原制造商专利保护对再制造供应链技术创新策略的影响

朱宾欣，马志强，吴 宁, LEON Williams

(1.江苏大学 管理学院,江苏 镇江 212013；2.江苏大学 财经学院,江苏 镇江 212013)

0 引言

再制造是国家绿色战略的重要内容，其凭借出色的环境和节能效应，已经成为社会各界关注的焦点[1-4]。从本质上讲，再制造是在先进绿色技术和产业化生产下对废旧设备产品进行的修复改造活动，可以通过技术创新使产品质量达到或超过新产品[5]。因此，产品技术创新是提升消费者再制品接受度的重要途径。作为全球工程机械再制造的标杆企业，美国卡特彼勒公司每年在旧件清洁、修复等再制造重要环节的技术和设备方面投入了高额资金，形成了世界级的“翻修”技术，具有独特的竞争优势[6-7]；2011年9月，三一重工投资1.08亿成立机械整机与零部件再制造研发基地，通过先进的清洗、修复和表面处理技术，同时实现了废旧机械质量提升以及节能、节材的目标。同年，发改委在《关于深化再制造试点工作的通知》中明确提出，再制造支持政策的重点是鼓励产品技术研发[8]。由此可见，再制造技术创新已经受到众多再制造企业和政府的高度重视。

另一方面，再制品与新产品之间的竞争关系导致再制造技术创新面临着较为复杂的管理问题。尽管我国的《循环经济促进法》已将再制品纳入法律范畴，但是迄今为止，在许多领域并没有对再制品和新产品进行严格的界定，再加上知识产权法在再制品专利保护方面的空白[8]，原制造商通常会以再制品侵权为由对再制造商进行战略反击。著名的佳能和Recycle Assist公司之间长达3年之久的关于再生墨盒的侵权诉讼案，佳能与韩国Alphachem公司关于再制造感光鼓的专利侵权案——“帆布车顶案”等[9]，引起了人们对再制品专利保护问题的广泛关注。在这种情形下，再制造商纷纷提升了与原制造商合作经营的意愿。另外，出于促进循环经济和绿色产业发展的目的，一些大型制造商也愿意与再制造商开展渠道合作，将再制造商作为其产品经销商或者委托其原有的经销商开展再制造业务，形成了经销商既经销新产品，又开展再制造的模式。例如在工程机械领域，日本小松集团除了允许其经销商南京钢加经营小松产品外，还授权其从事包括小松品牌在内的旧设备翻新和再制造业务。在这种情景下，原制造商通常会通过收取再制造专利许可费的形式保护其品牌。申成然等[10]对专利保护的再制造供应链进行研究，发现专利保护将提升原制造商利润而降低经销商利润。由此可见，研究消费者对新产品和再制品偏好差异时，探讨原制造商的专利保护对再制造商技术创新动力的影响、再制造商技术创新对专利许可费的具体作用、引起再制造供应链运作绩效及消费者剩余及社会总福利的变化有较强的现实意义。

与本文相关的文献主要有3个方面：

(1)再制造供应链运作以及再制品竞争方面 Savaskan等[11]和Ferguson等[12]讨论了再制造闭环供应链的回收机制、产品定价和协调策略问题；吴海燕等[13]在制造商自身扰动、竞争对手扰动和双扰动3种情景下，研究了两个竞争制造商和一个零售商组成的再制造系统中的最优生产决策；Ferrer等[14]基于消费者对两种产品认知的差异，研究了消费者估值等对双寡头垄断市场均衡价格、利润和再制造活动的影响；Adem等[15]和高鹏等[16]均从质量角度研究了原始设备制造商(Original Equipment Manufacturer, OEM)和独立再制造商(Independent Remanufacturers, IR)的产品竞争策略及其对供应链运作绩效的影响，并考虑了多种废旧品回收分配机制；颜荣芳等[17]建立了再制造闭环供应链差别定价模型，在集中式决策和分散式决策条件下分别讨论了再制造供应链的定价策略。

(2)供应链研发创新决策方面 Aspremont等[18]，Lin等[19]和李晓静等[20]分别研究了水平合作、垂直合作以及竞争性供应链溢出效应下研发对供应链绩效及研发策略的影响；Lin等[21]则重点考察了市场竞争形式与技术创新的关系；沈丹婷[22]基于制造商引入电子渠道冲突环境，研究了能够实现混合渠道供应链协调的供应链技术创新协同策略；李凯等[23]研究了纵向市场结构下的四阶段技术创新决策模型，分析了零售商主导谈判势力对企业技术创新水平的影响。这些研究主要集中于正向供应链领域。近年来也有一些关于创新决策的研究延伸到了逆向供应链领域，如高鹏等[24-25]运用博弈论研究了各种研发模式、渠道权力结构对再制造供应链性能提升型技术创新决策的影响。

(3)关于再制造供应链专利保护的研究 申成然等[26]分析了专利保护下政府补贴再制造的政策和供应链协调机制，并进一步考虑了再制造成本差异及消费者异质性[10]；闻卉等[27]将专利保护下的闭环供应链研究扩展到了零售商为价格主导的情形；许民利等[28]进一步根据低碳消费者和普通消费者对再制造品的不同支付意愿，在考虑专利保护的基础上研究了再制造产品的定价问题。以上关于再制造供应链专利保护的研究大多考虑了一般定价策略，并没有涉及再制造商进行技术创新下的专利许可问题，也没有对消费者剩余和社会福利进行深入分析。

鉴于此，本文致力于研究原制造商和再制造商渠道合作情境下，原制造商的专利保护策略对经销商(再制造商)技术创新策略产生的重大影响。解决的主要问题有：①技术创新如何影响再制造供应链的价值。②在技术创新背景下，原制造商的专利保护如何影响再制造商技术创新水平;引起再制品价格和需求如何变化;进而如何影响再制造供应链的经济价值。③与无技术创新相比，经销商开展技术创新如何影响专利保护费,以及原制造商分享的逆向利润。④在专利保护和技术创新的交叉影响下，再制造供应链运作绩效和社会总福利如何。本文的研究成果将进一步扩展企业技术创新理论的研究范围。

1 模型的描述

考虑由单一原制造商和单一经销商构成的再制造供应链系统。原制造商生产新产品，以批发价w卖给经销商;为提升经济利润空间，经销商同时进行废旧品的回收再制造活动，并负责将新产品和再制品销售给终端消费者;经销商的再制造可以独立展开[25]，也可以通过制造商的专利授权展开[26]。本文考虑经销商对两类产品的差异化定价，用pn,pr表示新产品和再制品市场零售价，Dn,Dr表示两产品的市场需求，πM,πR表示原制造商和经销商的利润。

为响应国家提高废旧品回收、发展绿色经济的政策，负责回收再制造的经销商开展在拆解清洗、无损检测、表面加工等主要再制造环节的技术创新活动，这些技术创新活动是再制品环保度、耐用度等性能提升的关键，能够有效增强再制品的市场竞争力和经销商的经济收益。为分析技术创新下两种产品的需求函数，需要首先分析消费者购买效用。借鉴文献[10-12,14-15]的研究，本文假设市场潜在需求为1，用v(v～U[0,1])表示消费者对新产品估值(即最高支付意愿)，用θ(0<θ<1)表示消费者对再制品估值折扣，设经销商的技术创新产出水平为x。考虑到消费者对再制品的估值折扣，消费者购买再制品的净效用为Ur=θ(v+x)-pr，购买新产品的净效用为Un=v-pn。

消费者存在不购买、购买新产品和购买再制品3种选择，并基于个人理性和激励相容进行购买决策。故购买新产品时，有：

⟹

购买再制品时，有：

⟹

比较3个临界支付点的大小：当pr<θ(pn+x)时，v1v3。此时，新产品和再制品需求分别为：

(1)

当pr>θ(pn+x)时，v1>v2，v2

Dn=1-v1=1-pn;Dr=0。

(2)

本文讨论的是专利保护对再制造商技术创新策略的影响，不考虑原制造商垄断情况，因此仅考虑第一种情况。本文用到的其他假设有：

(1)新产品的单位制造成本为cn，再制品的单位制造成本为cn-δ，δ表示再制造节约成本。不考虑其他固定成本。为使结果有实践意义，设1>cn>δ。cn过大则市场无需求，过小则再制造无经济意义。由于本文所指的技术创新主要以提高再制品性能为目的，并不会改变产品本身的单位制造成本。

(2)经销商技术创新水平x与研发投资成本I(包括技术、设备等投入)密切相关。本文设I(x)=tx2/2，t为研发投资成本系数，即I(x)为技术创新水平的凸函数[20]。本文所指的再制品技术创新属于DIGP(development-intensive green products)型活动，因此研发投资成本应视为固定成本。

(3)在相关决策过程中，假设先由经销商进行技术创新决策，再由原制造商和经销商进行价格和专利费决策。本文认为确定博弈的先后顺序，不仅要看行为的主体，还应顾及该企业行为的管理学层次。本文所指的再制造技术创新决策是企业战略层决策，属于长期经营策略，是先于专利费和价格决策而谋划的。后者均为战术层决策，属于短期决策。文献[24-25]都做了再制造技术创新策略先于双方价格博弈的假设。在价格决策层，原制造商为博弈主导者，经销商为追随者。

(4)不考虑再制品数量受新产品数量的限制，即假设废旧品回收量充足。文献[10]指出回收数量不足时，原制造商和经销商的决策主要受旧产品回收数制约，不能体现专利再制造和普通再制造之间的区别；另外，在回收再制造实践中，经销商的回收源有可能多元化，因此回收再制造数量不受限是一种普遍存在的现象。

(5)上述信息均为OEM和IR的共同知识，所有决策者均为风险中性，仅考虑单周期下的供应链专利授权决策。

为了探讨技术创新对再制造供应链的价值，并进一步研究原制造商专利许可对技术创新价值的影响，分别建立和求解无专利无技术创新(NTI)、经销商技术创新但无专利保护(TI)、经销商技术创新且有专利保护(PTI)3种模型，并展开对比研究。以下讨论过程中，M模型下的变量Z用ZM的形式表示，最优值则表示为ZM*。

2 无技术创新模式(NTI)

s.t.

(3)

采用逆向归纳法进行求解。首先将经销商利润函数分别对pn和pr求一阶偏导，得到零售价对批发价的反应函数，再代入原制造商的利润函数求得最优批发价表达式，最后求得最优零售价、产品需求及各方利润表达式[注]限于篇幅，本文NTI和TI模型的具体推导过程均省略。。具体结果如表1所示。

表1 3种模式下的均衡解和最优利润

续表1

注：求解过程已通过海塞矩阵负定检验。

3 经销商技术创新但无专利保护(TI)

为探讨原制造商的专利许可对再制造商的技术创新产生的影响，本章先研究无专利许可时经销商独立开展技术创新的基准情况[注]本文认为，技术创新可以使再制造企业拥有更多专利，摆脱制造商的技术限制和专利保护，减少专利纠纷，促使企业无需由制造商提供技术或技术授权。另外，随着各国政府对再制造的不断提倡和政策支持，不经过制造商专利许可而直接进行再制造技术创新的情形是可能的。实践中业已出现卡特彼勒、Recycle Assit等独立再制造商的例子，这些为TI模式提供了理论和实践基础。。根据第2章描述，技术创新下的新产品和再制品需求可以用式(1)表示。根据假设(3)，该模式下的博弈顺序为：①经销商决定再制品技术创新水平x；②原制造商决定新产品批发价w；③经销商制定新产品零售价pn和再制品零售价pr。三层博弈模型如下：

s.t.

(4)

采用逆向归纳法进行求解。均衡创新水平、均衡价格、产品需求以及供应链成员利润函数等具体结果如表1所示。

4 经销商技术创新且有专利保护(PTI)

本章在经销商开展再制造技术创新的背景下考虑原制造商专利授权策略的一般模式[注]鉴于我国完整再制造活动仍处于起步阶段，再制造技术力量薄弱，再制造支持政策并不十分完善，大部分技术创新仍需由制造商授权并提供相应技术支持，PTI模式是我国普遍存在的运作模式。。参照文献[26]，假设制造商向经销商收取一定的专利费并对其技术创新提供技术支持，设单位专利许可费为f，由此对经销商的再制造技术创新决策产生影响。根据假设(3)，两者博弈顺序如下：①经销商决定再制品技术创新水平x；②原制造商决定新产品批发价w和单位再制造许可费f；③经销商制定新产品零售价pn和再制品零售价pr。三层博弈模型如下：

s.t.

s.t.

(5)

采用逆向归纳法进行求解。均衡创新水平、最优专利许可费、均衡价格、产品需求以及供应链成员利润函数等具体结果如表1所示。具体推导过程见附录。

5 模型结果分析

命题1表明，无论原制造商是否采取专利许可，只有再制造节约成本高于一定阈值时再制造商才愿意进行技术创新，而专利授权策略更会提高技术创新的门槛。这说明当再制造节约成本较低时，再制造商从技术创新中获取的边际利润不足以抵消创新成本。本文后面的分析均假设条件δ>δ2=(1-θ)cn成立。

命题2①xPTI*与δ正相关，与t负相关，与θ正相关；②xTI*与δ正相关，与t负相关，与θ正相关；③xTI*>xPTI*。

命题2表明，无论原制造商是否采取专利许可，经销商的技术创新水平均会随再制造节约成本的增大而提高，随技术创新成本的增大而降低，随消费者对再制品估值程度的增大而提高。因此，在消费者对再制品接受程度较高的情况下，技术创新能缩小再制品和新产品之间的差异，提高再制品的市场竞争地位，从而激发再制造商的研发动力。命题2还表明，原制造商的专利许可会对再制造商的技术创新水平起负向作用。可见，PTI模式下，原制造商会以专利费的形式掠取部分创新绩效，导致技术创新的边际效应下降，在利润最优化目标下，这将减弱再制造商的研发动机。进一步考虑到PTI模式下技术创新可能引起的专利纠纷问题，TI模式明显优于PTI模式。因此，制定相应政策允许并鼓励再制造商独立开展技术创新应成为现阶段我国政府支持再制造发展的重要举措，这将有利于再制造商摆脱制造商的技术限制和专利保护，减少专利纠纷，同样也有利于提高技术创新水平，增大再制品接受程度。

命题3表明，再制造商开展技术创新时，原制造商收取的单位专利许可费将高于不开展技术创新时的费用。这是因为技术创新会降低新产品的差异优势，原制造商将用提高单位专利许可费的方式予以反击。其次，技术创新效率θ/t[注]把θ/t称为技术创新效率，因为该值越大说明相同研发成本产生的创新认可度较高，或者达到相同的创新认可度所用的研发成本越低。下同。越高，原制造商收取的单位专利许可费越高，经销商技术创新会使自身陷入更严重的“专利保护”之中。另外，再制品单位节约成本也会提高专利许可费。正如命题2所言，再制造节约成本的提高将刺激再制造商技术创新投入，加大再制品的挤兑效应，使原制造商有提高专利许可费的动机。

命题4表明，无论原制造商是否专利授权，创新成本的加大一定会同时降低再制品价格和市场需求，而再制造单位节约与再制品价格的关系取决于技术创新效率θ/t。当技术创新效率较低时，提高单位节约成本才会降低再制品价格，反之亦反。原因在于技术创新效率较低时，再制造单位成本的节约对逆向供应链利润的影响高于技术创新带来的影响，而节约成本的外部表现就是降价；当技术创新效率较高时，单位节约成本的作用主要体现为提高产品创新水平。该结论扩展了文献[10]的结论。另外，再制造单位节约成本始终会提高再制品需求，从而印证了文献[10]的结论。

命题5进一步表明，无专利保护时，再制造商开展技术创新会提高新产品价格，降低再制品价格。另外，专利保护会促使新产品价格进一步提高。因为再制造商同时也是经销商，专利损失的逆向利润需用新产品弥补。而在技术创新背景下，专利保护是否会提高再制品价格取决于消费者对再制品的接受程度，接受程度较高，技术创新对再制品价格的推动作用要高于专利保护的负向作用；接受程度较低时则结论相反。

命题6表明，新产品需求始终在NTI模式下最高，PTI模式下次之，TI模式下最低；再制品的需求始终在TI模式下最低。而NTI模式和PTI模式下的再制品需求取决于消费者对再制品的接受程度以及再制造节约成本大小，若这两个因素都处于高水平，则PTI模式下的再制品需求较高，否则NTI模式的再制品需求更高。这说明在技术创新背景下，原制造商的专利许可能对新产品起到“保护”作用，但一定会抑制再制品的需求。当再制造内部经济性(δ)和外部经济性(θ)两者不同时显著时，PTI模式下的再制品需求甚至低于NTI模式，这与文献[10]的结论存在很大差异。因此，从提高再制品需求、最大化绿色效应的角度，应在鼓励再制造商进行技术创新的同时加强宣传，提高消费者对再制品的认可度，同时尽快确认再制品的法律地位，激励原制造商和经销商进行联合研发，降低不恰当的专利保护。

命题7表明，只有当开展技术创新且原制造商专利保护时，再制造节约成本才有助于提高原制造商利润，否则再制造节约成本会降低原制造商利润。因此，原制造商应积极推动经销商的再制造技术创新，以从中获取更高的逆向利润。横向对比3种模式，原制造商最偏好于PTI模式，其次是NTI模式，最次是TI模式。对原制造商而言，从专利费中获取的利润将超过被技术创新挤兑的利润，即在技术创新背景下，原制造商有更大的意愿实施专利保护。

6 数值仿真

鉴于模型结果的复杂性，本章采用数值仿真分析3种模式下经销商(再制造商)的利润变化，并详细研究消费者剩余和社会总福利。

6.1 供应链成员利润和总利润分析

参考文献[10]的算例部分设定cn=0.3,δ=0.2，可以得出θ∈[1/3,0.7]。首先t=2.5时原制造商最优利润以及t=2.5和t=10.0时,3种模式下经销商最优利润，如图1所示。

从图1可以看出，不同t值下3条πR曲线随θ的增大逐渐上升，并且TI曲线位置始终最高，NTI次之，PTI最低，说明消费者再制品估值增大一定有助于提升经销商的利润，即使被收取专利费也无法改变这一趋势;其次，技术创新背景下，经销商被收取的保护费超过其技术创新收益，因此最不愿意接受PTI模式；再次，无论是否进行专利保护，t=10的利润曲线(虚线)始终低于t=2.5的利润曲线(实线)，但PTI模式下两条曲线之间的差距大于TI模式，说明降低技术创新成本始终有利于提高经销商利润，而收取专利费将弱化降低技术创新成本的价值。综上所述，原制造商的专利保护策略将大大降低经销商的技术创新动力，甚至可能导致其完全放弃技术创新。

然后研究供应链系统利润，得到图2。可以看出，系统总利润始终随再制品估值的增大而提高，说明再制造商提升的利润超过了原制造商损失的利润。进一步作出参数允许范围内t和θ组合下的供应链模式偏好区域图，如图3所示。可以看出，当再制品估值θ高于t所决定的一个阈值时，供应链系统的模式偏好为TI≻NTI≻PTI，θ低于该阈值时的模式偏好为NTI≻TI≻PTI，说明在技术创新背景下实施专利保护不仅不利于经销商，也不利于供应链总利润的实现。而在无专利模式下，只有当消费者对再制品估值较高时，技术创新才会对系统有利。另外，从图3还可以看出，估值阈值曲线随研发成本的增大而上升，说明研发成本越高，供应链系统偏好于技术创新的概率越小。

6.2 消费者剩余和社会总福利分析

(1)消费者剩余

当市场同时存在新产品和再制品时，根据消费者效用函数，NTI模式下的消费者剩余：

(6)

TI和PTI模式下的消费者剩余：

(7)

式(6)和式(7)中第1项前表示新产品购买者获得的消费者剩余(普通消费者剩余)，第2项为再制品购买者的消费者剩余(绿色消费者剩余)。分析3种模式下消费者剩余与θ的关系(δ=0.2)以及与δ的关系(δ=0.5)，如图4～图7所示。

由图5和图7可知，绿色消费者剩余始终随着消费者对再制品估值的增大而提高，随再制造节约成本的增大而提高，说明再制造内部经济性和外部经济性越强，消费者从购买再制品中获得的净效用越高。另外，无论θ和δ如何变化，绿色消费者的模式偏好始终为TI≻NTI≻PTI，并且TI模式下的绿色消费者剩余曲线的上升速度快于另两条曲线。这是因为消费者剩余是产品价格、性能以及购买该产品总人数的综合体现，尽管TI模式再制品价格高于另两种模式，但由于再制品创新水平最高，购买再制品的消费者获得的产品性能最高，并且购买者人数也最多。而PTI模式下再制品的价格最高且购买者最少，消费者剩余甚至不如无创新模式。由图4和图6可知，普通消费者剩余随着再制造节约成本的增大而下降，且普通消费者的模式偏好为NTI≻TI≻PTI。由此可见，专利保护同样不利于购买新产品的消费者价值实现。而再制品估值θ对普通消费剩余的影响比较复杂，随着θ由小变大，普通消费者的模式偏好由TI≻NTI≻PTI变为NTI≻TI≻PTI，再变为NTI≻PTI≻TI。这是因为当再制品估值不高时，再制品技术创新所引起的新产品挤兑效应不明显，价格是影响新产品消费者购买的第一要素，因而最不偏好PTI模式。当消费者对再制品估值较高时，影响普通消费者剩余的主要因素变成了购买者人数，而NTI模式下新产品需求最高，因此最受普通消费者偏好。

(2)社会总福利

社会总福利为供应链系统利润与消费者总剩余之和，体现了技术创新对整个社会带来的价值。由图8可知，在可行的区域范围内，社会总福利一定随消费者对再制品估值的增大而提升，可见消费者绿色意识的提高一定有利于社会价值提升。另外，社会的模式偏好与绿色消费者和再制造商的模式偏好一致，始终为TI≻NTI≻PTI，说明再制品技术创新对逆向供应链的正向作用高于对正向供应链的负面作用，而原制造商的专利保护将显著削弱社会总福利。

7 结束语

本文通过博弈论详细研究了原制造商的专利保护对开展再制造的经销商技术创新策略的影响。通过消费者效用理论推导出了再制造商(经销商)技术创新下两种产品关于价格和技术创新水平的需求函数，在此基础上建立并求解了无技术创新(NTI)、无专利技术创新(TI)和专利保护技术创新(PTI)3种博弈模型，采用数理分析和数值仿真对各种模式下的创新水平、专利费大小、供应链绿色效应及成员利润等进行了详细分析。研究得出的主要结论有：

(1)无论原制造商是否专利保护，再制造商的技术创新水平始终会随再制造节约成本的增大而提高，随技术创新成本的增大而降低，随消费者对再制品估值程度的增大而提高；专利保护模式下的技术创新水平低于无专利保护；再制造商开展技术创新时原制造商收取的单位专利许可费高于不开展技术创新，并且与技术创新效率负相关。

(2)再制品价格与需求始终与创新成本系数负相关；只有研发创新效率处于低水平时，提高再制造节约成本才会降低再制品价格；而专利保护时再制品价格是否会提高在很大程度上取决于消费者对再制品的接受程度。

(3)经销商的技术创新会对新产品产生挤兑作用，而专利保护会弱化这种挤兑效应。因此，新产品需求始终在NTI模式下最高，PTI模式下次之，TI模式最低；再制品的需求始终在TI模式下最低。消费者对再制品的接受程度以及再制造节约成本决定了NTI模式和PTI模式下的再制品需求。

(4)从经济利润的角度，原制造商的模式偏好为PTI≻NTI≻TI，经销商(再制造商)的模式偏好为TI≻NTI≻PTI；当消费者对再制品估值高于由研发成本所决定的阈值时，供应链系统的模式偏好为TI≻NTI≻PTI，θ低于该阈值时的模式偏好为NTI≻TI≻PTI。

(5)无论再制造内外经济性如何，绿色消费者的模式偏好始终为TI≻NTI≻PTI，普通消费者的模式偏好会随再制品估值的大小发生显著变化。整个社会的模式偏好与绿色消费者以及再制造商的模式偏好一致，均为TI≻NTI≻PTI。

未来可以从以下几个方面扩展：①进一步研究技术创新下原制造商和再制造商的利益协调机制；②进一步研究消费者具有特殊心理特征(如预期后悔)时的原制造商专利保护策略；③进一步对本文理论研究的结果进行实证检验。