碳標簽制度下三級供應鏈定價與碳減排決策

張云豐 尚錢龍 龔本剛 王 勇

(1.安徽工程大學經濟與管理學院,安徽蕪湖 241000;2.重慶大學經濟與工商管理學院,重慶 400030)

1 引言

在過去的幾十年里,全球經濟發生了巨大的變化.同時,不斷增加的溫室氣體排放對我們的社會和環境造成了災難性的影響,對人類生存和健康造成了巨大威脅.由于二氧化碳是主要的溫室氣體,因此減少大氣中二氧化碳的排放量已經成為緩解全球變暖趨勢的主要途徑.政府在減少碳排放方面發揮著重要作用,越來越多的國家和地區制定了長期的減排目標.如加拿大致力于發展低碳、清潔經濟,并設定了到2030 年將碳排放量在2005 年的基礎上削減30%的目標[1].作為世界上最大的溫室氣體排放國,中國提出到2030 年左右實現停止碳排放增長的目標,并將碳排放強度比2005 年降低60%至65%[2].美國承諾到2025 年將把國內的碳排放水平控制在2005 年排放基數的72%～74%,并力爭達到72%的全經濟范圍減排目標.

考慮到減少溫室氣體排放的迫切需要,許多國家已相繼頒布一系列的低碳減排政策.其中,碳標簽制度(Carbon Labelling System)被認為是融合政府法規和市場約束力以有效減少溫室氣體排放的環境政策[3,4].碳標簽是指把產品在生命周期(即從原料、制造、儲運、廢棄到回收的全過程)中的溫室氣體排放(即碳足跡)用可量化的指數標示出來,以產品標簽的形式告知消費者有關產品碳排放量的信息[4?6].利用在商品上加注碳標簽的方式,既可以促使碳排放來源透明化、促進企業采取相關措施減少對環境的不良影響,又可以引導消費者選擇低碳商品,從而達到減少溫室氣體的排放、緩解氣候變化的目的[6,7].如今,全球已有多個國家和地區通過行政立法在企業推行碳標簽制度.例如英國2007 年推出全球第一批加貼碳標簽產品.日本自2011 年4 月在農產品中實施碳標簽制度,要求商店上架農產品須貼有碳標簽以向消費者提供產品碳排放信息.美國、瑞典、加拿大和韓國等國家近年來都相繼推出類似的碳標簽計劃,以此普及“低碳”觀念,引導消費者更青睞低碳產品.家樂福、IBM 和宜家等著名企業將“低碳”列為供應鏈發展目標之一,均要求其所屬供應商提供碳標簽.

鑒于碳標簽制度對消費行為和生產行為產生的雙重影響,該話題已引起國內外學者濃厚的研究興趣.在對消費者的消費行為產生的影響方面,Shane 等[8]指出消費者對碳標簽的接受程度主要受對碳標簽的認知和碳標簽自身公信力兩方面影響.Tan[9]研究表明約2/3 消費者有購買低碳產品意愿,接近50%的消費者愿意轉向購買低碳產品.帥傳敏等[6]分析了不同類型消費者對貼有碳標簽的低碳產品支付意愿的差異,結果顯示支付意愿受消費者類型、學歷層次、月收入水平等因素影響明顯.Upham 等[10]研究發現,英國公眾每周購買40 件低碳產品可降低10%碳排放量.Plambeck[11]指出企業披露產品碳排放量等相關環境信息能增加消費者對企業的信任度,從而提高產品市場份額.張露等[11]運用結構方程模型和中介效應分析方法,對低碳農產品消費行為的影響機制進行實證分析發現,消費者認知通過消費者偏好的中介作用影響消費者行為.上述文獻研究表明,碳標簽制度對顧客的消費活動有較為明顯的影響.

關于碳標簽制度對制造者生產行為的影響方面,陳弘等[13]結合消費者對標示碳標簽產品的異質性消費偏好,分析供應商和零售商分別主導供應鏈時的最優決策,得到不同參與主體主導供應鏈時產品定價相同而批發價存在差異的研究結論.Vanclay 等[14]記錄了37 種標示碳排放商品三個月的銷售數據,統計結果表明碳標簽具有激勵降低碳排放的潛力.程永宏等[3]的研究表明,碳標簽制度下產品的定價和碳排放與消費者環境意識水平、初始碳排放量及供應鏈決策方式有關.張庭溢等[15]認為單純的碳標簽政策雖然對于有效降低單位產品的碳排放有顯著作用,但是對于碳排放總量的影響卻存在不確定性,應把碳標簽政策與碳排放總量控制相結合,才能實現單位產品碳排放和碳排放總量的下降.Cheng 等[16]指出,碳標簽方案可以顯著降低整個供應鏈的碳排放,并對制造商和零售商的利潤產生初步的負面影響,但從中長期來看,制造商和零售商仍然可以通過持續投資低碳技術來實現盈利.申成然等[17]考慮消費者存在低碳偏好,探討了碳標簽制度下供應商參與碳減排的供應鏈決策問題,結果表明供應商參與碳減排能促進供應鏈整體經濟效益和環境效益提升.綜上所述可知,碳標簽制度直接影響制造商的生產決策行為,對減少生產過程中的碳排放起到積極作用,并通過批發價格最終影響零售商對產品的定價.

企業所處的供應鏈產生的碳排放遠遠超過企業自身生產過程釋放的二氧化碳,其中一個很重要的原因在于運輸過程排碳.根據《斯特恩報告》,物流運輸過程中產生的二氧化碳占到碳排放總量的18.9%[18].運輸過程排碳已成為整個供應鏈上碳排放的重要部分.縱觀現有供應鏈產品定價與碳減排研究文獻,以討論生產過程碳排放者居多,而較少同時涉及生產與運輸過程碳排放的分析.本文構建一條由單個制造商、單個運輸商及單個零售商組成的三級供應鏈,研究生產與運輸過程都產生碳排放的供應鏈產品定價與碳減排決策問題,分析供應鏈各參與企業在無合作、單領域合作及雙領域合作三種決策模式下的產品最優定價與最佳碳減排量,探討消費者環境意識水平和供應鏈初始碳排放量對供應鏈關鍵參數的作用機理,為企業生產運營及政府部門制定碳減排政策提供決策借鑒.

2 三級供應鏈定價與碳減排決策模型

2.1 模型假設與符號說明

本文將在以下基本假設基礎上建立定價與碳減排決策模型:

假設1三級供應鏈由單個制造商、單個零售商及單個運輸商組成.制造商采用按訂單制造(Make-toorder,MTO)生產模式,接到零售商訂單以后開始生產,制造完成后再由運輸商負責把產品運抵零售商指定倉庫.

假設2制造商生產單位產品的邊際成本為c,零售商以批發價ω從制造商處訂貨,并以單價p將產品銷售給消費者,同時需為單位產品向運輸商支付t元的運輸費用;運輸商運輸單位產品的邊際成本為v元.

假設3制造商的生產過程和運輸商的運輸過程都會產生碳排放,單位產品的初始碳排放量分別為em0和et0.實施碳標簽制度后,消費者能從碳標簽上了解產品的碳排放信息.基于對低碳產品的偏好,消費者會由于產品生產及運輸過程中產生較多的碳排放而減少對產品的需求.

假設4制造商和運輸商基于市場需求及社會責任等方面的原因考慮,投資碳減排技術來降低生產和運輸過程中的碳排放,且投資碳減排技術后的碳排放量分別下降為em和et.參考已有文獻,如Yi 等[19]、Wang 等[20]和陳曉紅等[21],將投資碳減排技術的成本記為減排量的凹函數k1(em0?em)2和k2(et0?et)2,其中k1,k2>0,分別為制造商和運輸商的碳減排能力系數.

假設5消費者對產品的需求是銷售價格p和供應鏈碳排放量em+et的函數,記為q=a?bp?η(em+et),表示需求隨銷售價格和供應鏈碳排放量的增加而遞減.這一假設與文獻[16,22]中的假設類似.a表示產品潛在的市場需求;b>0,表示消費者需求對價格的敏感系數;η >0,表示消費者對產品碳排放量的敏感系數,即消費者的環境意識水平.

假設6為了保證產品的市場需求大于零,且供應鏈系統及其成員企業能實現利潤最大化目標,借鑒Cheng 等[16]和程永宏等[3]的處理方式,假定約束0

本文構建定價與碳減排決策模型過程中主要使用的參數和變量見表1.

表1 模型中符號含義說明Table 1 Symbol meaning in the model

續表1Table 1 Continues

2.2 模型描述

碳標簽制度下三級供應鏈的運作流程如圖1 所示,整個運作流程由制造商模塊、運輸商模塊及零售商模塊三部分構成:1)制造商采用MTO 生產模式,以邊際成本c生產零售商訂貨批量q,并按批發價格ω交貨給零售商;制造商采用碳減排技術前后,生產單位產品的碳排放量分別為em0和em,投資碳減排技術的成本為k1(em0?em)2.2)運輸商負責將制造商交付產品運送至零售商指定倉庫,單位產品產生運輸成本v,并向零售商收取運輸費用t;運輸商采用碳減排技術前后,運輸單位產品的碳排放量分別為et0和et,投資碳減排技術的成本為k2(et0?et)2.3)零售商將訂購產品q以價格p銷售給消費者,市場出清;零售商為單位產品支付的成本為批發價格ω和運輸費用t.

根據以上描述可知,制造商的利潤函數為

運輸商利潤函數為

零售商利潤函數為

供應鏈成員企業在定價和碳減排兩個領域進行決策.制造商、運輸商和零售商彼此之間可能在兩個領域都開展合作,也可能在某一個領域進行聯合決策,甚至基于各自利益最大化而采取獨立決策.本文根據三個成員企業決策時的合作領域和合作程度,討論無合作決策(non-cooperative decision,NCD)、單領域合作決策(single-domain-cooperative decision,SDCD)和雙領域合作決策(dual-domain-cooperative decision,DDCD)三種情形.無合作決策(NCD)是指制造商、運輸商和零售商在定價和碳減排兩個領域沒有任何合作.單領域合作決策(SDCD)是指制造商、運輸商和零售商在定價領域無合作,但制造商和運輸商在碳減排領域合作決策.雙領域合作決策(DDCD)是指制造商、運輸商和零售商在定價領域以及制造商和運輸商在碳減排領域均開展合作.

2.3 無合作決策(NCD)

在無合作決策模式中,供應鏈各成員企業在定價領域開展以制造商為領導者、運輸商和零售商為追隨者的Stackberg 博弈,在碳減排領域制造商和運輸商獨立決策,以各自利潤最大化為原則決策最佳碳減排量.決策過程分為兩個階段,第一階段為定價領域決策,其基本模型為

第二階段為碳減排領域決策,其基本模型為

第一階段決策:將碳排放量em和et視為常量,制造商以決策變量ω,運輸商以決策變量t,零售商以決策變量p共同參與Stackberg 博弈.首先,制造商給出批發價格ω;其次,運輸商根據制造商的批發價格ω確定其運輸價格t;然后,零售商通過觀察到的批發價格ω和運輸價格t決定銷售價格p.采用逆向求解法來解上述Stackberg 博弈,分別解得

詳細過程見附錄A.

第二階段決策:在產品銷售價格、運輸價格t和批發價格ω確定以后,制造商、運輸商分別依據利潤最大化原則,決定各自的最優碳排放量.將式(6)～式(8)代入碳減排領域決策模型,化簡后得

易知供應鏈系統的最佳碳減排量為

將式(10)代入式(6)～式(8)及需求函數,得

同時,可知制造商、運輸商、零售商及供應鏈系統的利潤分別為

無合作決策時的產品定價與碳減排有下列結論.

命題1無合作決策時,給定產品初始碳排放量em0+et0和消費者環境意識水平η,則制造商、運輸商和零售商的最優定價策略組合為(ωN,tN,pN),制造商和運輸商的最優碳排放量分別為,供應鏈系統的最佳碳減排量為.產品市場需求為qN,制造商、運輸商和零售商的利潤組合為,供應鏈系統的利潤為.

推論1無合作決策時:

推論1 表明,在無合作決策中,當供應鏈系統的初始碳排放量較小時,消費者環境意識水平的提升可促使制造商和運輸商努力減少碳排放.當供應鏈系統的初始碳排放量較大時,消費者環境意識水平存在一個臨界值,若消費者環境意識水平處于該臨界值之下,則制造商和運輸商會隨著消費者環境意識水平的提升而減少產品碳排放;若消費者環境意識水平大于該臨界值,消費者環境意識水平的提升反而會降低制造商和運輸商投資碳減排的動力,碳排放量上升.原因在于,較高的消費者環境意識水平表示消費者對產品碳排放非常敏感,如此會引起產品需求量的較大程度下降,為了彌補下降的需求量,制造商和運輸商必須減少更多的碳排放;由于投資碳減排的邊際成本遞增,減少更多的碳排放會導致投入成本大于彌補需求量下降帶來的收益,因此制造商和運輸商不愿意投入更多資金來實施產品碳減排.

推論2無合作決策時:

推論2 表明,在無合作決策中,當供應鏈系統的初始碳排放量較大時,消費者環境意識水平的提升可促使零售商降低產品銷售價格.當供應鏈系統的初始碳排放量較小時,消費者環境意識水平存在一個臨界值,若消費者環境意識水平處于該臨界值之下,則零售商會隨著消費者環境意識水平的提升而降低產品銷售價格;若消費者環境意識水平突破該臨界值,消費者環境意識水平的提升反而會促使零售商提高產品銷售價格.原因在于,零售商提高銷售價格雖然會導致市場需求下降,但提價行為帶來的收益增加不僅能夠彌補需求下降引起的收益減少,還能補償部分因消費者環境意識水平提升引起需求下降而導致的收益減少.

2.4 單領域合作決策(SDCD)

在單領域合作決策模式中,供應鏈各成員企業在定價領域開展以制造商為領導者、運輸商和零售商為追隨者的Stackberg 博弈;在減排領域,制造商和運輸商以雙方利潤最大化為目標進行合作決策,決定供應鏈系統最佳碳減排量.決策過程分為兩個階段,第一階段的定價決策過程與無合作決策時第一階段決策過程相同,這里不再贅述.第二階段為碳減排領域決策,基本模型為

將式(6)～式(8)代入式(20)并化簡,得到

式(21)的海塞矩陣為

易知供應鏈系統的最佳碳減排量為

將式(23)代入式(6)～式(8)及需求函數,得到

同時可知制造商、運輸商、零售商及供應鏈系統的利潤分別為

單領域合作決策時的產品定價與碳減排有下列結論.

命題2單領域合作決策時,給定產品的初始碳排放量em0+et0和消費者環境意識水平η,則制造商、運輸商和零售商的最優定價策略組合為(ωS,tS,pS),制造商和運輸商的最優碳排放量分別為eSm和,供應鏈系統的最佳碳減排量為.產品市場需求為qS,制造商、運輸商和零售商的利潤組合為,供應鏈系統的利潤為.

推論3單領域合作決策時:

推論3 表明,在單領域合作決策中,如果生產和運輸過程的初始碳排放量較少,則制造商和運輸商會隨著消費者環境意識水平的提升而付出更多的努力去減排.如果生產和運輸環節的初始碳排放量較多,隨著消費者環境意識水平的提升,生產商和運輸商愿意削減更多的產品碳排放量,但當消費者環境意識水平繼續上升并超過某臨界值后,供應鏈系統的碳減排量又開始下降.摒棄基于社會責任方面的考慮,僅從經濟利益角度來看,制造商和運輸商投資碳減排技術的原因在于高碳排放會對產品的市場需求產生負相關影響,從而導致各自利潤受損.碳減排成本的特點是隨著減排量的上升,減排的邊際成本不斷增大.較高的消費者環境意識水平會對產品需求產生較大影響,需要通過降低更多的碳排放來補償需求減少造成的利潤損失,如此導致碳減排成本加速增加.當碳減排成本增加的速度超過需求增加帶來收益增加的速度時,生產商和運輸商就沒有動力再減排.

推論4單領域合作決策時:

推論4 表明,在單領域合作決策中,如果生產和運輸過程的初始碳排放量較多,則消費者環境意識水平的提升會促使零售商降低產品銷售價格.如果生產和運輸環節的初始碳排放量較少,則零售商通過降低銷售價格應對消費者環境意識水平的提升,但當消費者的環境意識水平上升至某臨界值后,零售商會采取提高產品銷售價格來回應消費者環境意識水平的提升.原因在于,零售商提高銷售價格雖然會導致市場需求下降,但提價行為帶來的收益增加不僅能夠彌補需求下降引起的收益減少,還能補償部分因消費者環境意識水平上升引起需求下降而導致的收益減少.

2.5 雙領域合作決策(DDCD)

在雙領域合作決策模式中,制造商、運輸商和零售商以供應鏈系統利潤最大化為目標進行定價和碳減排聯合決策.決策過程同樣包含兩個階段,首先三方根據供應系統鏈利潤最大化目標決策產品的最優銷售價格,其次制造商和運輸商合作確定最佳碳減排量.最優銷售價格決策模型為

將式(34)代入式(33),得到最佳碳減排量決策模型

式(35)的海塞矩陣為

易知供應鏈系統的最佳碳減排量為

將式(37)代入式(34)～(35)及需求函數,得

雙領域合作決策時的產品定價與碳減排有下列結論.

命題3雙領域合作決策時,如果給定產品的初始碳排放量em0+et0和消費者環境意識水平η,則供應鏈系統的最優定價為pD,制造商和運輸商的最優碳排放量分別為,供應鏈系統的最佳碳減排量為.產品市場需求為qD,供應鏈系統的利潤為.

推論5雙領域合作決策時:

推論5 表明,在雙領域合作決策中,若供應鏈系統的初始碳排放量較小,制造商和運輸商的產品碳減排量隨消費者環境意識水平的提升而增加.若供應鏈系統的初始碳排放量較大,在消費者環境意識水平小于某臨界值前,供應鏈系統的碳減排量與消費者環境意識水平呈同方向變動,而當消費者環境意識水平大于該臨界值后,供應鏈系統的碳減排量與消費者環境意識水平呈反方向變動.產生這種現象的具體原因在推論1和推論3中已詳細分析,這里不再贅述.

推論6雙領域合作決策時:

推論6 表明,在雙領域合作決策中,若供應鏈系統的初始碳排放量較大,零售商的產品銷售價格隨著消費者環境意識水平的提升而上漲.若供應鏈系統的初始碳排放量較小,在消費者環境意識水平小于某臨界值前,零售商的產品銷售價格與消費者環境意識水平呈同方向變動,而當消費者環境意識水平大于該臨界值后,零售商的產品銷售價格與消費者環境意識水平呈反方向變動.產生該現象的具體原因在推論2 和推論4 中已詳細分析,這里不再贅述.

2.6 比較分析

命題4在碳標簽制度下,給定供應鏈系統的初始碳排放量em0+et0,則無合作決策、單領域合作決策及雙領域合作決策中的最佳碳減排量、最優銷售價格、市場需求與供應鏈系統利潤分別滿足:

證明見附錄B.

命題4 表明,在碳標簽制度下,通過比較無合作決策、單領域合作決策及雙領域合作決策發現,雙領域合作決策在最佳碳減排量、供應鏈系統利潤,市場需求等方面都要優于無合作決策與單領域合作,且當消費者環境意識水平小于特定閾值時,雙領域決策的產品定價也是三種決策模式中最低的.因此,可以認為雙領域合作決策優于無合作決策和單領域合作決策.

3 協調契約設計

根據命題4所給結論可知,若供應鏈中的成員企業選擇無合作決策或單領域合作決策,則“雙重邊際效應”不可避免,導致供應鏈系統利潤、最佳碳減排量等關鍵參數狀態變差,因此需要設計協調契約引導供應鏈成員企業進行雙領域合作決策.為了能讓供應鏈成員企業自愿參與協調,需確保每位成員企業在參與協調后獲得的利潤比在無合作決策、單領域合作決策中更多,否則合作協調無法維系.同時,供應鏈各個成員企業所具有的影響力也存在差異,因此,協調后的利潤增量要根據不同成員企業在供應鏈中的話語權進行分配.基于上述考慮,本文采用Nash 討價還價理論來制定利潤增量分配規則,運用三方在博弈中的討價還價能力和相對風險規避程度描述各個成員企業在供應鏈中地位,借助常相對風險規避型效用函數刻畫各個成員企業的風險規避程度[23].

令制造商、運輸商及零售商的效用函數分別為

其中?1,?2,?3依次為制造商、運輸商及零售商的相對風險規避系數,?1,?2,?3>0 且?=1.?ΠM,?ΠT,?ΠR分別為制造商、運輸商及零售商參與協調后分配的利潤增量.

設定制造商、運輸商及零售商在供應鏈中的討價還價能力權重依次為σ1,σ2,σ3,滿足σ1+σ2+σ3=1.根據Nash 討價還價理論制定利潤增量分配規則為

協調后利潤增量效用最大化的均衡條件為

為了便于模型的求解,在此假設制造商、運輸商及零售商具有相同的風險規避系數?,比如三方都屬于風險中立者,即?1=?2=?3=?=0.5.對均衡條件化簡后得

以約束條件式(43)～式(46)為例,解得

在協調契約的調節下,制造商、運輸商及零售商間開展雙領域合作決策,并獲得雙領域合作決策下較高的利潤水平,三方的利潤表達式分別為

4 數值算例

在三級供應鏈中,不妨取a=100,b=1,c=20,v=10,k1=15,k2=15.根據假設6 可知,消費者環境意識水平,故有η <5.477.為方便作圖分析,此處取η ∈[0,6].根據命題1、命題2 及命題3 可知,供應鏈系統不同的初始碳排放量對供應鏈定價與碳減排的影響方式不一樣,結合三種決策模式下供應鏈系統初始碳排放量的閾值,本文選擇較小(em0+et0=5)、較大(em0+et0=8)及很大(em0+et0=13)三種初始碳排放量狀態進行分析.

4.1 消費者環境意識水平對最佳碳減排量的敏感性分析

消費者環境意識水平對最佳碳減排量的影響如圖2 所示.由圖2 可知,當供應鏈系統的初始碳排放量較小時,隨著消費者環境意識水平的提升,三種決策的最佳碳減排量都在不斷增加;當供應鏈系統的初始碳排放量較大時,隨著消費者環境意識水平的提升,單領域合作決策與雙領域合作決策的最佳碳減排量逐漸增加,但無合作決策的最佳碳減排量呈先增加后下降趨勢;當供應鏈系統的初始碳排放量很大時,隨著消費者環境意識水平的提升,三種決策模式的最佳碳減排量都先逐漸增加后處于下降狀態.從圖2 中還可以看出,無論供應鏈系統的初始碳排放量大小如何,雙領域合作決策的最佳碳減排量對消費者環境意識水平提升的反應都較無合作決策與單領域合作更為敏感.另外,隨著供應鏈系統的初始碳排放量的增加,單領域合作決策與無合作決策的最佳碳減排量差值隨消費者環境意識水平的提升而逐漸縮小.

4.2 消費者環境意識水平對最優銷售價格的敏感性分析

消費者環境意識水平對最優銷售價格的影響如圖3 所示.由圖3 可知,當供應鏈系統的初始碳排放量較小時,隨著消費者環境意識水平的提升,無合作決策下的最優銷售價格逐漸下降,單領域合作決策和雙領域合作決策下的最優銷售價格先下降后上升;當供應鏈系統的初始碳排放量較大時,隨著消費者環境意識水平的提升,無合作決策和單領域合作決策下的最優銷售價格逐漸下降,雙領域合作決策下的最優銷售價格先下降后上升;當供應鏈系統的初始碳排放量很大時,隨著消費者環境意識水平的提升,三種決策的最優銷售價格都呈下降趨勢.從圖3 還可以看出,當消費者環境意識處于較低水平時,雙領域合作決策下的最優銷售價格低于無合作決策和單領域合作決策,而當消費者環境意識水平提升到較高水平時,雙領域合作決策的最優銷售價格要高于其它兩種決策模式.另外,單領域合作決策下的最優銷售價格高于無合作決策的最優銷售價格,且隨著供應鏈系統的初始碳排放量的增加,兩種決策的最優銷售價格差值隨消費者環境意識水平的提升在逐漸縮小.

4.3 消費者環境意識水平對市場需求的敏感性分析

消費者環境意識水平對市場需求的影響如圖4 所示.由圖4 可知,當供應鏈系統的初始碳排放量較小和較大時,隨著消費者環境意識水平的提升,無合作決策的市場需求逐漸下降,單領域合作決策和雙領域合作決策的市場需求先下降后上升;當供應鏈系統的初始碳排放量很大時,隨著消費者環境意識水平的提升,三種決策的市場需求都呈下降趨勢.從圖4 還可以看出,無論供應鏈系統的初始碳排放量如何,雙領域合作決策的市場需求都明顯高于其它兩種決策模式,且當消費者環境意識水平處于較低水平時,單領域合作決策與無合作決策對市場需求的影響差別較小.

4.4 消費者環境意識水平對供應鏈系統利潤的敏感性分析

消費者環境意識水平對供應鏈系統利潤的影響如圖5 所示.由圖5 可知,當供應鏈系統的初始碳排放量較小時,隨著消費者環境意識水平的提升,無合作決策的供應鏈系統利潤逐漸下降,單領域合作決策和雙領域合作決策的供應鏈系統利潤先下降后上升;當供應鏈系統的初始碳排放量較大時,隨著消費者環境意識水平的提升,無合作決策和單領域合作決策的供應鏈系統利潤逐漸下降,雙領域合作決策的供應鏈系統利潤先下降后上升;當供應鏈系統的初始碳排放量很大時,隨著消費者環境意識水平的提升,三種決策的供應鏈系統利潤都呈下降趨勢.從圖5 還可以看出,無論供應鏈系統的初始碳排放量如何,雙領域合作決策的供應鏈系統利潤都要大于無合作決策與單領域合作決策.當初始碳排放量較小或較大時,雙領域合作決策相對無合作決策/單領域合作決策的供應鏈系統利潤優勢隨消費者環境意識水平的提升先縮小后擴加;而當初始碳排放量很大時,則該優勢隨消費者環境意識水平的提升持續減小.另外,無合作決策與單領域合作決策的供應鏈系統利潤差值對初始碳排放量和消費者環境環境意識水平變化表現的不夠敏感.

4.5 消費者環境意識水平對利潤增量分配的敏感性分析

為了研究協調契約對不同消費者環境意識水平下供應鏈各成員企業的協調效果,結合不同成員企業在供應鏈中的地位,取σ1=0.5,σ2=0.3,σ3=0.2.消費者環境意識水平對利潤增量分配的影響如圖6 所示.

由圖6 可知,當供應鏈系統的初始碳排放量較小或較大時,供應鏈成員分配的利潤增量隨著消費者環境意識水平的提升呈現出先緩慢減少再快速增加的過程.當供應鏈系統的初始碳排放量很大時,供應鏈成員分配的利潤增量隨著消費者環境意識水平的提升持續減少.形成該現象的原因歸結于受不同初始碳排放量下雙領域合作決策與無合作決策的供應鏈系統利潤特征影響.由于供應鏈成員的討價還價能力權重反映了其在供應鏈中的地位,因此,若某位成員擁有比較大的討價還價能力權重時,其能夠分配的利潤增量自然也比其他成員更多.從圖6 中可以看到,無論供應鏈系統的初始碳排放量如何,制造商分配的利潤增量始終大于運輸商和零售商分配的利潤增量.

5 結束語

本文得到以下管理啟示:無論初始碳排放和消費者環境意識水平如何,供應鏈各參與企業之間應全面協調合作,確保供應鏈系統獲得最大利潤,實現最大程度碳減排,向市場提供盡可能多的產品;若初始碳排放水平較低,則政府組織應通過環保宣傳等手段提升消費者環境意識水平,增加低碳產品需求,刺激制造商和運輸商投資碳減排技術,減少碳排放量;當初始碳排放和消費者環境意識水平都較高時,若繼續提升消費者環境意識水平,則同時需要給予制造商和運輸商減排投資補貼.否則,會因碳減排成本的增加導致達不到碳減排效果;存在最優決策模式,通過設計合理的協調契約,能夠確保各成員企業獲得更大利潤,實現供應鏈的完美協調.

本文研究的不足點在于,討論單領域合作決策模式下的產品定價與碳減排問題時,只考慮了制造商與運輸商在減排領域合作、在定價領域不合作的情形,并沒有探討制造商和運輸商在定價領域合作、在減排領域不合作的均衡結果.另外,運輸商和零售商是否存在合作的可能性,在本文中也沒有涉及.這些問題的進一步研究,將有助于豐富低碳供應鏈理論.

附錄

附錄A 無合作決策的求解過程

制造商的利潤函數為

運輸商利潤函數為

零售商利潤函數為

對零售商的利潤函數式(54)分別求p的一階導數和二階導數,由于,因此零售商的利潤存在極大值,

將式(56)代入運輸商的利潤函數式(53),并對式(53)分別求t的一階導數和二階導數,由于,因此運輸商的利潤存在極大值,令

將式(56)和式(58)代入制造商的利潤函數式(52),并對式(52)分別求ω的一階導數和二階導數,由于,因此制造商的利潤存在極大值,令

將式(60)代入式(58),可知

再將式(61)和式(60)代入式(56),可知零售商的最優銷售價格

附錄B 命題4 證明

1)最佳碳減排量的比較

2)最優銷售價格的比較

3)產品市場需求的比較

4)供應鏈系統利潤的比較