考虑低碳偏好和政府补贴的供应链博弈分析

戴发山，曹江琴

（三峡大学 经济与管理学院，湖北 宜昌 443000）

考虑低碳偏好和政府补贴的供应链博弈分析

戴发山，曹江琴

（三峡大学 经济与管理学院，湖北 宜昌 443000）

在低碳经济发展潮流下，研究了1个供应商、1个制造商和1个零售商构成的三级供应链结构中，如何推进供应链低碳化发展，实现低碳供应链利润最大化的问题。充分考虑了政府低碳鼓励、低碳偏好与低碳投入对低碳产品成本与需求量的影响，分别从合作与非合作两方面构建了低碳供应链三方博弈模型，利用Maple软件求解得到最优决策，并通过对比分析发现合作模式下供应链利润高于非合作模式，并且低碳偏好和政府补贴程度越高，越有利于推进供应链低碳化发展；供应链新增利润随着企业低碳努力水平的提高而增加。

低碳偏好；低碳补贴；三级供应链；博弈分析

1 引言

低碳经济作为一种新的经济发展潮流，自2003年英国首相布莱尔在《我们能源的未来：创建低碳经济》的能源白皮书（DTI2003）中首次正式提出，到2009年底的哥本哈根大会，已经引起了全球范围内的广泛关注。2011年我国发布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》中提出了“单位GDP碳排放强度下降17%，能耗下降16%”的目标。近年来国家和地方政府通过出台相关政策，引导和鼓励供应链企业在追求经济利益的过程中，充分考虑碳排放的影响，从而实现供应链经济效益与生态效益的双赢。在这种形势下，发展低碳经济势在必行，走“低投入、高产出、低消耗、少排放、能循环、可持续”的绿色发展之路已经成为企业发展不可阻挡的趋势。

低碳经济已成为新时代经济发展潮流，供应链在低碳经济的转型中将发挥巨大作用，那么如何促进低碳供应链合作，提高整体竞争优势，适应低碳经济的发展将成为业界关注的焦点。低碳供应链兴起不久，国内外相关研究在日益增多。目前对于低碳供应链的研究还主要集中在低碳政策、低碳技术、碳标准等方面，有关低碳供应链博弈与利益协调领域还有较大的研究空间，而这些对于我国低碳供应链的发展有重大意义。本文充分考虑了政府鼓励、消费者低碳偏好与低碳投入对供应链企业合作的影响，对供应商、制造商与零售商三级供应链进行动态博弈分析，提出了供应链企业最佳决策方案，以实现低碳供应链利润最大化。

2 文献综述

供应链由企业、产品、消费者三个基本层面组成。这三个层面低碳意识的嵌入对低碳供应链的形成有一定的驱动作用。张新等（2011）较为全面地对低碳供应链的含义做了归纳：将低碳、环保意识融入供应链的构建与运行，从对原材料等资源的计划、采购、生产制造、配送、营销、交付使用和回收这一完整的运作过程中，综合考虑链中企业进行资源整合对环境的影响。供应链的低碳运行，就是要求供应链中各成员企业的运作应对环境的负面影响尽可能小，而资源利用率尽可能高，以达到供应链的整体经济效益与社会效益的协调优化，链中企业与社会双赢[1]。

在低碳经济背景下，企业和消费者的环保态度越来越明显，供应链企业和消费群的低碳偏好带来低碳产品与原料需求的增加，低碳化增加的成本能够被消费者和供应链企业共同承担。Clare和Siva（2000）通过对葡萄牙国内的消费者研究发现葡萄牙消费者对环保产品和产品环保标识态度显著正向，且会对生产产品的企业产生好感[2]。Laroche等（2001）研究，发现越来越多的消费者愿意为环保产品支付更高的价格[3]。Brecarda等（2009）研究显示，2008年75%的欧洲人打算购买昂贵的绿色产品，这表明了产品的环境因素会一定程度影响产品的需求[4]。苗立普（2011）在调查中发现，超过六成的消费者愿意高价购买低碳节能产品，从而显示出消费者的消费偏好具有低碳化的趋势[5]。

产品是连接供应链中各个主体的桥梁，产品无疑是供应链低碳化中的核心因素，在低碳经济发展趋势下，产品的低碳研发、生产与推广共同推动了低碳供应链的形成与发展。宫敏丽和田婕（2010）和陈晓梅（2010）等学者指出，企业采取低碳化措施将造成短期成本上升。尽管长期来看，低碳发展有种种好处，但在短期内需要企业加大投入，造成经济收益下降[6]。罗敏（2011）认为在低碳产品设计、低碳制造及加工、低碳生产技术、低碳包装等环节中，既要满足产品的功能、性能和竞争性要求，又要满足低碳环保的需要[7-8]。很多学者还对低碳成本进行了研究，由于低碳化的原材料、生产制造、销售物流、回收利用一般会涉及新技术、新设备、新工艺，与普通产品相比就有可能额外增加一定量的直接成本[9]。

供应链中各企业的关系是影响供应链低碳化的重要因素，核心企业的作用、供应链上下游企业之间的合作关系是重要的研究对象。齐晓鲲（2011）探讨了供应商、制造商处于不同地位时的低碳资金投入分配模型。指出由上游企业来决定投资资金在上下游企业间的分担比例，对低碳化最为有利[10]。Zugang Liu和Anderson（2011）探讨了供应链各主体间的竞争关系。消费者环保意识增强将促进低碳型企业盈利，生产竞争加剧促进零售商利润提升，压缩制造商利润[11]。王蕴琪（2012）提出供应链低碳化要重塑企业合作模式。各成员要建立新型合作关系，通过分工合作实现减排目标[12]。孟炯和郭春霞（2012）运用博弈论方法研宄了低碳环境下供应链风险规避及竞争问题。提出通过横向合作解决零和的价格竞争以及消除价格竞争给低碳化带来的负面影响，是促进供应链低碳化的关键[13]。

基于以上文献回顾可以看出：关于同时考虑政府鼓励与消费者低碳偏好的三级供应链决策问题的研究并不多见，低碳供应链管理作为一个新兴的研究领域仍存在很大的开发空间。本文从政府低碳鼓励和消费者低碳偏好两个角度，考虑了低碳因素对供应链的影响，应用博弈论的思想，从合作与非合作两种情况对供应商、制造商与零售商三方如何做出最优决策，实现利润最大化进行了比较分析。

3 问题描述

3.1 低碳供应链结构说明

低碳供应链结构如图1所示。

图1 低碳供应链结构示意图

（1）本文研究的是由1个供应商、1个制造商和1个零售商共同构成的三级供应链结构，供应商与制造商之间进行原材料交易，制造商与零售商之间进行产品交易。

（2）在低碳供应链的研究中，本文将政府低碳鼓励与低碳偏好纳入考虑，这两方面带来的低碳影响将体现在整条供应链中。

（3）在三级供应链结构中，供应商对制造商原料采购价有决策权，制造商对原料采购量和产品批发价有决策权，零售商对产品订货量和零售价有决策权。

3.2 低碳因素对供应链的影响说明

本文充分考虑了低碳因素对供应链的影响，以此突出与传统供应链的区别。在低碳供应链中，消费者的低碳偏好和政府低碳鼓励将对整个供应链产生影响，主要体现在以下几个方面：

（1）市场需求量的变化。由于消费者存在低碳偏好，低碳产品的需求量将随着原料与产品的低碳水平和零售商低碳推广程度的提高而增加。具体来说，供应商低碳原料研发水平、制造商产品低碳生产水平和零售商低碳推广程度都将影响市场需求。

（2）供应链成本的变化。实现低碳化需要必不可少的低碳投资，原料的研发、高效率低耗能设备的引进、低碳产品的推广等均将增加供应链各环节的成本费用，并视为一次性投入。

（3）产品价格不变，引入政府低碳补贴。产品低碳化水平提高后，产品价格不变，但为弥补供应链各成员企业为提高低碳水平而增加的费用，引入政府低碳补贴机制，鼓励低碳化发展。

4 基本假设与符号说明

通过对低碳供应链利润优化问题的分析，为简化模型方便求解，本文做出以下合理假设：

（1）假设信息对称，供应链上下游之间产品的需求量与订货量是一致的。

（2）假设1单位产品需求量需要1单位的原材料或组件。

（3）假设市场需求与原料研发水平、产品低碳生产水平和低碳推广力度呈线性关系。

（4）假设低碳原料研发水平、低碳生产水平与低碳推广水平与对应一次性投入成二次方关系。

（5）假设低碳原料研发水平、低碳生产水平与低碳推广水平与对应政府补贴额度成二次放关系。

（6）假设政府补贴系数小于企业低碳投入。

符号说明见表1。

表1 符号说明

5 低碳供应链博弈分析

根据假设与参数说明，构建企业和供应链低碳化新增利润为：

（1）供应商新增利润：

（2）制造商新增利润：

（3）零售商新增利润：

（4）供应链整体新增利润：

5.1 合作博弈下的供应链低碳水平分析

在供应链成员合作模式下，供应商、制造商与零售商讨价还价能力相同，供应链三方以实现供应链整体利润最大化为目标，由于低碳化产品价格前后不变，故将该问题转化为供应链低碳化后新增利润最大。

定理1：在合作模式下三级供应链中存在唯一最优解使得低碳供应链整体新增利润最大，最优决策为：

证明:利用供应链整体利润函数的导数求解：

得到唯一最优解：

将最优解代入得到最佳订货量和供应链总体利润值：

5.2 非合作博弈下的供应链低碳水平分析

根据假设，在供应链中居于主导地位的供应商在决策上相对优先于制造商与零售商，可用Stackelberg博弈对模型求解。零售商先决定低碳推广水平和零售价，制造商再决定低碳生产水平和产品批发价，供应商最后决定低碳研发水平和原材料批发价。

定理2：在非合作模式下，三级供应链中存在唯一最优解使得低碳供应链整体新增利润最大，其最优决策为：

证明：根据Stackelberg博弈模型求解思路，采用逆推法从后一阶段向前一阶段逐步研究供应链企业决策行为。

Step1：零售商对制造商的决策做出反应，以实现自身新增利润最大化。

对e3求偏导数：

利用maple求解得到：

6 低碳供应链博弈结果分析

图2 消费者低碳偏好程度与利润函数关系图

在上述约束下，对非合作情况下△πsc'*进行分析，利用maple作图得到自变量为k1、k2、k3的利润函数图像，如图3所示。

由图3可以看出，非合作情况下供应链整体利润与政府低碳补贴系数ki成正比。故可以得到结论4。

结论4：当 a32(t1-k1)(t2-k2)＞a22(t1-k1)(t3-k3)+a12(t2-k2)(t3-k3)时，供应链三方整体利润随着政府低碳补贴系数ki的提高而增加。

7 结论

本文研究的是低碳供应链博弈问题。对普通供应链博弈模型进行丰富，加入了消费者低碳偏好对需求的影响因素、政府低碳补贴和企业低碳投入对成本的影响因素，更加贴近实际情况。本文研究的是三级供应链，分别从供应链中供应商、制造商与零售商三方合作与不合作情况，确定了利润最优目标函数，运用Stackelberg博弈模型求解思路，得到供应链企业最优的低碳决策。并通过博弈结果的比较分析发现：在考虑消费者低碳偏好的情况下，实施低碳化会给供应链整体带来新的利润；同时供应链三方合作相对于不合作能带来的整体利润更高；消费者低碳偏好和政府补贴程度与供应链整体利润成正相关。

图3 政府低碳补贴系数与利润函数关系图

本文为计算方便，提出了信息对称、低碳化后价格不变等假设条件，而实际生活中为供应链主体适应低碳需求会做出相应低碳投入，供应商低碳原料的研发、制造商低碳产品生产与低碳推广带来的成本一定程度均将转嫁到消费者中。因此低碳环境下，当低碳产品价格随供应链低碳水平和消费者低碳偏好变化时，供应链三方应该如何决策是未来需要探究的问题。

[1]张新.低碳供应链初探[J].物流工程与管理,2011,(8):80-82.

[2]D Souza C,Muthalay S,Taghian M,et al.Portugal Case Study:Consumer Perception of Green Companies[A].Inter-national Business Research Conference[C].2009.

[3]Brecarda D,Hlaimib B,Lucasa S.Determinants of Demand for Green products:an Application to Eco-label Demand for Fish in Europe[J]. Ecological Economics,2009,69(1):115-125.

[4]Laroche M,Bergeron J,Barbaro-Forleo G.Targeting Consumers Who are Willing to Pay More for Environmentally-Friendly products[J]. Journal of Consumer Marketing,2001,18(6):503-520.

[5]苗立普.2011年我国消费市场趋势预测[J].经济研究参考,2012,(48): 30.

[6]宫敏丽,田婕.基于低碳经济的绿色供应链管理[J].人民论坛,2010,32: 58.

[7]陈晓梅,房笑宇.论我国企业的低碳化发展战略[J].商业时代,2010, (23):83-87.

[8]罗敏.论发展低碳经济中的低碳产品设计[J].产业与科技论坛,2011, (9):169-170.

[9]刘秀丽,邹璀,韩一杰.基于投入产出分析的产品绿色价格模型研究[J].绿色科技,2012,(5):225-227.

[10]齐晓鲲.低碳经济视角的供应链资金投入及其分配机制研究[D].成都:电子科技大学,2011.

[11]Liu Z L,Anderson T D,Cruz J M.Consumer Environmental Awareness and Competition in Two-Stage Supply Chains[J].European Journal of Operational Research,2011,215(3):587-876.

[12]王蕴琪.低碳供应链与出口企业竞争力的提升[J].现代管理科学, 2012,(11):115-117.

[13]孟炯,郭春霞.基于产品低碳责任的供应链风险与竞争分析研究[J].软科学,2012,26(9):30-33.

A Game Analysis of Supply Chains with Low-carbon Preference and Government Subsidy

Dai Fashan,Cao Jiangqin
(School of Economics&Management,Three-gorges University,Yichang 443000,China)

In this paper,we studied how to promote the low-carbon development of a three-echelon supply chain composed by one supplier,one manufacturer and one retailer while still maximizing its profit.After fully considering the influence of the government lowcarbon subsidy,and low carbon preference and investment on the cost and demand volume of the low-carbon product,we built the cooperative and non-cooperative model of the low-carbon supply chain tripartite game respectively,used the Maple program to obtain the optimal decision of the model,then through a comparative analysis,found that the profit of the cooperative model was higher than that of the non-cooperative model,that higher low-carbon preference and government subsidization level were conducive to the low-carbon development of the supply chain,and that the additional profit of the supply chain would increase with the low-carbon effort level of the enterprises.

low-carbon preference;low-carbon subsidy;three-echelon supply chain;game analysis

F274；F224.32

A

1005-152X(2015)10-0156-05

2015-09-01

戴发山（1967-），男，河南商城人，三峡大学经济与管理学院教授，研究方向：中小企业管理；曹江琴（1990-），女，湖北孝感人，三峡大学经济与管理学院硕士研究生，研究方向：物流工程。

10.3969/j.issn.1005-152X.2015.10.043