政府基金政策下的闭环供应链产品设计与生产决策

刘 志，李帮义，唐 娟，龚本刚

(1.南京航空航天大学 经济与管理学院，江苏 南京 210016; 2.安徽工程大学 管理工程学院，安徽 芜湖 241000)

0 引 言

随着科学技术的快速发展，电器电子产品更新换代加剧，废弃电器电子产品(Waste Electrical and Electronic Equipment, WEEE)数量急剧增长。我国每年电器电子产品报废数量超过2亿台，总重量超过500万吨，为更好科学地处理WEEE，我国政府相继出台了各种政策和法规。2012年，财政部、环境保护部等联合下发了《废弃电器电子产品处理基金征收使用管理办法》(以下简称《办法》)，《办法》规定分别按照电器电子产品生产者的销售数量、进口电器电子产品收货人或其代理人的进口数量定额征收基金，对处理企业按照实际完成拆解处理的WEEE数量给予定额补贴。

政府宏观政策影响制造企业和消费者的决策，在提高闭环供应链效率、引导废旧产品回收处理产业发展中扮演着重要的角色[1-4]。目前，政府法律法规对闭环供应链运作决策的影响问题已成为研究热点。其中，针对欧美等发达国家的WEEE法律法规，Atasu等[5]对欧盟《报废电器和电子设备指令》的有效性进行分析表明，若要实现社会福利最大化，政府应根据产业的不同特点对基于重量的回收率目标进行适当调整；Sheu等[6]以社会福利最大化为目标，研究了政府征税策略、补贴策略、征税与补贴组合策略实施的边界条件；Esenduran等[7]研究了回收率和再制造率目标对制造商再制造行为和社会总福利的影响，指出对新产品设置过高的回收率和再制造率目标会降低制造商的再制造积极性与社会总福利。针对中国的WEEE法律法规及配套政策，Ma等[8]从消费者、闭环供应链的规模和企业3个视角，研究了政府以旧换新补贴对双渠道闭环供应链决策的影响；Liu等[9]构建了正规渠道和非正规渠道的废旧电器电子产品的回收竞争模型，研究了拆解补贴对双渠道盈利能力的影响；公彦德等[10]分析了物流模式和再制造策略对闭环供应链稳定性的影响，从供应链合作企业和稳定性视觉研究了政府回收处理补贴的时机和力度；马祖军等[11]针对WEEE规制特点，构建了多销售渠道—多回收渠道混存的闭环供应链决策模型，明确了政府的最优规制政策，并分析了规制政策对闭环供应链成员决策及利润的影响；王文宾等[12]对基于回收率的奖惩机制和税收—补贴机制进行对比，指出基于回收率的奖惩机制在废旧产品回收率和供应链利润提高方面更加有效；Zhou等[13]针对由政府、制造商、有资质处理商、无资质处理商和消费者构成的闭环供应链，研究了处理商回收价格和政府基金政策对消费者、企业和环境的影响。

上述文献虽然从运作层面对政府法律法规的影响进行了大量研究，但是忽略了法律法规对产品设计决策的影响。产品设计是影响废旧产品回收处理效率的关键因素，生产者在产品设计阶段若能采取面向废旧产品价值恢复的产品设计方法，如可拆解性设计、模块化设计等，则可降低废旧产品的回收处理难度[14-15]；然而，当面临翻新品或再制造品的市场竞争时，制造商会改变产品设计策略(如减少通用件的使用、降低可拆解性水平)，以增加废旧产品翻新或再制造的难度[16-17]。制造商的产品设计决策不仅受市场环境的影响，还受政府法律法规的激励和约束[18]。Calcott等[19]指出，强制生产者回收法规和费用与补贴组合政策能够激励生产者进行环境友好设计，减少产品的尺寸和材料使用量；Subramanian等[20]针对耐用品闭环供应链，在考虑消费者和生产者分担产品环境成本的基础上，研究了EPR(extended producer responsibility)法规和供应链协调对产品设计决策的影响；Özdemir等[21]研究了强制回收处理率目标和处理费用政策与生产者产品可恢复性设计决策、回收处理成本之间的耦合关系；Atasu等[22]指出，更严厉的WEEE指令会提高产品的环境友好设计水平。

综上可知，虽有部分学者对政府政策与制造商产品设计决策之间的相互关系进行了研究，但多以国外的相关法律法规为主，缺少对中国WEEE法律法规下产品可再利用性设计决策的研究。为促使制造商采取面向废旧产品回收处理的设计策略，我国实施《办法》的第十一条明确指出“采用有利于资源综合利用和无害化处理的设计方案以及使用环保和便于回收利用材料生产的电器电子产品可以减征基金”。然而，如何对环境友好设计产品减征基金，以及减征基金对闭环供应链的运作决策有何影响，并未得到充分研究，也未形成明确的研究成果。本文立足于我国实施的《办法》第十一条内容，考虑政府能够识别生产者的产品设计策略并设计奖惩政策，研究包含环境税、回收处理补贴和产品设计奖惩的组合规制对闭环供应链产品设计决策、生产决策和利润的影响，探讨各项规制的最佳水平，以为政府基金政策的制定和完善提供参考。与现有相关研究相比，有如下创新：

(1)针对我国WEEE法律法规，现有研究多分析环境税和回收处理补贴对闭环供应链定价和生产决策的影响，缺乏对产品设计决策影响的分析，而且环境友好产品减征基金条例尚未提及。本文在对环境友好产品减征基金条例进行抽象提炼的基础上，提出一种基于产品设计的奖惩机制，研究了环境税、回收处理补贴和产品设计奖惩组合规制下闭环供应链的产品设计决策和生产决策，并以社会总福利最大化为目标，对各项规制的最佳水平进行了探讨。

(2)本文采用可拆解性水平表征产品的环境友好程度，将产品的可拆解性水平作为内生变量，在考虑产品可拆解性水平对新产品和再制造品生产成本差异化影响的基础上，研究了基金政策对闭环供应链成员决策及利润的影响。

1 问题描述与相关假设

本文考虑由单个制造商和再制造商组成的闭环供应链系统。在该系统中，制造商负责新产品的设计(侧重于面向再制造的设计，以可拆解性水平表示产品设计特征)、生产和销售；再制造商负责回收废旧产品并生产和销售再制造品，两者之间为竞争关系。政府对制造商生产的新产品征收处理基金(也称环境税)，设计奖惩政策，以鼓励制造商采取面向再制造的产品设计策略，对再制造商生产的再制造品进行回收处理补贴。政府、制造商和再制造商之间为Stackelberg博弈，其决策顺序如下：首先，政府以社会总福利最大化为目标，设计环境税、回收处理补贴和产品设计奖惩政策；其次，制造商在政府基金政策下，决定产品的可拆解性设计水平和新产品产量；最后，再制造商依据政府基金政策和制造商的最优决策，制定再制造品的最优产量。根据以上描述，建立本文所讨论的政府基金政策下的闭环供应链模型，如图1所示。

文中假设与符号说明如下：

参数k(-10反映了产品可拆解性设计实现的难易程度;cn为制造商在一般可拆解性设计策略下生产新产品的单位成本，cr为再制造商在一般可拆解性设计策略下生产再制造品的单位成本，由于再制造品生产过程的物料和能源具有节约性，有cr

政府设立废旧产品处理基金，对制造商按照销售的新产品数量定额征收环境税t，按照产品的可拆解性水平给予奖惩μdk，对再制造商按照销售的再制造品数量给予单位补贴s。其中：μd>0为产品可拆解性设计的奖惩系数，其大小反映了政府对产品可拆解性设计的单位奖惩力度，当0

假设闭环供应链中制造商与再制造商均为风险中性，信息完全且以利润最大化为目标；政府以社会总福利最大化为目标，制定环境税、回收处理补贴和产品设计奖惩力度。

2 制造商和再制造商的决策模型

2.1 无基金政策模型N

在无政府基金政策下，制造商利润函数为

(1)

再制造商利润函数为

(2)

2.2 有基金政策模型F

在政府基金政策下，制造商利润函数为

(3)

再制造商利润函数为

(4)

3 均衡决策分析

命题2①当μm≥0.5μr时，制造商采取高可拆解性设计策略；反之，采取低可拆解性设计策略。②产品可拆解性水平总与μd正相关。③当制造商采取高可拆解性设计策略时，产品可拆解性水平与s和t负相关;当采取低可拆解性设计策略时，产品可拆解性水平与s和t正相关。

产品可拆解性设计会影响新产品和再制造品的成本结构，进而影响新产品和再制造品的市场关系。当政府对产品可拆解性设计进行奖惩时，当可拆解性设计所产生的新产品单位成本节约μm高于再制造品单位成本节约的一半时(即μm≥0.5μr)，制造商选择高可拆解性设计策略，且μd越高，s与t越低，可拆解性水平越高，说明政府的产品设计奖励会激励制造商提高产品的可拆解性水平，而环境税和回收处理补贴会阻碍制造商提高产品的可拆解性水平，这意味着制造商此时可通过调控产品可拆解性水平，削弱环境税和回收处理补贴产生的再制造品竞争优势。若可拆解性设计所产生的新产品单位成本节约μm远小于再制造品单位成本节约(μm<0.5μr)，则提高产品的可拆解性水平对再制造商更有利，为降低再制造品的市场竞争力，制造商将采取低可拆解性设计策略，此时μd，s与t越高，可拆解性水平越高，意味着政府的产品设计惩罚、环境税和回收处理补贴政策会迫使制造商不过度降低产品的可拆解性水平。同时，相对于回收处理补贴，可拆解性水平对环境税的变化更为敏感，因为环境税直接作用于制造商，回收处理补贴则是通过再制造品与新产品的市场竞争间接作用于制造商。

当μd=0时，表明制造商的可拆解性设计水平不被政府所识别，或者可以识别但政府不对其进行奖惩，此时有基金政策模型F记为模型FU，可得推论1。

推论1当μn≥0.5μr时，kN*≥kFU*>0;当μn<0.5μr时,kN*

推论1表明，当产品可拆解性设计对新产品生产成本的影响远小于对再制造品生产成本的影响时，新产品的可拆解性水平将低于同类产品的平均水平，但是政府的环境税、回收处理补贴和产品设计奖惩政策有利于制造商提高产品的可拆解性设计水平。

命题3①当μm≥0.5μr时，新产品数量与μd正相关，反之与μd负相关；当ΔF3<μm<ΔF2时，再制造品数量与μd负相关；当μm<ΔF3时，与μd正相关。②新产品数量与s和t负相关，再制造品数量与s正相关，当μm<0.5μr时，再制造品数量也和t正相关。

当ΔF3<μm<ΔF2时，制造商采取高可拆解性设计，此时奖惩系数μd越高，产品可拆解性水平越高，新产品和再制造品的生产成本越低，销售价格也越低，但是新产品销售价格的降低幅度远远高于再制造品，新产品更具有竞争优势，再制造品数量降低。当μm<ΔF3时，政府加大对产品可拆解性设计的奖惩力度会使新产品价格降低的幅度逐渐接近再制造品，甚至小于再制造品，使再制造品的竞争优势不会被新产品的价格下调削弱，此时奖惩系数μd越高，再制造品价格越低，销量越高。

政府的环境税会提高新产品的生产成本，回收处理补贴会降低再制造品的生产成本，两者均能提高再制造品的竞争优势，因此环境税和回收处理补贴总会抑制新产品的销售。回收处理补贴直接作用于再制造商，其增加总会激发再制造品的生产和销售；环境税通过新产品可拆解性设计及销售价格间接影响再制造商的决策，因此其对再制造品销量的影响稍复杂一些。当制造商采取低可拆解性设计策略时(μm<0.5μr)，虽然再制造成本有所增加，但是环境税和回收处理补贴仍使再制造品具有较高的成本优势；环境税和回收处理补贴越高，新产品(再制造品)销售价格越高(越低)，再制造品销量越高。

命题4①当μm>0.5μr时，制造商利润与μd正相关，反之与μd负相关；当ΔF3<μm<ΔF2时，再制造商利润与μd负相关；当μm<ΔF3时，再制造商利润与μd正相关。②制造商利润总与s和t负相关，再制造商利润与s正相关，当μm<0.5μr时，再制造商利润与t正相关。

由命题3可知，当制造商采取高可拆解性设计策略时，奖惩系数μd越高，新产品销量越高，边际效益越高，制造商利润则越高；当制造商采取低可拆解性设计策略时，奖惩系数μd越高，再制造品的竞争优势使新产品销量降低，边际效益也降低，制造商利润则越少。当ΔF3<μm<ΔF2时，制造商采取高可拆解性设计策略，此时奖惩系数μd越高，再制造品销量和边际效益越低，再制造商利润越低;当μm<ΔF3时，奖惩系数μd越高，再制造品销售价格越低，销量和边际效益却越高，再制造利润越高。同理，环境税和回收处理补贴总会抑制新产品的销售，减少新产品的边际效益会减少新产品的利润。回收处理补贴越高，再制造品的销量及边际效益越高，再制造商利润随之增加得越多；环境税对再制造品销量和边际效益的影响稍复杂一些，当μm<0.5μr时，再制造品的边际效益和销售量会随环境税的增加而提高，再制造商利润即随之提高。由产品设计奖惩、环境税和回收处理补贴等政策对制造商和再制造利润的影响可知，可拆解性设计所产生的新产品单位成本节约越接近再制造品单位成本节约，政府的产品设计奖惩力度越高，对制造商越有利，对再制造商越不利，这将在一定程度上阻碍再制造产业的发展。当可拆解性设计所产生的新产品单位成本节约远小于再制造品单位成本节约时，较高的产品设计奖惩力度会减少制造商利润，提高再制造商利润，促进再制造产业的发展。若政府期望通过设置合适的产品设计奖惩力度，促进制造商和再制造商的同步发展，则需满足0.5μr-μn<μd<ΔF3-μn。

4 数值分析

本文收集某品牌笔记本电脑的设计、制造和再制造相关数据，对其进行标准化处理，得到再制造闭环供应链的基本参数cn=0.3，cr=0.15，δ=0.6和θ=3。运用该参数进行数值仿真，进一步分析政府基金政策对制造商和再制造商决策及利润的影响，并以此为基础，探讨政府环境税、回收处理补贴和产品设计奖惩力度的最佳水平。

(1)再制造决策及利润与环境税t、补贴s的关系

由命题3和命题4可知，再制造商总是受益于政府的回收处理补贴，当μm<0.5μr时，其亦受益于政府对制造商征收的环境税。但是，当μm>0.5μr时，高可拆解性设计策略引起的成本节约和政府奖励能够抵消环境税和回收处理补贴对新产品市场的部分影响，使新产品和再制造品的市场竞争更为激烈，此时环境税t对再制造品市场的影响较为复杂。取μn=0.06，μd=0.06和μr=0.2，以分析μm>0.5μr情形下环境税t对再制造品产量和利润的影响，如图2所示。

(2)有无政府基金政策下闭环供应链生产决策及利润的对比

因为制造商总是受损于政府的环境税和回收处理补贴，再制造商总是受益于政府的环境税和回收处理补贴，所以仅以产品设计奖惩系数ud为变量，对有无政策基金下的闭环供应链决策和利润进行比较。根据2012年颁发的《办法》和2016年实施的新版WEEE回收处理基金补贴政策，微型计算机制造商需缴纳的单位环境税为10元/台，拆解一件废旧微型计算机政府给予的补贴为70元/台；对该环境税和回收处理补贴标准化，可得t=0.002，s=0.014，则闭环供应链的生产决策及利润比较如图3所示。

由图3可知，实施环境税和回收处理补贴会降低新产品销量，提高再制造品销量，且再制造品销量的增加幅度高于新产品销量的减少幅度，市场总需求和闭环供应链总利润均增加。在环境税和回收处理补贴的基础上，引入产品设计奖惩机制可在一定程度上弥补环境税和回收处理补贴对制造商造成的损失。产品设计奖惩力度越高，新产品的销量和利润越高，同时再制造品的销量和利润受产品设计奖惩力度的影响相对较小，较为稳定。因此，随着产品设计奖惩力度的增加，市场总需求和闭环供应链利润均得以提高，其中新产品销量将随产品设计奖惩力度的增加而递增至无基金政策水平。由此可知，环境税和回收处理补贴虽然能促进再制造产业的发展，并激励制造商积极进行废旧产品的回收再制造，但是过高或过低的环境税和回收处理补贴会损害闭环供应链的经济效益；引入产品设计奖惩政策能够减少环境税和回收处理补贴对制造商经济效益的负面影响，实现新产品市场和再制造品市场的同步发展。

(3)社会总福利与环境税t、补贴s和奖惩系数μd的关系

由图4可知，过低或过高的环境税和回收处理补贴均不利于社会总福利的提高。当环境税和回收处理补贴较低时，再制造品市场发展缓慢，新产品市场发展迅速，新产品的外部性成本较高，社会总福利无法实现最大化；当环境税和回收处理补贴较高时，再制造品市场发展迅速，新产品市场发展受到抑制，社会总福利亦无法实现最大化。因此，环境税和回收处理补贴存在最优水平(s*=0.015 2,t*=0.002 47),该最优水平与现实施的WEEE处理基金征收及回收处理补贴(0.014,0.002)并不一致，表明实施产品设计奖惩政策会影响现有的基金征收和回收处理补贴标准。在该最优水平下，产品设计奖惩系数越高，其可拆解性水平越高，新产品和再制造品的生产成本和销售价格越低、销量越高，制造商和再制造利润、消费者剩余随之提高，总外部性成本越大，增加的企业利润和消费者剩余远大于增加的总外部性成本，社会总福利提高。然而，出于对基金政策下财政收支平衡及新产品和再制造品市场均衡发展的考虑，产品设计奖惩系数不可能无限增大。由此可知，政府在基金制度的完善过程中，应明确基金政策各项规制对闭环供应链各个利益相关者的影响及各项规制的相互关联，并以此为基础动态调整各项规制水平，以有效引导和推动废旧产品回收处理产业的发展。

5 结束语

本文针对由一个制造商和一个再制造商构成的闭环供应链，在考虑政府环境税、回收处理补贴和产品设计奖惩政策对新产品和再制造品成本影响的基础上，研究了政府基金政策对闭环供应链产品可拆解性设计决策、生产决策及利润的影响，并探讨了政府环境税、回收处理补贴及产品设计奖惩的最佳规制水平。研究结果表明：

(1)制造商产品高低可拆解性设计策略的选择与产品设计奖惩力度及产品设计成本参数大小相关，与环境税和回收处理补贴无直接关系。政府的产品设计奖惩政策总是会激励制造商提高产品的可拆解性水平，当产品设计奖惩政策所产生的新产品成本节约优势接近再制造品成本节约优势、制造商采取高可拆解性设计策略时，环境税和回收处理补贴会阻碍制造商提高产品的可拆解性水平；当产品设计奖惩政策所产生的新产品成本节约优势远小于再制造品成本节约优势、制造商采取低可拆解性设计策略时，环境税和回收处理补贴会促使制造商提高产品的可拆解性水平。

(2)环境税和回收处理补贴对再制造商总是有利的，对制造商总是不利的。环境税和回收处理补贴越高，再制造品销量和利润越高，新产品销量和利润越低，表明政府可以通过控制环境税和回收处理补贴的相对大小，调控闭环供应链的规模和利润的分配。产品设计奖惩政策的引入能够减少环境税和回收处理补贴对制造商经济效益的负面影响，为促新产品和再制造品市场的同步、均衡发展，政府需设置合适的产品设计奖惩力度。

(3)环境税和回收处理补贴虽然能促使再制造产业的发展，但是从社会总福利角度考虑，其不宜过大或过小，而存在一个适宜水平，且引入产品设计奖惩政策会使该适宜水平发生变动。同时，社会总福利与产品设计奖惩力度正相关，但是考虑政府基金的收支平衡及新产品和再制造品市场的均衡发展，也应依据产品可拆解性设计的成本参数、消费者的再制造品支付意愿及基金政策各项规制的相互关系，制定合适的环境税、回收处理补贴和产品设计奖惩水平，以不断完善现有的基金制度。

本研究值得拓展的方向有：①针对制造商同时生产新产品和再制造品并与再制造商的进行竞争的情形，研究政府环境税、回收处理补贴和产品设计奖惩政策对闭环供应链最优决策和利润的影响；②本文仅采用数值仿真对政府环境税、回收处理补贴和产品设计奖惩力度的最优水平进行了初步分析，缺少对不同政策之间交互作用的深入研究，且仅选择微型笔记本作为对象开展，后续应进一步明确不同情境下政府环境税、回收处理补贴和产品设计奖惩政策之间的交互作用，确定基金政策内各项规制的最佳水平。

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