考虑产品可拆卸性和回收品质量的再制造决策研究
2016-07-08刘晓瑜
刘晓瑜,韩 冰,王 瑞
(天津大学 管理与经济学部,天津 300072)
考虑产品可拆卸性和回收品质量的再制造决策研究
刘晓瑜,韩冰,王瑞
(天津大学 管理与经济学部,天津300072)
摘要运用Stackelberg博弈,考虑消费者对新产品、再制品购买意愿的差异性,研究了产品可拆卸性和回收品质量对产品价格、市场需求量、OEM利润的影响规律。研究表明:当市场规模较大时,采取H策略更有利;固定成本投资差额较大且第二阶段市场规模较小时,采取L策略能够提升OEM利润,否则,采取H策略获利更多;回收品质量相对较低时,OEM利润较高。
关键词产品可拆卸性;回收品质量;再制造;Stackelberg博弈
商品市场竞争日益激烈,新产品出现的速度越来越快,产品的生命周期变短,报废速度加剧[1]。再制造作为一种废旧产品处理的高级形式,生产的再制品质量不会降级,可以和新产品一样销售,同时降低制造商的总成本[2]。例如施乐公司通过废旧产品的回收再制造使制造成本降低了40%～65%[3]。
影响制造商利润的因素有很多,如市场需求的随机性[4]、供应链信息的对称性[5]、产品可拆卸性[6]、回收品的质量水平[7]等。其中关键因素是回收品质量是否具有再制造的可能、是否便于进行再制造。
再制造全过程包括废旧产品回收、拆卸、分类、清洗、鉴定、再制造加工、装配和检测等程序。拆卸作为再制造的首要步骤,直接影响再制造效率[6]。可再制造的零部件由于拆卸困难而难于新产品制造,或者由于拆卸过程费时、费力、经济性差,导致再制造价值不大[8]。因此,考虑产品可拆卸性和回收品质量是研究再制造决策的关键。
Mok等[9]定义了产品可拆卸性是指无需强力拆卸产品的难易程度。可拆卸性较高的回收品既可以降低制造成本,也可以降低再制造成本。Hua等[10]考虑了可拆卸性对制造商生产成本和再制造商回收成本的影响,得到了再制造受回收限制的阀值、再制造商定价决策阀值和制造商产品设计策略阀值。Chenghan Wu[11,12]考虑了消费者购买行为和回收市场限制,研究可拆卸性设计决策和定价决策。Galbreth等[7]提出了可接受的回收品质量水平阀值,再制造成本是关于质量水平、质量水平阀值和总回收率的函数。Saadany等[13]假设回收率是关于购买价格和质量水平的函数。Xiaoqiang Cai等[14]应用随机动态规划,研究了混合制造/再制造系统中,不同质量水平对回收价格和产量的影响。
基于此,根据拆卸难易程度,将易于拆卸的策略界定为高可拆卸性策略(H策略),将不易于拆卸的策略界定为低可拆卸性策略(L策略)。同时考虑回收品质量对再制造的影响。分析比较可拆卸性策略和回收品质量对产品价格、市场需求量以及原始设备制造商(OEM,original equipment manufacturer)利润的影响,进而得到不同情境下,对OEM最为有利的再制造决策。
1再制造模型
构建单一OEM生产、销售、回收并再制造的两阶段再制造模型。第一阶段,OEM生产新产品并直接销售给消费者;第二阶段,OEM继续生产新产品,回收废旧产品再制造,并直接销售给消费者。再制造模型结构如图1所示。
根据问题分析需要作如下假设。
假设1新产品和再制品不同质,销售价格不同。第一阶段新产品销售价格为p1,第二阶段新产品销售价格为pn,再制品销售价格为pr。其中pr 假设2参考文献[12]中对消费者购买意愿差异性的处理方式。消费者购买新产品和再制品的意愿不同,假设购买新产品的意愿为θ(0<θ<1),其中f(θ)服从[0,1]的均匀分布,购买再制品的意愿为ρθ(0<ρ<1)。 假设第一阶段市场有M个消费者,第二阶段市场规模为ΔM(Δ>0)(其中:Δ表示第二阶段市场规模变动幅度,即0<Δ<1时,第二阶段市场规模缩减,Δ>1时,第二阶段市场规模扩张),第一阶段市场上只存在新产品,消费者购买新产品的效用值为U=θ-p1,新产品的需求量为D1=M(1-p1)。 第二阶段新产品和再制品的需求量分别为 假设3产品成本由固定成本、生产成本和回收成本三部分构成:①固定成本:H策略相比L策略需要OEM投入更高的固定成本,即TL OEM利润为 πj=(p1-cnj)D1-Tj+δ[(pn-cnj)Dn+ (pr-crj-ch)Dr],j=H,L。 (1) 2模型最优解 (2) 其中:γ表示废旧产品回收率。 对OEM利润函数求p1pnpr的导数,可得OEM的最优反应函数: (3) (4) (5) 其中:s=U表示再制造不受回收量限制;s=B表示再制造受回收数限制。 随着第二阶段市场规模的扩大,再制造市场扩张,再制造逐渐受到第一阶段可回收废旧产品数量的限制,当再制造市场规模足够大时,可回收废旧产品的数量无法满足再制造的需求,再制造受到回收量限制。第二阶段市场规模变动的临界值为 当Δ<Δ0时,回收市场废旧产品数量充足,OEM再制造不受回收量限制;当Δ>Δ0时,OEM再制造受到回收量限制。 3均衡结果分析 3.1M对可拆卸策略的决策影响 OEM采取H策略时需要投入较高的固定成本,因而需要更大的市场规模以形成规模经济来提高企业利润。 3.2Δ,y对可拆卸策略的决策影响 回收市场充足时,产品可拆卸性策略选择取决于固定成本投资差额y和市场规模变动幅度Δ:①若H/L两种策略的y很大,当Δ较小时,OEM采取L策略获利更高,反之,OEM采取H策略获利更高;②若H/L两种策略的y很小,OEM采取H策略获利更高。 回收市场不足时,产品可拆卸性策略选择只取决于市场规模变动幅度Δ:当Δ较大时,则OEM采取H策略获利更高;反之,采取L策略获利更高。 证明(1)当Δ<Δ0时,回收市场废旧产品数量充足,再制造不受回收量限制,有 (ρ-crj-ch)(ρcnj-crj-ch)]。 因cnL>cnH,crL>crH,假设cnH=λcnLcrH=λcrL,(0<λ<1),则H策略和L策略下OEM利润分别为 λcrL+ch)+(ρ-λcrL-ch)(ρλcnL- λcrL-ch)], (ρ-crL-ch)(ρcnL-crL-ch)]。 crj+ch)+(ρ-crj-ch)(ρcnj-crj-ch)], 由于0<λ<1,有BH>BL。 ①AH ②AH>AL时,有 OEM采取H策略需要投入较高的固定成本,因此需要市场规模的扩张以实现规模经济;若市场规模较小,OEM只能采取L策略削弱再制品市场对新产品市场的冲击。 3.3可拆卸策略对价格影响 已知ciL>ciH(i=n,r),当回收品质量保持不变时,根据式(3)～式(5),分别比较H和L策略下的新产品和再制品价格,得到H策略下,新产品和再制品价格均低于L策略。 H策略下,新产品和再制品的生产成本较低,从而使得产品价格较低。 3.4回收品质量对价格和需求量的影响 由式(3)～式(5)可得价格随回收品质量波动规律如表1所列。 需求量随回收品质量波动规律如表2所列。 新产品与再制品价格和需求量随回收品质量波动的原因有: (1)当再制品市场需求量相对较小且回收市场足以满足再制造需求时,新产品市场基本不受到再制品的影响,新产品价格保持稳定;回收品质量的提高直接导致回收成本的增加,进而促使再制品价格的提升,从而导致再制品需求量降低;再制品需求量降低,使得第二阶段新产品市场规模扩大,新产品需求量增加。 (2)当再制品市场需求量相对较大且回收市场不能满足再制造需求时,再制造主要受回收量而非回收成本的限制,当回收品质量提高时,再制造的有效回收提高,再制品的市场供给能力提高,从而使得再制品的价格降低,需求量增加;回收成本增加相当于对第一阶段新产品处置成本增加,而再制品价格下降并没有摊薄回收成本,从而导致第一阶段新产品价格的增加,需求量减少;再制品需求量增加,使得第二阶段新产品市场规模缩减,新产品需求量降低。 4算例分析 以某电脑产品为例,研究可拆卸策略和回收品质量对OEM利润的影响。假设试验数据如下: μ=0.8,ρ=0.6,cnH=0.4,cnL=0.5,crH=0.2crL=0.25,ch∈[0.01,0.03],M∈[5,30],Δ∈[0.5,3],TL=0.5,TH=TL+y,(y∈[0.1,1]),δ=0.9。 4.1M对OEM利润影响 OEM利润随M变化的波动趋势如图2所示。 4.2Δ,y对OEM利润影响 Δ,y波动下的可拆卸性策略决策如图3所示。 由图3可知,可拆卸性策略决策取决于固定成本投资差额y和市场规模变动幅度Δ:①当Δ、y都较小时,H策略下OEM获利更高;②当Δ较小但y较大时,L策略下OEM获利更高;③当Δ很大时,H策略下OEM获利更高。 4.3回收品质量对OEM利润影响 OEM利润随回收质量变化的波动趋势如图4所示。 由图4可知,两种策略下,OEM利润均随回收质量的提高而降低,同时,H策略的OEM利润高于L策略。 5结论 在由单一OEM生产、销售、回收并再制造的两阶段再制造模型中,运用Stackelberg博弈,分析比较不同产品可拆卸性策略和回收品质量对产品价格、需求量和OEM利润的影响,得到以下结论: (1)当市场规模较大时,容易形成规模经济效应,OEM采取H策略更有利; (2)H/L两种策略固定成本投资差额较小且第二阶段市场规模较小时,采取H策略能够提升OEM利润,当固定成本投资差额较大但第二阶段市场规模较小时,采取L策略对OEM更有利,当第二阶段市场规模足够大时,采取H策略OEM获利更多; (3)H/L策略下,回收品质量较低时,OEM利润较高。 因此,OEM在进行再制造决策时,应当综合考虑产品市场规模、固定成本投资差额、回收品质量等因素,从而确定对其获利最有效的再制造决策。 模型只考虑了单一OEM再制造模型,没有考虑第三方回收商、零售商等其他节点企业参与的再制造模型。并且没有考虑回收质量不确定性对再制造带来的影响,后续研究将从扩展供应链结构以及不确定性等方面做进一步分析。 参考文献: [1]李小玲,付江月,吉莉.模糊需求依赖价格的回购契约协调模型研究[J].甘肃科学学报,2013,25(4):148-151. 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Re-manufacture Decision-making Research on Consideration of Product Disassembling and Quality of Recycled Products Liu Xiaoyu,Han Bing,Wang Rui (School of Management and Economic,Tianjin University,Tianjin 300072,China) Key wordsProduct Disassembling;Recycled product quality;Re-manufacture,Stackelberg game AbstractThe disassembling difficulties of product design can divide product disassembling into two strategies which are high strategy and low strategy.Product disassembling and influence rules of recycled product qualities on product prices,market demands and OEM profits is studied by using Stackelberg game,and considering differences of customers on purchasing willingness of new products and re-manufacturing products.The research indicates that H strategy is more beneficial when the market size is larger.L strategy can promote OEM profit when investment difference of fixed cost is higher and the market size of the second stage is lesser,otherwise,H strategy will benefit more.OEM profit is higher when quality of recycled products is relatively lower. doi:10.16468/j.cnki.issn1004-0366.2016.03.029. 收稿日期:2015-09-14;修回日期:2015-10-12. 作者简介:刘晓瑜(1991-),女,河北阜城人,硕士研究生,研究方向为供应链管理.E-mail:Email:liuxiaoyuie@126.com. 中图分类号:F224;F272.5 文献标志码:A 文章编号:1004-0366(2016)03-0140-05 引用格式:Liu Xiaoyu,Han Bing,Wang Rui.Re-manufacture Decision-making Research on Consideration of Product Disassembling and Quality of Recycled Products[J].Journal of Gansu Sciences,2016,28(3):140-144.[刘晓瑜,韩冰,王瑞.考虑产品可拆卸性和回收品质量的再制造决策研究[J].甘肃科学学报,2016,28(3):140-144.]
