基于規模不經濟和回收質量的閉環供應鏈回收模式研究

耿宇浩

(南京審計大學 商學院，江蘇 南京 211800)

0 引言

科學技術的進步和消費者需求多樣化，加快了國內電子產品消費市場更新的速度，也導致廢舊電器電子產品(waste electrical and electronic equipment，WEEE)數量不斷上升且種類復雜化程度不斷提高。WEEE中包含大量有毒性的重金屬材料，如果不對其加以合理維護、分類管理和回收利用，會給人類賴以生存的自然環境造成巨大危害；同時，也含有大量可再生利用的零部件，通過對其規范化回收，能夠帶來較高的再生產利用價值[1]。經濟合作與發展組織(OECD)、歐盟、美國等都陸續出臺相應規章制度來規范WEEE的運輸、存放、回收拆解和再制造利用[2-3]。2008年中國有關部門借鑒了OCED提出的生產者責任延伸制度，出臺《廢棄電器電子產品回收處理管理條例》[4]，規范WEEE回收再制造行為，對我國廢舊電子產品回收再制造企業的決策產生了重大影響。學術界針對廢舊電器電子產品的回收、拆解和再制造利用問題已經展開了大量研究并取得了豐富的成果，閉環供應鏈因其能夠有效節約供應鏈各成員企業運作成本、提高資源利用率，得到了廣泛關注。如何設計和選擇最有效的回收模式對于改善閉環供應鏈運作績效和推動經濟可持續發展至關重要，成為研究的重點。

目前學者在閉環供應鏈的回收模式上的研究已取得了很多成果。Savaskan等[5]最先構建了制造商、零售商和第三方回收商分別回收的閉環供應鏈單渠道回收模式，研究了回收模式之間的差異對閉環供應鏈的影響，得出了回收主體的不同供應鏈運作績效不同的結論。在此基礎上, Wassenhove[6]研究了零售商競爭環境下制造商回收模式的選擇問題，結果表明，在間接逆向回收模式下零售商競爭程度會對制造商回收模式的選擇產生影響。Jie等[7]進一步研究了對稱信息和不對稱信息下渠道權力結構對閉環供應鏈回收渠道的影響。韓小花[8]研究發現制造商競爭程度的高低會影響閉環供應鏈回收渠道決策，競爭程度較高時，制造商不會選擇回收產品；當競爭程度較低時,制造商會通過零售商間接回收產品。付小勇等[9]對比分析了3種雙鏈競爭下包含處理商的回收渠道博弈模型，研究發現混合模式下，選擇直接回收的處理商效益最好。

在閉環供應鏈實際逆向回收過程中，考慮到產品的使用時間、次數、環境、強度等因素，回收所得的廢舊產品存在明顯質量差異，且回收質量差的廢舊產品有可能會帶來負面影響[10]，因此回收質量成為回收方需要考慮的因素。Guo & Liu[11]在考慮回收質量和努力成本對回收利潤有影響下，構建了由制造商、分銷商和回收平臺組成的雙渠道閉環供應鏈決策模型，對比分析了集中決策和分散決策模型，探究雙渠道閉環供應鏈的優化問題。周雄偉等[12]研究表明，當把廢舊產品回收質量作為回收所需考慮的因素時，制造商或者銷售商負責回收比第三方負責回收模式更優。郭春香和譚越[13]將回收質量作為回收方在市場博弈中的決策變量，探究了政府規制對閉環供應鏈的回收質量以及其他供應鏈績效指標的影響。劉枚蓮和唐俊[14]在廢舊電子產品回收質量不確定和不同類型的電子產品存在相互替代性的情況下，探究了三級閉環供應鏈定價問題，發現在一定情況下，產品替代性增強會導致制造商和零售商定價的提高。

上述閉環供應鏈研究均建立在制造商的生產成本結構為線性基礎上，但由于生產企業管理水平低下或者技術落后等原因，經常會造成企業面臨生產規模不經濟的現象[15]，該現象下生產成本結構往往是非線性結構，產品的生產成本隨著產量的提高而增加，進而造成制造商生產效益降低和影響利潤分配的問題。例如洛陽春都集團、匯源果汁和長虹電器等大型企業在日常生產經營的過程中，因為沒有正確選擇與企業自身發展相適應的生產規模而導致出現規模不經濟現象。為了規避規模不經濟帶來的經營風險，學者展開了規模不經濟下閉環供應鏈的相關研究。Yi等[16]提出了考慮回收企業規模不經濟性的雙重回收渠道閉環供應鏈模型，探討再制造商如何合理地向零售商和第三方回收商分配回收努力的問題。丁軍飛等[17]在由生產規模不經濟制造商和供應商組成的閉環供應鏈中探究了雙向互惠偏好行為對供應鏈系統的影響，研究發現供應鏈成員間的互惠偏好行為總是不利于自身的利潤，反而有利于對方利潤的提高。石純來等[18]探究了當制造商面臨生產規模不經濟現象時，如何在第三方負責回收的閉環供應鏈中選擇最佳的合作策略，結果表明生產規模不經濟制造商與零售商或者第三方回收商合作均有利于提高供應鏈的運作效益，合作對象的選擇受廢舊產品回收率高低和規模不經濟程度的影響。石純來和聶佳佳[19]將政府獎懲機制引入到合作策略模型中，探究政府獎懲力度和規模不經濟程度對合作策略的影響。

綜上所述，在現有閉環供應鏈回收模式中考慮回收質量水平的相關文獻并未考慮到制造商面臨生產規模不經濟現象，并且鮮有研究將回收質量水平作為決策變量、回收率作為外生變量。本文以存在生產規模不經濟制造商的WEEE閉環供應鏈為研究對象，并考慮回收質量存在差異的情況，分別構建了由制造商自行回收、零售商負責回收和WEEE回收商負責回收的模式，并將回收質量水平作為決策變量、回收率作為外生變量，探究回收率對3種回收模式下閉環供應鏈的影響，最后對3種回收模式進行對比分析，為制造商選擇最優回收模式提供參考。

1 模型描述及基本假設

本文考慮由面臨生產規模不經濟現象的制造商、電子產品零售商、WEEE回收商和電子產品消費者組成的完整閉環供應鏈模型，在回收WEEE質量存在差異的情況下，根據回收主體的不同將廢舊電子產品回收模式分為生產規模不經濟的制造商負責回收(模型M)、零售商負責回收(模型R)和WEEE回收商(模型T)負責回收，研究中所需的決策變量和參數及其說明如表1所示。

本文基本假設如下。

(1)根據Savaskan等[5]的研究，本文假設產品市場需求為D(p)=α-βp，且α>0，β>0，D(p)>0。

(2)根據Ha等[20]研究，生產規模不經濟的制造商生產成本函數為hD(p)2，h越大(小)表示生產規模不經濟程度越高(低)，其中h>0。

(3)生產規模不經濟的制造商首先使用回收的零部件生產新產品，再制造完成后使用全新材料來生產新產品，使用回收廢舊電子產品零部件再制造的新產品和使用全新材料生產的產品同質，即二者在品質、市場接受程度等指標上無差別[21]。

(4)q表示為根據使用的損耗程度將回收的廢舊電子產品分成不同的質量水平，00，b>0，b>a>0。當q=1時，回收價格和轉

表1 相關變量及其說明

移支付達到最大。

(5)回收的廢舊電子產品能夠全部用于新產品的再制造過程中，且再制造成本相同。使用WEEE回收再制造的新產品具有單位成本優勢C(q)，C(q)越大表示生產規模不經濟的制造商再制造水平越高，通過再制造節約的成本越多。再制造成本優勢與回收質量水平呈線性關系，即C(q)=cq，c為使用廢舊產品回收再制造的最大節約成本。為了確保制造商回收再制造存在現實意義，再制造成本優勢C(q)要高于制造商給予回收方的單位轉移支付B(q)，C(q)≥B(q)，即c≥b>0。

(6)根據Savaskan等[19]關于銷售努力函數的假設，假設回收方回收WEEE投入的努力成本是回收質量水平q的函數，投入努力成本為二次型函數I(q)=kq2，其中k>0，回收質量水平q越高(低)，回收的難度越大(小)，所付出的努力成本越大(小)。

(7)廢舊產品的回收量Q=τD(p)。假設企業受廢舊產品處理能力和自身發展規模的限制，在一定周期內，回收率τ基本不發生改變[12]。

2 模型構建與求解

2.1 制造商負責WEEE回收的模式(模型M)

在模型M中，WEEE的回收由制造商負責，制造商先使用回收的WEEE零部件生產新產品，再制造完成后使用全新原材料來生產新產品，零售商從制造商手中批發新產品后將產品銷售給顧客。博弈順序為：生產規模不經濟的制造商作為市場博弈的領導者首先確定新產品的批發價格和回收質量水平，隨后零售商以自身利潤最大化原則決定新產品的銷售價格。閉環供應鏈結構如圖1所示。

圖1 回收模型M

制造商和零售商利潤函數分別為：

(1)

(2)

結合假設(8)，在制造商自行回收模式下，新產品的批發價格、新產品的銷售價格以及廢舊電子產品的回收質量水平均衡解分別為：

2.2 零售商負責WEEE回收的模式(模型R)

因供應鏈結構中零售商所處的位置更靠近顧客，同時考慮零售商具有完善的營銷網絡和成熟的管理經驗，可以達到降低逆向物流成本、節約資源的目的，所以模型R構建了一個由零售商負責WEEE回收的決策模型[22]。在此模型中，制造商從零售商手中回購WEEE，并將WEEE經過拆解、加工處理后分解成為可用于再制造的零部件，隨后使用可利用的零部件和全新原材料來生產新產品，最后制造商通過零售商再將新產品銷售給有購買需求的顧客。此模型的博弈順序為：制造商作為市場博弈的領導者首先決定新產品的單位批發價格，隨后零售商決定新產品的銷售單價和回收質量水平。閉環供應鏈結構如圖2所示。

圖2 回收模型R

模型R中的制造商和零售商利潤函數分別為：

(3)

(4)

博弈問題求解過程與模型1相同，這里不再證明，求得的均衡解分別為：

命題1說明在模型R中，制造商沒有選擇從再制造過程中獲得利潤，而是將節約的成本C(q)給予了零售商。對于回收質量水平保持一定的零售商來說，此舉無疑會激勵零售商降低銷售單價，刺激消費者需求，推動零售商的利潤增長；同時，b的增加會使零售商獲得更多資金來提高回收質量，也會推動利潤的提高，而生產規模不經濟制造商的利潤也會因為零售商采購量的提升而增加。

2.3 WEEE回收商負責回收的模式(模型T)

回收商是供應鏈中獨立的企業行為主體，核心業務關注供應鏈廢舊產品的回收，并同時具有物流運輸、拆解等功能。回收商因在廢舊產品回收過程中表現出的專業性，其被企業和有關政府機構重視程度不斷提高[23]。蘋果、惠普、IBM的閉環供應鏈由原材料供貨商、第三方物流企業、零售商、回收商等一系列企業組成，制造商作為閉環供應鏈主導企業，近年來致力于提高與具有獨特回收優勢的回收商合作程度，對供應鏈不斷優化。基于上述考慮，模型T構建了由第三方負責WEEE回收的模型，博弈順序為：制造商首先確定單位批發價格，零售商和WEEE回收商基于制造商的決策分別決定銷售單價和回收質量水平。供應鏈結構如圖3所示。

圖3 回收模型T

模型T中的零售商、制造商和WEEE回收商利潤函數為：

博弈問題求解過程與模型1相同，這里不再證明，求得的均衡解分別為：

表2 規模不經濟下考慮政府補貼的3種回收模式均衡解

3 模型均衡結果分析

其中，L=(M,R,T)。

性質1表明，當制造商面臨生產規模不經濟所引起過高的生產成本現象時，首先會導致自身批發價格的提高，進而導致零售商銷售價格的升高，降低顧客購買欲望，造成了市場需求量的減少，最終會使閉環供應鏈總利潤以及各成員企業利潤受到損失，加劇了閉環供應鏈的雙重邊際效應帶來的負向影響[15]。同時，在某一回收率固定的周期內，市場需求量的降低會導致廢舊產品回收量的減少；并且利潤的減少也導致了投入努力成本I(q)的降低，進而造成了回收質量水平的降低，最終導致回收價格的下降。

性質2表明，再制造節約成本越多，回收質量水平越高；向消費者支付的回收價格越高，回收質量水平越低。這是因為再制造節約成本提高所帶來利潤的增加能夠彌補為提高回收質量水平所付出的努力成本，使得回收質量水平的提高有利可圖。同時，過高的回收價格會造成回收方利潤的損失，為避免更多的利潤損失，回收方會減少投入的努力成本，最終導致質量水平的降低。這一研究結論與周雄偉[12]在不考慮制造商生產規模不經濟和政府補貼的回收模式研究結論是一致的。

回收率的提高使得廢舊產品的回收數量變多，縮減了制造商生產成本，推動了制造商利潤的增長并降低了批發價格。批發價格的降低又使零售商通過降低售價來刺激市場需求。回收率和市場需求量的提高擴大了廢舊產品回收市場的基數，使得閉環供應鏈成員企業獲益更多。在逆向渠道中，回收率的提高使得回收方通過回收活動獲得更多的利潤，進而促進了回收價格和回收質量水平的提高。回收質量水平的提高一方面可以有效避免回收低質量WEEE帶來的負影響，提高可用于再制造利用的材料質量；另一方面，還可以提高消費者對電子電器產品的使用維護意識，延長產品的生命周期，減少了有害零部件缺失所造成的環境污染問題。

性質4：在R回收模式下滿足：

(1)當制造商生產規模不經濟程度較低時，即0

(2)當制造商生產規模不經濟程度較高時，即

性質4說明，在R回收模式下銷售價格隨著回收率的升高而降低，而批發價格、回收質量水平、支付給消費者的回收價格、市場需求量、廢舊產品回收量、制造商利潤和閉環供應鏈總利潤均隨著回收率的升高而提高，但零售商的利潤不一定提高。

結合命題1，R回收模式與M和T回收模式不同之處在于，零售商負責回收時，規模不經濟的制造商將不從回收再制造活動中獲利，制造商損失了通過回收再制造節約的成本。當回收率提高時，消費者需求量變大導致規模不經濟下的生產總成本變高，作為市場主導者的制造商會通過提高批發價格來保證自身利潤損失最小化。

命題3：三種回收模式下，回收質量水平和從消費者手中回收廢舊產品的價格滿足qR*>qM*>qT*>0,AR*>AM*>AT*>0。

命題3表明，當制造商面臨生產規模不經濟現象時，零售商負責回收WEEE模式下廢舊產品回收質量水平和回收價格最高，回收業務外包給WEEE回收商模式下最低。

在制造商主導型閉環供應鏈中，生產規模不經濟的制造商的利潤高于零售商，所以當零售商負責回收時，零售商為努力獲得更多利潤而提高回收質量水平，進而幫助制造商緩解生產規模不經濟帶來的負面影響，節約更多的生產成本，降低批發價格，提高消費者需求量，提高零售商從正向供應鏈中所獲得的利潤，所以零售商負責回收WEEE的模式下廢舊產品回收質量水平最高，進而使得此模式下回收價格也為最高。

命題4：制造商批發價格滿足wR*>wT*>wM*>0。

命題5：3種不同回收模式下，新產品的銷售價格、市場總需求量和廢舊產品回收量滿足pT*>pM*>pR*>0,DR*>DM*>DT*>0,QR*>QM*>QT*>0。

命題5表明，當考慮供應鏈制造商面臨生產規模不經濟現象時，在WEEE回收商負責回收模式下，制造商只會向回收商提供一筆回收活動激勵費用，并不會影響零售商決策，回收商和零售商決策相對獨立，并且由命題4知T回收模式下的批發價格高于M回收模式，所以銷售價格也要高于M回收模式。當零售商負責廢舊產品回收時，雖然批發價格在3種回收模式下最高，但零售商可以根據銷售價格制定的變化來了解市場需求的變化，其銷售價格低于制造商負責回收時的銷售價格，避免銷售價格設定過高影響消費者需求。從顧客的角度來考慮，在制造商面臨生產規模不經濟現象下，顧客更愿意看到制造商委托零售商來對廢舊電子產品進行回收。

命題6表明，無論是哪種回收模式，生產規模不經濟的制造商在廢舊產品回收、再制造與新產品的銷售過程中獲得的利潤最高，WEEE回收商獲得的收益最低。在生產規模不經濟的制造商領導型閉環供應鏈中，制造商雖然面臨生產規模不經濟導致生產成本過高的現象，但是其可以優先制定新生產產品的批發價格和給予第三方的轉移支付來控制市場規模，從而使自身獲得更多的利潤。

命題7表明，當考慮供應鏈制造商面臨規模不經濟現象時，制造商利潤和閉環供應鏈總利潤在R回收模式下最高，在T回收模式下最低。由命題3和命題5可知，這是因為在R回收模式下當回收率保持一定時，廢舊產品回收質量水平和消費者需求量均高于其它回收模式，導致制造商利潤和WEEE閉環供應鏈總利潤也為最高。

M回收模式下的零售商利潤始終大于T回收模式下的零售商利潤。當制造商生產規模不經濟程度較低時，R回收模式下的零售商利潤最大，T回收模式下的零售商利潤最小；當適中時，M回收模式下的零售商利潤最大，T回收模式下的零售商利潤最小；當程度較高時，M回收模式下的零售商利潤最大，R回收模式下的零售商利潤最小，此時零售商往往不會負責回收WEEE。此外，3種回收模式下零售商利潤的高低不會影響閉環供應鏈總利潤的高低，從供應鏈利潤最大化的角度來看，生產規模不經濟的制造商委托零售商進行WEEE回收是最優的回收策略。

4 結論

本文在回收方考慮產品的回收質量水平和制造商生產規模不經濟環境下，探討閉環供應鏈回收模式選擇問題，并分析WEEE回收率對回收價格、回收數量、回收質量水平、批發價格、銷售價格、市場需求量以及閉環供應鏈總利潤和成員企業利潤的影響，得到以下結論：

第一，WEEE回收率的提高能夠降低銷售價格并提高回收質量水平、回收價格、回收數量和市場需求量。當制造商生產規模不經濟程度較低時，回收率的上升會提高閉環供應鏈總利潤和成員企業的利潤；但當規模不經濟程度較高時，WEEE回收率的上升反而會導致零售商利潤受到損失。

第二，銷售價格在R回收模式下最低，T回收模式下最高；回收質量水平、回收價格、回收數量、市場需求量、制造商利潤和閉環供應鏈總利潤在R回收模式下最高，T回收模式下最低；但是批發價格在R回收模式下最高，M回收模式下最低。

第三，當制造商生產規模不經濟程度較高時，零售商利潤在R回收模式下最高，在T回收模式下最低，此時零售商會選擇不回收WEEE；當規模不經濟程度適中時，在M回收模式下零售商利潤最高，在T回收模式下最低；當規模不經濟程度較低時，在M回收模式下零售商利潤最高，在R回收模式下最低。

總體來說，當制造商在面臨生產規模不經濟現象時，會優先將回收業務委托給零售商，但零售商會根據規模不經濟程度來決定是否接受回收業務。只有當生產規模不經濟程度較低時，零售商負責回收WEEE的模式對制造商、零售商、消費者和環境保護都更有利。本研究僅考慮了使用回收處理后的廢舊電子產品零部件再制造的新產品和使用全新材料生產的產品同質化的情形，而實際中兩種產品會出現價格、質量的差異，后續可以基于此開展進一步研究。還可以考慮供應鏈成員之間的競爭。