碳限额及交易下制造商低碳宣传的双渠道供应链决策与协调

覃艳华， 曹细玉

(电子科技大学中山学院， 广东 中山 528402)

互联网技术的快速发展以及电子商务的广泛应用，对消费者的消费行为和习惯产生了巨大的影响，不少消费者由传统的线下购物转向网络购物，使得越来越多的制造商在传统销售渠道的基础上开设网络直销渠道，形成了线上和线下渠道融合发展的双渠道供应链模式.双渠道供应链成员间既存在合作，也存在渠道竞争以及供应链自身的“双重边际效应”，如何进行渠道定价、缓解渠道冲突、发挥不同渠道的优势以及实现双渠道供应链协调是双渠道供应链成员需要面对的一个重要内容，也成为近年来的研究热点[1-4].随着碳排放引起的全球气候变暖日趋严重，给人类社会带来灾难性的影响和极大的挑战，为此，世界各国和地区纷纷制定减少和控制碳排放的相关政策和措施，促进经济向低碳经济发展，这将促使传统供应链管理向低碳供应链管理转变，并对供应链运作产生极大的影响[5-6].碳限额及交易机制作为减少和控制碳排放最为有效的机制，目前已经在包括中国在内的世界上不少国家和地区实施，不少学者针也对碳限额及交易下的供应链管理进行了广泛的研究.赵道致和吕金鑫对碳限额及交易下的供应链整体优化策略进行了研究[7]；曾伟等对碳限额及交易下的供应链运作优化问题进行了研究[8]；覃艳华等对碳限额及交易下的供应链运作策略及协调进行了研究[9]；Xia等对碳限额及交易下的供应链定价决策和碳减排决策进行了研究[10].

随着电子商务的快速发展，双渠道供应链作为减少碳排放的一种有效途径，促使传统供应链在低碳经济环境下逐步向双渠道供应链转变.Ji等通过对制造商是否开通直销渠道的研究，认为在消费者低碳偏好一定的情况下制造商实施线上、线下双渠道销售对其更为有利，而且联合碳减排对制造商和零售商都有益[11]；杨磊等在碳限额及交易下对供应链的渠道选择和碳减排策略进行了研究[12]；Qi等对碳限额及交易下的双渠道供应链协调问题进行了研究[13].在低碳经济环境下，我国在2013开始确定将每年的6月17日定为“全国低碳日”，并要求政府相关部门及直属单位结合部门工作大力宣传及推广绿色节能环保的工程、技术及产品.在政府碳减排管制政策下，供应链企业加大碳减排技术投入以减少生产运作过程中的碳排放是关键，但在消费者低碳环保意识不断增强的情况下，要使低碳产品获得更多的市场需求，让消费者知晓并购买低碳产品，就需要让消费者更多地了解低碳产品及企业的碳减排情况，因而供应链企业加大低碳宣传就显得非常重要.目前，企业对低碳产品的宣传力度还不够，低碳宣传的研究也才刚刚开始.Zhou等在考虑公平关切下对低碳供应链的碳减排成本分摊及联合低碳宣传策略进行了研究[14]；徐春秋等通过构建供应链上下游联合减排及低碳宣传的模型，得到了相应的碳减排合作及低碳宣传的策略[15]；周熙登研究了考虑品牌差异的双渠道供应链碳减排与低碳宣传策略[16]；向小东和李翀研究了三级低碳供应链联合减排及宣传促销微分博弈问题[17]；王婷婷和王道平在政府补贴下研究了供应链合作减排与低碳宣传的动态协调策略问题[18].现有的研究虽然在双渠道供应链中考虑了低碳宣传和碳减排问题，但并没有把双渠道供应链放在碳限额及交易机制下来研究低碳宣传与碳减排问题，而且现有的文献中低碳宣传都是考虑零售商的线下低碳宣传，并没有针对双渠道供应链中制造商的低碳宣传进行研究.为此，本文在碳限额及交易下考虑制造商低碳宣传及消费者低碳偏好，研究双渠道供应链的碳减排决策及低碳宣传策略问题，主要拟解决以下问题： 1)零售商不参与制造商低碳宣传计划、参与制造商低碳宣传合作计划的情形下零售商和制造商的最优决策；2)双渠道供应链如何实现协调；3)碳交易价格、低碳宣传对线上线下需求的影响系数、碳减排成本系数、消费者低碳偏好、宣传零售商品牌元素对线上线下需求的影响系数等参数变化对最优决策及双渠道供应链利润的影响.

1 问题描述与相关假设

考虑由单个制造商和单个零售商组成的双渠道供应链，制造商生产的产品一方面通过传统渠道由零售商销售，另一方面制造商也开通过网络直销渠道销售产品.假设消费者具有低碳偏好，即消费者愿意购买低碳产品并愿意为其支付更高的价格，为了扩大销售，制造商对其生产的低碳产品进行低碳宣传.在碳限额及交易机制下，碳排放主要出现在制造商的生产过程，零售商的碳排放由于数量较少在本文中不加考虑.政府给予制造商一定的免费碳排放限额，超出或节省的碳排放量可以通过碳交易市场进行交易.本文相关的符号及含义如表1所示.

表1 相关符号及含义

2 模型建立与分析

为了分析在碳限额及交易下制造商进行低碳宣传时零售商不参与和参与制造商低碳宣传合作计划对制造商低碳宣传以及碳减排率的影响，并与集中式双渠道供应链决策的比较，为此就不同情形建立决策模型，求解相应的最优决策，进而为企业决策和政府政策制定提供依据.

2.1 零售商不参与制造商低碳宣传合作计划的决策模型

当零售商不参与制造商的低碳宣传合作计划时，即零售商不分摊制造商低碳宣传成本，制造商在低碳宣传中不会体现零售商销售门店的品牌元素.假设此时网络直销渠道和传统零售渠道的市场需求量分别为Qd=αD0+βτ+γ1A，Qr=(1-α)D0+βτ+γ2A，进而可得零售商和制造商的利润函数分别为

(1)

Md(αD0+βτ+γ1A)-

pe{[D0+2βτ+(γ1+γ2)A](1-τ)e-E0}-

(2)

对式(2)求关于A、τ的一阶偏导数并令其等于0 ，则有

A=0 ，

(3)

epe[D0-2β+(γ1+γ2)A]-(η-4βepe)τ=0.

(4)

由式(3)和式(4)可得制造商的最优碳减排率和低碳宣传水平分别为

2.2 零售商参与制造商低碳宣传合作计划的决策模型

当零售商参与制造商低碳宣传合作计划时，零售商分摊制造商的低碳宣传成本，制造商在低碳宣传中体现零售商销售门店的品牌元素.假设制造商和零售商分别以各自利润最大化为目标进行Stackelberg博弈决策，制造商先确定其碳排放率τ和低碳宣传水平A，零售商根据制造商的碳排放率τ和低碳宣传水平A确定给予制造商低碳宣传成本的分摊比例φ(0<φ<1)，根据前面的假设并参考文献[14]和文献[17]，此时网络渠道和传统零售渠道的需求量分别为Qd=αD0+βτ+(γ1-μ)A，Qr=(1-α)D0+βτ+(γ2+μ)A，此时零售商和制造商的利润函数分别为

(5)

Md[αD0+βτ+(γ1-μ)A]-

pe{[(D0+2βτ+(γ1+γ2)A](1-τ)e-E0}-

(6)

对式(6)求关于A、τ的一阶偏导数并令其等于0，则有

(γ1+γ2)(1-τ)epe-(1-φ)A=0，

(7)

epe[D0-2β+(γ1+γ2)A]-(η-4βepe)τ=0.

(8)

由式(7)和式(8)可得制造商的碳减排率和低碳宣传水平分别为

(9)

(10)

将式(9)、式(10)代入式(5)，由于此时零售商的利润函数中只有零售商对制造商低碳宣传成本的分摊比例φ为零售商的决策变量，因此，对式(5)求关于低碳宣传成本分摊比例φ的一阶偏导数并令其等于0，则有

[N-φ(η-4βepe)]{βRr(η-4βepe)·

[Q+epe(γ1+γ2)S]-βRrNQ}+

[N-φ(η-4βepe)]Rr(γ2+μ)(η-4βepe)·

[(η-4βepe)S+epe(γ1+γ2)Q]-

φ(η-4βepe)[(η-4βepe)S+epe(γ1+γ2)Q]2-

[N-φ(η-4βepe)][(η-4βepe)S+

epe(γ1+γ2)Q]2=0，

(11)

由式(11)可得零售商的低碳宣传成本分摊比例为

进而可得制造商的最优碳减排率和最优低碳宣传成本分别为

2.3 集中式决策模型

在集中式决策下，低碳宣传既会考虑网络直销渠道，也会将传统销售渠道的门店品牌元素加以考虑，可得由前面的假设可知双渠道供应链的利润函数如下,

πc=(Mr+Rr)[(1-α)D0+βτ+(γ2+μ)A]+

Md[αD0+βτ+(γ1-μ)A]-

pe{[D0+2βτ+(γ1+γ2)A](1-τ)e-E0}-

(12)

对式(12)求关于A、τ的一阶偏导数并令其等于0 ，则有

epe(γ1+γ2)(1-τ)-A=0，

(13)

epe[D0-2β+(γ1+γ2)A]+(4βepe-η)τ=0.

(14)

由式(13)和式(14)可得双渠道供应链的最优碳减排率和低碳宣传水平分别为

2.4 双渠道供应链的协调分析

由前面的分析可知，如果零售商只分摊制造商的低碳宣传成本，并不能实现双渠道供应链的协调，即此时制造商的低碳宣传和碳减排率并不是双渠道供应链的最优决策.为此，假设零售商分摊制造商的碳减排投入成本比例为θ(0<θ<1)，且零售商分摊制造商的低碳宣传成本比例为φ(0<φ<1)，由前面的假设可知零售商和制造商的利润函数分别为

(15)

Md[αD0+βτ+(γ1-μ)A]-

pe{[D0+2βτ+(γ1+γ2)A](1-τ)e-E0}-

(16)

对式(16)求分别关于A、τ的一阶偏导数并令其等于0,

epe(γ1+γ2)(1-τ)-(1-φ)A=0，

(17)

epe[D0-2β+(γ1+γ2)A]+4βepeτ-(1-θ)ητ=0.

(18)

由式(17)、式(18)可得

Acc=

双渠道供应链要能够实现协调，则必须有Acc=A*，τcc=τ*，进而可求得零售商和制造商的最优比例分摊分别为

3 数值计算与均衡分析

前面已经分析了零售商不参与制造商低碳宣传合作计划、零售商参与制造商低碳宣传合作计划和集中式决策下的制造商的最优碳排放率、最优低碳宣传水平以及零售商的低碳宣传成本分摊比例与碳减排投入成本分摊比例，这里通过数值计算分析不同情形下的决策结果及收益.考虑一个由制造商和零售商组成的二级双渠道供应链，为了进一步验证前面模型分析的结论，这里选取合适的数据，分析其对最优决策以及双渠道供应链利润的影响，基本运营的参数设定如表2所示.

表2 基本运营参数

3.1 最优值分析

针对前面三种不同的情况，为了比较不同情境下的最优决策和收益的差异，数值模拟如表3所示.从表3可知双渠道供应链在集中式决策下的最优碳减排率和最优低碳宣传水平大于零售商不参与低碳宣传合作时的最优碳减排率和最优低碳宣传水平，也大于零售商分摊制造商低碳宣传成本时的最优值.当零售商同时分摊制造商的低碳宣传成本以及碳减排成本时，零售商利润、制造商利润、双渠道供应链利润都大于没有成本分摊时的利润，但此时零售商的利润小于零售商只分摊制造商低碳宣传成本时的利润，制造商的利润大于零售商只分摊制造商低碳宣传成本时的利润，但当零售商同时分摊制造商的低碳宣传成本以及碳减排成本时，双渠道供应链能够实现协调，此时供应链决策最优，而且供应链利润达到最大化.可见，要降低制造商的碳排放和增加供应链的利润，制造商必须加大低碳宣传力度，同时，制造商要加强与零售商的合作，让零售商分摊部分制造商的低碳宣传成本和碳减排成本.

表3 不同情形下的最优化结果

3.2 参数对最优值及利润的影响

在碳限额及交易机制下，当初始市场规模、生产单位产品的初始碳排放量、消费者线上偏好比例、政府给予制造商免费的碳排放量取表2中的数值时，各参数变化对决策变量及双渠道供应链利润的影响如图1～图6所示.

由图1可知，碳减排率与碳排放交易价格成正向变化关系，低碳宣传水平与碳排放交易价格成U型变化关系，双渠道供应链利润与碳排放交易价格成反向变化关系.可见，在碳限额及交易下，政府通过调节碳排放交易价格不仅可以促进企业减少碳排放，而且还可促使企业加大低碳宣传力度.

图1 pe对碳减排率τ、低碳宣传水平A、双渠道供应链利润πC的影响

由图2可知，碳减排率、低碳宣传水平、双渠道供应链利润都与低碳宣传对线上消费者需求的影响系数成正向变化关系.可见，加大低碳环保宣传，增强线上消费者的低碳环保意识，提高线上消费者低碳产品购买意愿，对减少制造商碳减排量和提高双渠道供应链利润非常重要.

由图3可知，碳减排率、低碳宣传水平、双渠道供应链利润都与低碳宣传对线下消费者需求的影响系数成正向变化关系，而且相比图2，低碳宣传对线下消费者需求的影响系数对碳减排率、低碳宣传水平、双渠道利润函数的影响更大，因此需要制造商如何进行低碳宣传策划来加大低碳宣传对线下消费者影响力非常重要.

图2 γ1对碳减排率τ、低碳宣传水平A、双渠道供应链利润πC的影响

图3 γ2对碳减排率τ、低碳宣传水平A、双渠道供应链利润πC的影响

由图4可知，低碳宣传水平、碳减排率、双渠道供应链利润与消费者低碳偏好对需求的影响系数成正向变化关系，可见如何增强消费者增强低碳环保意识和提高消费者低碳产品购买意愿至关重要.

图4 β对碳减排率τ、低碳宣传水平A、双渠道供应链利润πC的影响

由图5可知，低碳宣传水平、碳减排率、双渠道供应链利润与碳减排成本系数成反向变化关系，因此，制造商在进行碳减排技术研发攻关时，一方面政府需要加大对碳减排技术研发的支持力度来鼓励企业进行碳减排技术研发以减少碳排放，另一方面零售商要引导零售商参与碳减排技术的合作研发，进而提高制造商碳减排技术研发的积极性.

图5 η对碳减排率τ、低碳宣传水平A、双渠道供应链利润πC的影响

由图6可知，低碳宣传水平、碳减排率、双渠道供应链利润都与宣传零售商品牌元素对线上线下消费者的影响系数成正向变化关系，因而制造商在进行低碳宣传时，需要加强与零售商的广告宣传方面的合作，进而实现制造商和零售商双赢的结果.

图6 μ对碳减排率τ、低碳宣传水平A、双渠道供应链利润πC的影响

4 结论

在碳限额及交易机制下考虑制造商的低碳宣传，分别就零售商不参与制造商的低碳宣传合作计划、参与制造商的低碳宣传合作计划的分散式决策以及集中式决策来建立博弈模型，并就双渠道供应链实现协调的条件进行了分析，最后进行了数值分析.研究结果表明：1) 在碳限额及交易机制下，碳减排率、低碳宣传水平和双渠道供应链利润都与消费者低碳偏好对需求的影响系数、低碳宣传中宣传零售商品牌元素对线上线下需求的影响系数、低碳宣传对线上线下消费者需求的影响系数成正向变化关系；2) 碳减排率与碳排放交易价格成正向变化关系，双渠道供应链利润与碳排放交易价格成反向变化关系，而低碳宣传水平与碳排放交易价格成U变化关系.3) 碳减排率、低碳宣传水平和双渠道供应链利润与碳减排成本系数成反向变化关系.因此，企业在加大碳减排技术研发的同时，制造商和零售商需要加大低碳宣传的合作，通过低碳宣传进一步提高消费者的环保意识，提高线上和线下消费者对低碳产品的购买意愿.同时，政府部门一方面要加大低碳宣传，另一方面要加大对企业碳减排技术研发的支持力度，给予碳减排技术研发企业相应的碳减排技术研发补贴.此外，本文只考虑碳限额及交易下单周期内制造商进行低碳宣传的双渠道供应链决策问题，但在实际生活中，低碳宣传效果有一定的滞后性，低碳宣传会对后续多个周期产生影响，这些都是接下来要研究的内容.