考虑产品绿色度的双渠道供应链协调研究

余娜娜, 王道平, 赵 超

(北京科技大学 经济管理学院,北京 100083)

0 引言

随着社会经济的飞速发展，资源浪费和环境污染等问题日益严重，公众的环保意识不断上升，绿色消费理念逐步树立，更多的消费者倾向于购买绿色度较高的产品。绿色生产能力已经成为影响企业竞争力的重要因素，产品绿色度的提高不仅有利于刺激消费者的需求，还可以减少资源浪费和环境污染，从而树立良好的企业形象，提高企业竞争力。另一方面，由于移动互联网普及率的迅速提升，电商和物流配送等企业迅速发展，同时由于线上购物具有种类多、价格低和耗时少等优势，已经成为一种被诸多消费者认可的购物模式。为了获得更大的市场份额和提高收益水平，很多大型制造商，如戴尔、小米和华为等，不仅为传统的零售渠道供应产品，也开通了自己的直销渠道，这种传统渠道和直销渠道共存的双渠道供应链将成为一种长期存在的市场格局。

在上述研究背景下，双渠道供应链成员间应如何进行合作，减少渠道冲突，向社会提供更多更好的绿色产品，成为供应链成员面临的现实问题。因此本文以生产和销售绿色产品的双渠道供应链为研究对象，在消费者需求受价格和产品绿色度影响的背景下，考虑制造商通过提高产品绿色度来扩大需求的情况以及双渠道需求之间的搭便车效应，研究双渠道供应链中制造商和零售商的博弈行为以及协调契约的设计。

1 文献综述

近年来，国内外学者对考虑产品绿色度的绿色供应链进行了深入的研究，研究内容主要集中在供应链最优决策和契约协调两方面。关于绿色供应链的最优决策问题，桑圣举等在不确定环境下对此进行了研究，并且对供应链成员之间的博弈模式进行了对比分析[1]；尚春燕等探讨了消费者偏好水平和政府补贴水平对绿色供应链最优决策的影响[2]；石平等分析了公平关切行为对绿色供应链最优决策的影响情况[3]；Liu等在大数据环境下研究了精准广告投放对绿色供应链成员决策的影响[4]；Zhu等分析了供应链成员间的竞争类型、绿色产品类型和供应链结构对最优产品绿色度的影响[5]。针对绿色供应链协调问题，Hong等设计了成本共担契约[6]，Song等[7]和江世英等[8]分别设计了收益共享契约，这些契约对绿色供应链的协调研究奠定了基础。

上述文献分别从不同角度对考虑产品绿色度的供应链最优决策和协调问题进行了深入的研究，但均假设供应链只有单一渠道。然而，在电子商务蓬勃发展的当下，诸多制造商选择开拓直销渠道来扩大企业规模和利润，使得双渠道供应链的研究变得至关重要。张伸等研究了电商平台利润分成现象对双渠道供应链最优定价的影响，并且给出了电商平台的最优决策[9]。徐飞等在消费者具有不同的交货期需求的前提下，设计了一个两部定价协调机制实现了双渠道成员之间的合作共赢[10]。Xu等针对碳排放管制下的双渠道供应链协调问题，设计了一个价格折扣契约，并给出了该契约可以协调供应链的条件[11]。Zhou等在低碳环境下，研究了合作广告契约以及合作广告和减排成本分担契约的协调效率[12]。梁喜等在考虑消费者偏好的基础上，研究了低碳双渠道供应链的最优定价与减排决策，并且设计了一个利润分享机制来协调供应链成员间的利润[13]。龚本刚等在制造商存在生产能力约束的情况下，分析了双渠道供应链成员的最优决策，并且对收益共享契约进行了改进从而实现了供应链的协调[14]。Pu等分析了搭便车现象对双渠道供应链销售努力的影响，并提出了一种成本分担契约实现协调[15]。Xu等同时考虑了碳限额和消费者对双渠道供应链的两种渠道偏好存在差异的情况，设计了一个改进的收益共享契约来协调供应链[16]。王先甲等在制造商存在生产规模不经济的情况下，研究了双渠道供应链的协调契约选择问题[17]。王文隆等在考虑低碳努力的情况下对双渠道供应链协调问题进行了研究，并且提出了一个收益共享契约[18]。浦徐进等研究了促销努力和搭便车现象同时存在的双渠道供应链协调问题，并且设计了一个成本共担契约[19]。

由以上文献可以看出，考虑产品绿色度的供应链协调问题以及双渠道供应链的协调问题是近年来的研究热点，且已取得了一些研究成果，但已有文献对考虑产品绿色度的供应链协调问题进行研究时大多假设供应链只有单一渠道，对双渠道供应链协调问题进行研究时大多未考虑产品绿色度对需求的影响。鲜有文献对考虑产品绿色度的双渠道供应链协调问题进行研究。因此本文以双渠道供应链为研究对象，在消费者需求受价格和产品绿色度影响的背景下，考虑制造商通过提高产品绿色度来扩大需求的情况，并且考虑双渠道需求之间的搭便车效应，对双渠道供应链协调问题进行研究。本文的贡献之处主要体现在两个方面：一方面，在消费者需求受产品绿色度影响，并且双渠道需求之间存在搭便车效应的情况下，构建集中式和分散式Stackelberg博弈模型，并设计了联合契约对供应链进行了协调，不仅可以使供应链整体利润达到集中决策水平，并且还可以提高产品绿色度，提高企业竞争力，改善环境，节约能源。另一方面，研究了消费者搭便车效应对供应链成员企业决策行为的影响，并且本文设计的联合契约能有效地降低消费者搭便车效应给供应链带来的负面影响。

2 模型构建与求解

2.1 问题描述与符号说明

本文所研究的双渠道供应链包含一个制造商和一个零售商，制造商生产一种可以同时在直销渠道和传统渠道进行销售的绿色产品。制造商为了刺激需求而提高产品绿色度，假设每条渠道的需求受到价格和产品绿色度的影响，借鉴文献[8.19]中需求函数的定义，将本文直销渠道的需求Dd和传统渠道的需求Dr分别表示为:

Dd=sa-pd+θpr+(1-v)kg

(1)

Dr=(1-s)a-pr+θpd+vkg

(2)

其中，a为供应链总需求；s(00)为产品绿色度；k(0

模型中用到的其他符号为：c为产品的单位生产成本；w为批发价格；z为研发成本系数，满足z>0；f(g)为绿色研发成本，令f(g)=zg2/2；满足f′(g)>0,f″(g)>0；D为供应链总需求；Π为供应链总利润；Πr为零售商利润；Πm为制造商利润。

2.2 考虑产品绿色度的双渠道供应链决策模型

1)集中决策情形

用下标c表示该决策情形，该情形下供应链总利润如下：

Πc=(pd-c)Dd+(pr-c)Dr-f(g)

(3)

该情形下的最优决策为:

(4)

(5)

(6)

其中A=(2v(1-θ-v+vθ)-1)k2+2z(1-θ2)。

2)分散决策情形

分散决策(用下标d表示)下制造商和零售商的利润函数分别为:

Πmd=(w-c)Dr+(pd-c)Dd-f(g)

(7)

Πrd=(pr-w)Dr

(8)

假设制造商和零售商之间服从Stackelberg博弈，在博弈的第一阶段，制造商先确定批发价格、直销渠道价格和产品绿色度，零售商在第二阶段确定最优传统渠道价格，采用逆向递推方式求得该情形下的最优决策为:

(9)

(10)

(11)

(12)

其中，B=4z(1-θ2)+(4v2θ-4vθ-4v2+4v-2)k2。

命题1分散决策下的最优产品绿色度较集中决策下低。

证明由式(4)和式(9)可得

命题1表明：在集中决策情形下，制造商与零售商是一个整体，两者互相合作，共同承担绿色研发成本，此时产品绿色度较高，而分散决策下由制造商独自承担研发成本，产品绿色度较集中决策时低，因此如何通过设计合理的契约对双渠道供应链进行协调十分重要。

3)基于联合契约的供应链协调

本文提出一个收益共享和成本共担的联合契约，契约参数为(w，l1，l2)。制造商以较低的批发价格w供货给零售商，并且批发价格有低于生产成本的可能，在销售期结束后零售商需将l1比例的销售收入分享给制造商以弥补较低的批发价格w带来的损失，同时零售商承担l2比例的绿色研发成本。用下标f表示存在契约的情形，此时，制造商和零售商的利润如下:

Πmf=(w-c)Dr+(pd-c)Dd+l1prDr-(1-l2)f(g)

(13)

Πrf=(1-l1)prDr-wDr-l2f(g)

(14)

该情形下的最优决策为:

(15)

(16)

(17)

H=2z(4-2θ2-l1θ2)(1-l2)

M=((1-s+l1-sl1)θ+1)

N=(vθ+2-2v+θl1v)k

(18)

与分散决策相比，联合契约的引入能够有效提高供应链总利润，使供应链总利润达到集中决策下的水平，但制造商和零售商有可能会出现利润下降的情况，为了使得制造商和零售商都愿意接受联合契约，引入转移支付参数T，此时制造商和零售商的利润为:

ΠmT=Πmf-T

(19)

ΠrT=Πrf+T

(20)

当Πmf-Πmd>0且Πrf-Πrd<0时，T为正值，即制造商需要转移部分利润给零售商，当Πmf-Πmd<0且Πrf-Πrd>0时，T为负值，即零售商需要转移部分利润给制造商，T的取值大小取决于制造商和零售商的谈判能力，转移支付的存在不会改变供应链总利润，但可以使制造商和零售商均愿意接受该联合契约。

命题2在三种决策情形下，直销渠道价格和传统渠道价格都会随着产品绿色度的提高而上升，并且直销渠道价格的上升幅度会随着搭便车消费者比例的增大而降低，而传统渠道价格的上升幅度会随着搭便车消费者比例的增大而加快。

证明由式(5)、(10)、(16)、(6)、(12)和(17)可得

根据命题2可知：若制造商想提高产品绿色度，则必须付出相应的研发成本，因此制造商会通过提高直销渠道价格的方式来弥补成本的增加，为了提升自身利润，零售商也会提高传统渠道价格。搭便车消费者比例越大说明制造商通过提高产品绿色度吸引到的消费者选择在传统渠道购买的比例越大，此时，制造商会通过降低直销渠道价格上升幅度的方式来吸引更多的消费者；与制造商不同，零售商为了获得更大的利润，反而会加快传统渠道价格的上升幅度。

命题3与分散决策相比，引入联合契约后，随着产品绿色度的提高，直销渠道价格和传统渠道价格的上升幅度均降低。

证明对命题2中的Δ2、Δ3、Δ5和Δ6进行进一步分析可得:

命题3表明：虽然直销渠道价格和传统渠道价格都会随着产品绿色度的提高而上升，但与分散决策相比，联合契约的引入能有效降低直销渠道价格和传统渠道价格的上升幅度，由于供应链面临的总需求与价格负相关，因此联合契约的引入能有效提高供应链总需求，也即联合契约的引入能有效缓解分散决策下供应链面临的双重边际效应。

命题4与分散决策相比，联合契约的引入能使得制造商和零售商的利润均得到提高，并且使供应链的总利润达到集中决策的水平，联合契约能有效地协调供应链。

命题4表明：联合契约的引入可使得产品绿色度和供应链成员利润均得到提高，并使得供应链总利润达到集中决策的水平。因此，本文提出的基于联合契约的供应链协调策略具有理论价值和现实意义。

3 算例分析

利用Matlab软件对上述模型进行算例分析，探讨联合契约对双渠道供应链成员的最优决策、需求和利润的影响。模型中参数赋值为：a=400，s=0.3，c=30，θ=0.6，k=0.3，z=4，v∈[0,1]。

1)契约参数分析

假设v=0.8，根据已经建立的模型，计算最优契约参数以及供应链成员在三种情形下的最优决策和利润。结果如表1所示。

表1 三种情形下的最优决策

由表1可看出：与集中决策相比，分散决策降低了产品绿色度，提高了直销渠道价格和传统渠道价格，进而降低了供应链总需求和总利润。引入联合契约后，制造商会以较低的批发价格53.41将产品批发给零售商，而零售商会将68%的收益分享给制造商，同时承担34%的绿色研发成本。联合契约的引入使得供应链总利润达到集中决策水平，并使得制造商利润提高11.1%，零售商利润提高13.0%，产品绿色度提高28.4%，供应链总需求提高17.7%，因此，联合契约能协调供应链。

2)引入契约前后供应链成员的定价决策分析

图1和图2分别为引入契约前后两种渠道价格随搭便车消费者比例的变化趋势。由图1可知，无论是否引入联合契约，最优直销渠道价格均随着搭便车消费者比例的增大而减小，联合契约的引入能有效降低直销渠道价格。由图2可知，无论是否引入联合契约，最优传统渠道价格均随着搭便车消费者比例的增大而增大，联合契约的引入能有效降低传统渠道价格。比较图1图2可知，无论是否引入联合契约，直销渠道价格均明显低于传统渠道价格，该结论与实际现象相符合。

图1 直销渠道价格变化趋势

3)引入契约前后产品绿色度分析

图3为引入契约前后产品绿色度随搭便车消费者比例的变化趋势。由图3可知，引入契约前，产品绿色度随着搭便车消费者比例的增大而减小，这是由于分散决策下，制造商需要承担全部的绿色研发成本，搭便车消费者比例越大说明制造商通过提高产品绿色度吸引到的消费者选择在传统渠道购买的比例越大，因此，制造商会降低产品绿色度；引入契约后，产品绿色度随着搭便车消费者比例的增大而增大，这是由于制造商提高产品绿色度可以吸引更多的消费者在传统渠道购买，而传统渠道价格往往高于直销渠道价格，也即传统渠道的收益往往高于直销渠道的收益，并且制造商可以分享传统渠道的收益，因此，为了自身利润最大化，制造商会提高产品绿色度，这也说明了联合契约的引入能有效地降低消费者搭便车效应给供应链带来的负面影响。

图3 产品绿色度变化趋势

4)引入契约前后供应链面临的总需求和总利润分析

图4和图5分别为引入契约前后供应链总需求和总利润随搭便车消费者比例的变化趋势。由图4和图5可知，引入契约前，供应链总需求和总利润随着搭便车消费者比例的增大而减小，这是由于引入契约前，产品绿色度随着搭便车消费者比例的增大而减小(图3)，而供应链总需求与产品绿色度正相关，即供应链面临的总需求也随之降低，进而供应链总利润也随之降低；引入契约后，供应链总需求和总利润随着搭便车消费者比例的增大而增大，这是由于引入契约后，产品绿色度随着搭便车消费者比例的增大而增大(图3)，产品绿色度的增大会提高供应链面临的总需求和总利润。另外，联合契约的引入能有效地提高供应链总需求和总利润，这是由于联合契约的引入能有效降低直销渠道价格和传统渠道价格，并且能提高产品绿色度，而供应链总需求与价格负相关，与产品绿色度正相关，因此，联合契约的引入能有效地提高供应链面临的总需求和总利润。

图4 供应链总需求变化趋势

图5 供应链总利润变化趋势

4 结语

本文针对由制造商和零售商组成的双渠道供应链，在消费者需求受价格和产品绿色度影响的背景下，考虑制造商通过提高产品绿色度来扩大需求的情况以及双渠道需求之间的搭便车效应，构建了集中式、分散式以及引入联合契约后这三种情形下的博弈模型，对三种情形下的供应链成员的最优决策进行比较，并结合算例分析，得到如下结论：

(1)在三种决策情形下，直销渠道价格和传统渠道价格都会随着产品绿色度的提高而上升，其中直销渠道价格的上升幅度随着搭便车消费者比例的增大而降低，传统渠道价格的上升幅度随着搭便车消费者比例的增大而加快。

(2)在三种决策情形下，直销渠道价格均随着搭便车消费者比例的增大而减小，传统渠道价格均随着搭便车消费者比例的增大而增大。

(3)联合契约的引入可以有效地降低直销渠道价格和传统渠道价格，提高产品绿色度，提高供应链总需求，提高制造商和零售商的利润，并使供应链总利润达到集中决策下的水平，因此联合契约可以实现供应链的协调。另外，产品绿色度的提高还可以树立良好的企业形象，提高企业竞争力，并且可以改善环境，节约能源，使消费者可以购买到价格低廉和环保性能好的产品。

本文考虑的是信息完全情况下的双渠道供应链协调问题，进一步将研究信息不完全情况下应如何协调双渠道供应链。