考虑绿色偏好与产品替代率的新能源汽车供应链效益分析

孙功勋,赵敬华

上海理工大学 管理学院, 上海 200093

1 引 言

随着经济的快速发展,环境污染问题日益严重。为有效应对气候变化、环境风险挑战、能源约束等问题,需要不断推进能源可持续发展和经济社会发展全面绿色转型。新能源汽车产业作为当下最火的绿色转型行业之一,对可持续发展发挥着重要作用[1]。与传统燃油车相比,新能源汽车主要有以下两个优势:第一,充电成本低,有效降低生活成本;第二,碳排放量少,对环境保护起到一定作用[2-3]。与此同时,随着国民环保意识渐渐提高和低碳消费行为逐步养成,部分消费者在购车时关心的不仅仅是汽车价格,还有消费者绿色偏好和产品是否可替代等因素。中国作为世界上新能源汽车保有量和新增量最大的国家,其供应链发展具有广泛的前景。因此,研究消费者绿色偏好(影响消费者花费更高代价购买环境友好产品或绿色产品的意愿)和产品替代率(两种产品的可替代性,衡量生产竞争的强度)等因素对新能源汽车供应链的影响具有重要意义。

当前,许多学者研究发现消费者绿色偏好在供应链管理中发挥着越来越重要的作用。戴道明等[4]发现,消费者绿色偏好的提高有利于零售商利润的提高,且对整体供应链利润具有重要作用;同时,刘侃莹等[5]发现消费者偏好对于产品的定价策略产生影响;Zhou与张玲红等[6-7]建议政府推广低碳理念来提高消费者环保意识,从而实现碳排放量的减少;Ren等[8]则利用鲁棒工具分析了消费者偏好的上限和下限;Li等[9]通过混合整数规划模型研究得出消费者偏好与整体利润之间存在正相关。

除消费者绿色偏好对供应链管理产生重要影响之外,提高产品替代率也是至关重要的[10],产品替代率对产品价格和供应链利润的影响具有正向影响[11]。Gheibi等[12]发现,在一定情况下,当一个供应商未能交付其产品时,零售商降低替代产品的价格有利于提高本身的利润;Li等[13]指出随着产品可替代性的增加,制造商将始终受益,而零售商只有在直销成本超过阈值时才能受益。除此之外,提高产品替代率可以有效减少因突发风险带来的损失[14],作考虑产品替代性的供应链模型更有利于供应链上各主体作出最优决策[15]。

综上所述,学者多考虑价格等因素对供应链整体利润的影响,较少将消费者绿色偏好和产品替代率共同作为影响供应链需求和利润产生的主要因素。论文创新地考虑将消费者偏好、产品替代率作为共同影响新能源汽车供应链的主要因素,通过供需关系建立模型,研究两者共同作用下供应链各主体的利润变化,利用逆向归纳法和Maple软件对模型进行求解和数值分析,发现在不同情况下消费者绿色偏好和产品替代率对于供应链各主体影响不同。该模型下,消费者绿色偏好和产品替代率作为影响供应链各主体利润的主要因素,对未来推动整体供应链的发展发挥着重要作用。

2 研究假设与模型建立

2.1 问题描述与建设

考虑由两个汽车制造商、一个分销商组成的两级供应链。其中,汽车制造商1只生产新能源汽车,汽车制造商2只生产传统燃油车,汽车制造商1、2的地位均等,均为供应链中的主导者;汽车分销商既销售新能源汽车,又销售传统燃油车,为供应链中的决策跟随者。该新能源汽车供应链进行Stackelberg博弈,决策顺序为汽车制造商1决定新能源汽车的单位批发价格,汽车制造商2决定传统燃油车的单位批发价格,分销商根据市场变化决定新能源汽车、传统燃油车单位销售价格。

具体参数符号及意义如表1所示。

表1 参数符号及意义

假设1 考虑以汽车制造商1(只生产新能源汽车)、汽车制造商2(只生产传统燃油车)和一个汽车分销商为主体。第一阶段,两制造商分别决定单位批发价格w1、w2,环境改善成本e1、e2;第二阶段,汽车分销商决定单位售价p1、p2。

假设2 假设初始汽车市场需求基数为Q,新能源汽车的实际市场需求量为Q1,传统燃油车的实际市场需求量为Q2。考虑各汽车需求量受价格、新能源车和传统燃油车之间的可替代率、因环保改善增加的需求以及消费者绿色偏好等因素的影响,参考文献[16],Q1、Q2可以分别表示为Q1=Q+α[e1-k(e2-e1)]-p1+k(p2-p1),Q2=Q+α[e2-k(e1-e2)]-p2+k(p1-p2)。其中α表示消费者绿色偏好系数;k表示产品替代率,即消费者在考虑销售价格以及环境改善成本等等素下购买新能源车而放弃购买传统燃油车的比例;α,k∈[0,1]。

2.2 模型构建与求解

通过制造商、分销商的供求关系可求得供应链各主体的利润(效益)如下:

汽车制造商1的利润:

(1)

汽车制造商2的利润:

(2)

汽车分销商的利润:

ΠR=Q1(p1-w1)+Q2(p2-w2)

(3)

由于

Q1=Q+α[e1-k(e2-e1)]-p1+k(p2-p1)

Q2=Q+α[e2-k(e1-e2)]-p2+k(p1-p2)

e2=0

式(3)可化简为

ΠR=[Q+(1+k)αe1-p1+k(p2-p1)](p1-w1)+

[Q-αke1-p2+k(p1-p2)](p2-w2)

(4)

采用逆向归纳法,求解p1、p2。式(4)的海塞矩阵为

H1为负定,故存在唯一解p1、p2,使得汽车经销商的利润最大。

令式(4)关于p1、p2的一阶导为0,可得

k(p1-w1)-(p1-w1)+k(p2-w2)=0

(5)

k(p2-w2)-(p2-w2)+k(p1-w1)=0

(6)

联立式(5)、式(6)可解得:

代入式(1)、式(2)可得:

(7)

(w2-c2)

(8)

对式(1)、式(2)分别求关于w1、w2的一阶导,可得

(9)

(10)

令式(9)、式(10)分别为0,联立求解,得w1、w2:

(11)

(12)

将w1、w2代入式(7)、式(8),由于环境改善成本取决于制造商ei、e2,所以对式(7)求关于e1的偏导数,令其等于0,可得

(13)

综上,解得:

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

(20)

ΠS=ΠM1+ΠM2+ΠR

(21)

其中:

A=16k2(k+1)3f1c1+2(k+1)[(3k+2)Q-2(k+1)2c1-

k(k+1)c2]f1+(k+1)[(k+1)2α-12k2]α

B=(k2+4k+2)α2+

[4k(k+1)c2-4(k2+4k+2)c1+4(3k+2)Q]f1

C=k(3k2+10k+5)α2+12k(k+1)f1c1-

8(k+1)(2k+1)f1c2+(12k3+32k2-20k-24)f1Q

D=-k(k+1)α2+4k(k+1)f1c1-4(k2+4k+2)f1c2+

4(3k+2)f1Q

3 仿真实验与数值分析

3.1 参数设置

为了更直观地分析消费者绿色偏好系数和产品替代率对制造商1、制造商2、分销商以及供应链整体利润的影响,参考行业报告和以往研究文献,假设初始汽车市场需求基数Q=2,制造商1的单位生产成本c1=1.5,制造商2的单位生产成本c2=1,制造商1与环保生产和运营相关的成本因素f1=0.5。

3.2 仿真分析

基于参数的设计以及Maple软件进行仿真,根据仿真结果,分析消费者绿色偏好系数α和产品替代率k对于两级供应链各主体利润的影响以及在不同情况下何种影响因素(α或k)占据主导地位。

3.2.1 消费者绿色偏好系数α对两级供应链的影响

如图1—图3所示,当产品替代率k分为0.5、0.6、0.8时,制造商1(只生产新能源车)、分销商以及整体供应链的利润随着消费者绿色偏好系数α提高而逐渐增长,但制造商2(生产传统燃油车)的利润随着消费者绿色偏好系数提高而逐渐减少。这是由于新能源汽车的普及和消费者节能环保意识逐渐增强,更多的消费者会购买新能源车,但考虑到充电设施等问题,部分消费者继续选择购买燃油车。因此,制造商1的利润逐渐增长,而制造商2的利润下降有限。此时分销商的利润会随着消费者购车需求增加,利润增大,最终导致整体供应链的利润提升。

图1 当k=0.5时供应链利润随α变化情况

图2 当k=0.6时供应链利润随α变化情况

图3 当k=0.8时供应链利润随α变化情况

3.2.2 产品替代率k对两级供应链的影响

如图4—图6所示,当消费者绿色偏好系数α分别为0.5、0.6、0.8时,分销商和整体供应链的利润随着产品替代率升高而逐渐增加。但总的来说,制造商1的利润随着产品替代率升高而上升,最终超过制造商2的利润。这是因为产品替代率的提高伴随着一定基础设施成本的增加,因此,短期内制造商1的利润变化不大,但随着基础设施的完善,该成本不断减少,制造商1的利润逐渐增大。此时,制造商2和分销商的利润随着产品替代率升高而增加,最终处于稳定的范围,使得整体供应链利润上升。

图4 当α=0.5时供应链利润随k的变化情况

图5 当α=0.6时供应链利润随k的变化情况

图6 当α=0.8时供应链利润随k的变化情况

3.2.3 不同情况下两级供应链利润的主要影响因素

考虑当k或α为一个定值的时候,两级供应链的利润随另一个变量变化而变化的情况。如图7所示:当k=0.5时,横坐标x表示消费者绿色偏好系数,纵坐标表示制造商1的利润变化情况;当α=0.5时,横坐标x表示产品替代率,纵坐标表示制造商1的利润变化情况,以此类推。

图7 制造商1的利润随k或α变化趋势

图7—图10分别表示k或α变化时制造商1、制造商2、分销商、整体供应链利润的变化曲线图。如图7所示:制造商1的利润与消费者绿色偏好系数α、产品替代率k呈正相关。即随着消费者绿色偏好系数或产品替代率的不断提高,制造商1的利润也不断增加。不同的是,当消费者绿色偏好系数和产品替代率都偏小时,产品替代率对制造商1利润产生的影响较大。但随着消费者绿色偏好系数和产品替代率逐渐增大,消费者绿色偏好系数逐渐成为影响制造商1利润的主要因素。

如图8所示:制造商2的利润与消费者绿色偏好系数α呈负相关,与产品替代率k呈正相关。但当消费者绿色偏好系数和产品替代率都偏小时,消费者绿色偏好系数对制造商2的利润影响较大,产品替代率的影响较小。随着消费者绿色偏好系数和产品替代率逐渐增大,产品替代率逐渐成为影响制造商2利润影响的主要因素。

图8 制造商2的利润随k或α变化趋势

如图9所示:分销商的利润与消费者绿色偏好系数α、产品替代率k呈正相关。除此之外,当消费者绿色偏好系数和产品替代率都偏小时,产品替代率对于分销商的利润影响较大,消费者绿色偏好系数对于分销商的利润影响较小。但随着消费者绿色偏好系数和产品替代率逐渐增大,消费者绿色偏好系数逐渐成为影响分销商利润的主要因素。

图9 分销商的利润随k或α变化趋势

如图10所示:整体供应链利润与消费者绿色偏好系数α、产品替代率k呈正相关。不同的是,当消费者绿色偏好系数和产品替代率都偏小时,消费者绿色偏好系数对整体供应链的利润影响较大,产品替代率对整体供应链的利润影响较小;但随着消费者绿色偏好系数和产品替代率逐渐增大,产品替代率逐渐成为影响整体供应链利润的主要因素。

图10 整体供应链利润随k或α变化趋势

4 结论与讨论

相比较其他模型,创新地考虑将消费者绿色偏好和产品替代率作为影响新能源汽车供应链利润的主要因素。将两个不同的汽车制造商和一个分销商组成的两级供应链作为研究主体,考虑在消费者绿色偏好、产品替代率等影响因素共同作用下,通过供求关系构建供应链各主体的利润函数模型并对其结果进行分析。研究结果表明:在不同阶段,即消费者绿色偏好和产品替代率在不同范围时,供应链各主体效益的主要影响因素不同,针对其主要影响因素作出相应管理决策来实现其自身效益的最大化。具体结论如下:(1) 对新能源汽车制造商、分销商、整体供应链而言,其利润与消费者绿色偏好系数、产品替代率都呈正相关。(2) 对传统燃油车制造商而言,其利润与消费者绿色偏好系数呈负相关,与产品替代率呈正相关。(3) 当消费者绿色偏好系数和产品替代率都较小时,产品替代率对制造商1和分销商产生的影响较大;但随着消费者绿色偏好系数和产品替代率的逐渐提高,消费者绿色偏好系数逐渐成为影响制造商1和分销商利润的主要因素。(4) 当消费者绿色偏好系数和产品替代率都较小时,产品替代率对制造商2和整体供应链利润产生的影响较大;但随着消费者绿色偏好系数和产品替代率逐渐提高,产品替代率逐渐成为影响整体供应链利润的主要因素。在后续的研究中,将进行多制造商和多分销商的复杂情况下,新能源汽车供应链的效益分析。