差别权重政策下的闭环供应链减排与定价决策
2022-07-27陈会英
周 仁，周 楠，陈会英
(1.山东科技大学 经济管理学院，山东 青岛 266590；2.山东科技大学 财经学院，山东 泰安 271000)
一、引言
传统工业生产模式下的环境污染问题和资源浪费问题日益突出，如果企业在生产过程中对废旧产品进行回收再制造，会大大促进资源的循环利用和经济的可持续发展。引导制造商主动进行废旧产品回收再制造，鼓励消费者积极参与再制造产品的购买和废旧产品的回收是当下需要解决的重点问题，将回收的废弃产品作为生产原料进行再制造、再消费的闭环供应链管理问题已是当下研究热点。
随着人们环保意识的提高，消费者的低碳消费倾向越来越明显。Vanclay等[1]将商品根据其单位碳排放量进行划分和标识，通过跟踪产品的销量发现，消费者更愿意购买标识的碳排放量较低的商品。Li等[2]对中国沈阳的多个典型商业中心进行了问卷调查，结果显示低碳消费方式的选择会受到消费者的教育背景和低碳消费行为所产生的附加成本的影响。Shuai等[3]研究了不同类型的消费者对低碳产品购买意愿的差异，结论表明消费者对低碳产品的支付意愿存在差异且受到文化程度和收入的影响。Yang等[4]研究了消费者低碳偏好下的闭环供应链减排决策，结论显示消费者的低碳偏好能够给企业带来更多利润，且在一定程度上能够促进再制造产品生产。郭军华等[5]研究了消费者低碳偏好对异质性制造商决策的影响，结论显示消费者低碳偏好对高排放制造商的碳减排具有促进作用，但对低排放的制造商具有一定的抑制作用。余利娥等[6]根据低碳产品偏好的不同将消费者进行分类，发现消费者较高的低碳偏好能够同时实现供应链的减排和高盈利。不同于Yang的结论，Sun等[7]通过研究减排技术的时滞效应和消费者低碳偏好对供应链碳排放转移的影响机制，认为分散式决策下消费者的低碳偏好更能影响到供应链的利润。现有文献在关于消费者低碳偏好下闭环供应链策略的研究中较少考虑产品的异质性，然而再制造过程能够有效节约原材料、降低二氧化碳等废气排放，制造商生产的新产品和再制造产品存在碳排放差异[8]。
制造商的减排行为并不一定是自愿的，因为减排行为会造成制造商在生产过程中成本的增加。政府往往会通过补贴来鼓励低排放行为或者通过课税来抑制高排放行为从而促进减排。在不同视角下探讨政府补贴或税收政策对闭环供应链策略的影响是目前文献的一个研究方面。张玲玲等[9]在回收产品质量不统一的情况下，研究了政府碳税政策对闭环供应链定价决策的影响，结论认为对再制造产品的质量监管过于严格不利于再制造生产，较高的碳税政策对再制造生产起到了很好的激励作用。
王娜等[10]173考虑消费者对新产品和再制造产品的异质性需求，研究了碳税政策对闭环供应链定价决策的影响。Yang等[11]认为消费者低碳偏好和碳税政策均能促进制造商投资减排。徐静等[12]认为消费者低碳偏好和合理的政府补贴能够有效地促进废旧产品的回收再生产。焦建玲等[13]在考虑了消费者具有低碳产品消费偏好的情况下，构建了制造商回收废旧产品的闭环供应链决策模型，探究了政府针对生产过程中的碳排放实施税收政策下闭环供应链的利润和减排行为。张艳丽等[14]建立了绿色供应链决策模型，得出了通过政策影响消费者的需求可以使企业改变经营策略的结论。邱国斌等[15]和程发新等[16]114也分别建立了供应链决策模型分析企业和消费者的行为。孙嘉楠等[17]、王垒等[18]60探讨了在考虑不同消费政策对低碳偏好影响的情景下，供应链经营策略的变化。但上述研究多是从政策组合或政策权重的角度去考虑补贴、税收下消费者偏好对闭环供应链定价决策的影响，忽略了将政策组合同政策权重结合在一起进行研究。
权重分配的税收和补贴政策对促进低碳减排的效果如何？闭环供应链的各环节如何根据政策的调整及时做出合理应对？围绕以上问题，本文考虑了新产品和再制造产品具有碳排放异质性，构建了闭环供应链的分散式和集中式定价决策模型，基于闭环供应链成员企业生产经营决策的角度分析了差别权重政策下的产品定价、产品需求量以及企业的利润变化，探讨政府制订差别权重的低碳政策对闭环供应链定价决策和减排行为的影响，以实现政府政策引导下的节能减排与经济可持续发展。并建立了基于收益成本共享契约下的协调机制，以使闭环供应链的决策得到进一步的优化。本文贡献主要体现在以下方面：(1)基于新产品和再制造产品在生产过程中所达到的节能减排效果不同，建立差别权重政策下的闭环供应链决策模型，分析政策权重和税收补贴额度对闭环供应链定价决策的影响，并通过制定收益成本契约对原本制造商承担的过高减排成本进行了协调；(2)考虑到消费者对新产品和再制造产品的异质性需求和两类产品的碳排放不同，探讨了差别权重政策对闭环供应链减排决策的影响，确定了闭环供应链的减排边界。
二、问题描述与研究假设
(一)问题描述
随着低碳节能意识逐渐被重视起来，闭环供应链摸索出了一系列通过废旧产品回收再生产的方法来节约资源降低排放。以智能手机为例，废旧手机回收后所获得的芯片元器件和配件，若符合再利用标准，可以作为生产手机的原材料再次利用。
本研究将一个二级闭环供应链作为研究对象。制造商生产制造新产品并回购废旧产品来生产再制造产品，零售商向消费者售卖新产品和再制造产品并回收废旧产品。其中，制造商回收废旧产品的价格高于零售商回购废旧产品的价高，零售商制定的新产品和再制造产品的价格均高于制造商制定的新产品和再制造产品的价格。
(二)基本假设
本文基于研究的问题本质提出了一些基本假设。
假设1：政府对再制造产品实施差别权重的补贴政策：设定政府部门对销售过程中的单位再制造产品进行s的补贴额，其中消费者获得ωs的补贴额，制造商获得(1-ω)s补贴额，ω∈(0,1)为补贴对象的补贴权重。同时，政府对新产品实施差别权重的税收政策：设定政府部门对销售过程中的单位新产品征收t的税收额，其中消费者承担ω′t的税收额度，制造商承担(1-ω′)t的税收额度，ω′∈(0,1)为赋税对象的赋税权重。
相比较之下，每单位再制造产品的生产过程中消耗的资源和排放的二氧化碳要低于新产品。所以，政府部门在补贴废旧产品回收再制造的同时对新产品的生产消费进行征税，以此来促进节能减排，见图1。
图1 闭环供应链运作图
假设2通过设定减排系数来描述制造商的减排成本，并通过减排系数和消费者低碳偏好来描述制造商减排行为对消费者的影响。
假设3：依照以往研究的设定，[10]173，[16]114废旧产品的回收数量仅受废旧产品回收价格的影响：W=h+kr，其中h表示消费者具有一定的资源节约意识能够自发参与废旧产品的回收，k表示回收价格能够影响的回收数量。根据边际成本递增原理，零售商回收一单位废旧产品的成本随着回收数量的增加而增加为αW2，其中α>0，为回收成本系数。
假设3的核心是废旧产品回收量会随回收价格的增加而增加，同时废旧产品的消费者自愿贡献量h反映了消费者具有一定的低碳偏好。
假设4：假设每单位新产品的制造商成本为c0，每单位再制造产品的制造商成本为φ-mc0，m为企业减排对生产成本的影响系数；由于废旧回收品能够生产再制造产品，因此能够节省原料成本μ，假设(3)中的回收数量W足够满足再制造产品的最大生产需求。
假设4的目的是说明废旧产品回收再制造生产更为环保经济，这也是制造商会主动回收废旧产品的原因，小米、苹果等手机制造商一直积极参与废旧手机回收。
以上述假设作为前提，以一个制造商和一个供应商组成的闭环供应链作为研究对象，探讨分析闭环供应链的减排和定价决策，并构建契约协议模型使得制造商、零售商和闭环供应链整体均达到利润最优，相关变量符号及说明见表1。
表1 变量与符号说明
三、差别权重政策下闭环供应链减排与定价决策模型
(一)分散式决策模型构建与分析
分散式决策中制造商占据闭环供应链主导地位，零售商跟随制造商的决策来进行决策。在这种情形下，制造商和零售商完全掌握市场中的信息并且进行决策时不存在保守或者冒险等非风险中性的行为，他们并不将闭环供应链整体利益作为追求目标，相反，他们均按照自身利益最大化进行决策。制造商和零售商在分散式决策下的利润函数如下。
制造商收益：
MaxπM=(w1-c0-(1-ω′)t)D1+(w2-φ-mc0+(1-ω)s)D2+(μ-b)(h+kr)。
(1)
零售商收益：
MaxπR=(p1-w1)D1+(p2-w2)D2+(b-r)(h+kr)-αW2。
(2)
假设制造商已经给出了产品的最优价格并且信息公开，下游零售商为获得最大利益将根据制造商的产品定价来确定自身的产品销售价格和废旧产品回收价格。此时可以通过计算得到下游零售商的产品价格，并由此来反推出制造商的产品价格和废旧产品回购价格。具体步骤如下。
1.依据零售商利润公式，求产品的零售商价格和废旧产品回收价格的一阶偏导函数，并令其为零，联立方程组解得产品的零售商价格和废旧产品回收价格的表达式：
(3)
3.把p1、p2、r代入公式(1)中，函数πM(p1,p2,w1,w2,r,b)化简为函数πM(w1,w2,b)。求制造商利润函数关于w1、w2、b的一阶偏导函数并令其为0：
(4)
供应链各方最佳利润为：
结论1：在单位产品补贴额和单位产品征税额不变的情况下，闭环供应链的产品受到政策权重的影响。具体来说，(1)政府补贴向消费者倾斜时，再制造产品的制造商价格和零售商价格随之升高，同时再制造产品的消费者需求量增加；(2)政府税收向消费者倾斜时，新产品的制造商价格和零售商价格随之降低，同时新产品的消费者需求量降低。
政府部门将补贴权重向制造商倾斜时，制造商再制造产品的生产成本直接得到了补偿，再制造产品价格降低，但此时消费者由于购买再制造产品时获得的补贴减少，使得消费者购买再制造产品的欲望下降。政府部门将补贴权重向消费者倾斜时，制造商再制造产品的生产活动在成本上没有得到补偿，再制造产品价格上升，但消费者由于购买再制造产品获得更多补贴，再制造产品的需求量因此会有所上升。政府部门将征税权重向制造商倾斜时，制造商新产品的生产成本提高，新产品价格上升；消费者购买再制造产品能够获得补贴，促进了再制造产品的购买，新产品需求量下降。政府部门将征税权重向消费者倾斜时，制造商新产品的生产成本相比较会有所下降，新产品价格下降，使得新产品的需求量会有所上升。补贴权重和征税权重向消费者倾斜时，两种产品的需求量均会上升。由此可见，消费者对政府的补贴政策比税收政策更敏感。
政府的补贴政策对再制造产品价格的影响并不总是正向的，再制造产品的单位补贴额度的增减是否影响制造产品价格的上涨，取决于政府的补贴政策是否向消费者倾斜。政府的补贴政策向制造商倾斜即补贴权重ω稍低时，补贴额s能够让再制造产品的价格进一步下降；政府部门的补贴政策向消费者倾斜，即补贴权重ω较高时，补贴额s的上升反而会造成再制造产品价格上升，这种情形下会使得再制造产品失去市场优势。政府的税收政策对于新产品的价格并非一直起抑制作用，新产品的产品单位税收额度对新产品价格的影响主要取决于政府税收政策的倾斜方向。政府部门针对消费者的税收权重ω′提高时，会在一定程度上抑制消费者购买新产品，造成了新产品价格随着税收额t的增加而减少；政府部门的税收权重t向制造商倾斜时，随着税收额t的增加，新产品的生产成本提高，使得新产品的价格变高。政府政策对消费者的影响力会直接影响新产品的需求量，消费者越能感知到税收政策的影响，征税额变化越容易影响新产品的需求量；同时，不论补贴权重如何变化，补贴额s的增加都会使再制造产品需求量增加。政府要差异化实施税收政策和补贴政策，提高新产品的征税权重和征税额度，才能够使得新产品的需求量减少，合理提高补贴权重及补贴额度使消费者对再制造产品的需求量增加。
再制造产品生产过程中减排力度的增大会导致生产成本上升，再制造产品的价格变高。再制造产品生产过程中的减排行为对需求量的影响取决于减排成本系数和减排偏好系数的大小关系。减排对成本的影响小于减排对需求的影响时，随着制造商的持续减排，需求量逐渐降低；当减排对成本的影响明显高于减排对需求的影响时，随着制造商的持续减排需求量逐渐增加。
(二)集中式决策模型构建与分析
集中式决策模型中，虽然零售商依旧跟随制造商进行决策，但双方的决策目的不再是追求各自利润最大而是共同追求闭环供应链整体利润最大。闭环供应链集中式决策的最优利润函数表示为：
Maxπ=(p1-c0-(1-ω′)t)D1+(p2-φ-mc0+(1-ω)s)D2+(μ-r)(h+kr)-βW2。
(5)
可得集中式决策下的最优定价为：
结论4：p1**
相比较分散式决策的最优结果，集中式决策下的产品需求量和零售价格更高，闭环供应链整体获得的利润更高，侧面证明了分散式决策模型可以引进契约系数来达到更优。
(三)基于收益成本共享的闭环供应链契约协调机制设计
根据上述结论可以继续考虑如何制定相关的契约协议，使得制造商、零售商在保证闭环供应链整体利润至少不低于原分散式决策下的最优结果时能够各自获得最优利润。在闭环供应链进行销售和回收行为之前即零售商还未行动时，制造商同零售商进行利润相关的协同(w1c、w2c、bc、λ)，其中w1c、w2c为协约下产品的制造商价格，bc表示协约下废旧产品的回购价格，契约协议参数λ∈(0,1)用来表示零售商所分摊的供应链上销售收入和回收成本的比例。此时，制造商和零售商的利润函数为：
MaxπM=(w1-c0-(1-ω′)t)D1+(w2-φ-mc0+(1-ω)s)D2+(μ-b)W+
(1-λ)(p1D1+p2D2-rW-Cr)，
(6)
MaxπR=λ(p1D1+p2D2-rW-Cr)-(w1D1+w2D2)+bW。
(7)
结论5：协议下产品的价格分别为：w1c=λ(c1+(1-ω′)t)、w2c=λ(c2+(1-ω)s)，废旧产品回购价格bc=λμ。
由结论5可得收益成本契约下制造商和零售商的利润分别为：πMC=(1-λ)π**，πRC=λπ**。
(四)消费者低碳偏好的闭环供应链决策分析
将分散式决策下的最优定价决策代入到利润函数后对φ求导得：
(8)
已知闭环供应链的整体利润函数：Maxπ=(p1-c0-(1-ω′)t)D1+(p2-φ-mc0+(1-ω)s)D2+(μ-r)W-αW2。将利润函数分别对p1、p2、φ求导得：
综上，分散式决策和集中式决策下的闭环供应链减排决策均为：
由消费者低碳偏好m对废旧产品再制造成本的影响可知，消费者低碳偏好m提高时即消费者对再制造产品的要求提高，促使制造商提高生产成本c0φ-m来进一步降低产品碳排放以迎合市场需求，因此再制造产品的价格上升且需求量下降，但是总体上会提高闭环供应链利润。那么，在具有低碳偏好的消费者对制造商的低碳要求下，差别权重补贴政策能够更好地促进制造商进一步降低碳排放。
图2 闭环供应链减排边界图
四、各决策模式下的结果比较
现通过对上述模型进行具体的算例分析进一步说明和验证模型的有效性。参照以往文献的参数设定[16]114，[18]66，对模型的参数进行赋值：c0=2，s=1，t=1，h=5，k=2，d=20，m=3，n=2，α=0.4，μ=30，ω=0.4，ω′=0.4，τ=0.5，e1=10，e2=5，来进一步验证上述结论。将参数代入模型，得到模型的分散式决策、集中式决策以及契约协调下的数值结果，如表2所示。
表2 各决策模式下的结果比较
由表2可知，集中式决策下产品需求量更高且零售商制定的产品价格更低，集中式决策下的闭环供应链最优利润相比之下更高，验证了结论4的内容(见图3)。同时从表2中还可以看出，契约协调下的闭环供应链总利润在保持与集中式决策闭环供应链总利润相等的前提下，制造商和零售商各自最优利润均得到了增加，收益成本共享契约下闭环供应链提高了运行效率，实现了闭环供应链内部的协调，平衡了闭环供应链内部的利润分配和成本分担。同时闭环供应链利润的协调分配有着较大的弹性，制造商和零售商可以根据情况谈判协商契约参数的大小。
(一)差别权重补贴对闭环供应链决策的影响
补贴权重ω的变化直接影响再制造产品价格，但单位再制造产品补贴额s对价格的影响效果和程度要取决于补贴权重ω的大小。如图3(a)(b)所示：制造商获得的补贴占比更大时，随着补贴额s的增加，图像的色块颜色加深即色块对应数值减小；当消费者获得的补贴占比更大时，随着补贴额s的增加图像的色块颜色变浅，即色块对应数值增大。当补贴权重ω减少且补贴额s增加时再制造产品的价格降低；相反，当补贴权重ω和补贴额s同时增加时再制造产品的价格增加。同样的，消费者能够直接受到补贴额度增加或者补贴权重倾斜所带来的影响，再制造产品需求量会随之增加。
图3 差别权重补贴对闭环供应链决策的影响
(二)差别权重税收政策对闭环供应链决策的影响
为了促进再制造产品的生产消费，政府针对新产品的征税政策增加了新产品的生产成本使得产品价格上涨，但是单位产品征税额度的增加不一定使得产品价格持续上涨，这取决于税收权重是否向制造商倾斜，如图4(a)(b)所示。当制造商承担更大的税收比重时，新产品的价格会因为单位产品税额的增加而上涨；当征税比重向消费者倾斜时，新产品价格反而因为单位产品税额的增加而下降。随着征税权重ω′和单位产品征税额度t的增大，新产品需求量上升，虽然税收政策向消费者倾斜却并不能明显抑制消费者购买新产品，但是能够大幅度降低闭环供应链利润，政府税收政策会影响制造商对新产品的定价，从而影响消费者的购买意愿。
图4(d)(e)可以看出，较高的征税额度t以及征税权重ω′向制造商倾斜时，会大大增加闭环供应链的生产成本，从而致使闭环供应链整体利润降低。总的来说，税收政策对于制造商的敏感度远高于消费者，政府部门应当推行适当的税收政策，引导闭环供应链的主要生产活动向生产再制造产品转移，使得再制造产品能够收获较高利润弥补新产品的税收成本。
(三)相对碳减排系数对闭环供应链决策的影响
随着相对碳减排系数φ的增加，即制造商的减排力度减小，再制造产品的制造商价格和零售商价格下降。同时可以看出，相对碳减排系数越小，制造商减排力度越大，再制造产品的边际价格越大，说明制造商的减排成本随着减排力度增大而增大，符合企业减排的现实情况。
图4 差别权重税收对闭环供应链决策的影响
图5 相对碳减排系数对闭环供应链决策的影响
从图5(c)可以看出，制造商在生产再制造产品过程中，再制造产品的需求量随着碳减排相对系数的增减取决于减排成本系数和减排偏好系数之间的大小关系。碳减排成本对制造商的减排行为影响较大时，制造商的减排力度随着再制造产品的需求量逐渐降低；当减排对成本的影响明显高于减排对需求的影响时，随着制造商的持续减排需求量逐渐增加。从图5中同样可以看出，相对碳减排系数对分散式决策和集中式决策具有相同的影响效果。
五、结论与建议
本文在新产品和再制造产品存在单位碳排放差异的情况下，考虑了消费者具有低碳偏好，并以此为基础引入了政府部门对制造商和消费者实施差别权重的低碳政策，分析了差别权重政策和消费者低碳偏好对闭环供应链决策的影响。主要得出了以下结论和建议。
(1)政府差别权重补贴政策具有一定的引导作用，消费者和制造商能够积极参与到再制造产品的生产和销售活动中。当政府补贴对消费者更有利时,消费者会积极购买再制造产品，产品需求量增加，使得再制造产品价格升高利润增加；当政府补贴只对制造商更有利时，由于成本得到补贴提高了制造商的生产积极性，但是消费者获得的补贴减少使得产品需求量降低进而产品整体获利减少。但无论补贴比重如何倾斜，单位产品补贴额度总是能够刺激消费，并且补贴比重向消费者倾斜会使得闭环供应链获得更大利润。
建议政府部门制定合理的补贴政策，根据针对新产品的税收政策来提高补贴权重及补贴额度，降低闭环供应链的减排成本，提高消费者购买再制造产品的欲望，增加消费者对再制造产品的需求量，充分发挥政策的激励作用。
(2)政府差别权重税收政策对消费者和制造商参与新产品的生产和销售活动能够起到一定的抑制作用。当政府部门的征税权重ω′向消费者倾斜时，制造商由于税收产生的生产成本降低而降低产品价格，虽然消费者要承担一定的税收但是过低的产品价格仍会使得需求量有所上升，此时闭环供应链的利润会上升；政府部门的征税权重ω′向制造商倾斜时，制造商的生产成本增加产品价格上升，由于价格原因使得产品需求量下降，闭环供应链利润下降。单位产品征税额度t的增加，虽然使得产品的价格和需求量轻微上升，但显著增加了制造商的生产成本，使得此时闭环供应链利润有明显的下降。相较于消费者，制造商对差别权重税收政策的敏感性更为显著。
建议政府部门推行适当的税收政策，同时提高新产品的征税权重和征税额度以降低制造商生产新产品的利润，促使供应链把主要生产活动向再制造产品转移，使得再制造产品能够收获较高利润来弥补新产品的税收成本。
(3)针对再制造产品的减排行为能够有效增加供应链利润，虽然减排行为会带来一定的成本，但是由于消费者具有一定的低碳偏好能够在需求量上弥补减排行为所产生的成本。当减排成本系数较大时，再制造产品需求量会随着制造商减排力度的增大而减少；当消费者低碳偏好系数较大时，再制造产品的需求量会随着制造商减排力度的增大而增大。
因此，建议政府和企业加强对低碳经济的宣传以提高消费者的低碳意识，政府在实施差别权重政策时应使权重向消费者倾斜以引导消费者的消费行为，制造商应将提高企业减排能力作为发展战略之一，在追求自身利润的同时应考虑利润协调来保证环境效益和经济效益的双赢。
