考慮環(huán)保設計的WEEE閉環(huán)供應鏈回收處理模式研究

張雪梅，曹　柬，胡曉青

（1.寧波大紅鷹學院，浙江　寧波　315175；2.浙江工業(yè)大學　經(jīng)貿(mào)管理學院，浙江　杭州　310023）

考慮環(huán)保設計的WEEE閉環(huán)供應鏈回收處理模式研究

張雪梅1，2，曹柬2，胡曉青1，2

（1.寧波大紅鷹學院，浙江寧波315175；2.浙江工業(yè)大學經(jīng)貿(mào)管理學院，浙江杭州310023）

針對電器和電子設備（EEE）制造商自主回收處理廢舊電器電子產(chǎn)品（WEEE）的情況，分析其承擔單獨回收責任和集體回收責任兩種模式下的決策問題。分別構(gòu)建兩種模式下的收益函數(shù)，分析不同責任制度對制造商環(huán)保設計（DfE）選擇的影響。研究結(jié)果表明：制造商在單獨回收處理其廢舊產(chǎn)品時的DfE決策總是優(yōu)于其集體回收責任下的DfE選擇；集體回收處理模式下容易產(chǎn)生搭便車現(xiàn)象而打擊制造商DfE投資積極性，導致該回收處理模式的效率低下。

WEEE回收處理；環(huán)保設計；閉環(huán)供應鏈；回收處理模式；制造商差異

1　引言

隨著科技進步和民眾生活水平的提高，電器和電子設備產(chǎn)品（Electrical and Electronic Equipment，EEE）更新速度加快，導致廢舊電器電子產(chǎn)品（Waste Electrical and Electronic Equipment，WEEE）數(shù)量急劇增加。根據(jù)中國家電研究院2015年發(fā)布的《2014年中國廢棄電器電子產(chǎn)品回收處理及綜合利用行業(yè)白皮書》，2014年我國廢舊家電的理論報廢量達到11 378萬臺。WEEE一方面含有大量有毒有害物質(zhì)，回收再利用可以減少對環(huán)境的直接危害；另一方面具有很高的再生利用價值，還原廢舊產(chǎn)品較之開采礦產(chǎn)資源可降低成本30%，從而有效減少對自然資源的需求［1-3］。2012年12月國務院提出的《“十二五”循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》中明確指出WEEE的回收再利用是發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的重點領域，是解決資源和環(huán)境問題的關鍵［4］。在此背景下，企業(yè)如何有效實施WEEE回收再利用成為國內(nèi)外相關學者研究的熱點問題。

實施參與WEEE回收處理行為的主體主要包括制造商、銷售商、回收商以及消費者，其回收處理模式主要分為委托外包處理和制造商內(nèi)部化回收處理模式［5-9］。其中在制造商自主回收處理模式下，形成了廢舊產(chǎn)品閉環(huán)供應鏈回收模式，減少了中間流通環(huán)節(jié)，提高了正、逆向流通效率，增加了社會整體福利［10］。胡燕娟等［11］對比了零售商負責回收處理和制造商自行處理兩種回收處理渠道，分析了制造商內(nèi)部自行處理作為新增渠道參與到廢舊產(chǎn)品回收活動中時，供應鏈成員合作回收價格決策和非合作博弈下的最優(yōu)定價策略。Shi等［12］分析了EEE再制造供應鏈三類成員擔任回收主體時的收益均衡情況，指出回收成本對回收模式與渠道選擇的影響，得到制造商自主回收是最優(yōu)決策方案。毫無疑問，面對社會環(huán)境問題以及來自消費者和政府的壓力，制造商不得不承擔更多的責任和義務降低其產(chǎn)品對環(huán)境的影響。對此，產(chǎn)品的環(huán)保設計（Design for Environment，DfE）可以有效提高產(chǎn)品的可回收和重復使用性［13-15］，目前很多國際知名電子企業(yè)如Apple、Sony、IBM等都已實施DfE，其預算比例逐年提高［16］。

現(xiàn)有的研究成果對制造商自主回收處理WEEE的實施具有一定參考價值，然而鮮有考慮消費者偏好和制造商差異等因素對企業(yè)DfE選擇和回收處理決策的影響。為此，本文分析EEE制造商自主回收模式下承擔個體回收責任和集體回收責任兩種情況下的供應鏈決策問題，探討回收模式差異對不同水平制造商DfE水平的影響；同時，討論不同EEE制造商集體回收處理模式下平均回收處理成本權(quán)重比例系數(shù)對DfE決策的影響。所得結(jié)論可為相關企業(yè)實際運作提供決策支持。

2　模型背景及描述

2.1模型背景

目前，制造商自主回收處理WEEE主要分為兩大類，即單獨回收處理（Individual producer responsibility，IPR）和集體回收處理（Collective producer responsibility，CPR）［17-18］。基于消費者偏好和制造商差異，本文分別考慮高端和低端EEE制造商Mh、Ml在履行WEEE條例以及分別實施單獨回收處理和集體回收處理模式情況下，為達到生產(chǎn)者責任組織（Producer responsibility organizations，PROs）規(guī)定的最低回收處理率時，在產(chǎn)品的生產(chǎn)制造過程中采取有利于產(chǎn)品再制造和對環(huán)境有益的DfE行為。此時，以PROs為代表的社會決策者向制造商提供單位回收處理補貼d，以支持和激勵制造商參與DfE。

2.2相關參數(shù)和變量描述

為便于模型的描述，給出相關實體及其涉及的變量和函數(shù)說明如下：

（1）生產(chǎn)者責任組織（PROs）：由政府主導，負責制定有效的DfE激勵機制，設定最低回收比率-ξ，同時設立廢舊產(chǎn)品回收處理基金，向制造商提供單位處理補貼d。

（2）消費者：消費者對不同制造商的產(chǎn)品存在不同消費偏好，對高端制造商Mh生產(chǎn)制造的產(chǎn)品消費偏好為v，v服從的均勻分布；對低端制造商Ml生產(chǎn)的產(chǎn)品消費偏好為表示兩個制造商生產(chǎn)的產(chǎn)品替代率［19］，1-μ為制造商差異，即制造商之間品牌與產(chǎn)品質(zhì)量等方面的差異［20］。假設消費者為風險中性，在給定制造商銷售價格分別為 ph和pl的情況下，消費者效用分別為當消費者偏好v分別滿足和時，消費者將分別購買高端產(chǎn)品和低端產(chǎn)品。

（3）制造商：考慮一個雙寡頭壟斷市場上存在高端制造商Mh和低端制造商Ml，基于消費者偏好與制造商差異，有高端制造商生產(chǎn)制造的產(chǎn)品比低端制造商的產(chǎn)品質(zhì)量好且價格高產(chǎn)品替代率較小時，高低端制造商產(chǎn)品質(zhì)量和價格差異較大，電腦等新興電器電子產(chǎn)品市場競爭就存在較小的μ；μ較大的情況適用于冰箱等傳統(tǒng)EEE產(chǎn)品，高低端制造商生產(chǎn)制造的產(chǎn)品質(zhì)量、價格差異較小［18］。設Mh和Ml的產(chǎn)量分別為qh和ql，生產(chǎn)成本分別為ch和cl，滿足ch-cl＞0。制造商在產(chǎn)品開發(fā)設計、生產(chǎn)工藝改進等過程中實施DfE活動，充分考慮產(chǎn)品環(huán)境屬性，采用便于回收處理的原材料和有利于資源綜合利用的設計方案。設Mh和Ml的DfE投入水平分別為eh和el，由于實行DfE而帶來的成本投入增加分別為和設Mh和Ml的單位回收處理成本分別為rh和rl。由于DfE的投入將便于回收處理活動，令每單位DfE投入程度將帶來β（β＞0）單位的回收處理成本的下降，則制造商回收處理過程中的凈成本分別為 λh=rh-βeh，λl=rl-βel。此外，回收處理廢舊產(chǎn)品可獲單位收益γ，另得到單位補貼d。

2.3模型假設

（1）制造商為完全理性，即根據(jù)自身利潤最大化的原則進行決策。

（2）制造商所生產(chǎn)的產(chǎn)品能夠被完全訂購和消費，即產(chǎn)量與銷售數(shù)量和市場需求量一致。

（3）制造商具有足夠的技術(shù)水平對廢舊產(chǎn)品進行回收處理和再制造，且再制造產(chǎn)品與用原材料制造的新產(chǎn)品同質(zhì)，以相同價格在市場上銷售。

（4）回收商和處理商合并為回收商，即回收商同時負責廢舊產(chǎn)品的回收和處理。

（5）制造商風險中性，其效用與收益一致。

3　模型建立與求解

3.1制造商單獨回收處理模式（模型Ⅰ）

首先考慮制造商單獨回收處理模式的情況。在該模式下，制造商Mh和Ml各自獨立承擔廢舊產(chǎn)品回收處理責任，每個制造商僅對自身產(chǎn)品負責，其回收處理成本也相互獨立。此時，制造商各自形成內(nèi)部一體化的閉環(huán)供應鏈，其利潤由銷售收益、回收處理廢舊產(chǎn)品所產(chǎn)生的收益和政府提供的補貼三部分構(gòu)成，成本包括生產(chǎn)成本與回收處理成本兩部分。制造商收益為：

其中上標“Ⅰ”表示制造商單獨回收處理廢舊產(chǎn)品（即模型Ⅰ）情況下的決策結(jié)果。

其中上標“*”表示最優(yōu)決策。進一步得到各最優(yōu)產(chǎn)量和均衡價格分別為：

結(jié)論1：根據(jù)式（8）可知，不同制造商在自主單獨回收模式下具有相同的DfE投入水平，DfE選擇與制造商品牌、產(chǎn)品質(zhì)量等無關且不存在低端制造商搭便車的情況；也就是說，在該回收處理模式下，市場競爭對制造商DfE參與程度沒有影響。

結(jié)論2：由式（9）、式（10）、式（11）、式（12）易得即高端制造商均衡產(chǎn)量和價格隨著μ的增大而減小，低端制造商均衡產(chǎn)量和價格隨著ch=0.375的增大而增大。因此，競爭市場上的制造商差異越大，高端制造商更易獲得更多利益，易造成兩極分化。隨著制造商差異的減小，直到 μ=1時，有pl=ph，此時ql＞qh，低端制造商更占優(yōu)勢。

3.2制造商集體回收處理模式（模型Ⅱ）

考慮制造商自主回收處理WEEE時互相合作、共同回收廢舊產(chǎn)品的回收處理模式。在該模式下，根據(jù)行業(yè)整體水平和回收處理技術(shù)與規(guī)模，假定不同制造商Mh、Ml承擔相同的回收處理成本。此時，回收成本不僅依賴于各制造商本身，同時受到同行業(yè)其他制造商回收處理成本的影響。該平均回收處理成本R表示如下：

其中τ為回收處理成本加權(quán)比例系數(shù)。

其中上標“II”表示制造商集體回收處理廢舊產(chǎn)品（即模型II）情況下的決策結(jié)果。

進一步計算可得均衡價格為：

分析式（20）和式（21）可得以下結(jié)論：

結(jié)論3：由式（20）可知高端產(chǎn)品制造商DfE投入水平與制造商差異無關，不論制造商品牌與產(chǎn)品質(zhì)量等差異如何變化，都不會影響高端產(chǎn)品制造商的DfE選擇。反之，根據(jù)式（21）可知隨著μ的減小而增大，也就是說，制造商差異越大，低端產(chǎn)品制造商對DfE的投入越多。在市場競爭中，高低端制造商水平差異越大，實力越懸殊，低端制造商僅靠價格競爭較難獲益，從而更傾向于選擇DfE參與競爭。

進一步比較分析制造商內(nèi)部單獨回收處理模式與集體回收處理模式下各個DfE投入水平，結(jié)合式（8）、式（20）和式（21），得到以下結(jié)論：

4　數(shù)值分析

第3節(jié)分別討論了制造商自主回收處理廢舊產(chǎn)品時單獨回收責任和集體回收責任兩種情況下的不同水平制造商DfE投入水平選擇問題，得到兩種回收模式下制造商DfE努力程度與產(chǎn)品替代率μ及各個決策變量之間的關系。本節(jié)采用數(shù)值分析方法，對高端制造商和低端制造商各決策變量、供應鏈整體收益以及集體回收責任下平均回收處理成本影響權(quán)重比例系數(shù)τ之間的關系作進一步分析。基準參數(shù)值設置如下：高端產(chǎn)品制造商單位生產(chǎn)成本ch=0.375，低端產(chǎn)品制造商單位生產(chǎn)成本cl=0.195，在PROs設定的最低回收處理率強制要求下，自主回收處理其廢舊產(chǎn)品，同時得到單位補貼d=0.015。制造商自主回收處理其廢舊產(chǎn)品時回收處理成本分別為rh=0.055，rl=0.035，回收處理廢舊產(chǎn)品時可獲單位收益γ=0.025。由于實行DfE帶來的成本投入增加比例系數(shù)α=0.35，回收處理成本減少比例系數(shù)β=0.45。

4.1單獨和集體回收處理模式比較分析

當回收處理成本加權(quán)比例系數(shù)τ=0.45時，不同的制造商差異對單獨和集體回收處理模式下的決策影響見表1、表2，其中表示制造商整體收益。

表1　制造商單獨回收處理模式下均衡決策及收益

表2　制造商集體回收處理模式下均衡決策及收益

結(jié)論7：（1）無論是制造商單獨回收處理模式還是集體回收處理模式，高端制造商產(chǎn)量和收益總是隨著μ的增大而減小，而低端制造商產(chǎn)量和收益隨著μ的增大而增大，當制造商差異小到一定程度時，有此外，低端制造商的收益增幅大于高端制造商的收益降幅，供應鏈總收益隨著μ的增大先減后增。（2）在相同的制造商差異下，集體回收處理模式下的整體收益總是大于制造商單獨回收處理模式下的總收益

當回收處理成本加權(quán)比例系數(shù)τ=0.75時，制造商差異對集體回收處理模式下的決策影響見表3。此時，高端產(chǎn)品制造商對回收處理成本影響很大，環(huán)保設計隨之投入較多，出現(xiàn)了低端產(chǎn)品制造商搭便車的現(xiàn)象。此外，當 μ=0.3時此時制造商差異很大，兩極分化嚴重，低端制造商在市場競爭中

表3　制造商集體回收處理模式下均衡決策及收益（τ=0.75）

4.2主要決策變量之間的關系分析

圖1　μ和q的關系

圖2　μ和p的關系

圖3　μ和π的關系

通過進一步數(shù)值分析，分別得到τ=0.45和τ=0.75情況下μ與DfE參與程度e之間的關系圖，如圖4、圖5所示。

圖4　μ和e的關系　（τ=0.45）

根據(jù)圖4和圖5所示趨勢圖結(jié)果：（1）制造商自主回收處理廢舊產(chǎn)品承擔單獨責任時，其DfE選擇與制造商品牌、產(chǎn)品質(zhì)量等差異無關且不存在低端制造商搭便車的情況。（2）在集體回收責任下，高端產(chǎn)品制造商DfE投入與制造商差異無關，不論制造商品牌與產(chǎn)品質(zhì)量等差異如何變化，都不會影響高端產(chǎn)品制造商的DfE選擇；而低端產(chǎn)品制造商則隨著μ的增大而減小，也就是說，制造商差異越大，低端產(chǎn)品制造商環(huán)保設計投入對DfE的投入越多。在市場競爭中，高低端制造商水平差異越大，實力越懸殊，低端制造商僅靠價格競爭較難獲益，從而更傾向于選擇DfE參與競爭。（3）制造商在單獨回收處理模式下的DfE選擇總是優(yōu)于集體回收處理模式下的DfE參與程度。

此外，在集體回收責任下，制造商對平均回收處理成本的影響程度也對其DfE投入程度有影響。圖4和圖5分別分析了τ=0.45和τ=0.75兩種情況下 μ與e之間的關系。當平均回收處理成本加權(quán)比例系數(shù)τ較小時反之，當τ數(shù)值很大時因此，從整體上來說，在制造商內(nèi)部集體回收處理模式下，高端制造商相對于低端制造商仍享有更高獲益的機會。

圖5　μ和e的關系　（τ=0.75）

5　結(jié)論與展望

本文考慮生產(chǎn)責任組織環(huán)境規(guī)制、制造商差異和市場競爭等因素，建立了制造商自主回收處理廢舊產(chǎn)品所構(gòu)成的閉環(huán)供應鏈模型，分析了不同水平制造商在消費者偏好等因素影響下實施DfE（環(huán)保設計）選擇和供應鏈決策問題。主要結(jié)論簡述如下：

（1）在制造商自主回收處理單獨回收模式下，不同水平制造商具有相同的DfE投入水平，此時市場競爭對制造商DfE參與程度沒有影響（結(jié)論1）。

（2）在制造商集體回收處理模式下，高端產(chǎn)品制造商DfE投入與制造商差異無關，不論制造商品牌與產(chǎn)品質(zhì)量等差異如何變化，都不會影響高端產(chǎn)品制造商的DfE選擇。反之，低端產(chǎn)品制造商隨著產(chǎn)品替代率的減小，制造商差異的增大，對DfE的投入越多（結(jié)論3）。

（3）在制造商集體回收責任下，制造商環(huán)保設計投入與各自在平均回收處理成本中的加權(quán)比重呈正相關關系，其加權(quán)比重越高，對平均回收處理成本的影響越大，該制造商越傾向于對DfE的投入（結(jié)論4）。

（4）高端產(chǎn)品制造商對回收處理成本影響越大，環(huán)保設計隨之投入越多，導致實施環(huán)保設計帶來的回收處理成本的下降越多，因而對整個行業(yè)平均處理回收成本的降低有較大的貢獻。并且只有當回收處理成本加權(quán)系數(shù)數(shù)值很大時，才會提供給低端產(chǎn)品制造商搭便車的渠道。因此，從整體上來說，在制造商內(nèi)部集體回收處理模式下，高端制造商相對于低端制造商仍享有更高獲益的機會（結(jié)論5）。

（5）在制造商自主回收處理廢舊產(chǎn)品時，單獨回收責任下的DfE選擇總是優(yōu)于集體回收責任下的DfE決策（結(jié)論6）。

（6）當制造商差異較大時，高端制造商與低端制造商的產(chǎn)量、價格差異越大，低端產(chǎn)品制造商在競爭中處于絕對劣勢（結(jié)論2、結(jié)論7）。

本文在討論制造商自主處理廢舊產(chǎn)品時，為了方便分析與計算，只考慮了單期博弈的情況，沒有考慮前期與后期的庫存和殘值，以及庫存、物流等其他內(nèi)在與外生成本的影響，更全面地考慮WEEE回收處理現(xiàn)實情況是需要進一步研究的內(nèi)容。此外，本文將不同水平制造商對平均回收處理成本權(quán)重比例系數(shù)作為一個外生變量考慮，但在實際運作中，這個比例系數(shù)在一定程度上也反映了制造商在市場上的議價能力，可以表示為市場銷售價格或需求量等的線性函數(shù)。這點需要在以后的研究中進一步構(gòu)建模型來改善。

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Study on WEEE Close-loop Supply Chain Recycling and Treatment Mode with Design for Environment Consideration

Zhang Xuemei1，2，Cao Jian2，Hu Xiaoqing1，2
（1.Ningbo Dahongying University，Ningbo 315175；2.School of Economics，Trade&Management，Zhejiang University of Technology，Hangzhou 310023，China）

In this paper，in view of the case where the electrical and electronic equipment（EEE）manufacturer recycled independently the waste electrical and electronic equipment（WEEE），we analyzed the decision-making problem respectively under the separate recycling responsibility system and the collective recycling responsibility system.Next we established the benefit function under the two systems and analyzed the influence of different responsibility systems on the manufacturer selection of the design for environment.

WEEE recycling and disposal；design for environment；close-loop supply chain；recycling and disposal mode；manufacturer difference

F274；F224

A

1005-152X（2016）06-0138-08

10.3969/j.issn.1005-152X.2016.06.033

2016-05-07

寧波大紅鷹學院校科研基金（1320151003）

張雪梅（1990-），女，浙江湖州人，碩士，助教，研究方向：逆向物流、綠色供應鏈管理；曹柬（1973-），男，浙江寧波人，博士后，教授，研究方向：綠色制造及供應鏈管理、政府規(guī)制；胡曉青（1989-），女，浙江湖州人，碩士，助教，研究方向：物流與供應鏈管理。