考虑收益共享契约的绿色供应链协调策略研究

胡永仕,孙金凯,林 晶

(1.福建理工大学 交通运输学院,福建 福州 350118;2.福建江夏学院 数理部,福建 福州 350108)

2020年9月22日,习近平总书记在第75届联合国大会上作出关于碳减排、碳达峰的重要宣示。推进“双碳”工作是破解资源环境约束冲突问题,实现可持续发展的迫切需要[1]。2021年中国制造业增加值规模达31.4万亿元,占GDP比重达27.4%,且制造业增加值自2010年以来已连续12年世界第一[2]。同时,制造业也是我国碳排放的大户,根据国际能源署2019年数据[3],我国制造业CO2排放量占全国CO2排放总量的36.30%。绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效益的现代化制造模式,其目标是使产品在从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品全寿命周期中,对环境的影响(负作用)最小,资源利用率最高,并使企业经济效益和社会效益协调优化,是“双碳”背景下制造业实现可持续发展和保持竞争力的必然选择[4]。近年来,我国许多制造企业也积极将绿色制造理念付诸实践并取得了一定的成效。如美的集团5年绿色研发投入超过300亿元,实现了万元总产值综合能耗降低15.83%[5]。

绿色制造需要投入大量的资金和人力,如何平衡投入与产出将直接影响到制造商绿色投资的积极性,也关系到我国“双碳”目标能否实现。在现有研究中,学者多采用供应链契约解决此问题。供应链契约能够使供应链成员的成本和利润相互协调。JEULAND等[6]总结了供应链契约种类,包含收益共享契约、成本分担契约、回购契约、两部分关税契约、数量折扣契约等。其中收益共享契约是指买方将一定比例的销售收益交付卖方,以换来批发价格折扣,改进供应链运作绩效的一种协调方式[7]。裴发红等[8]针对单个供应商和零售商组成的玉米供应链,建立采用收益共享合同的博弈模型,研究表明制定合理的利润分配比例能够协调供应链成员利润。陈静等[9]针对单一制造商和零售商构成的双渠道低碳供应链,构建基于收益共享契约的Stackelberg模型,发现收益共享契约能够在一定条件下实现供应链成员利润的Pareto改进。CAO等[10]讨论了由一个制造商和一个零售商组成的低碳供应链,在收益共享契约下建立无碳排放限制和考虑碳排放限制的Stackelberg模型,发现合理的收益共享契约可以实现供应链成员利润的Pareto改进。

以上对于协调契约的研究主要集中于单一供应链,而未考虑供应链之间的竞争。近年来,已有大量学者关注竞争供应链的协调契约设计问题。杨天剑等[11]利用“成本分担+二步定价”契约协调了一个第三方平台和两个回收商组成的价格竞争的供应链。张学龙等[12]构建一个制造商和两个零售商组成的价格和服务竞争模型,分析了“收益共享+成本分担”契约对供应链成员利润的协调作用。刘新民等[13]考虑由两个供应商和一个零售商构成的二级供应链,分析价格和质量双重竞争情形下的协调问题。CHARKRABORTY等[14]研究表明成本分担合同有利于提高两个质量竞争制造商和一个零售商的二级供应链的质量改进水平和利润。SEYEDHOSSEINI等[15]在一个垄断制造商和两个价格竞争零售商组成的供应链中,研究二步定价合同对供应链成员利润和最优决策的影响。ZHANG等[16]在价格和产品质量竞争下,探讨供应链竞争对批发价格、收益共享、成本降低投资成本分担、质量改进投资成本分担4种契约实施的影响。SEIFBARGHY等[17]基于单个制造商和零售商组成的供应链中,探究价格和质量竞争对收益共享契约的影响。

上述研究对竞争供应链的因素主要集中于价格、质量和服务方面,并未考虑产品绿色度的竞争。当前,随着绿色发展逐渐成为主流的发展共识,政府的政策和社会公众的监督要求制造企业重视绿色制造,关注产品对环境的影响。因此,我国大量制造企业进行绿色产品研发和生产。例如,宁德时代、卫蓝新能源等大型企业对新能源电池研发投入大量人力和资金。经济合作与发展组织也指出,经合组织国家中27%的消费者是绿色消费者,他们有强烈的环保意识并愿意为绿色产品买单[18]。因此,供应链间产品绿色度水平竞争日益加剧,甚至成为影响绿色供应链发展的关键因素。常建红等[19]开展了考虑绿色度的竞争对供应链成员产品决策影响的研究。ZHANG等[20]基于单个制造商和零售商组成的供应链,比较分析绿色产品和非绿色产品竞争下的最优决策。

综上可知,对于供应链绿色度竞争研究主要集中于绿色度单个因素,少有学者同时将绿色度与价格、质量或服务等因素共同考虑。基于此,笔者考虑产品价格和绿色度两个竞争因素,并在竞争供应链中设计收益共享契约,探讨其对供应链成员的经济效益影响。首先,从链内博弈视角,研究制造商和零售商达成收益共享契约的激励条件以及契约对产品绿色度的提升效果。其次,从链间竞争视角,研究链内的收益共享契约对链间成员横向竞争和纵向合作的影响机制,即若一条供应链实行收益共享契约,另一条供应链中的零售商接受这个契约是否能获得更多的利润。

1 模型符号及假设

假设1在单个制造商i(Mi)和单个零售商i(Ri)组成(i=1,2)的两条绿色供应链。假设制造商i的批发价格为wi,产品绿色度为ei,产品的绿色度体现了产品对环境的友好程度。零售商的零售价格为pi,产品销量为qi。两种产品在市场中进行价格和绿色度竞争[21]。

假设3消费者更青睐绿色产品,即产品绿色度越高,其销量也越高。

假设4参照文献[22],假设制造商的生产成本ci为0。为确保研究有意义,假设pi>wi>ci,i=1,2。

借鉴文献[23]的市场需求函数,假设零售商i(i=1,2)的需求函数为:

qi=a-pi+θp3-i+δ(ei-θe3-i)

(1)

式中:a为市场基准需求量;θ为产品竞争强度;δ为消费者绿色敏感度,且0<δ<θ<1。

制造商为零售商提供了收益共享契约,即制造商提供一个较低批发价格帮助零售商拓展市场,同时零售商共享部分收益激励制造商的产品绿色研发。而零售商对于收益共享契约有两种选择:①零售商接受收益共享契约,记为Y,零售商共享的收益份额为k,0

供应链结构如图1所示,两条供应链进行的是以制造商为主的Stackelberg动态博弈:首先,两个制造商同时决定是否采用收益共享契约。如果采用收益共享契约,则制造商确定收益共享系数k、批发价wi和绿色度ei;否则,制造商只确定批发价wi和绿色度ei。其次,两个零售商同时确定产品的零售价格pi,零售商再以pi的价格销售给消费者。两条供应链形成横向的价格与绿色度竞争,且竞争效应逐步传递到两个制造商,进而演变为两条供应链间的竞争。

图1 供应链结构图

2 模型建立及求解

2.1 NN情形下的均衡策略

若两个零售商均不接受收益共享契约,则制造商和零售商的收益分别为:

(2)

πRi=(pi-wi)(a-pi+θp3-i+δ(ei-θe3-i))

(3)

(4)

将式(4)代入式(2),可得关于wi和ei的Hessian矩阵为负定,所以可得制造商wi和ei的最优策略。(YY情形与NY情形下的求解过程与NN情形相同。)

推论1表明:①消费者对绿色产品的偏好增加促使制造商加大产品绿色研发,绿色成本增加,进而制造商将增加批发价格以确保利润,相应地零售商会提高零售价格;②追求更高的产品绿色度未必能使制造商获得更高的利润。事实上,在消费者绿色敏感度较低时,提高产品绿色度的收益增量超过了绿色成本增量。随着消费者绿色敏感度的增强,提高产品绿色度的收益增量无法补偿绿色成本增量,导致制造商利润降低。

2.2 YY情形下的均衡解

若两个零售商均接受收益共享契约,则制造商和零售商的收益分别为:

πMi=(wi+kpi)(a-pi+θp3-i+

(5)

πRi=((1-k)pi-wi)(a-pi+

θp3-i+δ(ei-θe3-i))

(6)

推论2表明:①无论供应链是否采用收益共享契约,当消费者偏好绿色产品时,制造商都会加大产品绿色研发,进而增加绿色成本,提高批发价格,相应地零售商会提高产品的零售价格。②随着绿色竞争和价格竞争愈发激烈,制造商会通过加大产品绿色度和提高批发价格来使自身利益得以补偿,相应地零售商会提高产品价格来获得更大的利润。③随着收益共享系数的增大,制造商利润会不断提高,其研发绿色产品的意愿提高。较低批发价格使得零售商的零售价格随之降低。

2.3 NY情形下的均衡解

为不失一般性,假设零售商1不接受收益共享契约,零售商2接受收益共享契约。则两个制造商和两个零售商的收益分别为:

(7)

πR1=(p1-w1)(a-p1+θp2+δ(e1-θe2))

(8)

πM2=w2(a-p2+θp1+δ(e2-θe1))+

(9)

πR2=((1-k)p2-w2)(a-p2+θp1+

δ(e2-θe1))

(10)

推论3①批发价格、绿色度和零售价格随收益共享系数k的增加而减少;②批发价格和零售价格随收益共享系数k的增加而减少,绿色度随收益共享系数k的增加而增加。

推论3表明:收益共享系数越高,制造商2承诺给零售商2的批发价格也越低,相应地零售商的产品售价也会降低。产品1的市场流失导致了制造商1的利润下降,制造商产品绿色研发意愿降低。

命题4表明:收益共享契约实现对供应链上下游成员的双向激励,一方面激励了制造商提供更低的产品批发价格和更高的绿色研发努力,另一方面激励了零售商降低产品的零售价格。由于供应链链间的绿色竞争和边际递增的绿色成本,使得在单链中实行该契约对制造商绿色努力的激励效果优于双链都实行该契约的情形。由于供应链链间的价格竞争,双链中实行该契约对制造商降低批发价格、零售商降低零售价格的激励效果优于单链实行该契约的情形。

3 收益共享契约决策选择

3.1 第一条供应链采用N策略时,第二条供应链成员的策略选择

推论4表明:当第一条供应链不采用收益共享契约时,对于制造商2和零售商2来说是否接受收益共享契约取决于收益共享比例的大小。当收益共享的比例较小时,接受契约有利于增加双方利润,反之,则不利于利润的增长。第一条供应链采用N策略时,当0

3.2 第一条供应链采用Y策略时,第二条供应链成员的策略选择

推论5表明:当第一条供应链采用Y策略时,第二条供应链在不采用收益共享契约的情况下,有利于提高零售商2的利润,而制造商2的利润则会减少。

4 数值分析

参考文献[24]和文献[25]进行数值分析,观察在3种不同模式下产品竞争强度θ、绿色敏感度δ和收益共享系数k对制造商和零售商收益的影响。设a=1 000。

4.1 产品竞争强度θ对利润的影响

取制造商的收益共享系数k为0.6,绿色敏感度δ为0.5。考查产品竞争强度θ(0.5<θ<1)对不同模型下制造商利润和零售商利润的影响,具体结果如图2和图3所示。

图2 产品竞争强度对制造商利润的影响

图3 产品竞争强度对零售商利润的影响

由图2可知,当市场竞争较弱时,NY情形下采用收益共享契约的制造商所获得的利润最大,而另一条未采用收益共享契约的制造商利润最小。而且制造商的利润均随产品竞争强度的增加而增加,与推论1和推论2中相关结论相符。随着市场竞争越来越激烈,NN情形下制造商利润的增长幅度最大。由图3可知,当市场竞争越来越激烈时,NN情形下零售商所获得的利润最大,YY情形下零售商所获得利润最小。3种不同情形中零售商的利润均随产品竞争强度θ的增加而增加,与推论1和推论2中零售商利润随产品竞争强度θ的增加而增加的结论相符。上述结果表明,当市场竞争较弱时,NY情形下实行收益共享契约的制造商利润会达到最大,而NN情形下的零售商利润达到最大。而当市场竞争激烈时,制造商采用收益共享契约的效果会逐渐减弱,反而均不采用收益共享契约会使得供应链成员实现共赢。

4.2 绿色敏感度δ对利润的影响

取制造商的收益共享系数k为0.6,产品竞争强度θ为0.8。考查绿色敏感度δ(0<δ<0.8)对不同模型下制造商利润和零售商利润的影响,具体结果如图4和图5所示。

图4 绿色敏感度对制造商利润的影响

图5 绿色敏感度对零售商利润的影响

由图4可知,当消费者开始偏好绿色产品时,NY情形下采用收益共享契约的制造商所获得的利润最大,未采用收益共享契约的制造商利润最小。随着消费者对产品绿色度的重视,NY情形下未采用收益共享契约的制造商利润会逐渐减少。由图5可知,当消费者不偏好绿色产品时,NN情形下的零售商利润最大,而YY情形下的零售商收益最小。当消费者偏好绿色产品时,不同情形下的零售商利润都随之增加。上述结果表明,当消费者偏好绿色产品时,NY情形下采用收益共享契约的制造商利润达到最大,零售商的利润在NN情形下达到最大。

4.3 收益共享系数k对利润的影响

取绿色敏感度δ为0.5,产品竞争强度θ为0.8。考查收益共享系数k(0

图6 收益共享系数对制造商利润的影响

图7 收益共享系数对零售商利润的影响

由图6可知,NY情形下采用收益共享契约的制造商所获得的利润最大,而未采用收益共享契约的制造商所获得的利润最小,与推论5结论相符。随着收益共享系数的增大,YY情形下制造商的利润逐渐减少(与推论2中相关结论相符),而NY情形下采用收益共享契约的制造商利润逐渐增加。由图7可知,当收益共享系数较小时,NY情形下采用收益共享契约的供应链中零售商所获得的利润最大,而YY情形下的零售商利润最小,与推论5结论相符。当收益共享系数逐渐变大时,零售商的利润随之减少。上述结果表明,当收益分享系数在一定范围内,采用收益共享契约能实现供应链成员双赢。

5 结论

(1)基于两条绿色竞争供应链,构建了3种不同情形的收益共享模型,并对比分析了3种情形下两条供应链的最优定价、绿色度和成员利润。

(2)两条供应链无论是否采用收益共享契约,追求过高的产品绿色度未必能使制造商获得更高的利润。在消费者绿色敏感度较低时,提高产品绿色度有利于增加制造商利润。在消费者绿色敏感度较高时,提高产品绿色度的收益无法弥补绿色制造成本,导致制造商利润降低。收益共享契约的实施,一方面激励了链内成员产品绿色度的提高和产品价格的降低。另一方面由于链间的绿色竞争,使得单链实施契约对绿色制造的激励效果优于双链都实施契约的情形。由于链间的价格竞争,使得双链实施契约对产品价格的激励效果优于单链的情形。

(3)当一条供应链不采用收益共享契约时,对于另一条供应链成员是否接受契约取决于收益共享系数的大小。当收益共享系数较小时,接受契约有利于供应链成员利润获得帕累托改善。当一条供应链采用收益共享契约时,第二条供应链实施收益共享契约则有利于制造商利润的增长,不采用收益共享契约有利于零售商利润的增长。当市场竞争强度或消费者绿色敏感度增强时,若竞争供应链未达成收益共享契约,则实施收益共享契约供应链中的制造商利润获得帕累托改善。零售商利润在两条供应链均不采用收益共享契约时实现最大化。当收益共享系数较小时,采用收益共享契约的制造商利润随收益共享系数的增加而增加,若竞争供应链未实施收益共享契约,则实施收益共享契约供应链中的制造商和零售商利润均获得帕累托改善。

(4)管理启示:① 制造企业无论是否采用收益共享契约,一味追求产品绿色度并不能带来更高的收益。因此,制造企业需要对消费者的绿色产品偏好进行市场调研,制定正确的绿色产品生产策略。②为了更好地激励企业提高产品绿色度,制造企业对于收益共享契约应与竞争企业采取不同的策略。为了更好地降低产品价格激励消费者购买,制造企业对于收益共享契约应与竞争企业采取相同的策略。③当消费者重视绿色产品或市场竞争较弱时,制造企业应在竞争企业未采用收益共享契约时,采用收益共享契约从而实现利润最大化。④当竞争企业未采用收益共享契约时,制造企业应制定合适的收益共享契约提供给零售商,以实现供应链成员双方利润的增长。当竞争企业采用收益共享契约时,制造企业除了提供较低的批发价格还应提供给零售商额外的惠利政策,使零售商愿意接受契约,实现双赢的局面。