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需求與回收確定下閉環(huán)供應(yīng)鏈的競爭與鏈內(nèi)協(xié)調(diào)研究

2014-04-03 06:17楊金梅
中國管理科學(xué) 2014年2期
關(guān)鍵詞:分散式集中式閉環(huán)

徐 兵,楊金梅

(南昌大學(xué)管理科學(xué)與工程系,江西 南昌 330031)

1 引言

隨著循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展理念和環(huán)保觀念不斷深入人心,制造企業(yè)越來越重視廢棄產(chǎn)品的回收再制造?;厥赵僦圃觳粌H可促進(jìn)環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展,也能提升企業(yè)競爭力和形象。針對單生產(chǎn)商和單零售商組成的逆向供應(yīng)鏈,Savaska等[1]建立了制造商自己回收、制造商委托零售商回收和制造商委托第三方回收三種回收模式下的Stackelberg博弈模型。Liu Cheng等[2]進(jìn)而在信息不對稱和隨機(jī)需求下對三種回收模式進(jìn)行 了研究。王玉燕等[3]運(yùn)用博弈理論分析了基于第三方回收模式下閉環(huán)供應(yīng)鏈的定價(jià)問題。王文賓等[4]基于市場細(xì)分建立了零售商回收與第三方回收廢舊產(chǎn)品情形的閉環(huán)供應(yīng)鏈決策模型。張克勇和周國華[5]分別研究單制造商與兩零售商組成的閉環(huán)供應(yīng)鏈在分散決策和集中決策下的定價(jià)問題,以及不確定需求下單制造商和單銷售商組成的具有產(chǎn)品再造的閉環(huán)供應(yīng)鏈定價(jià)模型[6]。易余胤[7]建立了雙寡頭制造商共用一個(gè)零售商銷售產(chǎn)品和回收廢舊品的閉環(huán)供應(yīng)鏈模型,研究了分散式?jīng)Q策、集中式?jīng)Q策和協(xié)調(diào)決策下的產(chǎn)品定價(jià)問題。Wang Pingping等[8]研究了隨機(jī)需求下由一個(gè)制造商和兩個(gè)零售商組成的閉環(huán)供應(yīng)鏈在三種不同回收模式下的再制造率對閉環(huán)供應(yīng)鏈的影響,給出了各參與方的最優(yōu)定價(jià)策略及其利潤。韓小花[9]在競爭制造商獨(dú)有零售商的市場結(jié)構(gòu)下,研究了閉環(huán)供應(yīng)鏈回收渠道的決策問題。

但文獻(xiàn)[1-9]只考慮了單條閉環(huán)供應(yīng)鏈,未涉及到供應(yīng)鏈競爭問題。我們知道,現(xiàn)代企業(yè)之間的競爭越來越體現(xiàn)為企業(yè)所在的供應(yīng)鏈之間的競爭,供應(yīng)鏈鏈間競爭及競爭環(huán)境下的鏈內(nèi)協(xié)調(diào)問題已成為供應(yīng)鏈管理領(lǐng)域的最新研究方向。筆者運(yùn)用產(chǎn)品差異化理論和顧客選擇理論得到兩條供應(yīng)鏈的產(chǎn)品需求分布,利用博弈論方法分析了兩條供應(yīng)鏈之間的競爭,提出了協(xié)調(diào)鏈內(nèi)成員的收益共享等協(xié)調(diào)契約形式[10-11];假定需求是隨機(jī)的、且與價(jià)格相關(guān),利用博弈論方法和契約理論研究了兩條完全分離的供應(yīng)鏈間的定價(jià)與訂貨競爭以及鏈內(nèi)協(xié)調(diào)問題[12];假定產(chǎn)品需求確定性地依賴于貨架展示量和零售價(jià),利用均衡分析方法研究了兩條供應(yīng)鏈在貨架展示量與價(jià)格方面的競爭,建立了相應(yīng)的均衡模型,提出了實(shí)現(xiàn)鏈內(nèi)協(xié)調(diào)的線性補(bǔ)貼契約和利潤共享契約[13]。Boyaci等[14]研究了兩條供應(yīng)鏈在顧客服務(wù)水平(即庫存滿足率)方面的競爭。肖迪等[15]研究了兩條提供不同品牌產(chǎn)品的供應(yīng)鏈間的價(jià)格競爭,分析了品牌差異、控制模式和成本差異對各成員的價(jià)格決策和利潤的影響。肖迪等[16]在市場需求波動(dòng)情況下從核心企業(yè)的角度研究兩條供應(yīng)鏈之間的庫存競爭行為。韓小花等[17]針對兩個(gè)競爭制造商和兩個(gè)競爭零售商組成的雙邊競爭型閉環(huán)供應(yīng)鏈,研究了回收渠道決策問題。

供應(yīng)鏈競爭文獻(xiàn)[10-17]中僅韓小花等[17]涉及到廢舊產(chǎn)品的回收再制造,但未涉及回收市場競爭和供應(yīng)鏈協(xié)調(diào),而閉環(huán)供應(yīng)鏈的協(xié)調(diào)文章未考慮閉環(huán)供應(yīng)鏈之間的競爭[18-19]。本文應(yīng)用博弈論和均衡分析方法研究銷售市場和回收市場都存在競爭時(shí)兩條閉環(huán)供應(yīng)鏈均為分散式供應(yīng)鏈、均為集中式供應(yīng)鏈、一條為分散式供應(yīng)鏈一條為集中式供應(yīng)鏈三種情況下的競爭問題,得到各方?jīng)Q策與利潤、以及正向產(chǎn)品均衡流和逆向回收均衡流,提出實(shí)現(xiàn)鏈內(nèi)協(xié)調(diào)的契約形式,以完善閉環(huán)供應(yīng)鏈理論、并推動(dòng)閉環(huán)供應(yīng)鏈實(shí)踐運(yùn)作。

2 閉環(huán)供應(yīng)鏈競爭均衡分析

設(shè)pi-cRi1≥wi≥cMi,δcMi≥si≥bi+cRi2,即企業(yè)參與生產(chǎn)、再制造、銷售和回收活動(dòng)均有利可圖;產(chǎn)品售價(jià)和廢舊產(chǎn)品回收價(jià)分別決定于商品市場購銷平衡價(jià)格和回收市場的回收供給平衡價(jià)格,所以生產(chǎn)商Mi、零售商Ri和閉環(huán)供應(yīng)鏈i的利潤函數(shù)分別為:

(1)

(2)

(3)

2.1 DD模式下兩條供應(yīng)鏈的競爭均衡分析

假定兩條供應(yīng)鏈均為分散式供應(yīng)鏈(Decentralized SC),各參與主體均以自身利潤最大化為目標(biāo)進(jìn)行決策,此時(shí)競爭決策模型為帶均衡約束的均衡問題(EPEC: Equilibrium problem with equilibrium),即上層是兩個(gè)生產(chǎn)商競爭均衡、下層是兩個(gè)零售商競爭均衡:

(4)

其中w=(w1,w2) ,s=(s1,s2),p=(p1,p2),b=(b1,b2).

條件1:由于兩個(gè)零售商間的競爭,產(chǎn)品i的零售價(jià)不能太高、而回收價(jià)不能太低,需滿足:

引理1當(dāng)條件1成立時(shí),πRi是關(guān)于(pi,bi)的嚴(yán)格聯(lián)合可微凹函數(shù)。

證明:因?yàn)?/p>

πRi關(guān)于(pi,bi)的Hessen矩陣嚴(yán)格負(fù)定,故引理成立。證畢。

(5)

(6)

條件2:由于兩個(gè)生產(chǎn)商間的競爭,產(chǎn)品i的批發(fā)價(jià)不能太高、單位回收補(bǔ)貼不能太低,需滿足:

引理2 當(dāng)條件2成立時(shí),(6)式中πMi是關(guān)于(wi,si)的嚴(yán)格聯(lián)合可微凹函數(shù)。

證明:因?yàn)?/p>

×[(a-1)wi-(a+1)cMi-2cRi1)]×[(g-1)δcMi-

(g+1)si+2cRi2]>0,

πMi關(guān)于(wi,si)的Hessen矩陣嚴(yán)格負(fù)定,故引理成立。證畢。

(7)

可見, 生產(chǎn)商將基于生產(chǎn)成本cMi加一定收益確定批發(fā)價(jià),基于回收收益δcMi確定回收補(bǔ)貼。將(7) 式代入到(5)式,有

(8)

此時(shí),產(chǎn)品i的需求量、回收再制造量和回收再制造率λi分別為:

進(jìn)一步,DD模式下Mi、Ri、閉環(huán)供應(yīng)鏈i、以及兩條閉環(huán)供應(yīng)鏈系統(tǒng)利潤分別為:

2.2 DI模式下兩條供應(yīng)鏈的競爭均衡分析

假定第i條供應(yīng)鏈為集中式供應(yīng)鏈,即存在主導(dǎo)企業(yè)(如生產(chǎn)商)以最大化供應(yīng)鏈利潤為目標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)一決策;而第3-i條供應(yīng)鏈?zhǔn)欠稚⑹焦?yīng)鏈,即零售商和生產(chǎn)商均以最大化自身利潤為目標(biāo)進(jìn)行決策。此時(shí)兩條供應(yīng)鏈競爭決策模型為帶均衡約束的數(shù)學(xué)規(guī)劃(MPEC: Mathematical Programs with Equilibrium Constrains):

(8)

(8)式中下層是R3-i與第i條供應(yīng)鏈的競爭均衡,上層是M3-i最大化自身利潤的優(yōu)化問題。對比(2)式和(3)式可知,將πRi中的wi和si換成cMi和δcMi可得到πi,故有引理3成立。

條件3:由于兩條供應(yīng)鏈間的競爭,產(chǎn)品i的零售價(jià)不能太高、而回收價(jià)不能太低,需滿足:

引理3 當(dāng)條件3成立時(shí),πi是關(guān)于(pi,bi)的嚴(yán)格聯(lián)合可微凹函數(shù)。

由引理1和引理3,求解一階條件:

得到(8)式中下層均衡決策為:

(9)

(10)

與引理2類似,可證明如下引理4成立。

引理4 (10)式中πM3-i是關(guān)于(w3-i,s3-i)的嚴(yán)格聯(lián)合可微凹函數(shù)。

(11)

可見, 生產(chǎn)商M3-i將基于生產(chǎn)成本cM3-i加一定收益確定批發(fā)價(jià),基于回收收益δcM3-i確定回收補(bǔ)貼。將(11) 式代入到(9)式,有

(12)

此時(shí),兩種產(chǎn)品的需求量、回收量、回收再制造率分別為:

進(jìn)一步,DI模式下M3-i、R3-i、閉環(huán)供應(yīng)鏈i和閉環(huán)供應(yīng)鏈3-i的利潤分別為:

想到這里,甲洛洛渾身發(fā)熱,喉結(jié)攪動(dòng)著一股難以下咽的燥氣,他使勁吞咽了一下,喉管火辣辣地燙。他再次坐起,披上衣服,借著黎明前朦朧的微光,拿起茶一飲而盡:我可怎么洗清自己的嫌疑啊,如果報(bào)案,最大的嫌疑在我身上,營業(yè)部里的人會(huì)怎么看我?本瑪會(huì)相信我嗎?孩子們會(huì)誤解我嗎?還有那個(gè)大屁股西西會(huì)不會(huì)永遠(yuǎn)不理我?不報(bào)案,那么多的東西誰會(huì)賠?誰賠得起?憑什么賠?

2.3 II模式下兩條供應(yīng)鏈的競爭均衡分析

假定兩條供應(yīng)鏈均為集中式供應(yīng)鏈(Centralized SC),均采取集中式?jīng)Q策方式,即存在主導(dǎo)企業(yè)(如生產(chǎn)商)以最大化供應(yīng)鏈利潤為目標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)一決策,此時(shí)決策模型為兩條供應(yīng)鏈競爭的Nash均衡問題:

(13)

(14)

可見,兩條集中式供應(yīng)鏈將基于供應(yīng)鏈成本cMi+cRi1進(jìn)行成本加成定價(jià),基于回收收益δcMi-cRi2按固定利潤比確定回收價(jià)。此時(shí),產(chǎn)品i的需求量、回收量和回收再制造率及供應(yīng)鏈i的利潤分別為:

2.4 三種模式下供應(yīng)鏈競爭均衡的對比分析

為分析供應(yīng)鏈的運(yùn)作模式對供應(yīng)鏈競爭的影響,假定兩個(gè)生產(chǎn)商的制造成本相同(cM1=cM2),兩個(gè)零售商的單位銷售成本和單位回收成本相同(cR11=cR21,cR12=cR22),此時(shí)兩條供應(yīng)鏈同質(zhì),經(jīng)推導(dǎo)可得到如下關(guān)系式和結(jié)論1-2:

結(jié)論1 兩條完全同質(zhì)的分散式(集中式)供應(yīng)鏈的最優(yōu)零售價(jià)、回收價(jià)等決策完全一致,回收率、回收量、供應(yīng)鏈利潤等相同,這說明了模型的合理性。

結(jié)論2 當(dāng)兩條完全同質(zhì)的分散式供應(yīng)鏈(DD模式)中某條供應(yīng)鏈轉(zhuǎn)而采取集中式?jīng)Q策式(DI模式),其將提高回收價(jià)、降低零售價(jià),從而提高產(chǎn)品需求量和回收量,導(dǎo)致另一條分散式供應(yīng)鏈的產(chǎn)品需求、回收量和回收率下降;進(jìn)一步,當(dāng)余下的分散式供應(yīng)鏈也轉(zhuǎn)而采取集中式?jīng)Q策(II模式),其將提高自身回收價(jià)、降低零售價(jià),從而提高產(chǎn)品需求量和回收量,并導(dǎo)致另一條供應(yīng)鏈的產(chǎn)品需求和回收量下降。所以,集中式控制是供應(yīng)鏈競爭下的占優(yōu)策略。

3 鏈內(nèi)協(xié)調(diào)策略設(shè)計(jì)

DI模式下兩條供應(yīng)鏈對比表明,集中式供應(yīng)鏈的需求量、回收量和回收率較高,但實(shí)踐中的供應(yīng)鏈大多是分散式供應(yīng)鏈。通過契約來調(diào)節(jié)鏈內(nèi)成員的利潤目標(biāo),引導(dǎo)其決策與集中式?jīng)Q策一致,可使分散式供應(yīng)鏈達(dá)到集中式供應(yīng)鏈的效果。

命題1 兩條閉環(huán)供應(yīng)鏈競爭下,Mi提供批發(fā)價(jià)和回收補(bǔ)貼契約,當(dāng)契約參數(shù)滿足如下條件:

wi=(1-φi)(pi-cR1)+φicMi

si=φiδcMi+(1-φi)(bi+cRi2)

可使Ri選擇集中式?jīng)Q策,即供應(yīng)鏈i達(dá)到集中式供應(yīng)鏈效果,且Mi可通過φi來實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈利潤分配。

證明:依上述批發(fā)價(jià)和回收補(bǔ)貼契約,零售商Ri的利潤函數(shù)為:

此時(shí)Ri的利潤與供應(yīng)鏈i的總利潤成比例,其分散式?jīng)Q策等于供應(yīng)鏈集中式?jīng)Q策。同時(shí),Mi可通過φi來實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈利潤分配,但需滿足激勵(lì)相容條件,即協(xié)調(diào)情況下零售商和制造商的利潤要大于分散式情況:

4 數(shù)值算例與靈敏度分析

以家電供應(yīng)鏈為例,通過數(shù)據(jù)收集與統(tǒng)計(jì)、成本分析得到:d0=5000,a=3.5,f=3,cM1=2000,cM2=1800,δ=0.3,q0=5,g=2,h=1.8,cR11=cR12=40,cR21=cR22=30.分別計(jì)算均衡決策(7)式與(8)式、(12)式和(14)式,得到DD、DI和II三種模式下兩條閉環(huán)供應(yīng)鏈的各方?jīng)Q策與利潤(表1)。

表1 兩條閉環(huán)供應(yīng)鏈的三種競爭均衡情況

4.1 結(jié)果分析

由表1可知,從DD模式向DI模式轉(zhuǎn)變過程中,原分散式供應(yīng)鏈2轉(zhuǎn)而采取集中式控制,其將提高回收價(jià)(227→340)、降低零售價(jià)(3586.8 →2562),從而提高了產(chǎn)品需求量(115.65→ 375.49)和回收量(12.5→28.13)、以及供應(yīng)鏈整體收益(206719→279642),并導(dǎo)致供應(yīng)鏈1的產(chǎn)品需求量下降(57.08→20.08)和利潤受損(117335→ 43413);從DI模式向II模式轉(zhuǎn)變過程中,原分散式供應(yīng)鏈1也轉(zhuǎn)而采取集中式控制,其將提高回收價(jià)(249→373)、降低零售價(jià)格(3998.4→2856),從而提高產(chǎn)品需求量(20.08→67.54)和回收量(8.60→19.34)、以及供應(yīng)鏈整體收益(43413 →58722),并導(dǎo)致供應(yīng)鏈2的產(chǎn)品需求量下降(375.4→136.84)和利潤受損(279642→102472)。所以集中式控制是供應(yīng)鏈博弈的占優(yōu)策略。

對比DD模式和II模式可知,當(dāng)兩條供應(yīng)鏈均采取集中式?jīng)Q策時(shí),由于供應(yīng)鏈效率的提高,集中式供應(yīng)鏈之間的競爭比分散式供應(yīng)鏈之間的競爭更激烈,導(dǎo)致兩條供應(yīng)鏈利潤都下降(117335→58722, 206719→102472)。這說明,集中式運(yùn)作雖是供應(yīng)鏈競爭下的占優(yōu)策略,但兩條集中式供應(yīng)鏈的利潤反而比分散式供應(yīng)鏈差,即存在囚徒困境。但由DD模式到II模式,降低了兩種產(chǎn)品的零售價(jià)格(3998.4 →2856;3586.8→2562),提高了廢舊產(chǎn)品回收價(jià)(249→373;227→340),提高了二者的需求量(57.08→67.54;115.65→136.84)和回收量(17.84→19.34;12.50→13.56),即供應(yīng)鏈鏈間競爭將促使供應(yīng)鏈管理者提升供應(yīng)鏈競爭力和運(yùn)作效率,進(jìn)而增加消費(fèi)者的福利。

4.2 協(xié)調(diào)契約的有效性

取定命題1中的契約參數(shù)φ2=0.5,將

w2=(1-φ2)(p2-cR21)+φ2cM2

s2=φ2δcM2+(1-φ2)(b2+cR22)

代入DD模式下的均衡模型中,經(jīng)計(jì)算得到表1中DI模式下相同的結(jié)果,并有:

實(shí)現(xiàn)了供應(yīng)鏈2的鏈內(nèi)協(xié)調(diào)、及M2和R2的共贏;

取定命題1中的契約參數(shù)φ1=0.5,將

w1=(1-φ1)(p1-cR11)+φ1cM1,s1=φ1δcM1+(1-φ1)(b1+cR12),

代入DI模式下的均衡決策模型中,經(jīng)計(jì)算得到表1中II模式下相同的結(jié)果,并有:

實(shí)現(xiàn)了供應(yīng)鏈1的鏈內(nèi)協(xié)調(diào)、及M1和R1的共贏。

所以,命題1中所給批發(fā)價(jià)和回收補(bǔ)貼契約能在供應(yīng)鏈競爭情況下有效協(xié)調(diào)供應(yīng)鏈。

4.3 靈敏度分析

分別對產(chǎn)品的價(jià)格敏感性、競爭產(chǎn)品的價(jià)格替代效應(yīng)、回收價(jià)格敏感性和競爭廢舊產(chǎn)品的替代效應(yīng)進(jìn)行靈敏度分析和導(dǎo)函數(shù)分析可知:(1) 產(chǎn)品的批發(fā)價(jià)、零售價(jià)、需求量和供應(yīng)鏈的利潤隨著自身產(chǎn)品價(jià)格敏感系數(shù)a的增加而減少;(2) 產(chǎn)品需求量和供應(yīng)鏈利潤隨競爭產(chǎn)品的替代效應(yīng)f的增加而提高,但廢舊產(chǎn)品的回收率將降低;(3) 廢舊產(chǎn)品回收價(jià)、回收補(bǔ)貼、供應(yīng)鏈的利潤隨消費(fèi)者對回收價(jià)格敏感性系數(shù)g的增加而提高;(4) 廢舊產(chǎn)品回收量和回收率隨競爭產(chǎn)品回收價(jià)格替代效應(yīng)系數(shù)h的增加而減少。

因此,供應(yīng)鏈管理者應(yīng)采取如下管理對策:

(1) 通過供應(yīng)鏈合同來協(xié)調(diào)鏈內(nèi)成員的行為,提高供應(yīng)鏈運(yùn)作效率,實(shí)現(xiàn)鏈內(nèi)各成員的共贏,并增進(jìn)社會(huì)福利;

(2) 制定合理的產(chǎn)品定價(jià),從而保證產(chǎn)品需求和市場占有率、及各參與方的合理利潤;

(3) 產(chǎn)品替代效應(yīng)是把雙刃劍,通過引入替代產(chǎn)品,并將替代效應(yīng)控制在一定水平,以增加產(chǎn)品需求量,提高供應(yīng)鏈利潤,同時(shí)保持一定的廢舊產(chǎn)品回收率;

(4)針對消費(fèi)者對回收價(jià)格的敏感性程度(即價(jià)格彈性),通過合適的價(jià)格策略來提高廢舊產(chǎn)品的回收量和回收率,達(dá)到獲取經(jīng)濟(jì)收益、保護(hù)環(huán)境的雙重目的;

(5) 將競爭方的廢舊產(chǎn)品價(jià)格替代效應(yīng)控制在一定水平,以增加廢舊產(chǎn)品的回收量和回收率,并保證供應(yīng)鏈的利潤。

5 結(jié)語

本文運(yùn)用博弈論和均衡分析方法研究了兩條閉環(huán)供應(yīng)鏈之間的競爭,建立了兩條供應(yīng)鏈均為分散式供應(yīng)鏈(DD模式)、均為集中式供應(yīng)鏈(II模式)、一條為分散式供應(yīng)鏈一條為集中式供應(yīng)鏈(DI模式)下的均衡模型;對三種模型結(jié)果進(jìn)行了對比分析,表明DD模式(DI模式)下若分散式供應(yīng)鏈轉(zhuǎn)而采取集中式?jīng)Q策,即轉(zhuǎn)變?yōu)镈I模式(II模式),該供應(yīng)鏈將提高回收價(jià)格、降低零售價(jià)格,從而提高產(chǎn)品需求量和回收量,并使對方供應(yīng)鏈?zhǔn)軗p;提出了閉環(huán)供應(yīng)鏈競爭下實(shí)現(xiàn)鏈內(nèi)協(xié)調(diào)的批發(fā)價(jià)加回收補(bǔ)貼契約。最后的數(shù)值算例表明了本文模型的合理性和協(xié)調(diào)合同的有效性,靈敏度分析表明:某條供應(yīng)鏈的產(chǎn)品需求量和利潤會(huì)隨自身價(jià)格敏感性系數(shù)a(競爭方產(chǎn)品價(jià)格替代效應(yīng)系數(shù)f)的增大而減少(提高)、其廢舊產(chǎn)品的回收量和回收率會(huì)隨隨自身回收價(jià)格敏感性系數(shù)g(競爭方回收品價(jià)格替代效應(yīng)系數(shù)h)的增大而提高(減少)。本文假定生產(chǎn)商委托零售商負(fù)責(zé)回收產(chǎn)品,在產(chǎn)品需求和廢舊產(chǎn)品供給均為確定性情況下研究了兩條完全分離的閉環(huán)供應(yīng)鏈的競爭與鏈內(nèi)協(xié)調(diào)問題,未來可結(jié)合產(chǎn)品需求和廢舊產(chǎn)品供給為隨機(jī)情況、第三方負(fù)責(zé)廢舊產(chǎn)品回收、不同的渠道結(jié)構(gòu)[19]、以及供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)相互重疊等復(fù)雜情況展開進(jìn)一步研究。

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