考虑环境偏好的低碳化供应链协调，本文主要内容关键词为：供应链论文,环境论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
伴随着低碳经济快速发展，减少
排放、减缓全球气候变暖已成为世界各国的共识。制造企业面对来自政府的规制及消费者对低碳产品的需求，有进行减排投资的激励。减排投资在期初会产生很大的成本，但是通过技术变革及产品的低碳化会使得企业保持竞争优势，并获得远期收益。 供应链低碳化背景下，讨论供应链的协调问题是一个重要的研究方向。在传统的分散决策下，制造商和零售商分别以个人的利益最大化进行决策，由于“双重边际化”问题[1]，供应链整体效率降低，不能达到Pareto最优。因此，许多学者通过设计各种契约模式使个体目标与系统目标相一致，最终达到供应链协调[2]。然而，在实践中最普遍的现象是大部分供应链交易都是以最简单的批发价格契约进行[3]。在消费品及其他行业，很少会采用两部定价契约，而适度的数量折扣契约有时会被采用。 传统的研究一般假设决策者是完全理性的，即以利益最大化作为决策准则。但是在管理实践中，决策者的非完全理性表现得非常突出。Zanakis[4]发现理论研究和现实的管理实践存在很大差异。随后，一些学者也强调了这一现象[5，6]。Simon[7]提出的“有限理性”为这一现象提供了有力的依据。Gino和Pisano[8]认为行为运作管理是研究人的行为和认知过程以及它们对运作系统和过程的影响。随后，刘作仪和查勇[9]对行为运作管理做了进一步的研究，给出了定义及研究范式。Carter和Kaufmann等人[10]研究了行为供应管理中的决策偏差。Croson和Donohue[11]指出运用实验经济学的行为实验有助于识别和理解各种行为因素对供应链协调的影响。Loch和Wu[12]提出了社会偏好，如报答、利他、公平、认同、地位等也会影响供应链绩效。在供应链契约环境下，已有研究关注了消费者的偏好[13]及顾客战略行为[14]对供应链协调的影响。近几年，公平因素[15-17]及更多其他的社会偏好[18]被纳入到研究模型中。 在供应链低碳化的过程中，制造商的生产活动排放大量
，因此在“经济、社会及环境”三重底线约束下，其会非常关注环境效用。当进行减排投资后，由于产品的低碳属性使得制造商不仅获得更多消费者的青睐扩大产量增加利润并且提高了企业形象，最终使企业的资本升值。本文研究的是供应链协调问题，制造商具有环境偏好以效用最大化为决策目标，零售商没有外部选择，只关注自己的货币收益，此时传统的批发价格契约对供应链协调的影响。 一、问题描述 考虑由一个制造商和一个零售商构成的两级供应链，制造商的产品经过零售商到达消费者。在低碳环境下，政府为了规制制造商的排放行为，在期初免费分配一定数量的碳配额E，该配额根据不同产业上一期的产量及单位产品排放量制定，与当期的产量无关，为外生变量。制造商进行减排投资，其减排研发成本为I，根据已有文献的经典模型对研发成本函数的标准假设(研发成果与研发投入成二次方关系)[19]，在本文中假设减排研发成本与单位产品的减排率成二次关系，即
，d为减排研发成本系数，ξ为单位产品减排率。在减排实践中，要想获得更好的减排效果，则相应的增加减排投入，因此减排投入是减排效果的单增函数。随着减排效果的增加，减排投入递增，为了满足单增和递增的特性，减排投资函数选择二次形式。在求边际时为了简化计算乘以系数1/2。当0≤ξ≤u(u＜1)的范围内(u为减排研发能力下可达到的最大的减排率)符合这一特性，减排率与减排研发成本关系如图1所示。
制造商可以通过碳交易市场进行碳配额买卖，供应链运营模式如图2所示。设生产单位产品的
排放量为e，碳交易市场中碳价格为c'。制造商先行动，向零售商收取固定的批发价格ω，零售商根据已知的批发价格ω来制定产品的销售价格p。为了简化模型，假设供应链中只有制造商会引发成本，单位产品的生产成本为c。市场需求为价格的线性函数，Q(p)=a-bp(b＞0)。
在实践中，制造商为了保持产品竞争力，同时迎合消费者日益关注的环保需求，树立企业的节能减排形象，在考虑其货币收益的同时还关注
排放引发的环境效用。当制造商实际的排放量大于政府分配的配额时认为其加剧了温室效应，因此产生了环境负效用；当制造商实际的排放数量小于政府分配的配额时，认为其减缓了温室效应，因此产生了环境正效用。Fehr和Schmidt[20]通常认为经济主体面对同等的正、负效用的敏感程度是不一致的，即呈反S状曲线。本文设环境正效用系数为α，环境负效用系数为β。由于环境的负效用敏感程度大于环境的正效用敏感程度，从而假设α≤β，且α＞0，β＞0。制造商的环境效用可表示为：
。因此，制造商在进行决策时从效用最大化的角度出发，其决策变量为批发价格ω和单位产品减排率ξ。零售商则在批发价格契约的框架下采取最有利的应对策略，制定产品的销售价格p。 二、模型建立 (一)制造商和零售商均不考虑环境偏好 首先，考虑制造商不具有环境偏好的情况。在传统的供应链运营决策中，企业均是以个人利益最大化为决策目标进行决策，并未对外部环境造成的负效用承担社会责任。在《京都议定书》颁布之后，由于受到来自政府的总量限制交易(Cap and Trade，CAP)的规制，企业采取了减排措施。在减排投资初期，企业并没有提升环境意识，仍是追求利润最大化的决策主体。因此，将该情况下的决策结果作为基准，衡量伴随着制造商环保意识提高之后的情况。 此时，零售商和制造商的效用只包括各自的利润，效用函数如下：
由于制造商的决策变量是二元的，因此利用Hessian矩阵来判断极值的存在。
(二)制造商具有环境偏好，零售商为利润最大化者 在低碳供应链的运营管理中，产品生产过程由于化石燃料的燃烧排放大量
，占碳足迹的主要部分，因此政府为抑制
排放产生的温室效应，对制造企业进行规制。制造商在进行减排投资研发后，逐步具有较强的环保意识。零售商在实际的运营决策中依然根据制造商的批发价格制定最优的产品销售价格，为利润最大化者。 零售商的效用函数仍然只包括利润，和上述决策相同。通过求解得到产品销售价格为：
。 当制造商具有环境偏好时，其效用函数不仅包括利润还包括环境效用。效用函数应体现出制造商的环境偏好。其效用函数可表示为：
因效用函数是不连续的，所以非处处可微，从而对制造商的最优决策分情况进行讨论。当制造商实际排放的
数量小于政府分配的碳配额时，即E-e(1-ξ)(a-bp)≥0，具有环境正效用，此时环境效用为α[E-e(1-ξ)(a-bp)]；当制造商实际排放的
数量大于政府分配的碳配额时，即E-e(1-ξ)(a-bp)≤0，具有环境负效用，此时环境效用为-β[e(1-ξ)(a-bp)-E]。对上述两种情况求解并比较，得出制造商的最优决策。 (三)供应链集中决策 供应链作为一个集中决策主体，为了使供应链整体绩效到达最优，以效用最大化为决策目标，决策变量为单位产品销售价格p和单位产品减排率ξ。供应链效用包括供应链利润πs及环境效用fe。因此效用函数可表示为：
由于参数范围的不确定性及约束中含有决策变量使得难以求得解析解。在下面一节中，将通过数值分析来得到一系列有意义的结论。 三、数值分析 当在模型中考虑到环境因素之后，由于约束条件受到参数取值的影响并含有决策变量，使得求解过程复杂，难以得到解析解。因此用Matlab7.8.0(R2009a)对模型进行数值仿真分析。 (一)供应链效用分析 为了验证环境偏好对供应链绩效的影响，选取某一产品进行分析计算。设产品的市场容量a=800，需求弹性b=15，单位产品的生产成本c=8，每生产一单位产品
排放量e=0.008，参照欧洲碳交易市场的碳价格，令c'=20。根据制造商的减排研发水平，设研发成本系数d=500。政府参考上一期的企业排放量分配当期的碳配额E=1，设环境的正负效用系数分别为α=100；β=250。
通过对上述结果进行比较可得：(1)当二者都不具有环境偏好时的减排率为
，制造商具有环境偏好后减排率为
，说明制造商提高了环境意识，注重降低
排放的温室效用，并将环境保护作为自身效用的一部分，从而使减排率大大提高。(2)当制造商具有环境偏好时，其利润较无环境偏好时降低。表明制造商愿意减少部分利润来获得环境效用的提高。(3)
，说明制造商具有环境偏好后的最优决策使得总效用比仅考虑利润最优时的总效用增加，使得供应链得到Pareto改进并获得协调。 (二)灵敏度分析 1.政府免费分配碳配额数量的变动及影响。在上述已知参数的条件下，令政府在期初免费分配的碳配额数量在区间E∈[1，20]变动，通过Matlab作图可以发现，在这个区间中，政府分配的碳配额数量对产品的减排率和批发价格没有影响，如图5和图6所示。由于批发价格不变从而产品的销售价格为常数，则最终的零售商效用不变。碳配额在给定参数值的情况下只对制造商的效用起作用，配额数量越大，则制造商可以出售配额而获得更多的利润。如图7所示。这说明所给配额远大于企业生产产品的
数量，因此未对制造企业造成强烈的减排压力。所以政府在配额的制定过程中应充分考虑配额分配数量。
2.碳价格的变动及影响。令碳价格在10元／吨到40元／吨波动，其他参数值不变，其运算结果如图8、图9和图10所示。
碳价格与单位产品减排率呈正比，碳价格越大则减排率越大。说明制造企业在进行减排时需考虑碳交易市场中的碳价格，在减排投资系数不变的情况下，碳价格越高企业会加大减排力度获得卖出配额的收益以及正环境效用，最终使得自身总效用增加。单位产品的批发价格和销售价格随碳价格的增加而增加，但是增速减缓，说明当碳价格增到一定数值时对产品价格的影响变小。碳价格的增加使得制造商效用增大，而零售商的效用减小。 3.环境偏好系数的变化。在其他参数数值不变的条件下，令正环境偏好系数在区间α∈[80，250]波动，考虑环境偏好对各决策变量的影响，其结果如图11、图12和图13所示。
由图11可知环境偏好系数越大，减排率越大，当环境偏好系数增大了170单位时，减排率增加了近50%。对比图8，说明环境偏好系数相对于碳价格对减排率的影响程度更大。图12和图13表明伴随着环境偏好系数的增加，产品的批发价格和销售价格均下降，而制造商和零售商的效用均增加，说明环境偏好越大则制造商更加重视环境保护，相应的利润下降但是环境效用增加，且环境效用增加的幅度大于利润减少，从而总效用增加，最终导致供应链效用增大。由于制造商将环境效用考虑到目标函数中，使得供应链绩效改进，实现了供应链协调。 在供应链的协调问题中考虑环境偏好是本文的创新之处。伴随着低碳时代的来临，传统的二维交易模式转变为加入碳交易的三维交易模式，此时供应链成员的盈利模式及利润函数发生改变，因而决策主体行为也将产生重大变革。在此基础上，制造商的生产过程作为碳排放的主要来源承担着巨大的减排压力，从而在进行决策时考虑环境偏好。 通过建模及数值仿真讨论了具有环境偏好的制造商向零售商提供批发价格契约时低碳供应链的协调问题。当制造商具有环境偏好而零售商为利润最大化者时，传统的批发价格契约可以使得供应链得到协调。这一发现很好地解释了在现实供应链运营管理中制造商通常采用批发价格契约来交易的现象。考虑环境偏好时，效用函数更接近现实，弥补了理论研究与实践运营的差距。 该模型适用于在生产过程中排放出大量
等温室气体的制造型企业，现今我国仍为制造大国，制造企业的生产效率及能源利用率均较低，因此为了实现我国政府在《京东议定书》中的承诺，制造商受到日益严格的环境管制，转变经济生产方式降低碳排放对可持续发展是非常有意义的。 本研究存在以下局限性，可在今后作进一步的研究。第一，为简化问题，只考虑了制造商具有环境偏好，而实际中零售商也具有环境偏好。第二，本研究是在确定需求下进行的，可在随机需求下做深入研究。最后，可对多种契约模式下供应链的协调进行研究，对比找寻使得供应链绩效最优的契约模式。
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