基于回收率與回收量的閉環(huán)供應鏈激勵決策研究

基于回收率與回收量的閉環(huán)供應鏈激勵決策研究

1逆向物流與環(huán)境效益根據(jù)中華人民共和國第25條，計劃應大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，重點開發(fā)具有三個功能的可循環(huán)生產(chǎn)和制造流程：產(chǎn)品制造、能源轉換和廢物回收。隨著人們環(huán)保意識的提高,電子類廢舊產(chǎn)品的回收處理逐漸受到重視?！稄U棄電器電子產(chǎn)品回收處理管理條例》已于2008年8月20日國務院第23次常務會議通過,自2011年1月1日起施行。條例明確規(guī)定廢舊家電回收將推行生產(chǎn)者責任制,其核心是要求電子類產(chǎn)品制造商領導供應鏈下游的回收商和消費者開展廢舊產(chǎn)品回收再制造的逆向物流工作。近年來國內外有一些文獻致力于逆向物流和閉環(huán)供應鏈的研究。比較有代表性的文獻大致可分為綜述類、結構類、競爭策略與運作類、定價策略類及協(xié)調類等。達慶利等(2004)論述了逆向物流系統(tǒng)結構研究的現(xiàn)狀并展望了未來的研究方向。孫林巖和王蓓(2005)將逆向物流與傳統(tǒng)的物流、閉環(huán)供應鏈、綠色物流、廢棄物管理及可持續(xù)發(fā)展等概念做了比較。Savaskan(2004)分析了閉環(huán)供應鏈的結構選擇問題,比較了三種回收模式的優(yōu)劣。Nunen(2004)從流程、產(chǎn)品和消費者三個視角對閉環(huán)供應鏈所涉及的逆向物流活動、關鍵決策因素、績效評估及監(jiān)控技術進行了研究。Heese等(2005)討論了制造商通過回收廢舊產(chǎn)品獲得的競爭優(yōu)勢問題。Ferrer(2006)研究了新制造與再制造產(chǎn)品并存和沖突情形下的決策問題。王文賓等(2007)以廣義隨機Petri網(wǎng)為工具分析了再制造供應鏈的性能。Guide(2003)研究了如何通過供需匹配實現(xiàn)再制造的利潤最大化。Mukhopadhyay等(2005)探討了回收策略與模塊化設計的協(xié)調決策。王玉燕等(2007)基于分析合作情形和不合作情形的決策討論了第三方回收商回收廢舊產(chǎn)品的閉環(huán)供應鏈決策與協(xié)調。葛靜燕等(2008)基于博弈論方法分析了閉環(huán)供應鏈定價策略。王文賓等(2008)建立獎懲機制下電子類產(chǎn)品制造商回收再制造決策模型,討論了政府引導情況下制造商回收再制造的條件。在此基礎上,王文賓等(2009)進一步探討了再制造逆向供應鏈的獎懲機制設計。以上文獻很少有考慮政府通過設計獎懲機制引導閉環(huán)供應鏈成員積極回收再制造的情況。文獻和初步探討了政府的獎懲機制對制造商以及逆向供應鏈回收再制造決策的影響,然而它未從閉環(huán)供應鏈的角度探討,且設計的機制是基于回收率的獎懲機制。政府對于閉環(huán)供應鏈的基于回收率的獎懲機制與基于回收量的獎懲機制哪種效果更好?是一個值得探討的問題。本文以閉環(huán)供應鏈為研究對象,基于Savaskan(2004)和Ferrer(2006)的研究假設,分析了集中式?jīng)Q策、分散式?jīng)Q策、基于回收率的獎懲機制和基于回收量的獎懲機制共4種情形的決策問題,得到各種情形下閉環(huán)供應鏈的定價和回收率的決策,并進行了比較,討論了兩種機制的適用性,并比較了兩種獎懲機制的優(yōu)劣。2再制造廢產(chǎn)資源回收模型考慮由制造商、零售商、回收商和消費者構成的閉環(huán)供應鏈如圖1所示。回收商的單位回收成本為c0,并根據(jù)自己利益最大化原則決定廢舊產(chǎn)品的回收率τ;制造商以回購價b從回收商處回購廢舊產(chǎn)品。制造商可以完全用新材料生產(chǎn)新產(chǎn)品,也可以使用回收產(chǎn)品的部分零部件生產(chǎn)。制造商生產(chǎn)的新產(chǎn)品以零售價p銷售給消費者,廢舊產(chǎn)品重新進入回收再制造領域。為了引導閉環(huán)供應鏈較多的回收廢舊產(chǎn)品,政府可以提供獎懲力度為k的獎懲機制?；厥諒U舊產(chǎn)品需要的固定投資I為回收網(wǎng)絡的建設投資等,與Savaskan類似,假設I=mτ2/2,m為回收廢舊產(chǎn)品的難度系數(shù);回收的產(chǎn)品全部可用于再制造,用回收產(chǎn)品再制造為新產(chǎn)品的單位成本為cr,而用新零部件制造新產(chǎn)品的單位成本為cm,且新產(chǎn)品同質。記Δ=cm-cr,故新產(chǎn)品的單位成本c=cm(1-τ)+crτ=cm-Δτ。為保證所建的閉環(huán)供應鏈模型有意義,需滿足Δ>c0,這是因為只有當回收產(chǎn)品的再制造成本優(yōu)勢高于回收成本時,制造商才有積極性回購廢舊產(chǎn)品。新產(chǎn)品的需求函數(shù)為D(p),與Ferrer等的文獻相同,設D(p)=φ-p,其中φ>p>0為基本市場規(guī)模;且回收再制造對于市場容量的影響忽略不計。不失一般性,假設制造商是Stackelberg領導者。3回收再制造決策模型由第一節(jié)的描述可知,制造商的利潤πm為零售商的利潤πr為回收商的利潤πc為由于制造商是Stackelberg領導者,閉環(huán)供應鏈的回收再制造決策可分為4種情況,針對每種情況分別建立模型并討論如下。3.1海賽矩陣該情形下再制造閉環(huán)供應鏈是一個理想化的“超組織”,其利潤最大化問題為命題1:當2m-(Δ-c)2>0時,式(4)給出的函數(shù)是嚴格凹的,有唯一解為證明:式(4)的海賽矩陣為,由海賽矩陣負定與函數(shù)為凹函數(shù)的等價關系易得2m-(Δ-c)2>0成立,求偏導易解得pI和τI。證畢。3.2回收商和零售商之間的決策順序該情形下制造商、零售商和回收商的利潤如式(1)、(2)和(3)所示。由于制造商是Stackelberg領導者,故決策順序為制造商先決策,回收商和零售商根據(jù)制造商的決策結果單獨決策。分別由逆向歸納法可得3.3目標回收率的獎懲機制基于回收率的獎懲機制是政府為了確保閉環(huán)供應鏈達到一定的回收率水平而設計。設τ0為政府規(guī)定制造商要達到的目標回收率,k(k>0)為獎懲力度。獎懲機制旨在獎勵超過目標回收率的制造商,懲罰未達到目標回收率的制造商。此時制造商的決策為零售商和回收商的決策分別與式(2),(3)相同。用同樣的方法可得3.4基于回收量的獎懲機制基于回收量的獎懲機制是政府為了確保閉環(huán)供應鏈達到一定的回收量而設計。這種機制較基于回收率的獎懲機制在實際中更易操作。設τ0為政府規(guī)定制造商要達到的目標回收率,k(k>0)為獎懲力度。則τ0(-p)即為目標回收量?；诨厥樟康莫剳蜋C制旨在獎勵超過目標回收量的制造商,懲罰未達到目標回收量的制造商。此時制造商的決策為零售商和回收商的決策分別與式(2),(3)相同。用同樣的方法可得4基于回收率的獎懲機制為保證所求的解有意義,須分別滿足0≤τI≤1,0≤τ*≤1;0≤τk≤1和0≤τq≤1成立,即命題2:p*>pI,τ*<τI。證明:由<0,知p*>pI;由τI-τ*>0可得τ*<τI。由命題2可知與集中式?jīng)Q策相比,分散式?jīng)Q策導致新產(chǎn)品的零售價提高,廢舊產(chǎn)品的回收率降低。分散式?jīng)Q策效率降低,需要給予協(xié)調方能提高閉環(huán)供應鏈的效率。命題3:bk>b*,wk<w*,pk<p*,τk>τ*且當k>3mτI/2時,τk>τI。由簡單的代數(shù)運算即知上式成立,證明略。由命題3可知與分散式?jīng)Q策相比,基于回收率的獎懲機制導致廢舊產(chǎn)品的回購價格提高,回收率提高,當獎懲力度高于一定值時回收率超過集中式?jīng)Q策情形下的回收率水平;新產(chǎn)品的批發(fā)價和零售價均降低。命題3說明基于回收率的獎懲機制有效引導回收商提高回收率,并起到了引導制造商和零售商降低新產(chǎn)品價格的作用,提高了閉環(huán)供應鏈的效率。新產(chǎn)品零售價的降低使得消費者亦能從該獎懲機制中獲得利益。由命題4知,與分散式?jīng)Q策相比,基于回收量的獎懲機制導致廢舊產(chǎn)品的回購價格提高;當目標回收率小于分散式?jīng)Q策下目標回收率的一定倍數(shù)時,基于回收量的獎懲機制的回收率才大于分散式?jīng)Q策情形下的回收率;當目標回收率小于分散式?jīng)Q策下目標回收率的兩倍與獎懲力度的一定倍數(shù)之和時,基于回收量的獎懲機制的回收率才大于分散式?jīng)Q策情形下的批發(fā)價和零售價分別低于分散式?jīng)Q策情形的批發(fā)價和零售價。命題4表明基于回收量的獎懲機制下只有當目標回收率水平較低時才能達到提高回收率的目的,且只有目標回收率較低時才能引起新產(chǎn)品的批發(fā)價和零售價的降低。綜合命題3和命題4可以得出結論如下:基于回收率的獎懲機制能夠有效起到協(xié)調閉環(huán)供應鏈成員運作的作用,而基于回收量的獎懲機制只有目標回收率低于一定水平時才能起到該作用。5分散式?jīng)Q策與獎懲機制對閉環(huán)供應鏈回收率的影響本節(jié)首先比較第一、二種情形下的決策結果,然后通過算例討論兩種獎懲機制下制造商、零售商和回收商的利潤隨獎懲力度的變化情況。設某產(chǎn)品的有關參數(shù)為:cm=50,Δ=30,c0=10,m=1000,=100,k=50,τ0=0.5。由式(29)知情形3需滿足k≤1650;由式(30)知情形4需滿足k≤60,問題才有意義。所得結果如表1和圖2~4所示。從表1可以看出,與集中式?jīng)Q策相比,新產(chǎn)品的零售價提高,回收率降低,閉環(huán)供應鏈總利潤降低。可見分散式?jīng)Q策情形閉環(huán)供應鏈的效率降低,因此需要協(xié)調。從圖2可以看出,隨著獎懲力度的提高,兩種情形下閉環(huán)供應鏈的回收率均增加;在同樣的獎懲力度下,基于回收率的獎懲機制情形閉環(huán)供應鏈的回收率高于基于回收量的獎懲機制情形的回收率。由圖3和4可知,獎懲力度小于某定值時基于回收率的獎懲機制情形制造商的利潤隨獎懲力度的增加而減少,只有獎懲力度大于某定值時才隨獎懲力度的增加而增加?；诨厥樟康莫剳蜋C制情形制造商的利潤也有類似的規(guī)律。無論哪種獎懲機制,零售商和回收商的利潤均隨獎懲力度的增加而增加。圖2~4說明要使制造商有主導閉環(huán)供應鏈的積極性,須有較高的獎懲力度。與基于回收率的獎懲機制相比,基于回收量的獎懲機制情形回收率隨獎懲力度的增加而增加的幅度較小,基于回收率的獎懲機制更能有效引導閉環(huán)供應鏈成員提高回收率。6不同懲罰機制對于提高回收率的獎懲機制有一定意義本文著眼于閉環(huán)供應鏈的決策與協(xié)調問題,考慮了政府引導閉環(huán)供應鏈的獎懲機制的兩種情況:基于回收率和基于回收量的獎懲機制。建立了情形1~情形4共四個決策模型。通過比較分析,得到以下主要結論:(1)與集中式?jīng)Q策相比,分散式?jīng)Q策情形閉環(huán)供應鏈的效率降低。(2)基于回收率的獎懲機制有效引導回收商提高回收率,并起到引導制造商和零售商降低新產(chǎn)品價格的作用,提高了閉環(huán)供應鏈的效率。(3)基于回收量的獎懲機制只有目標回收率低于一定水平時才能提高閉環(huán)供應鏈的效率;與基于回收率的獎懲機制相比,基于回收量的獎懲機制情形下回收率隨獎懲力度的增加而增加的幅度較小。(4)基于回收率的獎懲機制較基于回收量的獎懲機制更能有效引導閉環(huán)供應鏈的成員提高回收率。本文尚有幾個不足之處,需要進一步探討。(1)所建模型中制造商、零售商和回收商均只有一個,它們均處于本類企業(yè)市場的完全壟斷地位。然而,現(xiàn)實中許多企業(yè)處于多家企業(yè)競爭的市場環(huán)境,因此,進一步研究需要考慮制造商、零售商以及回收商競爭對閉環(huán)供應鏈決策以及政府獎懲機制設計的影響。(2)所建模型是以政府為提高廢舊產(chǎn)品