低碳双渠道供应链的需求信息共享策略研究

魏广明, 任丽果, 秦娟娟, 马亚明

(1.天津财经大学 金融学院,天津 300222; 2.天津财经大学 商学院,天津 300222)

0 引言

联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布第五次评估报告称，1901至2012年，全球地表温度升高了0.89℃，过去30年的气温，比1850年以来任何时期都要高；预计到本世纪末，全球地表温度将继续升高1.5至2.0℃；IPCC指出全球变暖很可能是由大量的碳排放造成。因此，许多国家实施碳排放法规以减少碳排放量。与此同时，由于碳排放的负面影响，消费者也更加关注产品的碳足迹。消费者愿意花更多钱购买环保产品(Liu et al.)[1]。《BBMG意识消费者报告》显示51%的美国人愿意花更多钱购买环保产品，67%的美国人坚信购买并使用环保产品是十分重要和必要的(Bemporad和Baranowski)[2]。考虑到消费者环保意识的重大影响，许多企业已采取措施减少碳排放量。如葡萄酒环保包装第一品牌NAKA佐佑之间对包装进行多功能设计并使用可降解材料，大大降低包装在葡萄酒行业中带来的资源浪费；全球知名护肤品和彩妆品直销企业玫琳凯(中国)化妆品有限公司与供应商开发可降解生物材料，5年多来比以前减少碳排放超过2200吨，将订单箱内的送货单升级成了完全不需要木浆的再生纸，每年减少碳排放超过200吨。减少碳排放量能够提高公司市场份额 (Plambeck)[3]。因此，企业应该注重提高消费者低碳意识和减少碳排放量(Liu et al.)[1]。

随着电子商务的发展和消费者对低碳产品接受度的提高，许多制造商除了通过传统零售渠道销售低碳产品，还开设网店销售低碳产品，如中粮集团有限公司、Dell等。网上渠道的开设使得制造商能够直接获取顾客信息，并提高市场份额，但网上渠道会争夺传统零售渠道的需求量，引起渠道竞争，使得供应链整体效率下降。另外，供应链中的各种信息，如客户信息，销售信息，需求预测信息等，均对供应链成员的决策产生重大影响。双渠道供应链中，制造商和零售商虽都可以直接接触到消费者，收集到一部分信息，但都没有获取较为完整的信息，双方都希望掌握另一方的信息，以降低决策过程中的不确定性。

但目前，很少有文献研究考虑低碳产品和需求预测的双渠道供应链。本文首次将需求预测和消费者低碳意识同时引入双渠道供应链。论文主要解决以下问题：1)不同信息情景下，供应链中成员该如何定价、如何制定减排决策?2)在低碳双渠道供应链中，消费者低碳意识和参与者的需求预测精度如何影响决策和利润?3)在低碳双渠道供应链中，零售商和制造商如何选择信息共享策略？

要回答以上问题，我们主要探讨无信息共享情形、信息共享情形和只有零售商作预测情形三种情形：(1)在没有信息共享的情形下，制造商和零售商独立做出需求预测，且不与另一方分享自己的预测信息。基于各自的预测，供应商和零售商做出价格和减排决策。(2)在信息共享的情形下，供应商和零售商独立进行需求预测，但相互分享需求预测信息。(3)在只有零售商作预测情形下，只有零售商对需求进行预测，供应链参与者仅依据零售商的预测信息做出定价和减排决策。在此，我们没有考虑只有制造商作预测的情形，一方面是由于与只有零售商作预测情形结果相似，另一方面是由于零售商更接近消费者市场，能更快更准确的获得市场信息。

1 文献回顾

现有文献已对双渠道供应链的定价问题进行了广泛研究。Yao和 Liu[4]运用斯坦克伯格和伯川德博弈分析了传统零售和网上零售混合经营时分散渠道的最优定价问题。Cattani et al.[5]分析当制造商增加同传统零售渠道竞争的直销渠道时，供应链参与者的一致定价策略。Mukhopadhyay et al.[6]讨论了信息不对称情形下包含一个提供价值增值业务的零售商的双渠道供应链的契约设计问题。Cai和Chen[7]和Wu et al.[8]讨论了双渠道供应链的推荐策略。Huang et al.[9]和Cao[10]分析了需求中断时双渠道供应链的定价问题。Dan et al.[11]分析了存在零售商服务的双渠道供应链定价问题。Zhao et al.[12]分析了双渠道供应链的现金流风险。Li et al.[13]探索了双渠道绿色供应链的一致定价策略。但是，关于双渠道供应链的现有研究很少考虑企业的减排行为及需求信息的共享策略。

同时，已有许多文献研究了供应链中的信息不对称和信息共享问题。Raju and Roy[14]运用多个博弈模型研究了市场信息对公司行为的影响。Zhang[15]在古诺模型与伯特兰德模型下，讨论如何激励零售商主动和制造商共享其信息。Babich et al.[16]研究需求信息不对称时供应链的协调，其中零售商知道消费者的需求信息并且需求是随机增加的。Li et al.[17]讨论了由两个供应商和一个零售商构成的供应链的契约设计问题，其中零售商需求或高或低，而且供应商不知道零售商的类型。Li et al.[18]讨论了需求信息不对称时双渠道供应链的决策，其中零售商是风险规避者，市场需求或高或低，但均服从截尾正态分布。零售商比制造商有更多关于市场规模的信息。Winkler模型[19]是捕获信息不对称和信息共享的强大的工具。因此，一些研究已使用Winkler模型来研究各种商业问题的信息共享。如，Yue et al.[20]借助伯川德模型研究了需求信息不对称时互补商品的定价策略；Mukhopadhyay et al.[21]在信息不对称情况下运用斯坦克伯格博弈讨论了互补产品的定价策略；Zhu et al.[22]借助斯坦克伯克博弈，研究在三种信息共享情形(信息共享、信息不共享和只有零售商作预测)下制造商和零售商预测误差对供应链利润的影响。Zhu et al.[23]研究三种信息情形(信息共享、信息不共享和只有零售商作预测)下企业的外包策略。

近些年，控制碳排放量已成为全社会的焦点。不考虑碳排放因素已经不能适应可持续发展的需要。因此，低碳环境下供应链的运营也成为许多学者关注的问题。在低碳供应链运营方面，更多研究是结合博弈方法建立低碳供应链模型，研究具体的低碳供应链问题。Glock et al.[24]研究考虑消费者低碳意识的两级供应链，其中需求是关于价格和碳排放量的函数，研究发现控制供应链碳排放量可以吸引更多的消费者。Liu et al.[25]考虑两个制造商分别为两个零售商提供有差异产品的供应链模型，研究竞争和消费者环保意识对整体供应链的影响。Nouira et al.[26]研究考虑环境影响和产品绿色度的生产系统的最优决策，其产品需求受到产品绿色度的影响，并引入消费者环保意识，将消费者划分为普通消费者和环保消费者。周艳菊等[27]探讨了公平关切影响下的，低碳供应链广告合作-减排成本分担契约与协调。Du et al.[28]在碳交易机制下两级供应链的优化决策问题。

与上述研究相比，本文重点研究在低碳背景下，消费者低碳意识和信息共享对双渠道供应链的影响。本文的贡献主要有：第一、不同于Li等[13]的双渠道定价策略研究，在存在价格竞争的基础上将消费者低碳意识引入双渠道供应链，并从理论上研究消费者低碳意识对双渠道供应链的影响。第二、将需求预测信息不对称引入双渠道模型，补充了双渠道供应链管理。关于双渠道供应链管理的大多数研究关注渠道结构选择、渠道冲突和协调。第三，低碳供应链的研究中较少有考虑需求不确定的双渠道供应链运营优化。

因此，我们首先建立一个双渠道供应链模型，包括消费者低碳意识和各种需求预测信息共享场景。第二，推导出三个情形下供应链成员的最优决策。第三，比较上述三种情形下双渠道供应链的最优决策结果和利润。最后，探讨不同参数对双渠道供应链最优决策和利润的影响。我们的研究为双渠道供应链成员的决策提供一定的科学指导。

2 模型框架

论文采用斯坦克伯格博弈研究由一个制造商和一个零售商构成的双渠道两级供应链。一种渠道是传统的分销渠道，即消费者可以通过零售商购买商品；另一种是制造商直销渠道，即消费者可以直接从厂家购买商品。另外，零售商是博弈的跟随者，制造商是博弈的领导者。假设：1)决策者都是理性的；2)制造商和零售商各自选择决策变量使得各自利润最大化；3)需求函数和利润函数均非负；4)初始市场需求远远大于需其他参数。

在此模型中我们采用的符号及含义如下：

a：初始市场需求;c：单位产品的成本;w：单位产品的批发价;pr：零售渠道的单位产品零售价，且pr>w;pm：直销渠道的单位产品零售价;e：单位产品碳减排量，0

基于上述符号和假设，参考Li et al.[13]，需求函数是本渠道单位产品零售价和产品碳减排量的线性增函数，为另一渠道单位产品零售价的线性减函数。假设初始市场需求a充分大，大于需求函数中的其他参数，因此，传统零售渠道和直销渠道的需求函数分别为：

Dr=βa-bpr+φ(pm-pr)+θe

(1)

Dm=(1-β)a-bpm+φ(pr-pm)+θe

(2)

为了减少碳排放量，制造商需要增加成本以改进原有的生产条件，增加的成本为制造商减排成本，减排成本为单位产品碳减排量的二次函数，ke2/2[29]。基于式(1,2)，可得零售商和制造商的利润表达式：

πr(pr)=(pr-w)Dr

(3)

(4)

另外，基于Winkler[19]的证明结果，我们可得如下期望式子：

3 不同信息共享情形下的决策

在本文中，我们所讨论的不对称信息是指零售商对潜在市场需求的预测fr。在信息共享情形下，零售商会与制造商分享自己的预测信息，双方都是在已知对方预测信息的基础上做出决策。而信息不对称情形时，零售商不与制造商分享信息，制造商只是基于自己的预测做出最优决策。

3.1 信息不共享情形

在信息不对称的情景下，制造商作为博弈的领导者，有着信息不对称的特点，其所掌握的信息只有自己的预测值fm。但是在斯坦克伯格博弈中，零售商作为博弈的跟随者，可以观察到领导者——制造商的行动。零售商可以根据制造商所公布的信息，推测出制造商的预测值fm。上标N表示决策变量在信息不共享情景下的结果。博弈的过程如下：

根据以上决策过程，计算可得信息不共享情形下供应链中成员的最优决策和利润，见定理1，定理的证明见附录。其中，在已知具体需求预测值时我们可以得到供应链成员的有条件期望利润，有条件的期望利润依赖于具体的需求预测值。无条件的期望利润的获得，不需要以需求预测值作为前提条件，它取决于预测精度和市场不稳定性。

定理1信息不共享情形下，

(1)零售商的零售价pr，制造商的零售价pm,单位产品减排量e,以及批发价w如下所示：

(2)博弈双方的有条件的期望利润为

其中，s0=4kb2(1-β)+2kbφ(2-β)+(b+φ)(2β-1)θ2。

(3)博弈双方无条件的期望利润为:

其中，s0=4kb2(1-β)+2kbφ(2-β)+(b+φ)(2β-1)θ2。

3.2 信息共享情形

在信息共享时，零售商和制造商都将自己对潜在市场需求的预测值分享给对方。上标I表示决策变量在信息共享时的结果。决策步骤如下：

根据以上决策过程，计算可得信息共享情形下供应链中成员的最优决策和利润，见定理2。

定理2信息共享情形下，

(1)供应链中成员的最优决策如下，

(2)博弈双方的有条件的期望利润为

(3)博弈双方的无条件期望利润为:

3.3 零售商预测情形

在只有零售商作预测的情景下，零售商和制造商都是利用零售商的预测信息作出决策。上标R表示决策变量在只有零售商作预测时的结果。决策步骤如下：

定理3零售商预测情形下，

(1)供应链中成员的最优决策如下

(2)博弈双方的有条件的期望利润为

(3)博弈双方的无条件期望利润为:

4 三种情况的比较分析

由于市场初始需求量很大，使得Am-2bc>0,(1-β)Am-bc>0。根据上述e的表达式以及0θ[(2φ+b)(Am-2bc)+b((1-β)Am-bc)]>0

定理4不同情形下，决策变量的比较

定理4表述了信息共享情况对决策变量的影响。从定理4(1)中，我们可以得到如果制造商过高估计零售商的预测，在信息不共享时单位产品减排量，批发价和直销渠道零售价均高于信息共享情景。即制造商对市场需求总量持有一种乐观态度，制造商会制定高于信息共享时的减排量，批发价和直销渠道零售价。与此同时，传统零售渠道的零售价也会随之升高。定理4(2)阐明了从信息共享到只有零售商作预测决策变量的变化情况。如果制造商实际的预测值低于零售商对其做出的估计，或者说零售商对于市场需求持有积极态度时，那么制造商在只有零售商作预测时会制定较高的减排量，批发价和直销渠道零售价。由零售商的反应函数可知，零售商也会制定较高的零售价。定理4(3)的讨论与4(1)和4(2)类似，在此省略。

定理5不同情形下，零售商利润对比如下

(1)E(πr|fr,fm)I*>E(πr|fr,fm)N*,当且仅当[(b+φ)(2kbβ-βθ2-θ2)-φβθ2](Am-A)>0。E(πr)I*>E(πr)N*,当且仅当[(b+φ)(2kbβ-βθ2-θ2)-φβθ2][J2(U+Vm)+K2(U+Vr)-tmU]<0。

(3)E(πm|fm)N*>E(πm|fr)R*当且仅当|Am-A0|>|Ar-A0|;E(πm)N*>E(πm)R*,当且仅当Vm

定理7不同情形下，决策变量和利润关于消费者低碳意识敏感性:

θ为需求对产品碳减排量的敏感系数，反映了消费者的低碳意识，消费者低碳意识越高，对低碳产品的需求越大。由定理7我们可以得到传统零售渠道的零售价、直销渠道的零售价、产品批发价以及单位产品减排量都是关于θ的增函数。在其他参数不变的条件下，θ值增大，同样的减排量能带来更多的需求，因而，制造商更有动力提高减排量。制造商在提高单位产品减排量时，减排的边际成本随减排量的提高而增加，因而批发价提高。同时，零售商也会适当的提高零售价。消费者越偏好于低碳产品，同等质量条件下产品的低碳属性对需求的影响相对提高，制造商可适当提高直销渠道的零售价。因此，政府、零售商和制造商可以通过低碳推广和宣传等措施提高消费者的低碳意识，这样既能提高企业的利润，还能降低产品的碳足迹。

5 数值分析

为使结论更加直观形象，在本部分我们通过数值算例来分析各参数对零售商和制造商利润的影响。参数取值如表1。

表1 基准参数值

图1β对零售商利润影响

图2 β对制造商利润影响

图1描绘了零售商市场份额β对其自身利润的影响曲线。由图1可知，在三种信息情形下，零售商的利润与所占的市场份额均呈现正相关的关系。当零售商预测准确度高于制造商时，零售商只根据自己的预测作决策获得最高利润，而不与制造商共享信息获得最低利润。

图2描绘了零售商市场份额β对制造商利润的影响曲线。从图中，我们可以看出在双渠道模型中，零售商市场份额的提高不一定使得制造商的利润减少。在零售商市场份额提高的过程中，制造商的利润呈现先减少后增大的形式。制造商利润是由两个渠道的利润所决定的，在零售商市场份额提高的过程中，制造商直销渠道的份额虽然在减少，但零售渠道获得的利润因零售商市场份额的提高而提高，当零售渠道的利润足以弥补直销渠道因市场份额减少带来的损失时，其利润就会增加。在我们给定的参数值下，制造商在零售商作预测情形下获得的利润一直高于其他两种情形，而信息共享情形下获得的利润一直低于其他两种情形。在只有零售商作预测时，制造商的利润只受到零售商预测方差的影响，随着零售商预测方差的减小而增大。而信息不共享情形下，制造商的利润只受到自身预测方差的影响，其利润会随着自身预测方差增大而减少。我们在给定参数值时，考虑到由于零售商跟接近于市场，零售商的预测方差要比制造商的方差低，所以制造商在信息不共享时的利润低于只有零售商预测的情形。

图3 k对零售商利润影响

图4 k对制造商利润影响

图3表示的是零售商利润随制造商减排成本系数k的变化曲线。在三种情形下，零售商利润与制造商减排成本系数k呈负相关关系。在制造商减排成本上升的时候，由于制造商生产成本上升，产品的批发价和两个渠道的零售价也会随着上升。但是，由于零售价的提高会抑制消费，零售商利润降低。我们可以看到，在增大的过程中，零售商做预测情形下零售商利润一直高于其他两种情形。这是因为在零售商预测更为准确的情况下，零售商更愿意只运用自己的预测信息来决策。

图4表示的是制造商利润随其减排成本系数k的变化曲线。在三种信息情形下，制造商的利润随着其减排成本系数的增大而减少。在制造商减排成本上升的时候，由于制造商生产成本上升，零售价随之上升，需求下降，其利润降低。我们可以看到，在增大的过程中，由于零售商预测准确度高，制造商在零售商做预测情形下获得的利润一直高于其他两种情形。

图5 θ对零售商利润的影响

图6 θ对制造商利润的影响

图5中的曲线反应的是需求对消费者低碳意识的敏感系数θ与零售商利润的关系。随着消费者低碳意识的提高，零售商利润提高。θ值增大表示消费者更偏好于低碳产品。在其他参数值不变的条件下，消费者低碳意识提高就意味着市场需求量的增加。因此零售商利润会增加。但是三种信息情形下，零售商利润有着差别。在我们给定的参数值下，如果零售商只运用自己的预测做决策会获得更高的利润，不与制造商分享信息使得利润降低。

图6中的曲线反应的是需求对消费者低碳意识的敏感系数θ与制造商利润的关系。在消费者低碳意识不断提高的过程中，制造商利润提高。θ越大，市场需求越大，制造商利润更高。但是三种信息情形下，制造商利润有着差别。在我们给定的参数值下，零售商作预测情形会使得制造商获得更高的利润，零售商分享信息反而使得制造商利润降低。

图7 U对零售商利润的影响

图8 U对制造商利润的影响

图8中的曲线分别表示信息不共享情形，信息共享情形和零售商作预测情形下市场方差U对制造商利润的影响。在三种信息情形下，制造商的利润均随着市场方差的增大而增大。市场越不稳定，制造商获得的利润越高。(原因同零售商)另外，制造商在只有零售商做预测情形下获得的利润最高。与图7相比，市场比较稳定时，零售商选择不分享信息，而制造商希望获得零售商信息，所以制造商可以通过一定的激励方法诱导零售商分享信息，但制造商的选择是只利用零售商的信息做决策。

图9 Vr对零售商利润的影响

图10 Vr对制造商利润的影响

图9中三条曲线分别表示的是在三种情形下，零售商利润随其预测方差Vr的变化情况。零售商作预测情形下，零售商的利润随其预测方差的增大而降低。信息不共享和信息共享情景下，当零售商预测精度高于制造商时，零售商的利润随着其预测方差的增大而减小，反之，零售商利润随其预测方差的增大而增大，但始终低于没有预测误差时零售商的利润。当零售商预测准确时，信息不共享时零售商所获得的利润高于其他两种信息情形，是因为零售商可以利用制造商的误差获得利润；随着预测误差的增大，零售商倾向于只基于自己预测做决策；当零售商预测误差十分大时，零售商会选择与制造商分享信息，用制造商较为准确的信息来弥补自己的损失。

图10中三条曲线分别表示的是在三种不同信息情形下，制造商利润随零售商预测方差Vr的变化情况。信息不共享情形下，是一条平行于横轴的直线，也就是说，制造商利润与零售商的预测方差无关。因为信息不共享情形下制造商不知道零售商的预测，只运用自己的预测值做决策，其利润的高低不受零售商预测准确度的影响。在只有零售商作预测情形下，制造商的利润是关于零售商预测方差的减函数，因为此时制造商只运用零售商的预测信息做决策，其利润只受到Vr的影响，零售商预测误差越大，制造商利润越低。在信息共享时，制造商的利润随着零售商预测方差的增大先减少后增大。当零售商预测较为准确时，制造商的最优选择是只有零售商作预测情形，因为自身误差较大的预测会降低利润，零售商较为准确的信息降低了不确定性；当零售商预测误差增大时，制造商的最优选择变为信息不共享情形。

图11 Vm对零售商利润的影响

图11表示的是在三种不同信息情形下，制造商预测方差Vm对零售商利润的影响情况。信息不共享情形和信息共享情形下，制造商利润随着其预测方差的增大先减少后增大。而零售商作预测情形下，零售商利润是一条平行于横轴的直线，Vm的变化并不影响零售商的利润。在零售商作预测情形下，零售商只是基于自己的预测信息做决策，其利润只受到自身预测精度的影响，并不会受制造商预测方差的影响。所以图11中零售商利润是平行于横轴的直线。我们发现当制造商预测准确度很高且比零售商预测准确时，零售商会选择信息共享，利用制造商精确的预测可以提高自己的利润，分享信息的价值得以体现。当零售商比制造商预测准确时，随着制造商预测准确度的下降，零售商可以利用对方的误差来提高自己的利润，因此零售商不会选择分享信息，最优选择为信息不共享情形。

图12 Vm对制造商利润的影响

图12表示的是在三种不同信息情形下，制造商预测方差Vm的变化对自身利润的影响。零售商作预测情形下，制造商利润是平行于横轴的直线。在零售商作预测情形下，制造商是基于零售商的预测作决策，其利润只受零售商预测误差的影响，不受其自身预测的影响，因此图12中Vm改变时制造商利润不发生变化。当零售商不与制造商分享信息时，制造商利润只受自己预测方差的影响，预测越准确利润越高，预测误差越大利润越低。因此，信息不共享情形下，制造商利润随着自己预测方差的增大而减少。在信息共享情形下，当制造商预测方差小于零售商预测方差时，制造商的利润随着其预测方差的增大而减少；当制造商预测方差大于零售商预测方差时，制造商利润随其预测方差的增大而增大，但始终低于零售商作预测情形下的利润。另外，我们可以得到当制造商的预测技术或数据收集能力优于零售商时，零售商较低的预测精度反而不利于制造商决策，零售商的预测信息对制造商没有价值，因此制造商不会选择信息共享情形，而是选择信息不共享情形。制造商预测误差增大至超过零售商预测方差时，零售商作预测情形下制造商利润不受影响，信息不共享情形下制造商利润降低，信息共享情形下制造商利润低于零售商作预测情形，因此制造商的最优选择是零售商作预测情形。

6 结论

论文在需求不确定环境下，研究消费者低碳意识下双渠道供应链的需求信息共享策略。本文考虑由单个零售商和单个采用双渠道并进行减排的制造商构成的两级供应链，构建三种情形下的博弈模型：信息不共享、信息共享和只有零售商作预测。通过三种情形下供应链最优决策和利润的比较，得到需求信息共享对供应链运作的影响；并进一步研究消费者低碳意识对供应链运营的影响。

研究发现，需求信息共享未必使得供应链成员利润均提高，当制造商预测准确度优于零售商时，零售商会选择信息共享，制造商选择信息不共享情形；当零售商比制造商预测准确时，零售商选择信息不共享情形，制造商选择只有零售商作预测，此时制造商应采取一定的激励措施以获得零售商的预测信息；消费者低碳意识对批发价、零售价、单位产品减排量、供应链成员利润均产生正向影响。在进一步的研究中，可以考虑双渠道供应链中零售商的减排行为，或碳规制约束下的供应链中成员需求信息共享策略的选择。