基金政策下第三方逆向回收电子废弃物价格模型
2015-07-25徐丹丹李荷华上海第二工业大学环境与材料工程学院上海009上海第二工业大学经济管理学院上海009
徐丹丹,田 震,李荷华(.上海第二工业大学环境与材料工程学院,上海009;.上海第二工业大学经济管理学院,上海009)
基金政策下第三方逆向回收电子废弃物价格模型
徐丹丹1,田震1,李荷华2
(1.上海第二工业大学环境与材料工程学院,上海201209;2.上海第二工业大学经济管理学院,上海201209)
摘要:随着全球各国对资源再利用与环境保护认识的深入,电子废弃物逐渐得到社会关注。针对我国电子废弃物行业中正规拆解处理企业的回收量少、回收价格不统一、回收市场混乱的情况,结合当前基金政策,与时俱进,提出了基金政策下第三方逆向回收电子废弃物价格模型,用以确定具体回收价格。设定第三方拆解企业负责逆向回收,通过分析闭环供应链流程中制造商、第三方拆解企业、销售商三大参与主体的利润,加入制造商基金征收和第三方基金补贴,建立三大主体函数博弈模型,用数学方法最大化第三方利润函数,得到电子废弃物最佳回收价格函数,旨在研究我国基金政策下逆向回收电子废弃物价格,规范市场,加快电子废弃物行业的发展。
关键词:基金政策;逆向回收;电子废弃物;回收价格
0 引言
电子产业的迅速发展给人类的生产和生活带来了翻天覆地的变化。与此同时,大量电子产品在使用后被淘汰成为电子废弃物,其不当处理不但浪费大量的资源和能源,给社会带来负担,而且会造成严重的环境污染,直接危害人类甚至整个地球圈。我国电子废弃物回收处理行业刚刚起步,目前存在诸多待完善之处,尤其是逆向回收,通常文献研究将其置于闭环供应链中。电子废弃物回收处理在一些国家运作良好,其理论研究和实际操作对我国具有借鉴意义。
逆向回收模式总体可分为3种:制造商回收、销售商回收和第三方回收。3种模式均存在于市场,在不同实际情况下具备各自的优越性。制造商回收,可及时获得产品质量等信息反馈、与正向物流充分结合、回收处理率高;销售商回收,区域范围大,回收经营风险低;第三方回收,团队专业性强、回收目标明确、回收效率高。姚卫新[1]对3种逆向物流回收模式进行分析,得出制造商负责回收会对零售价产生直接影响;零售商负责回收,制造商会将回收节约的成本全部转移至零售商,使零售商的利润最大,制造商也获得较高收益;第三方负责回收时,零售商和制造商的获益均最低。同样,Shi等[2]分析了3种逆向物流回收模式后得到,当回收成本较低时,制造商回收较零售商回收的闭环供应链的总利润收益之和较高,而第三方回收时,闭环供应链的总利润收益之和最低。Wang等[3]提出引入第三方作为承包方完成回收处理等工作,可帮助企业降低回收运作成本,降低不确定性带来的风险,可行性良好。黄祖庆等[4]研究了第三方负责回收的闭环供应链在不同决策结构下的供应链收益。专门针对制造商委托第三方负责回收模式,魏洁等[5]采用博弈论分析回收量、回收价格和系统总利润与参与主体回收成本之间的关系。Cao等[6]为制造商如何选择第三方负责逆向回收提供了相应的标准,分别是市场竞争力、服务能力、协调能力、信息化水平及安全兼容性,以使制造商做出更优决策。而对于某些特殊条件下的废弃产品,也有一些研究。周永圣等[7]对政府监控下退役产品的3种回收模式进行了分析,指出生产商和零售商的利润提高对社会的益处(废旧产品回收率)和消费者购买产品(产品需求量)的能力都会提高。在回收定价策略上,Guide等[8]构建了通过回收定价控制回收品数量的定量模型,并给出了不同质量的产品回收时回收价格的决策算法。针对回收价格对逆向物流的影响,Xu等[9]建立了博弈模型,讨论了3种逆向回收模式,得出所有模式下回收价格越高,制造商和销售商的利润越低。Sun等[10]将博弈论运用于电子废弃物的回收价格决策中,得出价格的弹性系数、再制造率、回收成本、再制造成本和政府补贴都会影响回收价格及回收企业的利润。
已有文献的研究多从经济管理学或数学角度出发,分析逆向回收模式的宏观影响或闭环供应链中参数的微观影响性,普适所有回收行业;针对电子废弃物回收的研究较少,建立数学模型时缺乏考虑电子废弃物逆向回收处理处置的实际收支项目,文献研究结果没有实际算例辅助模型的实际运用性。针对这些缺陷,本研究提供了一组可直接运用于实际的当前基金政策下第三方逆向回收电子废弃物价格模型。选择第三方回收模式是因为目前我国正规拆解企业作为第三方加入电子废弃物的回收处理过程,兼具回收职责。
1 模型建立
1.1问题描述
本文只针对第三方拆解处理企业回收处理废弃电子产品现存情况,选择第三方负责回收废弃电子产品。闭环供应链流程图如图1所示。
图1 闭环供应链流程图Fig.1 The flow chartof the closed-loop supply chain
闭环供应链流程图由三大参与主体——制造商、销售商、第三方和两大主线——物质流、资金流组成。制造商生产出一件电子产品,根据产品本身生产成本、行业利润百分比、市场需求量D等确定批发价P1批发给销售商,得收入正项;同时执行基金政策,上缴政府基金征收A,得支出负项。销售商一方面从制造商处批发电子产品,得支出负项;一方面根据批发价格、行业利润百分比、市场需求量D等确定销售价格,出售给消费者,得收入正项。消费者从销售商处购买使用电子产品,待使用后废弃。第三方拆解企业兼具回收职能,可通过消费者自主上门无偿交投,或第三方设立回收网点定点回收,或电话网络预约有偿上门回收,或机关企业单位事先签订回收合同等方式回收。这时,第三方需支付回收价P3给消费者,而回收量X是关于回收价P3的变量,并且第三方支付回收过程产生的额外费用,均为支出负项。第三方将回收的电子废弃物首先进行分类,再作常规检测分析,对可直接二次再利用的整机或零部件以二手产品回收价格P4出售给销售商,得到收入正项,二手产品回收量X1与总回收量X相关。第三方经检测分析后对不可直接二次再利用的整机或零部件作拆解处理,拆解后的有用拆解材料包括铜、铝、铁、塑料、玻璃等,该拆解处理过程费用为支出负项,这类材料以拆解材料回收价格P5出售给制造商用于生产再制造,得收入正项,而拆解材料回收量X2与总回收量X、二手产品回收量X1相关。第三方对拆解后得到的部分危险废弃物,则交至有危废处理资质的相关单位处置,第三方需要支付危废处理费,危废处理价格P6依据实际行情而定,处理量X3与总回收量X相关,得支出负项。制造商利用这些拆解材料进行再制造成为再制造品,制作成本为支出负项,批发给销售商为收入正项;销售商将二手产品出售为收入正项。
根据以上闭环供应链的阐述可得,三大参与主体各司其职、相互协作,共同完成闭环供应链;两大主线贯穿整个闭环供应链,资金流是物质流的体现,物质流是资金流的载体。本研究以资金流为主线,建立三大主体的利润函数及最佳回收价格模型。
1.2模型参数与假设
1.2.1模型参数
A(政府基金征收金额)——基金规定制造商应该缴纳的单位电子产品征收金额;
B(政府基金补贴金额)——基金规定第三方应该得到的单位电子产品补贴金额;
P1(批发价格)——制造商批发给零售商的单位批发价格;
P2(零售价格)——零售商出售给消费者的单位零售价格,P2=(1+r)P1,r为零售商边界利润, 0 P3(回收价格)——第三方拆解企业回收消费者废弃产品的单位回收价格; P4(销售商回收二手产品回收价格)——销售商从第三方回收可售产品或零部件的单位回收价格,P4=abP2,a为销售商销售二手产品利润系数, 0 P5(制造商回收拆解材料价格)——制造商从第三方回收拆解材料的单位回收价格,根据市场行情而定; P6(危废处理价格)——第三方付给危废处理单位的单位危废处理价格; P7(销售商销售二手产品价格)——销售商从第三方回收可售产品或零部件的单位销售价格, P7=(1+a)P4,a为零售商销售二手产品利润系数[11]; D(市场需求量)——产品的市场需求总量,设需求量为线性函数,D=s−f P2,s为市场容量,f为消费者对零售价格的敏感程度[4,12],根据具体产品的市场不同取值不同,该市场需求总量公式已经成为研究闭环供应链时的固定公式; X(回收量)——第三方从消费者回收电子废弃物的总量,X=c+dP3,c为消费者自愿无偿交投废弃电子产品的数量,代表了消费者的环保意识,表示在社会上存在着c数量的消费者愿意无偿(P3=0)的返还使用后的产品,c越大,说明社会的环保意识越高,d为消费者对于回收价格P3的供给敏感程度, c≥0,d>0[13]; X1(二手产品回收量)——零售商从第三方回收的用作二手产品的量,X1=bX; X2(拆解材料回收量)——制造商从第三方回收拆解材料用作再制造的量,X2=l(X−X1),l表示第三方回收的除去用作二手产品的废弃品中经拆解得到可用作再制造的拆解材料的比例,0≤l≤1; X3(危废处理量)—— 第三方拆解电子废弃物过程产生的、用作填埋或焚烧的危废处理量, X3=qX,q表示危废材料占总回收材料的比例, 0 C1(制造商用新材料生产新产品的单位成本); C2(制造商用废旧产品拆解材料生产新产品的单位成本),C2 X4(制造商生产再制品的量),X4=tX2,t为拆解材料的最终利用率; Π1(制造商利润)——制造商博弈分析利润; Π2(零售商利润)——零售商博弈分析利润; Π3(第三方利润)——第三方博弈分析利润; 1.2.2基本假设 (1)只考虑单一品种电子废弃物的回收处理; (2)制造商生产的产品批发完全; (3)产品市场需求量D均售出; (4)回收品全部处理,无堆积情况; (5)再制品的质量、功能与新产品一样,其批发价格和新产品一样; (6)制造商和销售商都是在信息完全对称、风险中性的条件下做出决策,制造商和销售商都是完全理性的,决策的目标是使各自的利润最大化,市场信息完全开放,制造商、销售商和第三方均基于完全信息、信息对称的情况,做出决策。 1.3三大参与主体利润函数模型 模型建立以上述闭环供应链中的资金流为主线,采用单价乘数量计算价值的方法,以收入为正项、支出为负项得出,得到制造商利润、销售商利润、第三方利润3个数学函数表达式。这3个表达式,第1层等式为闭环供应链宏观上的收支状况,由宏观参数(如批发价P1等)组成,宏观参数之间由微观参数(如零售商边界利润r等)连接,第2或3层等式为代入微观参数后的利润等式。微观参数的运用,既是实际情况的要求,也是求解最佳回收价格P∗3的必须。 1.4模型求解 由于变量P3首先在第三方回收消费者废弃电子产品中出现,所以以第三方利润Π3最大化为切入点,得出P3的最佳取值,再带入式(1)和(2)中,得到Π1、Π2最大值。 首先对Π3函数中变量P3求导。 说明函数Π3在一阶导数为0时,存在唯一最大值。求解得 此时第三方利润Π3最大为 将式(6)代入式(1)中,得到Π1最大值为 将式(6)代入式(2)中,得到Π2最大值为 经数学函数求解,得到最佳回收价格P∗3(式(6)),而第三方、制造商和销售商的3个利润函数(式(7) ∼(9))用以验证最佳回收价格的合理性与实际可用性。 本研究创新之处:模型参数关系创新和函数式创新。 2.1模型参数关系创新 对于上述模型参数,以下为参数关系创新部分。 P2(零售价格),P2=(1+r)P1。这种计算方法将P1批发价格与P2零售价格连接,在实际运用中不失一般性。 P4(销售商回收二手产品回收价格),P4= abP2。与文献[14]中P4=(1−r)P2(r为边际利润率或零售商的减价率)相比较,此处P4与P2的关系不仅考虑销售商边际利润率,还加入废弃电子产品可直接再利用比例b。 X1(二手产品回收量),X1=bX。该关系式与P4=abP2共用参数b,表示废弃电子产品可直接再利用比例,体现第三者分析检测出的可直接再利用的二手产品出售给销售商的物品量。该参数在其他文献中极少出现,为了与实际运用情况相符合,此处将其表示成回收量的关系式,具有其现实意义。 X2(拆解材料回收量),X2=l(X−X1)。回收电子废弃物分析检测后,剩下的不可直接二次利用,只能做拆解处理的废弃部分。因为在拆解过程中势必产生材料浪费,造成数量或质量减少,参数l<1,表示合理损失。 X3(危废处理量),X3=qX。相关文献研究大多简化闭环供应链,对回收品中的危废处理量还无研究。本研究需要实际考虑第三方的利润,危废处理费用是其不可忽略的部分,所以此处有所突破,将其归为利润支出负项。 X4(制造商生产再制品的量),X4=tX2。制造商从第三方处购入的拆解材料,在再制造过程中必将产生残料、废料、下脚料等,其最终利用率t<100%,符合一般性。 2.2利润模型函数式创新 (1)基金政策(基金征收A、基金补贴B)的加入。在建立三大主体利润博弈模型中加入了制造商基金征收的支出负项与第三方基金补贴的收入正项。这项基金政策的加入是其他文献研究供应链建模中没有考虑的,其原因有:① 基金政策出现时间较短,为时代新点;② 闭环供应链的研究者多为经济管理类或数学类学者,并无特定行业指向,而基金政策目前只为电子废弃物行业所特有,所以相关文献还未特别提出。 本研究以一台海尔BCD-221TMBA废旧电冰箱为实际算例,所有参数取值以正规处理企业——上海电子废弃物交投中心有限公司所提供的实际操作数据及文献统计为准,其他参数的确定以调研及市场调查统计为决策基础。 该型号电冰箱的批发价格P1、销售价格P2、市场需求量D、二手产品回收价格P4、拆解材料价格P5、危废处理价格P6等均由实际市场调研价格和企业实际运作价格而得。按照企业行业标准拆解一台完整的海尔BCD-221TMBA废旧电冰箱,对拆解物先分类后称量分析得相关数据。特别说明,电子废弃物回收过程的额外费用如表1所示;电子废弃物拆解处理过程的费用如表2所示。 表1 第三方回收过程额外费用表Tab.1 Theadditional chargeof third party recycling process 表2 第三方拆解处理过程费用表Tab.2 The charge of third party dismantling process 计算结果最佳回收价格P∗3为72.442元/台,该数值在目前市场回收价格50∼150元/台之间,符合实际回收情况。当P∗3为72.442元/台时,计算得第三方回收拆解企业的最大利润Π3max为26.24元/台,经调查这样的利润在企业回收量足够且正常运行的情况下符合实际;制造商的最大利润Π1max为47.16 元/台,相当于生产新产品成本的2.4%,符合实际情况2%∼5%;销售商利润函数的最大值Π2m ax为218.82元/台,相当于生产批发成本的10.7%,较实际情况10%略微偏高。所以可以此价格作为回收电冰箱的代表价格,在实践中具有可操作性、可行性,也验证了本研究模型求解最佳回收价格的可操作性。 表3 最佳回收价格计算表Tab.3 Thebest recycling price calculate table 建立了电子废弃物闭环供应链流程中制造商、销售商和第三方拆解企业的利润模型,通过实现第三方利润函数Π3的最大化,得到Π3max下最佳回收价格P∗3,这是模型的最终目的。再将P∗3代入至制造商利润函数Π1和销售商利润函数Π2中,以检验模型的实际可行性。不但借鉴现有文献研究,而且结合我国当前电子废弃物行业的实际情况,对模型参数关系和利润模型函数式均有创新,建立更加具有实际意义的回收价格模型。本研究主要立足于第三方的利润,更加实际化关注处于市场弱势地位的正规拆解企业,所以考虑因素较制造商和销售商更多。该模型参数较多,在实际运用过程中可以将其编辑成数学计算机程序,代入参数值,快速得到最佳回收价格与利润值。该数学模型可给出确定基金政策范围内电子废弃物回收价格以供参考。 参考文献: [1]姚卫新.再制造条件下逆向物流回收模式的研究[J].管理科学,2004,17(1):76-80. 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Keywords:fund policy;reverse recovery;e-waste;recycling price
2 模型创新分析
3 实际算例
4 结语
(1.Schoolof Environmentand MaterialEngineering,ShanghaiSecond Polytechnic University,Shanghai201209, P.R.China;2.Schoolof Econom icsand Management,ShanghaiSecond Polytechnic University, Shanghai201209,P.R.China)
