胡厚寶,劉軍軍
(1.同濟大學經濟與管理學院,上海 200922;2.成山集團有限公司,山東威海 264300;3.西南財經大學工商管理學院,四川成都 611130)
近年來,具有環保和經濟雙重價值的再制造在我國政府大力倡導和鼓勵下,逐漸獲得社會的廣泛認可和消費者的青睞[1]。受到雙環境規制和再制造品需求增加等因素的疊加影響,部分新產品制造商對從事再制造業務的態度變得更為積極[2],開始強化對再制造品生命周期環節的把控和布局,如國內最大的輪胎企業——杭州中策輪胎有限公司,成立了專門從事輪胎再制造業務的獨資子公司。盡管原始制造商具備了主動參與再制造的意愿,但仍然面臨諸如新品和再制造品的相互競爭、缺乏專業的再制造設備和技術、廢舊產品的回收渠道建設等現實問題。因而,原始制造商在決策再制造模式時通常以再制造收益作為主要的考量因素[3]。原始制造商新產品開發時開展再制造設計對最終再制造品收益的具有重要影響,產品的再制造設計(如可拆解、模塊化和分類回收等)能夠改變廢舊產品的可回收性和再制造性水平,影響再制造產品的成本和收益[4]。再制造設計中的可拆解、模塊化等已得到了企業和學術界的廣泛關注[5]。而產品分類回收設計作為廢舊產品回收再制造的前置環節,是影響廢舊產品處理效率的關鍵步驟卻鮮有研究,如輪胎制造企業通過分類回收設計,使得廢舊輪胎按照不同的處理類別(再制造、再生、再利用)進行回收,能夠極大提升廢舊輪胎的處理處置效果。因此,本文從產品的再制造設計中的分類回收設計為出發點,分析其對新產品制造商參與不同的再制造模式收益的影響,繼而為原始制造商選擇合適的再制造模式提供決策支持。
當前,原始制造商可以采用多種方式參與再制造業務,按照參與的程度和形式來劃分,再制造模式可以分為三種:(1)原始制造商通過自建回收渠道,完全獨立自主開展再制造,直接參與市場競爭;(2)制造商基于再制造相關的知識產權將再制造業務授權給再制造商[6];(3)為了拓寬業務領域并提高再利用率,原始制造商將再制造業務外包給專業的再制造商。但他們仍然負責產品的銷售,并根據外包費用向再制造商支付相應的報酬。這種策略有助于降低成本、提高效率,以及促進環境保護。針對原始制造商通過前端的產品再制造設計對不同再制造模式的影響,國內外學者對此已有研究。如Ferrer等[7]通過構建兩階段的博弈模型探討了原始制造商是否應開展再制造以及決策再制造品的產量等問題,指出原始制造商在最初的產品設計以及廢舊產品的回收上有著很大優勢,應該充分發揮這種優勢來降低再制造品的成本,以參與市場競爭;Qiang[8]進一步討論了兩個自主開展再制造設計的原始制造商之間的競爭關系,指出再制造設計和消費者感知會顯著影響再制造品的市場份額和競爭力;Wang 等[9]研究指出了產品設計對于原始制造商開展再制造收益并不總是正向影響,而在不同的立法結構下有所差異;夏西強等[4]研究指出再制造設計對于原始制造商開展外包再制造能帶來更大的收益,并進一步討論了再制造設計成本的分擔問題。原始制造商考慮開展授權再制造除了需要考慮知識產權相關的專利費外,產品的再制造設計也是其決策的關鍵要素,同時也會影響被再制造商是否愿意接受授權和進入市場[10]。開展授權再制造的重要條件就是再制造設計能夠顯著降低成本[11]。進一步,授權再制造模式的生效還需要考慮再制造商的利益,當再制造設計能夠使其獲益時,該模式才能最終啟動生效[12]。除了單獨研究再制造設計下不同再制造模式下的決策問題外,少數學者針對原始制造商參與的多種再制造模式進行了比較研究。如高舉紅等[13]探討了產品可拆解性設計對于原始制造商是否開展再制造及采用何種模式(自主開展和合作開展)的決策影響;唐娟等[14]同時考慮了公平關切和再制造設計的影響,對原始再制造商參與的外包和授權再制造模式進行對比分析指出再制造設計對外包再制造更為有利。
綜上所述,原始制造商再制造設計如何影響其再制造模式選擇得到了學者們的廣泛關注。但現有研究中再制造設計的內容主要集中在可拆解、模塊化設計上,對分類回收設計的關注仍然不足。對于原始制造商而言,盡管之前已有多位學者對再制造模式做出了研究,但對于自主再制造、授權再制造和外包再制造這三類模式的系統性對比分析尚未得到實施。由此,原始制造商在積極參與再制造時難以獲得有助于選擇合適模式的決策支持。本文考慮再制造設計中廢舊產品分類回收這一關鍵要素,進行創新性研究,主要內容包括:首先,在已有研究的基礎上構建了考慮分類回收設計的三類再制造模式的博弈模型;其次,對廢舊產品分類回收設計對三類再制造模式的影響進行了比較分析,確立了原始制造商選擇合適的再制造模式的邊界條件;最后,分析了原始制造商參與的不同再制造模式對市場和環境的影響。
在新產品的設計之初就考慮廢舊產品的分類回收,將有效地提升廢舊產品的回收和處理效率。原始制造商可通過設計廢棄產品分類回收方案,對其參與不同再制造模式的收益產生影響。通過此策略,可提高可持續性,降低資源消耗,并在再制造市場中取得競爭優勢。
為獲取廢舊產品回收再制造收益,一方面原始制造商自身建立一個回收系統,以負責廢舊產品分類回收設計和再制造產品的產銷,例如天津和昌環保技術有限公司建立自己的廢舊家電回收網絡;一方面其可以基于知識產權保護將再制造業務授權或外包給再制造商,例如美國福特公司和德國BMW,在經歷過再制造失敗后,支付一定的外包費用將再制造生產委托給第三方。考慮到現有問題,本文構建了廢舊產品分類回收設計和再制造基礎上的原始制造商自主再制造、授權再制造和外包再制造三種模式的博弈模型。在原始制造商自主再制造模式下,生產責任由原始制造商承擔,并且原始制造商可以調整新產品和再制造產品的價格來平衡市場需求和生產成本,從而實現最優化的經濟效益(為了便于求解模型,本文將單位產品零售價格轉化為產品需求量)。在授權再制造模式下,原始制造商制定新產品的零售價格和授權費用,再制造商則決策再制造產品的價格和回收率等參數,利用市場需求來獲得競爭優勢;(模型求解時,根據需求函數將決策變量轉為再制造產品需求量后,進一步根據再制造產品需求量和舊產品回收率之間的關系轉為廢舊產品回收率);再制造外包時,原始制造商決策兩種產品的零售價格和外包費用,再制造商根據單位外包費用決策舊產品回收數量(本文用舊產品回收率來表示)。以上三種模式中均由原始制造商負責廢舊產品分類回收設計,但在授權和外包模式下,該設計費用最終由再制造商承擔。根據上述描述可得三種再制造模式博弈示意圖,具體見圖1。

圖1 原始制造商參與的三種再制造模式博弈
本文用到模型符號及其說明,具體見表1。

表1 符號及其說明
假設1:參考高舉紅等[15]的研究,所有決策參與者之間的信息完全對稱且均為經濟理性人,均以利潤最大化為決策目標,同時兩種制造商生產的產品均可銷售。
假設2:兩種產品制造商之間是Stackelberg 博弈,其中原始產品制造商是博弈主導者,可以對再制造模式進行選擇,再制造商是追隨者,可選擇是否進行再制造。
假設3:兩種產品在市場上并存,具有競爭關系,再制造產品數量受新產品數量的約束;再制造產品在性能和質量上與新品無差異,但是消費者的心理認知偏差使得對再制品的購買意愿低于新產品,即。
(1)需求函數。參考Orsdemir 等[16]、夏西強等[17]的研究,根據消費者效用函數確定兩種產品的市場需求函數。假設消費者購買新產品的意愿θ服從[0,1]的均勻分布[18],消費者從購買單位新產品和單位再制造產品中獲得的消費者剩余分別表示為:。只有當消費者剩余在購買新產品和再制造產品的兩種選擇中,僅當前者大于后者時,也即,消費者才選擇購買新產品,否則,選擇購買再制造產品。消費者購買新產品的意愿區間為:,類似可知,消費者購買再制造產品的意愿區間為:,歸納可得:
(2)回收函數。當制造商從事再制造活動時,他們需要回收消費者使用過的廢舊產品來再制造有用的產品,并將回收成本納入再制造成本中。根據李飚等[19]的發現,回收成本與回收數量呈正相關關系,即回收數量的增加會導致回收成本的逐漸上升,但上升速度會逐漸變緩,這一關系可以視為回收數量的凸函數。這意味著,制造商在制定再制造策略時,需要綜合考慮再制造成本和回收數量,回收函數可以表示為,其中,k表示舊產品回收規模系數。
(1)原始制造商自主開展再制造(模型t)。原始制造商自主進行再制造,對于深入了解消費者需求和產品在生命周期末端的缺陷、優化產品的初始設計、提升產品的市場競爭力具有積極作用。同時,再制造可以減少采購原材料的成本,從而降低了生產成本。因此,原始制造商具有再制造的動機,以獲取再制造所帶來的收益,在這種模式下,原始制造商需要承擔產品生命周期各個階段的相關活動,包括新產品的設計、生產和銷售,廢舊產品的回收、分類和設計,以及再制造產品的生產和銷售等,原始制造商的利潤函數為:
(2)原始制造商進行授權再制造(模型s)。由于缺乏先進的再制造技術和配套的系統性政策,廢舊產品的回收與再利用存在著很大的局限性。同時,新產品生產所能帶來的經濟利潤和市場占有率遠遠高于再制造領域,因此,原始制造商一般不愿意回收再制造,而是基于知識產權保護將再制造業務授權給再制造商,例如浙江再生手拉手汽車部件有限公司和張家港富瑞特種裝備股份有限公司,通過交納授權再制造費用取得再制造合法權利。由于再制造市場競爭激烈,再制造商們不斷挑戰原始制造商的地位。為了追求自身利益最大化,原始制造商通常會采取多種策略。原始制造商和再制造商利潤函數為:
(3)原始制造商進行外包再制造(模型w)。原始制造商基于知識產權保護也可以通過支付一定的外包費用將再制造業務外包給再制造商,比如美國福特公司和德國BMW,在經歷過再制造失敗后,支付一定的外包費用將再制造生產委托給第三方。與授權再制造模式不同的是,外包再制造模式下再制造產品的銷售仍由原始制造商負責,第三方廠商主要負責產品的再制造及相關的技術支持等環節,盡管外包再制造模式存在管理風險和合作風險等問題,但相比之下,它具有資源優化配置和經濟效益最大化的優勢。原始制造商和再制造商的利潤函數為:
引理1 的證明作者備索。
由引理1 可得結論1,即三種再制造模式下的最優解,具體見表2。

表2 三種模式下的最優解
推論1 表明,廢舊產品分類回收設計可以影響再制造啟動條件,無論是原始制造商自身進行再制造還是將再制造業務外包或授權給再制造商,只有當廢舊產品分類設計節省成本達到一定程度時,原始制造商和再制造商才會選擇從事再制造業務,且消費者對再制造產品偏好有助于降低再制造啟動條件。
結論2:分類回收設計節省成本對最優值影響:
結論2 說明,三種再制造模式下,分類回收設計節省成本與單位再制造產品零售價格負相關,不影響單位新產品零售價格,主要是因為分類回收設計節省成本有助于增強再制造產品市場競爭優勢,降低再制造啟動條件,分類回收設計節省成本越大,再制造產品單位零售價格越低,同時,廢舊產品回收率和單位再制造產品的銷售量也會逐步上升,但這也會對新產品的銷售量造成相應的沖擊;但是分類回收設計節省成本不影響單位新產品零售價格,這是因為原始制造商進行分類回收設計時,其可以通過合理決策兩種產品單位零售價格和廢舊產品分類回收設計費用來平衡再制造成本與收益;再制造授權時,原始制造商可以通過提高單位再制造產品授權費用來影響再制造市場;再制造外包時,原始制造商可以通過合理設定兩種產品的零售價格和降低單位再制造產品外包費用來協調兩種產品的市場需求量,以最大化其利潤,即三種再制造模式下,采用分類回收設計可以實現降低成本,不僅可以增加再制造產品的競爭力,增加再制造商的利潤,還可以讓原始制造商通過有效的市場控制及調整相關策略,提高其利潤水平,實現雙贏局面。
管理啟示:分類回收設計節省成本有助于降低再制造啟動條件,因而為促進再制造產業發展,政府應根據實際情況采取有效的補貼策略,以鼓勵原始制造商積極參與。同時,實施廢舊產品分類回收設計的原始制造商應充分發揮其優勢,加大技術投入和研發以增加分類回收設計節省的成本,提高再制造產出率。廢舊產品分類回收設計會加劇新產品和再制造產品競爭,相互耦合的效應給原始制造商帶來了前所未有的挑戰。作為博弈的主導者,原始制造商需要精心選擇適合自身利益的再制造模式。
結論3:三種再制造模式下最優值對比有下列結論:
結論3 說明,制造商對廢舊產品分類回收設計旨在有效降低再制造產品生產成本,分類回收設計節省成本的提高意味著再制造產品市場競爭優勢增強,并降低再制造啟動條件。在應用原始制造商自主再制造方式和外包再制造模式時,原始制造商通常在新產品和再制造產品的銷售方面占據重要地位。為了增加再制造產品的銷售量,原始制造商通常會采取薄利多銷的策略,降低單位再制造產品的零售價格,以此獲取更多收益。但是原始制造商自主再制造模式下再制造產品的生產也由原始制造商負責,兩種產品的市場競爭程度較弱,單位再制造產品零售價格下降幅度最大;授權再制造模式下,再制造產品的生產和銷售均由再制造商負責,兩種產品的市場競爭激烈,再制造商獲取更多收益,單位再制造產品零售價格下降幅度最小。
三種再制造模式下新產品單位零售價格相等,這是因為分類設回收計節省成本雖然降低單位再制造產品零售價格,增強再制造產品競爭優勢,但是三種再制造模式下原始制造商均可以有效控制市場,不改變單位新產品零售價格。因而,在授權再制造模式下,再制造產品的零售價格最高,銷售量最低,盡管市場競爭異常激烈,新產品的銷售量卻居高不下。然而,原始制造商自主進行再制造時,單位再制造產品的零售價格最低,再制造產品也擁有相對較高的銷售量,而新產品的銷售量卻相對較小。
管理啟示:原始制造商對廢舊產品分類回收設計能夠有效降低單位再制造產品生產成本,當原始制造商進行再制造時,通過降低單位再制造產品的零售價格,可以增加再制造產品的銷售量,進而提高再制造收益,改善授權與外包再制造下兩種產品制造商追求自身利潤最大化造成的邊際損失。
結論4:分類回收設計節省成本對廢舊產品回收率影響:
結論4 說明,三種再制造模式下廢舊產品回收率與分類回收設計節省成本正相關,這是因為根據推論1 和結論2 可知分類回收設計可節省成本繼而降低再制造啟動條件,增加再制造產品市場銷售量,廢舊產品回收率隨之增加。值得注意的是,在自主再制造模式下,原始制造商能夠實現最大化的廢舊產品回收率。造成這一現象的主要原因是,由結論3 可知,原始制造商自主再制造模式下再制造產品銷售量最大,銷售量的增加促進了廢舊產品的分類回收設計和再制造。
管理啟示:制造商進行廢舊產品分類回收設計可以有效地影響廢舊產品回收率,政府可以通過政府采購和補貼等政策激勵原始制造商開展廢舊產品分類回收設計,提高廢舊產品回收的積極性,從而減少對環境影響。
結論5:三種再制造模式下分類回收設計節省成本對利潤的影響:
結論5 表明原始制造商進行分類回收設計時,兩種產品制造商會通過調整產量和價格來增加自身利潤,三種再制造模式下原始制造商和再制造商利潤與分類回收設計節省成本正相關。當原始制造商采用自主再制造模式時,兩種產品的生產和銷售均由其自己負責,避免了與再制造商的直接競爭,因此,原始制造商能夠獲得最高收益。當符合一定的條件時,包括消費者對再制造產品的偏好和廢舊產品回收規模參數在內,原始制造商和再制造商都會選擇外包再制造模式和授權再制造模式,造成這一現象的主要原因是:當再制造外包時,原始制造商同時負責兩種產品的銷售,原始制造商可以通過合理調整兩種產品的零售價格和外包費用來控制再制造市場;授權再制造模式下,再制造品銷售由再制造商直接控制,新品和再制造品之間的競爭更為激烈,當消費者偏好和廢舊產品回收規模參數較大時,原始制造商會通過提高單位授權費用來轉移再制造收益,導致再制造商的收益下降,因而再制造商傾向于參與外包再制造模式。
管理啟示:廢舊產品分類回收設計是減少單位再制造產品生產成本的有效措施。這不僅會對制造商的收益和成本產生間接影響,同時也會受到消費者偏好和廢舊產品回收規模參數的影響。政府和原始制造商應該從兩個方面來進行調整,一方面應致力于提高分類回收設計節省的成本,提高兩種產品制造商收益的同時促進再制造產業發展,比如政府可以通過采購和補貼激勵制造商分類回收設計的研發投入,從而提高廢舊產品分類回收效率;另一方面政府、原始制造商和再制造制造商還需考慮如何提高消費者偏好。例如,可以出臺購買再制造產品的優惠政策,以鼓勵消費者購買再制造產品。此外,在推動再制造產業發展的過程中,原始制造商和再制造制造商可以采用多種措施,例如提高廢舊產品回收率、增強與消費者的互動、促進再制造產品商業化等。這些措施旨在提高消費者對再制造產品的信任和認可程度,進而促進再制造業的發展。
廢舊產品分類回收設計以及再制造對環境都有不同程度的影響,為了分析這種影響,參考李飚等[19]的發現,設三種再制造模式下兩種產品對環境的影響為:
結論6 說明,當兩種產品(再制造產品和新產品)的單位碳排放量相比較小時,授權再制造模式下兩種產品對環境影響最大、外包再制造模式對環境影響次之、原始制造商自主再制造模式影響最小。該現象的主要原因是:結合結論2,分類回收設計能夠有效降低成本并促進再制造產品的銷售量,運用自主再制造模式時,原始制造商在再制品銷售方面取得了最大效益,但其新產品銷售量較少,而授權再制造模式下,情況則完全相反,所以當單位再制造產品碳排放量較小時,授權再制造模式下兩種產品對環境影響最大、外包再制造模式對環境影響次之、原始制造商自主再制造模式對環境影響最小。
管理啟示:在消費者低碳意識增強時,制造商想要獲取低碳收入,必須考慮對環境影響,需要在技術改進方面加大投資和研發,提高分類回收設計節省成本和減少單位再制造產品的碳排放量,而原始制造商可以通過開展再制造活動,提高收益的同時降低對環境的影響。
消費者剩余是指在購買產品時,消費者實際支付與其愿意支付之間的差額,也就是消費者從購買產品中獲得的額外收益。消費者剩余的大小直接反映了消費者的主觀感受,同時也能夠直接反映出政策的效果。因此,消費者剩余可以為政府制定和完善相關政策提供科學依據。本文所述的消費者剩余由兩部分構成,分別為購買新產品和再制造產品時所獲得的剩余,且消費者剩余可通過消費者效用、兩種產品的價格以及需求量等指標來進行表達,針對再制造產品與新產品的消費者剩余計算過程如公式(6)所示:
結論7:三種再制造模式對消費者剩余影響:
結論7 表明,當制造商采用廢舊產品分類回收設計和再制造時,不同的再制造模式會對消費者剩余和社會剩余產生不同的影響。其中,原始制造商自主再制造模式下,消費者剩余和社會剩余都能夠實現最大化;外包再制造模式下,消費者剩余和社會剩余次之;而授權再制造模式下,消費者剩余和社會剩余最小。這個結論表明原始再制造商進行廢舊產品分類回收設計和再制造將會有更好的社會效益。但這些制造商往往不愿意從事再制造活動,主要是因為原始制造商缺乏再制造的專有技術、廢舊產品回收渠道以及再制造獲得收益相對于新產品生產收益較小等原因。因此,在存在第三方再制造商的情況下,實行外包更有助于擴大再制造生產規模,減少兩類產品對環境的影響。即從消費者、政府、原始制造商的角度,再制造外包是一種比較理想的決策模式,政府可以對再制造商補貼來鼓勵再制造商參與外包再制造模式。
本文選取中國重型汽車集團有限公司作為實際案例,旨在驗證之前的研究成果,并進一步分析消費者偏好對最優解的影響。其開展再制造發動機的分類回收設計,由中國重汽濟南復強動力有限公司負責生產。參考徐濱士等[20]和鄒宗保等[21]的研究表明,與單位新發動機相比,單位再制造發動機節約成本50%、節約能源60%、節約原材料70%,減少環境影響80%。因此,取相關參數。
如圖2 所示,無論是哪種再制造模式,新產品銷售量與消費者對再制造產品偏好以及分類回收設計節省成本均呈現出負相關的關系,消費者偏好與再制造產品銷售量與正相關,與分類回收設計的成本節省程度呈負相關。這是由于消費者對再制造產品的偏好不斷增加,并且分類回收設計的成本節省不斷提高,兩個重要因素共同優化了再制造產品的競爭力。隨著競爭力的提高,再制造產品的銷售量顯著增加,同時市場競爭進一步降低,新產品銷售量也因此減少。這里圖中得出的結論與結論3 一致,即原始制造商自主再制造的模式下,新產品銷售量表現較差,但再制造產品的銷售量則表現出色。相反,授權再制造模式下新產品的銷售量最大,但再制造產品的銷售量卻相對較少。在此不予以具體分析。
如圖3 所示,廢舊產品回收率與消費者對再制造產品偏好和分類回收設計節省成本均正相關,主要原因是,隨著分類回收設計的發展和消費者偏好的增加,再制造產品的銷售量不斷增加,這種發展也促進了廢舊產品的回收率不斷提高,并且三種模式廢舊產品回收率大小關系得出了與結論4 一致的結果,在此不予以詳細描述。

圖3 Δ 和δ 對廢舊產品回收率影響
由圖4 可知,單位再制造產品授權費用與消費者偏好和分類回收設計節省成本正相關,單位再制造產品外包費用與消費者偏好正相關,與分類回收設計節省成本負相關。這是因為,當原始制造商基于知識產權保護將再制造業務外包或授權給再制造商時,原始制造商均可以有效控制市場,再制造授權時再制造市場直接由再制造商控制,兩種產品市場競爭激烈,促使原始制造商提高授權費用平衡被再制造產品擠兌損失的收益;再制造外包時,再制造產品由原始制造商銷售,他們會降低外包費用鼓勵再制造商開展再制造活動,獲取更多產品的銷售收益。

圖4 Δ 和δ 對單位再制造產品授權費用和外包費用影響
由圖5 可知,原始 制造商和再制造商利潤均與消費者偏好和分類回收設計節省的成本正相關。主要原因是:隨著分類回收設計節省成本增加,再制造商可增加對分類回收設計成本的承擔從整體上降低再制造的成本,另一方面,隨著消費者對再制造產品偏好的增加,原始制造商可以通過調整產量和定價以獲取再制造產品的收益,從而在市場競爭中處于主導地位。這種博弈策略使得原始制造商能夠有效地控制市場,增加自身的收益。自主再制造模式下原始制造商收益最大,外包再制造模式次之,授權再制造模式最小,當消費者偏好滿足一定條件時,外包再制造模式下再制造商利潤大于授權再制造模式,這與結論5 相同,具體分析見結論5。

圖5 Δ 和δ 對利潤影響
本 文基于原始制造商主動參與再制造的三種模式(一是自主再制造,二是授權再制造,三是外包再制造)構建原始制造商與再制造商之間的博弈模型,對比分析了分類回收設計對不同再制造模式收益的影響,主要研究結論如下:
(1)當針對廢舊產品的分類回收設計所節省的再制造成本達到一定程度時,原始制造商和再制造商才會有意愿開展再制造業務。消費者對再制造品的偏好能強化這種意愿。
(2)原始制造商開展廢舊產品分類回收設計會加劇新產品和再制造品的競爭,同時也能有效降低再制造產品成本,從而降低單位其零售價格來增加銷售量,增加再制造收益。
(3)原始制造商自主再制造模式下廢舊產品的回收率最大,且再制造產品銷量最大,而原始制造商獲得利潤也會最大,反過來會促進針對廢舊產品的分類回收設計和再制造活動。
(4)原始制造商基于知識產權保護將再 制造業務外包或授權給再制造商時,且當消費者對再制造產品偏好和廢舊產品回收規模參數滿足一定條件時,原始制造商和再制造商都更傾向于選擇外包再制造模式。