基于產品替代的利他型低碳供應鏈協調研究

蔣曼曼，陳達強

（1.上海財經大學浙江學院工商管理系，浙江金華 321018；2.浙江工商大學管理工程與電子商務學院，浙江杭州 310018）

1 研究背景

隨著生活水平的提高和環保意識的增強，普通高碳產品已經無法滿足消費者的需求。技術的發展和消費者對產品環境質量敏感度的提升，加快了企業對現有產品的改造升級。多種功能相同或相似的升級產品在同一市場上銷售，企業不僅要應對來自外部的競爭，同時要協調內部產品的關系，這無疑增加了企業的決策難度。供應鏈中的各節點企業之間合作與競爭并存，因此，如何協調鏈上企業活動，優化供應鏈系統的性能成為了供應鏈管理的關鍵問題之一。

對比傳統供應鏈，影響低碳供應鏈的因素更多，協調問題變得更加復雜，目前已有學者致力于低碳供應鏈的研究。李友東等［1］研究了低碳供應鏈減排合作機制下的協調策略問題，通過制造商返利給零售商和消費者兩種形式來解決低碳供應鏈協調問題。方健等［2］研究在聯合決策時，收益共享契約對供應鏈節點企業利潤的影響。Zhang 等［3］考慮政府碳限額與交易管制情形下，研究不同供應鏈權力結構對生產決策、減排決策和排放上限的影響。周艷菊等［4］以政府節能減排和消費者低碳偏好為背景，將成本共擔契約引入到模型中，分析了成本分擔對供應鏈成員企業利潤的影響。ZHOU 等［5］在雙壟斷背景下，針對碳減排成本對低碳產品推廣制約的問題，并分析低碳產品研發投入分擔契約對產品訂購量以及企業決策的影響。孫嘉楠等［6］考慮消費者不同購買渠道偏好選擇對制造商減排決策的影響。

近幾年，公平偏好理論的供應鏈契約協調研究取得了豐碩的成果，具有利他偏好的決策者，不僅關注自身的利益，同時還關注供應鏈其他成員的利益。駱正清等［7］以雙渠道為背景探討供應鏈成員的利他行為，并討論制造商和零售商的利他偏好系數對供應鏈利潤的影響。代應等［8］考慮政府碳排放限額，引入了批發價契約機制，建立利他偏好模型，并探討了利他行為對供應鏈決策的影響。劉永勝等［9］從供應商利他行為出發，探討零售商利他與否對供應鏈價格決策的影響。程茜等［10］考慮消費者低碳偏好和政府碳稅，構建利他偏好供應鏈決策模型，并探討利他偏好系數對供應鏈定價和減排決策的影響。以上研究主要側重于單一產品低碳供應鏈的決策研究，并未涉及替代產品競爭的問題。公平偏好理論雖然有利于供應鏈成員企業之間的合作，但由于產品種類和數量的增加，企業之間的競爭愈演愈烈，如何平衡供應鏈企業多產品之間的合作與競爭成為了低碳供應鏈協調研究的熱點問題。

低碳產品替代高碳產品是低碳經濟發展的重要內容，當市場中同時存在這兩種產品時，必然會引起產品間的競爭。Zhang 等［11］構建了消費者低碳偏好對制造商同時生產普通產品和低碳產品的渠道協調建立3 種決策模型，并比較他們的最優訂貨量、批發價。李友東等［12］研究了3 種博弈型下，兩種可替代產品的零售價格、碳減排量、低碳偏好以及零售商銷售努力對低碳供應鏈協調的影響。Seyyed-Mahdi 等［13］研究了壟斷制造商在傳統非綠色產品的基礎上推出一種新的可替代的綠色產品，并確定新產品的綠色質量水平，同時競爭型零售商確定綠色產品的保修期。通過博弈發現，可替代產品的綠色質量和質保期對企業決策的影響。羅治洪等［14］分析了在零售商有無能力限制的情況下，訂購環境質量和價格不同的兩種產品，建立利潤最大化模型，確定兩種產品的最優訂貨量和消費者低碳偏好對其的影響。Ma 等［15］研究了兩種替代產品在兩階段供應鏈的定價策略，討論6 種博弈模型下價格彈性、替代產品交叉價格敏感性和綠色制造系數對綠色制造水平的影響。這些文獻豐富了替代產品供應鏈協調問題，但在具有多產品競爭的替代系統中，供應鏈成員企業為了維護自己的長遠利益，會主動幫助合作伙伴，實現互利共贏。倘若忽略了供應鏈成員的利他行為，則可能導致供應鏈整體利潤的降低，甚至不利于產品的節能減排。

基于此，本文通過共存于市場中的低碳產品和高碳產品的需求差異性構建兩類產品的需求函數，并考察零售商利他偏好、消費者對產品碳減排量的敏感度、替代產品價格敏感度對低碳供應鏈協調的影響，通過供應鏈利益相關企業相互博弈實現供應鏈協調的目的。

相對于現有的研究，本文的理論價值在于將產品替代價格、碳減排、消費者低碳偏好和利他偏好等因素綜合考慮到存在低碳產品和高碳產品的供應鏈協調系統中，進一步豐富了低碳供應鏈協調理論，并為供應鏈企業在低碳背景下進行產品升級改造提供更貼近現實場景的理論參考。

2 問題描述與基本假設

2.1 問題描述

在低碳背景下，制造商通過提升節能減排技術來降低產品的碳排放量。低碳產品是高碳產品技術改進后的升級產品，兩種產品功能相似，且具有一定的替代性。低碳產品生產成本以及零售價格均大于高碳產品。本文考慮制造商和零售商構成的兩級低碳供應鏈，制造商將兩種產品批發給同一個零售商，且市場信息對制造商和零售商都是對稱和完全相同的。低碳產品的市場需求隨低碳產品碳減排量的提升而增加、隨其零售價格增加而減少。為此，本文研究的低碳供應鏈協調問題是：在高碳產品批發價格、碳減排量和零售價格已知情況下，為提高低碳產品市場占有率、減少高碳產品消費量，討論低碳產品和高碳產品并存時，制造商選擇完全自利零售商和利他偏好零售商兩類決策情形下供應鏈各參與方的決策優化。

本文中使用的符號說明如表1 所示：

表1 相關變量及含義

2.2 基本假設

在不改變問題本質的前提下，本文給出以下基本假設：

假設1 低碳產品不會影響高碳產品的價格和碳減排量。

假設2 制造商通過提高節能減排技術來降低產品在生產過程中的碳排放量，減排成本為為減排成本系數。

假設3 市場對產品總潛在需求為2a，兩種替代產品在同一市場銷售，具有相同的潛在市場需求，分別為a，其市場需求量受兩種產品銷售價格、碳減排量以及消費者低碳偏好的影響。參照Liu 等［17］和Zhang 等［11］等人對需求函數的假定，兩種產品的需求函數分別為：

3 模型的建立與求解

3.1 完全自利型決策模型

在完全自利情形下，為了使利潤最大化，供應鏈節點企業進行獨立決策。因此制造商和零售商的利潤函數分別為：

3.2 零售商利他型低碳供應鏈協調模型

作為供應鏈主導企業的制造商，會選擇具有利他偏好的零售商進行合作。利他型零售商在決策時，不僅考慮自身利潤，同時也考慮制造商利潤，它不再追求自身利益最大化，而是追求自身效用最大化，此時零售商的效用函數可以表示為：

從推論1 可以看出，零售商的利他偏好不是無限增大的，只有當單件產品的利潤為正時，利他型零售商才愿意和完全自利型制造商合作。利他型零售商在決策時，首先要保證自身利益不出現虧損，在此基礎上考慮制造商的利潤。因此零售商的利他偏好系數不宜過高。

推論2 說明在利他偏好情形下，并不能保證供應鏈成員企業的利潤都得改善，但當零售商利他偏好系數時，零售商有利可圖，同時供應鏈獲得更多的利潤。

推論3 零售商利他情形下，低碳產品的碳減排量、批發價格、零售價格、制造商利潤函數是關于零售商利他偏好的增函數。

證明：

推論4 與完全自利情形相比，零售商利他偏好有利于產品批發價格、碳減排量、零售價格以及制造商利潤以及低碳產品銷量的增加。

由推論4 可知，為了整個供應鏈經濟效益和社會效益，零售商通過提高產品批發價格來鼓勵制造商加大減排技術的投入，使得更多的低碳產品進入市場來滿足消費者需求，同時消費者也愿意付出更多的費用購買低碳產品。

推論5 零售商銷售每單位低碳產品獲得的利潤高于高碳產品，但與完全自利情形相比，低碳產品的單位利潤降低。

推論5 表明零售商采用薄利多銷形式來獲得更高的利潤。銷售量的增加有會進一步促進零售商的利他行為和制造商碳減排水平的提高，實現低碳供應鏈良性循環。因此從長遠來看，制造商更愿意和具有利他偏好的零售商合作。

4 數值分析

為了能夠更好的驗證模型和結論的合理性，本文采用matlab 軟件進行數值模擬和靈敏度分析。通過給出的數據來分析零售商利他偏好、消費者對產品碳減排量的敏感度和替代產品價格敏感度對決策變量及供應鏈協調的影響。以下參數值是基于之前的幾項研究［11-14］，并進一步規范化作為基準，具體參數設置如下：。在完全自利型決策模型和零售商利他型決策模型中，所有決策變量和利潤對應的結果如表2 所示。

表2 完全自利型決策和零售商利他型決策對應的結果

從表2 中可以看出，與完全自利情形相比，零售商利他偏好下低碳產品的碳減排量、批發價格和零售價格明顯增高，說明零售商利他行為有利于鼓勵制造商節能減排。在零售商利他情形下，低碳產品的銷售量增加，而高碳產品的銷售量降低。制造商的利潤和供應鏈的整體利潤優于完全自利情形。

4.1 零售商利他偏好系數ρr 的影響

由圖1 和圖2 可知，零售商在不損害供應鏈整體利潤的前提下，利用自己的利他行為幫助制造商獲取更多的利潤，鼓勵制造商加大節能減排力度。利他型零售商用更高的批發價格購買制造商生產的低碳產品，目的是分擔制造商節能減排技術的成本投入，生產出替代性更高的產品，幫助制造商獲得更多的利潤。但零售商的利他偏好系數并不是越大越好，隨著ρr的增加，零售商的利潤減少，并且減少的幅度逐漸增大。供應鏈整體利潤隨著ρr的增加先增加后減少，由此可知，當零售商的利他偏好系數超過一定限度時，也不利于供應鏈的整體利益。

圖1 ρr 對供應鏈節點企業利潤的影響

圖2 ρr 對決策變量的影響

4.2 消費者對產品碳減排量的敏感系數μ 的影響

消費者對產品碳減排量的敏感度的大小取決于消費者環保意識的高低，環保意識越強，消費者對產品碳減排量越敏感。不同的消費者環保意識程度不同，因此本文將消費者對產品碳減排量的敏感系數μ的取［0,2］區間的值，考查μ的變化對供應鏈決策變量及利潤的影響。

從圖3 和圖4 可知，不管零售商利他情形還是完全自利情形，制造商利潤、零售商利潤以及供應鏈整體利潤與消費者對產品碳減排量的敏感系數都是成正向關系。制造商通過技術研發投資生產出碳減排更高的低碳產品，不僅滿足消費者低碳偏好的需求，更能提高供應商利潤。

圖3 μ 對供應鏈節點企業利潤的影響

圖4 μ 對供應鏈整體利潤的影響

由圖5 和圖6 可知，消費者對產品碳減排量的敏感程度高，說明消費者環保意識強，消費者更注重產品的碳減排量，在購買產品時，優先選擇低碳產品。也就意味著低碳產品將替代部分高碳產品滿足消費者環保需求。對于制造商來說，加大低碳產品成本的投入，生產更加節能環保產品，來滿足消費者差異性需求。環保意識不同的消費者，購買產品愿意付出的成本也不相同，對產品碳減排量的敏感性高的消費者愿意付出更高價格購買低碳產品。對于制造商和零售商而言，每銷售一單位低碳產品獲得的利潤高于高碳產品。隨著消費者環保意識不斷提高，低碳產品的銷量逐漸增加，供應鏈成員企業能獲得更多的利潤。

圖5 μ 對決策變量的影響

圖6 μ 對需求量的影響

4.3 替代產品價格敏感度系數θ 的影響

價格敏感度系數θ代表低碳產品和高碳產品之間的替代效應，也反映了消費者對產品環境質量的敏感度，θ越小表示產品兩種產品的替代性越小。因此本文將替代產品價格敏感度系數θ的?。?,1］區間的值，觀察低碳產品和高碳產品在不同替代率下，決策變量及利潤的變化趨勢。

從圖7 可得，在完全自利情形下，制造商的利潤隨價格敏感度系數的增大而增大，但增加的幅度不大。在零售商利他情形下，制造商的利潤隨著的增大而減少。越小，說明低碳產品與高碳產品之間的差異度就越大，替代性也越低。從短期來看，低碳產品的減排量越高，零售商利潤越低，但從長遠角度出發，低碳產品更加符合消費者需求動向，低碳產品替代高碳產品是市場發展的必然趨勢。由圖8 可知，供應鏈整體利潤并不隨價格敏感度系數的大小而發生變化。利他型零售商在不改變供應鏈整體利潤的條件下，鼓勵制造商生產低碳產品來滿足消費者低碳偏好的需求，不僅使自己在市場競爭中處理有利地位，并且迎合市場需求，通過薄利多銷來提升企業利潤。

圖7 θ 對供應鏈節點企業利潤的影響

圖8 θ 對供應鏈整體利潤的影響

從圖9 和圖10 可以看出，隨著低碳產品和高碳產品之間的差異變大，說明制造商投入的研發成本增高，低碳產品的碳減排量增加，這部分成本會分攤到每單位低碳產品批發價中，因此低碳產品的批發價會隨著消費者對產品環境質量的敏感度的升高而增加，消費者也愿意付出更多的費用購買低碳產品。產品的差異化程度提升，普通產品的市場需求量減少，低碳產品的市場需求量增加，有利于提高低碳產品的市場占有率，減少高碳產品的使用量。

圖9 θ 對決策變量的影響

圖10 θ 對需求量的影響

從圖9 和圖10 可以看出，隨著低碳產品和高碳產品之間的差異變大，說明制造商投入的研發成本增高，低碳產品的碳減排量增加，這部分成本會分攤到每單位低碳產品批發價中，因此低碳產品的批發價會隨著消費者對產品環境質量的敏感度的升高而增加，消費者也愿意付出更多的費用購買低碳產品。產品的差異化程度提升，普通產品的市場需求量減少，低碳產品的市場需求量增加，有利于提高低碳產品的市場占有率，減少高碳產品的使用量。

5 結論

本文通過研究具有替代性的兩種產品低碳供應鏈協調問題，并引入零售商利他偏好屬性，探討零售商利他偏好、消費者對產品碳減排量的敏感度、替代產品價格敏感度對低碳供應鏈決策變量及協調性的影響。研究發現：（1）零售商利他行為在一定程度上可以鼓勵制造商節能減排，使供應鏈整體利潤得到Pareto 改善；（2）零售商銷售每單位低碳產品獲得的利潤高于高碳產品，但與完全自利情形相比，低碳產品的單位利潤降低；（3）替代產品的差異性越大，越有利于提高低碳產品的銷量，實現低碳供應鏈良性循環；（4）消費者對產品碳減排量的敏感度越高，供應鏈節點企業的利潤越大，低碳產品的銷量越多。

進一步研究，本模型探討了零售商利他行為對替代產品低碳供應鏈協調的影響，沒有考慮制造商利他以及雙方均利他的情形。另外，在本模型中假設信息是完全且對稱的，但在現實經濟活動中，供應鏈成員企業獲取信息的能力和方式不同，得到的信息具有差異性，因此可以將本模型擴展到信息不完全對稱情形。