

(18)

(19)

(20)

2. 信息不对称决策模型

由于供应链决策是分散的,决策者以自己的利益作为决策依据,很难实现制造商和零售商之间的完全信息对称。故制造商可根据零售商提供的回收价格、回收运营成本,确定合理的转移价格。转移和回收价格不仅对回收效率和供应链产生重大影响,而且还会进一步影响消费者对废旧产品回收的积极性。然而,决策过程的分散化将不可避免地导致信息不对称,制造商无法得知回收过程中的回收运营成本,因此,零售商可能会提供虚假信息以获得更大的利益。

(21)

定理3在信息不对称的条件下,当零售商效用最大时存在最优销售、回收价格(上标IA表示零售商与制造商之间信息不对称的情形),则

(22)

(23)

将上述结果代入制造商效用函数中可得:

(24)

(25)

(26)

(27)

cn-cr-c>0

(28)

将上述结果代入零售商、制造商效用函数及碳排放量函数中可得:

(29)

pm[E-(en-e)(DIA*-NIA*)-

(er-e)N]

(30)

(31)

3. 信息对称与不对称决策结果对比分析

结论1信息对称与不对称时,且0

由结论1可知,在信息对称与不对称情形下,考虑原料的获取、产品的生产、销售的正向供应链并不受谎报回收运营成本的影响,只受到闭环供应链中主导者风险规避程度的一定影响。故该模型中制造商应首先确定批发价格和碳减排率,零售商作为追随者根据制造商的决定确定产品的销售价格。正向供应链中的决策主要受主导者决策过程中风险规避特性的影响,零售商是否谎报回收运营成本信息对其影响不大。

由结论2可知,在信息对称与不对称的情形下,与正向供应链相反,考虑废品回收、进行再制造的逆向供应链主要受零售商的信息谎报影响。信息不对称下对比分析回收价格和转移价格可以发现,回收价格下降,而转移价格却随着谎报程度加深而增加。制造商在回收成本增加的情形下,需提高一定的转移价格以对零售商的回收活动进行激励,保证回收活动的正常进行。

由结论3可知,当零售商谎报回收运营成本信息,造成制造商与零售商信息不对称时,受其谎报的回收运营成本影响,如转移价格增加、批发价格降低、回收数量减少、需求数量增加等,使得制造商的效用降低;而零售商为获取更大的利益会选择进行信息谎报。此时,应充分考虑自身利益的影响因素,对谎报回收运营成本进行最优定价决策,使零售商的效用在最优谎报运营成本时达到最大,即当信息不对称时零售商效用增加。

结论4信息对称与不对称时,碳排放满足关系TIS*

在信息不对称情况下,随着零售商谎报回收运营成本,碳减排率并未受其影响,反而主要受制造商风险规避的影响较大,且与其呈反比例关系。回收运营成本的增加对回收价格和转移价格产生一定影响,甚至进一步导致市场的回收数量受到冲击,表现为回收价格降低,回收数量减少,生产的产品中回收再制造产品的数量降低,新产品的比重上升;这将进一步导致制造商碳减排率下降、回收再制造产品占比下降,在其共同作用下制造商的碳排放量将一定程度地增加。

四、数值分析

参考尚春燕等的研究[23-24],模型参数取值如下:cn=60,cr=40,α=200,β=1,a=5,b=2,E=500,pm=6,en=12,er=6,μ=30,σ=5。利用以上参数值对制造商风险规避系数变化对制造商和零售商正向供应链中定价决策与碳减排量的影响进行讨论分析,具体如图1所示。

图1 制造商风险规避系数变化的影响

由图1可知,随着制造商风险规避程度增加,制造商将降低批发价格,零售商受供应链中主导者风险规避的影响也将销售价格降低,进而达到提高产品市场需求量、抵御市场风险的目的。对比销售价格与批发价格发现,批发价格的降幅明显大于销售价格,增加零售商产品的单位利润,即制造商风险规避程度提高对零售商效用增加有一定积极影响,制造商越来越保守的态度也使其不断降低碳减排投资成本,从而抵御市场风险,降低碳减排率。

在上述基本模型的基础上,进一步比较信息对称和信息不对称的情况。将回收运营成本0≤c≤50作为信息不确定时的区间,与回收运营成本确定时的最优决策进行比较,结果如图2所示。

图2 制造商回收运营成本的影响

由图2可知,当零售商向制造商谎报回收运营成本的谎报值增加时,制造商会较高地估计市场回收难度,进而提高相应的转移价格。为保证回收过程中的利润,即回收运营成本与回收价格之和应小于转移价格,回收运营成本谎报值增加使得回收价格不断降低;当回收运营成本谎报值过大时,回收价格不断下降至产生负值,因回收价格相对透明,可知零售商回收运营成本的谎报值应在一定区间内,不可过于夸大。

进一步分析决策者效用与制造商碳排放量受信息不对称与风险规避的影响,并与制造商风险中性及回收运营成本确定时的最优决策进行比较,结果如图3所示。

图3 风险规避系数和回收运营成本的影响

由图3可知,零售商回收运营成本信息不对称抬高了制造商的转移价格,制造商风险规避程度的提高降低了批发价格,即成本增加利润的降低、回收运营成本的增加及制造商风险规避程度的提高均对制造商效用产生消极影响,且回收价格的降低导致了零售商回收数量的减少,进而造成回收再生产的产品数量下降。此外,由于信息不对称主要对逆向供应链产生影响,在市场需求数量不变的情况下,碳排放量随之增加,剩余的碳排放额度减少,通过售卖碳排放额度获得的利润也随之减少,进一步导致制造商效用逐渐下降。零售商通过谎报回收运营成本获取更大利益和制造商风险规避程度的提高,使得批发价格、销售价格随之下降,但销售价格降幅远小于批发价格,这就导致零售商利润有所增加,即制造商风险规避程度提高与回收运营成本谎报值的增加均对零售商效用发挥积极作用,使得零售商效用逐渐增加,且回收运营成本为最优决策时效用达到最大。由于碳减排率随着制造商风险规避程度提高而减小,制造商态度愈发保守,促使制造商通过降低相应碳减排投资成本的方式来抵御市场风险;零售商回收运营成本谎报值的增加使得产品市场需求量增加、废旧产品回收量减少,即新产品与回收再制造产品的碳排放量、销售数量均有所增加,使得制造商碳排量不断提高。

五、结论与启示

本文考虑了制造商风险规避特性和零售商为获取更大利益谎报回收运营成本造成的信息不对称情况,构建了制造商主导的Stackelberg博弈模型,并对信息对称和信息不对称两种情况下的最优决策进行分析。研究发现:(1)随着制造商风险规避程度的提高,销售价格、批发价格和碳减排率逐渐降低。制造商转移价格与回收运营成本谎报值呈正相关关系,而与回收价格、回收数量呈负相关关系。(2)零售商谎报回收运营成本信息使得制造商风险规避程度和转移价格增加,即不断增加回收再制造产品成本,对制造商效用造成消极影响,使得制造商效用减少,零售商效用增加,且零售商谎报回收运营成本谎报值存在拐点,零售商效用提升至最大值后开始下降。(3)制造商风险规避特性和信息不对称均对制造商碳排放量产生消极影响。

根据以上研究结果,可以得到相应的管理启示:(1)作为供应链主导者的制造商,面对故意谎报导致的信息不对称现象,应积极构建信息共享机制来减弱信息不对称、提高信息透明度,以提高决策的正确性。(2)供应链决策者可通过增加废旧产品回收数量的方式规避市场风险,减少损失,并通过回收再制造来提高相关的利益。

本文只研究了制造商风险规避,零售商谎报回收运营成本时的定价策略,而现实生活中决策者可能存在多种风险态度,如更接近市场的零售商拥有产品市场需求信息,制造商则拥有产品生产成本信息,因而决策者可能会为获取更大利益而对私有信息进行一定程度的谎报,从而造成信息不对称现象。故下一步可开展考虑供应链成员在不同风险态度下拥有生产成本信息或市场需求信息不对称时的研究。