基于RFID技术的闭环供应链投资决策及协调策略

景 熠，李文川，宋 寒

(1.重庆理工大学 管理学院，重庆 400054；2.南昌航空大学 经济管理学院，江西 南昌 330063)

0 引言

无线射频识别(Radio Frequency IDentification, RFID)技术可以通过无线射频信号的空间耦合传输特性识别特定目标并读写相关数据。与传统条形码技术相比，RFID技术在识别速度、识别距离、信息存储容量、读写能力和环境适应性等方面具有明显优势[1]，经过十多年的发展已相对成熟，并在制造领域进行了大量成功应用。以欧盟为例，与RFID相关的产学研合作项目累计达到近100个，其中约50%涉及制造产业，涵盖了汽车、航空、铁路、重型卡车、食品加工、电子以及家电等10多个应用领域。“十一五”、“十二五”期间，在国家863计划、电子发展基金、国家信息化试点以及地方科技项目的推动和支持下，我国多个地区在机械加工、电子元器件制造、汽车、航空器材、五金、医疗设备等制造行业进行了大量RFID应用示范并取得了预期成效。随着示范推广的不断深入，RFID技术在制造领域的应用已从单一“工厂级”向“供应链级”逐步拓展。Delen等[2]通过案例研究表明，与条形码技术相比，RFID技术在信息获取方面具有显著优势，由RFID获取的准确信息能够为制造商和分销商提供更好的商业决策支持。但是，总体而言，制造领域“供应链级”在目前RFID市场应用结构中所占的比例仍然偏低，且企业应用效果并不显著。课题组通过对前期研究成果进行总结并对我国多家制造企业RFID技术应用情况进行调研，得出结论：投资采纳及内化过程都对企业RFID技术应用成效有显著影响，但应用成效首先取决于企业对该技术科学而合理的投资采纳[3]。由于投资采纳RFID技术会增加供应链企业的运作成本，而Tsai等[4]通过研究表明，投资成本是决定企业是否采纳RFID技术最关键的影响因素。因此，如何从收益最大化的角度探讨供应链RFID技术投资对产品定价、成本分担和收益协调的影响十分必要。

范体军等[5]针对一个供应商和一个零售商组成的两级供应链，考虑由供应商采用RFID技术压缩提前期进而提升服务水平，分别建立了采用RFID技术前后分散决策和集中决策供应链的收益模型，并分析了采用RFID技术后提前期压缩量的阈值;张李浩等[6]以供应商管理库存机制下的二级供应链为研究对象，采用Newsvendor模型和逻辑证明方法，建立了提前期压缩与供应链收益的关系模型，分析了供应商采用RFID技术缩短提前期对供应链及其成员收益的影响;张李浩等[7]考虑由制造商投资RFID技术，消除需求信息不对称并减小需求预测误差，通过建立RFID技术，采用前后分散式和集中式供应链的收益模型，分析了RFID标签成本阈值对批发价、服务水平和协调参数的影响;Rekik等[8]考虑RFID技术能够减少商品的库存错放现象，建立了供应链采用RFID前后的报童模型，通过RFID技术的应用，有效消除了因库存错放造成的商品损耗，得出原有损耗商品价值与投资RFID技术成本之间的均衡点;但斌等[9]针对一个制造商和一个零售商组成的二级供应链，考虑实际库存与系统库存不一致的情况，采用RFID技术准确监控库存，建立了基于RFID技术的供应链库存优化和协调模型;张李浩等[10-11]分别建立了供应链成员均不投资RFID技术、仅零售商投资RFID技术、仅制造商投资RFID技术和成员企业共同投资RFID技术4种情景下的收益模型，探讨了RFID技术投资对成员收益的影响，并进一步通过批发价格契约、收益共享契约和回购契约，分析了共同投资情景下，成员企业可承担的RFID技术成本阈值、成本分摊系数以及合理的收益分配方案;杨惠霄等[12]针对由一个制造商和两个竞争型零售商组成的供应链，考虑商品错放率对产品定价的影响，分别探讨了分散式和集中式供应链投资RFID技术的决策问题，分析了供应链愿意投资RFID技术的决策条件;在此基础上，张李浩等[13]研究了两个竞争型零售商市场地位不平等情景下RFID技术的投资决策问题;陶峰等[14]针对由两个竞争型供应商和一个零售商组成的供应链，考虑运用RFID技术提升库存准确性，研究了RFID技术的投资决策问题。

从上述文献分析可以看出，目前供应链管理领域有关RFID的定量化研究主要集中在运用RFID技术压缩提前期、消除需求预测误差和降低库存不准确性3个方面，均侧重于供应链运作中的正向环节。然而随着循环经济的发展，越来越多的企业更加主动地对处于生命周期末端的产品进行回收和再处理，“资源—生产—消费—废弃”的开环过程正在向“资源—生产—消费—再生资源”的闭环供应链运作方式转变。而在闭环供应链的回收和再处理环节中，RFID技术同样具有重要的应用价值[15]。

在闭环供应链中，制造商往往需要依靠直接面向市场的分销商进行废旧产品回收。但由于分销商不会进行拆卸检验，并缺乏相应的检测设备，可能会将已经无法再制造修复的废旧产品以高价回收，再转移给制造商。制造商对这类废旧产品只能进行环保废弃或者循环价值很低的回炉处理。运用RFID标签可以完整、准确地记录产品及其零部件在生产、流通和消费者使用中的损坏信息、维修信息和循环次数，而这些信息可以帮助分销商有效降低误回收的概率[16]。

本文在已有研究的基础上，针对由一个制造商和一个负责回收的分销商组成的闭环供应链系统，考虑分销商的误回收情况及其影响，通过采纳RFID技术降低误回收率，分别建立了采纳RFID技术前后分散决策闭环供应链的收益模型，探讨误回收率的允许范围，以及投资RFID技术的单位成本阈值。在此基础上，设计了一个基于非对称Nash协商的两部定价契约，以实现分散式闭环供应链投资RFID的收益协调。

1 问题描述与基本假设

本文考虑由一个制造商、一个分销商组成的闭环供应链。其中，制造商同时生产新产品和再制造产品，分销商对这两种产品进行销售，并负责废旧产品的回收。由于分销商的检测技术水平有限，可能回收无法进行再制造的废旧产品交付给制造商，制造商只能将这类回收产品进行环保废弃处理，无法实现循环利用和价值增值。假设分销商误回收的概率为α(0≤α≤1)，当分销商向制造商交付qr回收产品时，(1-α)qr的回收产品可用于再制造，αqr的回收产品进行环保废弃，废弃成本为cd。当闭环供应链采纳RFID技术后，能够消除废旧产品的误回收问题，即α=0。但是，使用RFID技术将会增加供应链运作成本，参考文献[12-14]的分析和假设，本文仅考虑RFID的标签成本，忽略其固定成本，每个RFID标签的单位成本为cl，且制造商是RFID的投资主体。

制造商使用原材料生产新产品的单位成本为cn，使用回收产品进行再制造修复的单位成本为cr；分销商从市场上回收废旧产品的回购成本为cc；制造商从分销商获得回收产品的转移成本为ct，且ct>cc。

2 分散式闭环供应链RFID技术投资决策

2.1 闭环供应链不投资RFID技术的收益模型

基于上述符号设置和基本假设，制造商利润函数为

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

将式(8)和式(9)带入式(5)和式(6)，得到新产品和再制造产品的最优销售价格分别为：

(10)

(11)

(12)

(13)

将式(8)～式(13)分别带入式(1)和式(2)，分别得到制造商和分销商的最优利润为：

(14)

(15)

2.2 闭环供应链投资RFID技术的收益模型

当制造商采纳RFID技术后，可以消除误回收情况的发生，但会增加相应的RFID标签成本。此时，制造商和分销商的利润函数分别为：

(16)

(17)

参照2.1节的求解过程，可以得到新产品和再制造产品的最优中间价格分别为：

(18)

(19)

新产品和再制造产品的最优销售价格分别为：

(20)

(21)

新产品和再制造产品的最优销售数量分别为：

(22)

(23)

制造商和分销商的最优利润分别为：

(24)

(25)

2.3 RFID技术的投资收益分析

对于闭环供应链，若不进行RFID技术投资和应用，就需要承担废旧产品误回收带来的收益损失；若采纳了RFID技术，并应用于产品回收环节，则可以避免误回收，但需要承担投资RFID技术的成本。因此，有必要对闭环供应链投资RFID技术的收益性进行分析。

结论4在分散式闭环供应链RFID投资决策中，制造商、分销商愿意承担的RFID标签的最大单位成本与整个系统的边界值保持一致。

3 闭环供应链投资RFID技术的协调策略

3.1 集中决策下投资RFID技术的收益分析

集中决策下，闭环供应链采纳RFID技术的利润函数为

(26)

(27)

(28)

新产品和再制造产品的最优销售数量分别为：

(29)

(30)

集中决策下，闭环供应链的最优利润为

(31)

3.2 基于非对称Nash协商的两部定价契约

(32)

(33)

(34)

(35)

由上述分析可知，为了提高产品的销售数量，使整个闭环供应链达到最理想的收益水平，制造商会最大限度地降低中间价格，使其等于单位成本；并且通过事先向分销商收取固定补偿费来获取收益，进行“剩余索取”。固定补偿费用的大小说明了制造商和分销商分享闭环供应链绩效改善的比例，其具体取值取决于双方的市场地位及其谈判能力。

4 数值仿真

在目前的市场环境中，消费者对新产品的市场需求规模明显大于对再制造产品的市场需求规模，因此设φn=100>φr=60；而基于目前消费者对再制造产品的认知，即使再制造产品在质量和性能方面完全达到了新产品的水平，两者的市场替代性也较低，因此设γ=0.3；再制造总成本(包括修复成本和回收成本)约为新产品制造总成本的50%～70%，并且制造商从分销商获得回收产品的转移成本一定大于分销商的回收成本，因此设cn=20，cr=8，ct=6，cc=5；对于普通类型的废旧产品，其环保废弃技术较为成熟，成本较低，因此设cd=2。

5 结束语

本文针对由一个制造商和一个分销商组成的二级闭环供应链，考虑误回收率对闭环供应链及其成员收益的影响，基于博弈定价的方法建立了Stackelberg博弈模型，探讨了分散式闭环供应链投资RFID技术的决策问题。分别建立了投资RFID技术前后闭环供应链及其成员的收益表达式，分析了误回收率的允许范围以及闭环供应链愿意投资RFID技术的决策条件。通过与集中决策下投资RFID技术的收益绩效进行对比，确定分散式闭环供应链存在“双重边际”效应，设计了一个基于非对称Nash协商的两部定价契约，实现了闭环供应链投资RFID技术的协调。最后通过数值仿真对结论进行了验证。

本文主要探讨了误回收率对闭环供应链收益的影响，未来中还需要进一步探索RFID技术在闭环供应链其他环节的应用，并综合考虑投资决策问题；此外，还可以进一步探讨竞争环境下的闭环供应链投资RFID技术的问题。