外包情境下品牌商主导的绿色供应链减排决策分析

贺 勇，钱婷婷，廖 诺

(广东工业大学 管理学院, 广东 广州510520)

近年来，消费者环保意识逐渐增强，企业开始将低碳环保纳入其战略计划与日常运营中。绿色供应链管理是将环境管理、供应链管理两者的研究集成起来以满足更有效率和更具有社会责任的商业需要[1]。经济全球化的背景下，企业之间离不开分工合作，关于业务外包的绿色供应链管理，还需要考虑到外包制造商是否满足品牌商的低碳减排要求。苹果公司于2015年投资建设超两千兆瓦的太阳能项目用于富士康的制造生产，2017年在iPhone系列新产品的设计部分选用了更低碳的材料。可见，对外包情境下品牌商主导的绿色供应链决策问题的研究具有重要的理论和现实意义。

关于外包情境下的企业低碳化管理研究方面，王报梅[2]研究国际服务外包的企业价值链低碳重构问题。在制造业的生产外包情境下，窦一杰等[3]研究品牌商对上游供应商的环境监管问题以及品牌商和制造商之间的产品定价问题。孙佳琳[4]则分析政府分别补贴上游供应商和品牌商两种模式下买方势力、消费者的环保偏好、环保研发水平等因素对于供应链各成员利润、消费者剩余以及社会福利造成的影响。向丽等[5]研究研发外包对绿色技术创新的影响。Hong等[6]考虑将基本生产操作外包于独立制造商，研究品牌商的产品绿色设计决策问题以及产品运输成本问题。在绿色供应链管理决策方面，刘名武等[7]分析由零售商主导的供应链在碳交易和消费者低碳偏好下的减排合作决策问题。王新林等[8]分析在政府约束机制下制造商主导的绿色供应链协调机制问题，并给出供应链最优成本共担与收益共享比例。刘亮等[9]研究闭环供应链中承担双边社会责任的零售商在两部定价策略和收益共享策略下如何实现绿色供应链协调效果。杨磊等[10]分析由制造商主导供应链中的渠道模式选择以及减排决策问题。梁玲等[11]对比分析制造商主导和零售商主导下的供应链碳减排博弈问题。Madani等[12]研究由制造商主导的绿色供应链和非绿色供应之间的竞争效应对政府实施碳减排的影响。Carter等[13]提出政府主导企业通过环境购买行为来为供应链上下游之间发生的环境问题买单。骆瑞玲等[14]分析在政府约束机制下制造商主导的供应链碳减排技术投资决策问题，并探究消费者碳足迹敏感系数、碳限额及碳减排难度系数对供应链利润和碳减排的影响。

综上，相关文献分析了服务外包情境下的企业低碳化管理和外包时的产品绿色设计问题，并探讨制造商或者零售商主导的绿色供应链管理决策问题。但是以上文献未考虑品牌商针对制造商碳减排进行奖惩时，研究外包情境下品牌商作为供应链主导者的绿色供应链管理的问题。基于此，本文针对外包情境下品牌商主导的绿色供应链，建立品牌商、制造商与零售商之间的3阶段博弈模型，研究在全外包情境下和制造外包情境下，供应链上下游企业的最优决策问题，并探究碳减排难度以及碳回扣激励对零售商最优订货量、供应链碳排放总量与利润的影响，为外包情境下品牌商主导的绿色供应链管理决策提供理论支持。

1 问题描述

本文考虑由一个品牌商、制造商和零售商构成的绿色供应链，品牌商负责商品的设计，制造商负责商品的制造，零售商负责产品终端售卖。消费者日益认同并倾向于购买低碳产品，政府也出台多个低碳化政策要求，品牌商和制造商愿意通过碳减排投入获取更多的利益，实现经济与环境的共同发展。按照品牌商将业务外包给制造商的程度，分为全外包和制造外包。

全外包是品牌商直接将产品研发连同生产外包给第三方企业。全外包情境下，整条供应链之间的关系如图1所示。品牌商通过制定合同价将产品外包给制造商，并采取碳回扣的方式激励外包制造商投入碳减排技术。品牌商通过批发价将产品转移给零售商，零售商以零售价销售给消费者。相较于全外包，制造外包是品牌商自主设计产品，通过采用低碳设计产品以达到减排效果，制造商仅作代工厂，如图2所示。

图1 全外包流程Figure 1 Flow chart of complete outsourcing

图2 制造外包流程Figure 2 Flow chart of manufacturing outsourcing

假定满足以下条件：碳排放信息透明，市场信息透明，消费者可以了解产品的碳排放情况；碳减排不影响企业的生产成本函数，所以供应链的最终产品的生产边际成本不变；品牌商，外包制造商和零售商之间信息完全对称；制造商的生产量，零售商的最优订购量以及产品的需求量三者相等。

在此绿色供应链中，品牌商通过设立一个碳标签，如果生产过程中碳排放超过碳标签，外包制造商需要按照单位产品碳惩罚价格支付一笔罚金给品牌商。单位产品超标碳排放的惩罚价格P0是关于碳标签的线性函数P0=a-bL，其中，a、b为常数；L为碳标签，即品牌商设定的允许制造商碳排放的上限。

为了激励制造商积极进行供应链减排投资，当制造商通过技术投入实现单位产品碳排放降低时，品牌商便支付一笔碳回扣给制造商。产品的需求量影响供应链的碳排放总量E，E=e0q-Δe，其中，e0代表产品单位产量的碳排放量；q是产品需求量；Δe表示碳减排量。此时，零售商定价p是与碳排放总量E相关的线性函数，p=v-kE，其中，v是常数；k是消费者碳足迹敏感系数，反映消费者对碳足迹的敏感程度。

供应链总利润为ΠSC=ΠS+ΠD+ΠM，其中，ΠSC为供应链总利润； ΠS、 ΠD、 ΠM分别代表零售商、品牌商和外包制造商的利润。全外包时，外包制造商承担碳减排成本，CMe=ξ(Δe)2；制造外包时，品牌商承担绿色产品设计研发成本，CDe=λ(Δe)2，其中，ξ为碳减排难度系数； λ为绿色技术设计成本系数。

2 模型建立及分析

2.1 全外包情境下的决策分析

2.1.1 全外包情境下的分散式决策

在分散式决策中，品牌商和零售商作为不同的决策主体，各自追求自身利润最大化。他们之间是以品牌商为主导者，零售商为跟随者的非合作博弈关系。在该博弈模型中，第1阶段是品牌商根据制定的碳减排碳回扣系数和碳标签确定给予到零售商的批发价，外包制造商在品牌商的碳减排要求下，决策出最优碳减排水平；第2阶段是零售商根据市场信息、消费者行为及批发价格选择最优订购量，采用逆向求解法，用上标fd表示分散式决策。

先求博弈第2阶段，根据品牌商给定的批发价格，零售商确定最优订购量使其利润最大化。因此，零售商的利润策略是

联立式(2)、(4)、(6)，可得品牌商、制造商和零售商的最优策略，博弈均衡结果见命题1。

命题1 在以品牌商为领导者，零售商为跟随者的Stackelberg博弈模型中，可以得到均衡解如下。

最优订购量为

2.2 制造外包情境下的决策分析

2.2.1 制造外包情境下的分散式决策

在制造外包情境下，品牌商做为主导者在第1阶段通过产品的绿色设计达到碳减排效果，根据产品设计的成本以及支付外包制造商的品牌承包利益确定给予到零售商的批发价；第2阶段是零售商做为跟随者根据市场信息、消费者行为及批发价格选择最优订购量。

根据品牌商给定的批发价格，零售商确定最优订购量使其利润最大化。

2.3 两种决策方式下的碳减排量对比

2.3.1 分散式决策下的碳减排量对比

3 数值仿真

通过数值仿真对以上结果进行验证，并进一步分析主要因素，包括碳减排成本系数及碳回扣系数对最优订购量、碳排放总量以及供应链利润的影响，相关参数设置为v=80，c=3，e0=0.8，a=5，b=0.007，L=250，Cp=100。

3.1 碳减排难度系数变化的影响分析

设ξ=2，λ=5，r=5，分析制造外包情境下绿色技术投入成本系数变化的影响，用碳减排难度系数的影响来表示，得出最优订购量、供应链的碳排放总量以及总利润随碳减排难度系数的变化趋势图，如图3 ～ 5所示。

图3 碳减排难度系数对最优订购量的影响Figure 3 The impact of the carbon reduction difficulty coefficient on the optimal order quantity

由图3可见，随着碳减排难度系数的上升，供应链各成员选择分散式决策时的最优订购量高于集中式决策时的最优订购量。全外包情境下分散决策时，随着碳减排难度系数增大而小幅上升，其他3种情况下零售商最优订购量都随着碳减排难度系数增大而下降。由图4可知，随着碳减排难度系数的增大，全外包情境下分散决策时，碳排放总量随着碳减排难度系数增大而下降，其他3种情况下零售商最优订购量都随着碳减排难度系数增大而增大。通过图5可见，随着碳减排难度系数的上升，供应链各成员选择分散决策时的供应链总利润高于集中决策时的供应链总利润。全外包情境下分散决策时，随着碳减排难度系数增大而小幅上升，其他3种情况下供应链的总利润都随着碳减排难度系数增大而下降。

图4 碳减排难度系数对碳排放总量的影响Figure 4 The impact of the difficulty coefficient of carbon emission reduction on total carbon emissions

图5 碳减排难度系数对供应链总利润的影响Figure 5 The impact of the difficulty of carbon emission reduction on the total profit of the supply chain

3.2 碳回扣系数变化的影响分析

在分析碳回扣系数变化的影响时，设k=1，r=5， λ=2.5ξ。在集中决策时，考虑的是供应链的总利润达到最大，不涉及到品牌商和制造商之间碳回扣，因而只分析分散决策时碳回扣系数变化的影响，其最优订购量、供应链的碳排放总量以及利润随碳回扣系数的变化趋势如图6 ～ 8所示。

图6 碳回扣系数对最优订购量的影响Figure 6 The impact of carbon rebate coefficient on the optimal order quantity

由图6可见，在全外包情境下，碳回扣系数越高，制造商的碳减排水平就越高，零售商的最优订购量就会随品牌商的碳回扣系数的增加而上升。在制造外包情境下，碳回扣越高，品牌商的绿色技术设计成本就会降低，碳减排水平也会随之下降，此时零售商的最优订购量也会呈下降趋势。

通过图7可见，随着碳回扣系数的增大，全外包情境下，制造商承担供应链的碳减排任务，并受品牌商给予的碳回扣的正向影响，碳回扣越高，碳减排水平越高，供应链碳排放总量越低。制造外包情境下，供应链的碳总排放量就会随品牌商的碳回扣系数的增加而上升。因为制造外包下，品牌商的研发投入成本受碳回扣影响，碳回扣越高，品牌商越倾向于减少产品绿色设计研发投入，因而供应链的碳排放总量有所上升。

图7 碳回扣系数对碳排放总量的影响Figure 7 The impact of carbon rebate coefficient on total carbon emissions

图8显示了碳回扣系数对品牌商的利润及供应链总利润的影响。可见，全外包情境下，品牌商的利润和供应链总利润随着碳回扣系数的增大呈上升趋势。制造外包情境下，产品碳减排水平的下降，产品的订购量和定价都随之下降，导致品牌商的利润和供应链总利润随碳回扣系数增大呈下降趋势。

图8 碳回扣系数对供应链的利润的影响Figure 8 The impact of carbon rebate coefficient on supply chain profits

4 结论

本文针对外包情境下品牌商主导的供应链，构建品牌商、制造商和零售商之间的3阶段博弈模型，对比分析全外包情境和制造外包情境下，分别采取分散决策和集中决策时，最优决策对供应链的碳减排水平与供应链总利润的影响，并采用数值仿真，进一步探讨碳减排难度系数及品牌商的碳回扣系数对供应链最优决策及碳减排的影响。研究结论如下。1) 在全外包情境下和制造外包情境下，集中式决策的碳减排量均低于分散决策；2) 无论采取分散决策还是集中决策，全外包情境的碳减排水平高于制造外包情境的碳减排水平；3) 品牌商选择制造外包时，随着绿色技术设计难度系数的增大，对供应链的碳减排水平和总利润产生不利影响；在全外包情境下分散决策时，随着碳减排难度系数的增大，供应链的碳排放总量下降，且零售商的最优订购量和供应链的总利润增大。4) 在供应链各成员分散决策时，全外包情境下，品牌商给予制造商的碳回扣越高，供应链的碳减排水平，品牌商的利润以及供应链总利润均越大。制造外包情境下，品牌商的碳回扣激励对零售商的最优订购量，供应链的碳减排水平以及总利润均呈反向作用。

需要指出的是，本文仅针对外包情境下品牌商主导的一个品牌商、制造商和零售商构成的3级供应链的减排决策进行研究，没有考虑品牌商的产品绿色设计要求对制造商生产成本的影响，也没有考虑当存在多制造商竞合关系时对绿色供应链决策的影响。这些是未来需要进一步研究的问题。