基于產品差異的閉環供應鏈績效分析

趙曉芳, 趙曉敏

(1.上海理工大學外語學院,上海 200093；2.上海大學管理學院,上海 200444)

基于產品差異的閉環供應鏈績效分析

趙曉芳1, 趙曉敏2

(1.上海理工大學外語學院,上海 200093；2.上海大學管理學院,上海 200444)

針對新品與再制造品有差異的情況,利用博弈論對制造商、零售商構成的兩級閉環供應鏈系統進行建模,著重分析在分散決策方式下,消費者對再制造品的認可度以及回收再制造成本對產品銷量和供應鏈績效的影響.研究表明,當消費者對再制造品的認可度很高時,回收再制造是制造商和零售商獲利的一種重要戰略選擇;當消費者對再制造品的認可度很低時,制造商的理性選擇是不考慮進行產品回收再制造;當消費者對再制造品的認可度中等時,是否進行產品再制造則要視回收再制造成本而定,當回收再制造成本較低時考慮進行產品的回收再制造,當回收再制造成本較高時則不考慮回收再制造,只生產新品.

閉環供應鏈;產品再制造;產品差異;博弈論

近年來隨著環境問題的日益凸顯,閉環供應鏈系統的實踐應用和理論研究受到越來越多的關注.與傳統供應鏈系統相比,閉環供應鏈系統通過產品的正向交付與逆向回收再利用,使“資源-生產-消費-廢棄”的開環過程變成了“資源-生產-消費-再生資源”的閉環反饋式循環過程.該系統減少了對初始資源的獲取,同時還減少了最終垃圾的數量,對企業以及整個社會的可持續發展具有積極意義.

對研究者和管理者而言,閉環供應鏈系統是否優于傳統供應鏈系統,以及產品再制造活動究竟會給企業帶來怎樣的影響是一個非常值得研究的問題.近幾年,越來越多的學者開始運用博弈論的方法研究閉環供應鏈的問題.Savaskan等[1]基于確定的線性需求,研究了1個制造商和1個零售商在再制造閉環供應鏈中的決策問題以及回收渠道的選擇問題,主要考慮了3種回收渠道:制造商直接回收、制造商委托零售商回收和制造商委托第三方回收,著重研究了渠道成員在不同回收渠道下的最優決策,通過批發價格、銷售價格以及成員企業利潤和系統總利潤的對比研究,探討了不同回收渠道對閉環供應鏈成員定價及利潤的影響.Savaskan等[2]在2006年擴展了前一研究,探討了零售商存在競爭情形下不同回收渠道對閉環供應鏈成員定價及利潤的影響.Karakayli[3]假定需求為回收價格和零售價格的線性函數,研究了集中式和分散式情形下耐用品的回收定價及再制造品的銷售定價問題.黃祖慶和達慶利[4]研究了直線型再制造供應鏈在不同決策結構下的收益以及與集成式“超組織”結構相比的效率損失.易余胤[5]建立了制造商領導、零售商領導以及市場無領導這3種不同市場力量下的閉環供應鏈博弈模型,研究了不同市場力量結構對渠道成員決策的影響.

本文主要對新品與再制造品存在差異的情況,建立1個制造商和1個零售商構成的兩級閉環供應鏈博弈模型.本文的研究目標為:a.分析不同差異度下,制造商和零售商在分散決策方式下的最優銷量與收益問題；b.通過數值分析,探討不同差異度下,消費者對再制造品的認可度以及逆向回收再制造成本對產品銷量和供應鏈績效的影響效應,進而剖析產品回收再制造對制造商以及零售商的戰略意義.

1 系統描述與研究假設

1.1 系統描述

本文的研究對象如圖1所示,在該系統中制造商以回收成本A從市場回收廢舊產品用于再制造,并分別以批發價格wn和wr將產品銷售給下游零售商,零售商再分別以價格pn和pr銷售給終端市場.

圖1 有差異情況下閉環供應鏈分散決策模型Fig.1 Decentralized model in a closed-loop supply chain with products difference

文中wn,wr分別為新品和再制造品的批發價格；qn,qr分別為新品和再制造品的銷量；pn,pr分別為新品和再制造品的零售價格；cn為單位新產品生產成本,cr為單位廢舊產品再制造成本；un,ur分別為消費者對新品和再制造品品質的認可度；σ為新品和再制造品的差異度；A為單位回收成本；∏i為渠道成員企業i的利潤,i為M代表制造商,i 為R代表零售商,i為T代表供應鏈整體.

1.2 研究假設

假設1 制造商、零售商分別制定最優決策,決策方式為完全信息下的非合作二階段Stackelberg博弈,制造商為博弈的領導者.

假設2 再制造品和新品存在差異,消費者對再制造品的認可度,不高于對新品的認可度,即ur≤un.

假設3 單位再制造成本與回收成本之和小于單位新產品成本,即cr+A＜cn,這是制造商愿意進行產品再制造的直接經濟動因.

假設4 閉環供應鏈的決策是單期決策.

2 消費者效用函數

本文在Shubik和Levitan于1980提出的經典消費者效用函數基礎上,借鑒Symeonidis[6]的研究來刻畫新品和再制造品的效用函數,具體函數為

式中,參數σ∈(0,2)是描述產品差異度的指標,可以反映新品和再制造品的替代效應.當σ→0時,兩種產品完全獨立,即新品與再制造品的差異度極大,面向完全不同層次的消費者,兩者之間不存在任何替代性,因此,新品和再制造品不存在競爭；而當σ→2時,再制造品與新品完全無差異,面向同一類型的消費群體,因為替代性強,因而存在激烈的競爭.

將式(1)最優化后可得到新品和再制造品需求函數的逆函數

3 分散決策模型

3.1 成員企業的利潤函數

零售商、制造商的目標函數分別為

3.2 最優定價策略和產品銷量

分散決策模型中,制造商確定新品與再制造品的批發價格wn和wr,零售商確定新品和再制造品的銷售價格pn和pr,制造商回收廢舊產品的單位成本為A.制造商為博弈的領導者,因此,先對零售商的目標函數進行一階求導,先將式(2)代入式(3) 中,求導后得到零售商的最佳反應方程

將式(5)代入制造商的目標函數,由

可得制造商的最優定價決策

將式(6)代入式(5),可得新品和再制造品的最優銷量為

3.3 最優利潤

將式(6)、(7)、(9)分別代入式(3)與式(4)中,得到制造商、零售商最大利潤為

4 閉環供應鏈系統績效分析

現主要選取如表1(見下頁)所示的參數進行數值仿真分析.

圖2(見下頁)反映了σ=0.5時新品和再制造品的最佳銷量,以及制造商、零售商和供應鏈整體的利潤情況.σ=0.5意味著新品和再制造品之間的差異度較大,主要面向不同的消費群體,兩者之間不存在明顯的競爭關系.針對新品和再制造品低競爭的情景,消費者對再制造品的認可度ur和回收再制造成本cr+A的影響如下:

表1 參數設置Tab.1 Parameters

圖2 σ=0.5時的銷量與利潤(新品與再制造品不存在明顯競爭)Fig.2 Sales volume and profits whenσ=0.5(no obvious competition)

a.從消費者對再制造品的認可度ur的影響來看,當ur增大時,新品銷量qn減少,再制造品銷量qr增加；同時,隨著ur增大,制造商利潤∏M、零售商利潤∏R及供應鏈整體利潤∏T基本呈現上升趨勢.此時,進行產品再制造會帶來正面的經濟影響,制造商應將產品回收再制造作為其戰略選擇.

b.從回收再制造成本cr+A的影響來看,當cr+A增大時,新品銷量qn增加,再制造品銷量qr減少；同時,隨著cr+A增大,制造商利潤∏M、零售商利潤∏R及供應鏈整體利潤∏T基本呈現下降趨勢,再制造帶來的負面經濟影響增加.因此,當逆向回收再制造成本較高,接近于新品生產成本時,制造商的理性選擇是不考慮產品回收再制造.

總體來看,在σ=0.5(即新品和再制造品不存在明顯競爭)的情況下,如果消費者認可度很高,如ur=1,制造商應該積極參與產品回收再制造；而消費者認可度很低時,如ur=0.2,即使回收再制造成本較低,制造商的理性選擇仍應是不進行產品回收再制造.

圖3反映了σ=1時新品和再制造品的最佳銷量,以及制造商、零售商和供應鏈整體的利潤情況. σ=1意味著新品和再制造品之間存在中度競爭,所面向的消費群體具有一定的重疊.在此情況下,消費者對再制造品的認可度ur和回收再制造成本cr+ A的影響如下:

a.從消費者對再制造品的認可度ur影響來看,當ur增大時,新品銷量qn減少,再制造品銷量qr增加；同時,隨著ur增大,制造商利潤∏M、零售商利潤∏R及供應鏈整體利潤∏T基本呈現上升趨勢.但是,當ur很低時,再制造品的銷量qr→0,此時,制造商與零售商主要通過生產和銷售新品獲利.

b.從回收再制造成本cr+A的影響來看,當cr+A增大時,新品銷量qn增加,再制造品銷量qr減少；同時,隨著cr+A增大,制造商利潤∏M、零售商利潤∏R及供應鏈整體利潤基本呈現下降趨勢.但是,在ur很低(ur=0.2)時,隨著cr+A的增大,制造商利潤∏M、零售商利潤∏R及供應鏈整體利潤∏T上升,原因在于新品和再制造品存在競爭關系, cr+A的增大會刺激新品銷量的增加,制造商、零售商將通過售出更多新品而獲得更多利潤.

圖3 σ=1時的銷量與利潤(新品與再制造品存在中度競爭)Fig.3 Sales volume and profits whenσ=1(with moderate competition)

總體來看,在σ=1(即新品再制造品存在中度競爭)的情況下,當消費者認可度ur較高時,產品再制造會帶來正面的經濟影響,制造商應該積極參與產品回收再制造；而消費者認可度ur很低時,則不應考慮再制造；回收再制造成本cr+A較高時,也不宜考慮再制造.

圖4反映了σ=1.5時新品和再制造品的最佳銷量,以及制造商、零售商和供應鏈整體的利潤情況.σ=1.5意味著新品和再制造品本身差異較小,兩者替代性很強,所面向的是同一類型的消費群體,新品和再制品存在明顯的市場競爭關系.

圖4 σ=1.5時的銷量與利潤(新品與再制造品存在較激烈競爭)Fig.4 Sales volume and profits whenσ=1.5(with intense competition)

在σ=1.5的情況下,消費者對再制造品的認可度ur和回收再制造成本cr+A對制造商、零售商及供應鏈整體績效的影響較為復雜:

a.當ur很低時(ur=0.2),再制造品的銷量qr→0,制造商與零售商主要通過生產和銷售新品獲利；并且制造商利潤∏M、零售商利潤∏R及供應鏈整體利潤∏T呈現隨cr+A的增大而上升的趨勢,其原因在于新品和再制造品存在明顯的競爭關系,因此,回收再制造成本cr+A的增大會刺激新品銷量qn的增加,制造商和零售商因賣出更多的新品而獲得更多利潤.

b.當ur=0.6,即消費者對再制造品為中度認可時,將需要考慮回收再制造成本cr+A的大小；當cr+A較小時,以銷售再制造品來獲利；當cr+ A較大時,以銷售新品來獲利.

c.當ur很高(ur=1),即消費者對再制造品完全認可時,qn→0,制造商將主要通過銷售再制造品獲利,原因在于回收再制造成本小于新品生產成本, 即cr+A＜cn,制造商不進行新品的生產.

5 結 論

本文主要對1個制造商和1個零售商構成的兩級閉環供應鏈系統進行研究,著重分析在不同差異度下,消費者對再制造品的認可度ur以及回收再制造成本cr+A對產品銷量和供應鏈績效的影響.本文研究表明:當消費者對再制造品的認可度ur很高時,回收再制造是制造商、零售商獲利的一種重要戰略選擇；當消費者對再制造品的認可度ur很低時,制造商、零售商的理性選擇是不考慮進行產品回收再制造；當消費者對再制造品的認可度ur中等時,是否進行產品再制造則要視回收再制造成本cr+A而定,當cr+A較低時考慮進行產品的回收再制造,當cr+A較高時,不考慮回收再制造,只生產新品.

[1] SAVASKAN R C,BHATTACHARYA S,WASSENHOVE L N V.Closed-loop supply chain models with product remanufacturing[J].Management Science,2004,50 (2):239-252.

[2] SAVASKAN R C,VAN WASSENHOVE L N.Reverse channul design:The case of competing retailers[J]. Management Science,2006,52(1):1-14.

[3] KARAKAYLI I.An analysis of decentralized collection and processing of end-of-life products[J].Journal of Operations Management,2007,25(6),1161-1183.

[4] 黃祖慶,達慶利.直線型再制造供應鏈決策結構的效率分析[J].管理科學學報,2006,9(4):51-57.

[5] 易余胤.具競爭零售商的再制造閉環供應鏈模型研究[J].管理科學學報,2009,12(6):45-54.

[6] SYMEONIDISG.Comparing Cournot and Bertrand equilibrium in a differentiated duopoly with product R& D[J].International Journal of Industrial Organization, 2003,21(1): 39-55.

Per formance analysis of closed-loop supply chain based on product difference

ZHAOXiao-fang1, ZHAOXiao-min2
(1.College of Foreigm Lamguages,Umiversity of Shamghai for Sciemce amd Techmology,Shamghai 200093,Chima；2.School of Mamagememt,Shamghai Umiversity,Shamghai 200444,Chima)

Game theory was used to develop the model of a closed-loop supply chain system including one manufacturer and one retailer.The impacts of consumer approval and recycling remanufacturing cost on product sale and supply chain performance were analysed under different degrees of product difference existing in decentralized structure.The result shows that in the case of very high consumer approval,recycling remanufacturing is an important strategic option；in the case of very low consumer approval,rational choice is leave recycling remanufacturing out of account；and in the case of middle consumer approval,product remanufacturing depends on recycling and remanufacturing cost.

closed-loop supply chaim；products remamufacturimg；products differemce；game theory

F 253文獻標示碼：A

1007-6735(2011)05-0489-06

2011-03-30

國家自然科學基金資助項目(70801041)

趙曉芳(1977-),女,講師.研究方向:系統建模與優化.E-mail:zhao_xf2005@126.com