再制造下租赁产品服务系统节约共享契约研究

刘宇熹,谢家平

(1.上海理工大学管理学院，上海 200093；2. 上海财经大学国际工商管理学院，上海 200433)



再制造下租赁产品服务系统节约共享契约研究

刘宇熹1,谢家平2

(1.上海理工大学管理学院，上海 200093；2. 上海财经大学国际工商管理学院，上海 200433)

再制造企业出租二手产品并在租赁期间向用户提供配套服务，企业提供优质服务的努力和用户精心使用产品的努力既会影响到使用期间的服务数量和成本，也会影响到退租产品的质量和使用寿命，进而影响企业的再制造成本和环境效益。本文研究双方努力程度对于再制造下租赁产品服务系统绩效的影响，引入企业对用户的转移支付作为调节因素，讨论基于服务节约收益共享机制下的最优努力程度与收益函数之间的性质关系。研究表明当回收产品关于再制造企业和产品用户努力程度的边际价值大于其付出努力的边际成本且服务节约转移支付的激励效果有限时，系统可以实现协调并且渠道总收益要优于传统固定服务收费的情形。进一步数量仿真发现：服务需求量和渠道总收益具有相同的变化趋势，增加服务量不会减少渠道收益；并且服务节约转移支付与再制造企业的努力程度成反比，与产品用户努力程度成正比。此外在不具有成本优势的条件下，再制造企业付出努力的意愿程度也更高。

再制造；产品服务系统；产品租赁；节约收益共享

1 引言

再制造是指对企业回收的产品或零部件进行专业化修复、翻新及升级改造，使其恢复到等同于或类似于新品的高级工业制造过程。通过实施再制造，企业可以最大限度地利用废旧产品中蕴含的资源，缓解资源短缺与产品需求之间的矛盾，减少报废产品对环境的危害，相比新品，再制造产品的成本降低50%，同时能耗和材料消耗分别减少60%和70%[1]。然而，除了再制造过程的技术难点和再制造产品的市场接受程度之外，企业运营面临的一个直接困难就是产品回收问题[2]，产品回收不足则难以形成再制造生产的规模效应，企业也就无从盈利。而且产品回收的时间、数量、质量等也存在较大的不确定性[3]，这导致再制造企业很难像新品生产控制原材料供应那样控制再制造系统的输入，再制造生产的均衡性难以实现。

为了应对上述困境，企业必须利用自身完整的产品制造体系衍生出不同程度的产品服务组合，通过再制造下的产品服务商业模式创新获取市场竞争优势。由此，作为制造业可持续发展解决方案的产品服务系统(Product Service System, PSS)在理论界首先被提出来[4]，其核心思想是制造企业向客户提供产品功能而非产品实体，进而满足市场需求、实现价值链重组[5]。其中，保留产品所有权的产品服务模式，如产品租赁[6]，可以帮助企业更好地管理回收产品流。在回收期(租赁期限)确定、企业拥有产权、辅以配套服务等条件下，租赁产品服务系统不仅为再制造生产提供稳定的旧件来源，而且为用户提供基于再制造的产品或零部件维修服务，降低成本同时有助于形成忠诚客户关系。美国卡特彼勒公司60%以上的销售额是基于租赁的产品服务方式实现的，即先通过下属的融资租赁公司将产品租赁给终端用户，然后再为用户提供各种后市场服务并实现产品的回收再造[7]。

有关产品租赁与再制造的组合实施已得到一定的研究和关注，如Mont等[8]提出了针对婴儿车厂商的产品租赁与再制造整合策略，通过企业案例说明改进租赁产品的设计思路可降低回收再制造成本并产生持续的租赁收益。Shi和Jo Min[9]假设再制造成本的波动服从布朗运动，构造实物期权模型研究企业产品租赁的成本阀值。Agrawal等[10]基于产品的全生命周期视角，分别比较产品租赁与产品销售两种情况下的经济效益和环境效益。Necati等[3]考虑存在新产品与再制品需求偏好下，企业回收租赁产品的多阶段库存优化和产品定价模型。但这些研究都局限于企业边界之内，没有考虑到后市场阶段产品用户的能动作用。实际上，产品服务组合不仅依赖于企业的实施效率，还必须关注用户的体验与配合程度。因为用户是产品服务的核心，用户效用的满足是企业的终极目的，租赁用户的使用和积极参与将对退租产品的寿命、再制造成本形成重要影响。所以，再制造下的租赁产品服务系统整合运营需要考虑企业服务努力与用户因应配合对于其经济目标和环境目标的影响程度。

企业与用户之间要形成长期稳定的合作伙伴关系，共同追求产品服务系统的经济效益和环境效益，在传统的收益共享或成本分担激励机制中，必须加入努力水平因素，才能形成有效的协同激励机制，国内外学者的研究也充分证明了这一点。早期有关努力程度对供应链绩效的影响主要关注于上下游企业之间的材料消耗问题，如Corbett等[11]2001年研究在化学品供应链中间接物料消耗的减量化问题，引入供应商和制造商的努力程度作为自变量分析供应链整体绩效。Yadav等[12]探讨在轮胎厂商和物流车队合作过程中的轮胎使用量受到各自努力程度影响下，建立收益共享机制有效实现两者的紧密配合与激励相容问题。赵永耀等[13]从供应链中资源节约的角度分析产品销售模式下供应商与制造商的资源节省及减量化努力对于供应链利润的影响程度，并设计节约收益分享与协调机制。近年来基于努力程度视角的供应链收益共享研究更显丰富，肖迪和潘可文[14]引入质量努力的成本函数，研究零售商检验质量的情境下收益共享契约对于提升供应商质量努力程度、产品质量水平和供应链成员利润的作用。胡本勇和陈旭[15]引入收益共享和努力成本分担策略改进基于销量担保期权的供应链契约。李新明等[16]研究在服务供应链中基础设施提供商和服务提供商在信息对称与不对称的情况下，采用成本和风险共担的契约协调机制激发双方提供服务的努力水平。石岿然等[17]同时考察供应链中制造商产品质量信号传递和零售商销售努力的影响作用，并指出制造商要分摊一定比例的销售努力成本。然而，上述文献的研究主要针对正向供应链的利润最大化问题，缺乏对用户使用阶段和废旧产品处置阶段环境效益的分析。

与以往研究不同，本文考虑一个由再制造企业和产品用户组成的租赁产品服务系统，企业租赁产品给用户并提供维护升级、零部件更换等后市场服务，在租赁期之后回收产品进行再制造。企业提供服务的努力和用户使用产品的努力将会影响服务的数量、成本、退租产品的寿命等，进而影响到企业的再制造成本和环境效益。本文研究双方努力程度对于再制造下租赁产品服务系统绩效的影响机理，引入企业对用户的转移支付作为调节因素，讨论基于服务节约收益共享机制下的最优努力程度与收益函数之间的性质关系。其中，假定服务需求内生于双方的努力付出程度，并引入回收产品价值以体现环境效益是本文与以往文献的显著不同和主要创新。研究结果表明当回收产品关于再制造企业和产品用户努力程度的边际价值大于其付出努力的边际成本且服务节约转移支付的激励效果有限时，可以将单位节约收益的转移支付额度设置在合理范围内以实现渠道协调，此时，租赁产品服务系统下的节约收益共享渠道总收益取得极大值并大于传统固定服务收费的渠道总收益。

2 模型假设与符号说明

假设再制造下的租赁产品服务系统由一个再制造企业和一个产品用户组成，再制造企业租赁产品给用户使用，并在用户租赁期间提供基于产品实体的各种延伸服务，企业收取租赁服务费用的同时对在服务期间回收的产品零部件或者产品实体进行再制造生产，其中激励机制、产品信息采集、服务整合提供和产品再制造是系统得以运行的四个基本要素，如图1所示，本文只考虑一个单周期的决策问题。

图1 再制造下的租赁产品服务系统

本文中的符号说明如下：

m：代表实施产品服务系统的再制造企业，为客户提供各种服务并进行产品再制造；

u：租赁产品使用的用户；

c：再制造企业提供服务的平均服务成本(包括材料费用等)；

R：产品用户在租赁过程中的总收益；

em：再制造企业为实现对用户的优质服务所付出的努力程度，并假设0≤em≤1[11]；

eu：用户对产品精心使用所付出的努力程度，并假设0≤eu≤1[11]；

q(em,eu)：q表示受到再制造企业和用户努力程度影响的服务需求数量，我们假定服务次数q是随着双方努力配合的程度增大而降低。为了便于研究，将服务需求q归一化表示为[0,1]区间内，即有q(0,0)=1，q是双方努力程度的凸函数。

k(em):制造企业为更好服务所付出努力的成本，k(em)是制造企业努力程度的凸函数；

k(eu):客户对产品精心使用所付出努力的成本，k(eu)是客户努力程度的凸函数；

v(em,eu):考虑企业和客户所付出努力后的产品回收价值，v(em,eu)是随着双方努力程度的增加而增加，

即企业与客户努力配合越好，产品回收的价值越高，回收的质量越好，产品再制造的成本越低，环境效益就越大。

F:在用户不存在恶意损坏产品的主观倾向和行为前提下，再制造企业收取与服务需求q无关的租赁服务费用；

θ:对于每单位的服务节约，产品用户所得到的转移支付额度，θ≥0；

πm:制造企业的收益函数；

πu:产品用户的收益函数。

3 租赁产品服务系统的固定服务收费情形

由于服务具有无形性、异质性、不可存储等特点[18]，企业在收益管理方面就必须采取与有形产品不同的商业模式。产品服务系统下，服务价值的增值可以通过更加灵活的方式实现。再制造企业实施保留产品所有权的租赁产品服务系统时，通常是将产品租赁给用户使用但仅仅向用户收取固定的租赁服务费F，同时承担所有与产品使用相关的服务费用，租赁服务费与服务次数无关。显然，即使用户没有主观恶意，固定服务收费模式也将使企业一方承担合同执行的所有风险[19]，这在合同执行成本较为明确的情况下是可行的，同时，若企业在预知合同执行存在较大风险时也会相应提高合同的价格标准[20]。Mont等[8]指出基于回收再制造的婴儿车租赁企业，可以根据婴儿车的质量、附属的服务内容等因素设置不同等级的固定出租价格。现实中较为常见的是租车行业，在租赁价格不变的前提下，租赁期间由于车祸、零部件损坏等产生的维保费用等都由企业承担。卡特彼勒公司也在向客户租赁产品同时提供定制化的固定价格延保服务，以避免用户在产品出保后可能产生不可预计的维修费用。

制造企业的收益函数为：

其中(1-q)就是服务节约的部分。

而渠道总收益为两者收益之和，即：

πT(em,eu)=R-2cq(em,eu)+v(em,eu)-k(em)-k(eu)+c

可见，在固定服务收费模式下，对于产品服务系统的优化努力只有提供服务的再制造企业有动力，而用户没有激励参与到产品服务系统的整合中来。即使收取了足够高的固定租赁服务费，制造企业也有动力努力提高服务质量，保障产品的良好运行，从而减少服务次数、降低服务运营成本。这是因为制造企业租赁产品，并在租赁过程中为产品用户提供各种后市场服务以及负责回收到期产品，企业以服务过程为赢利核心，同时希望降低服务成本、减少产品损耗，以提高返回零部件及产品的质量等级，降低企业的再制造成本，从而实现环境友好；而用户则关注产品功能所带来的实际效用，用户没有动力减少服务次数，降低产品损耗以及精心对产品保养，因为这需要付出额外成本。在固定服务收费时，双方冲突的目标和利益没有得到有效协调，双方对于产品服务系统的配合努力也是不可控的，因此需要进一步优化。

4 租赁产品服务系统的节约收益共享情形

其中c(1-q)表示由于双方的努力配合而节省下来的服务成本，θ(1-q)则表示产品用户得到来自于节约收益的转移支付。

产品用户的收益函数为：

此时，渠道总收益依然是企业收益与产品用户收益之和，而且由于双方之间的转移支付在函数求和过程中抵消，渠道总收益的函数形式与固定服务收费情形下是相同的。但转移支付θ实际上是双方努力程度与各自收益之间函数关系的调节变量，即在不同的转移支付水平下，企业和产品用户付出不同的努力程度，形成各自不同的收益，进而影响渠道总收益的变化，如图2所示。

图2 转移支付θ是努力程度与收益函数之间的调节变量

证明：由渠道总收益的公式对θ求导得到：

(1)

(2)

(3)

进一步，由渠道总收益的公式对θ求二阶导得到：

(4)

证明：再制造企业和产品用户之间的努力程度对于服务需求量具有超模关系，

因此，双方的收益对于努力程度是子模的。重新定义产品用户战略空间的序，令=-eu，则,)对收益和是超模的，即，为递增最佳反应函数，可保证均衡的存在，反序不改变超模的特性[24]，所以再制造企业和产品用户的努力程度也存在均衡点。

命题3：当服务需求量较小时，再制造企业的收益随着服务平均单位成本c的增加而提高；当服务需求量较大时，再制造企业的收益随着服务平均单位成本c的增加而降低。

5 数值算例和管理启示

前面分析了固定服务收费和节约收益共享两种情形下的租赁产品服务系统各方最优策略和有关性质，但因为是抽象函数而不能得到解析解，下面将通过数值仿真来得到各种具体的结果并验证前面的若干结论。

表1 不同服务成本下两种情形的仿真结果

接下来探讨一些参数的变化对再制造企业和产品用户的努力程度以及最优收益的影响，我们分别取c=5、6、7、8、9、10、11、12、13，其他参数不变，代入各公式，具体的数值计算结果见表1。然后根据这些具体数据画出不同情况下的最优策略和最优收益的仿真图进行详细的比较分析(见图3～7)，并得到如下的观察结果和管理启示。

图3 渠道总收益和服务需求随θ的变化(c=10)

图4 再制造企业和产品用户的努力程度随θ的变化(c=10)

(1)综合表1和图3可以看出在不同的单位服务成本下，节约收益共享渠道最优收益总是大于同种条件下的固定服务收费情形，并且在θ[0,2c]区间内实现最大值。实施了节约收益共享契约之后，产品用户的收益必然由于获得了转移支付而增大，从而激励用户提高其努力程度，然而当渠道总收益达到最大时，再制造企业的收益相对于固定服务收费下都有大幅度降低，这是由于再制造企业为了实现整体的最优化而付出了代价，体现了集体理性和个体理性的矛盾冲突。这一结果告诉我们，实施节约收益共享的产品服务系统，对于再制造企业提出了更高的管理要求，在追求渠道收益的目标时，必须适当调节θ，使之既能激励产品用户付出更多努力，也不能过于减少再制造企业的收益，只有双方的收益都具有帕累托改进的情况下，系统才能实现协调，但此时并不一定实现整个渠道的收益最大化。

另外一个值得思考的问题是，一般认为节约收益共享契约在提高渠道总收益的同时可以减少服务需求量，但图3表明随着服务节约转移支付的增加，服务需求量在一开始并没有减少，反而增加到最大值后再降低，也就是说服务需求量和渠道总收益具有相同的变化趋势，增加服务量不会减少渠道收益；表1中也显示服务节约收益共享情形下的q*都要大于同等条件下的固定服务收费情形。这表示基于节约收益共享的租赁产品服务系统中，为用户提供更多的服务与实现系统收益的最大化之间并不矛盾，服务并不会成为企业的成本负担。这是因为在传统商业模式下服务越多企业的成本和风险就越高，用户服务一向被视为企业的成本中心，企业也就不愿意为用户提供相应的服务，甚至实施服务外包的策略；而此时用户服务已经从成本中心转变为利润增长点，企业内化了服务成本并将其转化为利润动力。如果从长期看，系统的整体服务量还是会降低，并且由于服务量的增加会取代部分产品材料的消耗，使用户效用得到满足同时减少环境压力，最终也实现了商业目标和可持续发展的协调统一。

图5 再制造企业收益随着其努力程度em的变化(c=10,eu=0.5)

(2)从图4和图5可以看出，随着服务节约转移支付的额度增加，再制造企业的努力程度递减，而产品用户的努力程度递增，在θ[0,2c]内实现了努力程度的均衡点，并且在此区间内再制造企业的收益关于其努力程度达到了最大值。这一结果启示我们，企业不断付出努力、对产品与服务精益求精可以实现自身收益最大化，然而服务的效率和效果取决于用户，环境效益的实现也有赖于用户的参与和支持，故企业需付出一定的代价激励用户参与其中，与用户建立互信、依赖关系，双方才能实现各自努力程度的交集，从战略上看，这种紧密耦合的关系有利于企业的长期发展和市场巩固。当然，企业的努力付出也是有限度的，即使是在[0,2c]的区间内，再制造企业的收益也可能由于努力过度出现下降的可能，即努力付出之后带来的是企业收益的减少。这种收益下降的概率会随着服务节约转移支付的增加而增加，这在图5中得到了很好的阐释。现实中，政府部门为了促进再制造产业的发展，帮助企业渡过市场瓶颈期，通常采取向再制造企业或者用户直接发放补贴的方式，其实质就是代替企业进行转移支付，间接影响企业的收益，使企业和用户的努力意愿程度得到激励。例如我国政府从2009年开始陆续推出的各种以旧换新、以旧换再、新能源汽车补贴的各种试点方案及措施，都在一定程度上刺激了我国再制造市场的发展，培育了产品用户的绿色意识。

图6 再制造企业/产品用户的努力程度随成本c的变化(θ=10,eu=0.5)

图7 再制造企业的收益在q=0.2和q=0.8时随着c的变化(θ=10)

(3)从图6可以看出，在其他条件不变的情况下，单位平均服务成本越高企业就越努力，而产品用户的努力程度则与之呈反向变化关系。这说明产品租赁的优势在于再制造企业对于租赁期间的产品拥有直接的控制权和管理权，企业对于使用期间和使用结束后的产品都负有处置的责任和义务，因此从产品生命周期的角度来看，当服务成本较高时，就会激励企业采取措施努力减少浪费和磨损、改善技术水平和服务质量，以降低产品和零部件失效、更换的风险，提高租赁回收产品的再制造和再次市场化的价值，尽量延长租赁产品的服务周期。而产品用户则只是基于产品使用的视角，只关注产品租赁期间的功能实现和效用满足，不会在意服务成本的高低，但是服务成本较高通常也就意味着产品使用越复杂，需要的专业知识和技能越高，产品用户受限于自身条件，其努力程度自然就随之降低。

同理，图7说明了企业收益与服务成本在不同服务需求量下的变化情况。在服务量较小的时候，即服务次数少、单位服务成本较高、服务内容较复杂，企业对产品服务的设计和实施所需技术和资源就越多，此时再制造企业凭借产品和技术的专有性可以获得相对较高的垄断利润，因此企业收益与服务成本同向增长；反之，当产品技术和服务已经普及，服务附加值不高，服务需求量增加时只会造成企业的成本变高，造成收益的下降。例如飞机、大型精密仪器设备等产品服务次数少，但服务成本高、技术难度大，企业的收益也较大；而一般性产品设备的日常维护保养服务次数多，但企业收益相对也较小。

6 结语

再制造与产品服务系统是制造企业提升竞争力、实现可持续发展的两个有效手段，前者通过高级形式的循环利用直接实现资源的节约减量化，后者则以服务提供的方式间接减少资源的消耗。然而，在产业转型升级的大潮中，越来越多的制造企业将再制造和产品服务系统同时使用，利用产品服务系统形成忠诚客户关系，为再制造提供稳定的旧品来源渠道；利用再制造产品和零部件为企业降低成本，节约资源，本文研究的租赁产品服务系统就是这一类型的商业模式。以往的研究要么是基于再制造企业本身，单纯追求经济绩效的实现，要么仅仅局限在间接物料的节约减量化，而缺少全生命周期视角下的产品服务整合思考。针对此不足，本文认为产品服务系统的商业策略需要企业和用户的紧密配合，不考虑双方的努力程度则无法实现系统的经济目标和环境目标。本文构建了一个由再制造企业和产品用户组成的租赁产品服务系统，运用供应链契约协调理论中的节约收益共享契约分析再制造企业与产品用户之间的利益协调问题，对比在没有节约收益共享和含有节约收益共享下各方的最优策略和收益情况，其中假定服务需求内生于双方的努力付出程度，并引入回收产品价值以体现环境效益是本文与以往文献的显著不同和主要创新。研究结果表明当回收产品关于再制造企业和产品用户努力程度的边际价值大于其付出努力的边际成本且服务节约转移支付的激励效果有限时，系统可以实现协调并且渠道总收益要优于传统固定服务收费的情形。更进一步，双方的努力程度对于减少服务需求量具有互补性，双方努力配合降低服务量，博弈一方努力程度的提高会让另一方的努力更有成效。进一步数量仿真发现：服务需求量和渠道总收益具有相同的变化趋势，并且服务节约转移支付与再制造企业的努力程度成反比，与产品用户努力程度成正比。企业在不同的成本水平下，有付出合理努力程度的意愿，但在不具有成本优势的条件下，再制造企业付出努力的意愿程度也越高，实现的环境价值也就越大，而产品用户则相反。因此，服务节约的转移支付要设置在合理范围内，才能实现渠道收益最大化，既满足制造企业与产品用户的利益诉求达成共赢，又能兼顾环境效益和经济效益。

本文只研究了基于租赁的产品服务系统决策最优化的情形，今后的研究还可以进一步考虑基于销售的产品服务系统以及兼有租赁和销售的产品服务系统。本文的技术方法也主要是基于收益共享合同，是否有其他的利益协调机制应用于上述各种产品服务类型也将是后续研究的重点。

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Shared-Saving Contracts for Leased Product Service System Based on Remanufacturing

LIU Yu-xi1, XIE Jia-ping2

(1. Business School of University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China;2. School of International Business Administration, Shanghai University of Finance & Economics, Shanghai 200433,China)

When a remanufacturing enterprise leases the second-hand product and provides relative service to the user, the efforts of quality service for the enterprise and the efforts of elaborate operations for the user will undoubtedly affect the service quantity and costs as well as the quality and lifetime of the returned products, thus the remanufacturing costs and environment benefits. In this paper, the degree of both efforts influencing the performance of the leased product service system is studied based on remanufacturing, introducing a transfer payment from enterprise to user as a moderator, discussing the relationship between equilibrium effort levels and revenue function of the channel based on shared-saving contracts. It’s found that when the marginal value of taking-back used product over the remanufacturing enterprise’s and user’s efforts is respectively greater than the marginal cost over the efforts and the transfer payment of per service savings has limited incentive effect, the system can achieve coordination and the total channel profit is greater than the fixed service price contract. Furthermore, a detailed numerical simulation finds that service demand and channel profit have the same trends with the transfer payments and additional service will not decrease the channel profit. The transfer payment of per service savings is in inverse ratio to the efforts of remanufacturing enterprise, in direct ratio to the efforts of product user. In different level of cost the enterprises have the willingness to give corresponding efforts, but when they have no cost advantages the willingness of remanufacturing enterprise will be higher and so is the environmental value.

remanufacture; product service system; leased product; shared-saving contracts

1003-207(2016)03-0099-10

10.16381/j.cnki.issn1003-207x.2016.03.012

2014-06-25；

2014-12-25

国家自然科学基金资助项目(71272015); 上海市一流学科基金(S1201YLXK)

简介：刘宇熹(1977-)，男(汉族)，辽宁阜新人,上海理工大学管理学院讲师，研究方向：闭环供应链管理,E-mail:system_usst@126.com.

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