基于惩罚与补贴的再制造闭环供应链网络均衡模型

基于惩罚与补贴的再制造闭环供应链网络均衡模型

王文宾1，2达庆利2，胡天兵2，杨广芬3（1．巾国矿业大学管理学院，江苏徐州250014；2．东南大学经济管理学院，江苏南京211189；3．山东财政学院国际投资研究中心，山东济南250014；）摘要：为研究我国废旧电子产品(WEEE)立法的问题，分析了供应商、制造商、零售商、需求市场及回收商的行为，分别建立了变分不等式模型，并在此基础上建立了五级再制造闭环供应链网络均衡模型。模型考虑了政府对于制造商的惩罚政策与对于回收商的补贴政策。通过修正投影算法求解算例，仿真分析了旧材料转化率、回收率、惩罚及补贴政策对闭环供应链网络均衡结果的影响。结果表明，随着政府对于回收商的补贴的增加，不但回收商的回收量提高，闭环供应链的新材料需求量、旧材料需求量、销售量均增加；相反，随着政府对于制造商未完成的回收量的罚款增加，回收量、新材料需求量、旧材料需求量、销售量均降低：追求高回收率的政策并不总是有效的；而提高WEEE的旧材料转化率对于闭环供应链有利。关键词：闭环供应链网络；变分不等式；再制造；废旧电子产品(WEEE)F253.4文章标识码：A：1007-3221(2010)01-0065-08RemanufacturingClosed-LoopSupplyChainNetworkEquilibriumModelbasedonAllowanceandPenaltyWANGWen_bin1.2,DAQing-lj2,HUTian-bing2,YANGGuang-fen3(1.SchoolofManagement,ChinaUnit.iersityofMiningandTechnology,Xuzhou221116,China;2.SchoolofE-conomicsandManagement,SoutheastUniversity,Nanjing211189,China;3.Centerforinternationalinveslmen.tstudies,ShandongUniversityofjinance,Jinan250014,Chin,a)Abstract;Toexamineissuesregardingwasteelectronicandelectricalequipment(WEEE)legislationinChina,thebehaviorofthesupplier,themanufacturer,theretailer,thedemandmarketandthecollectorareanalyzedandthevariationalinequalitymodelsareestablished,andafive-tierremanufacturingclosed-loopsupplychainnetworkequilibriummodelisdeveloped.Themodelconsidersthepenaltypolicytomanufacturersandtheallow-ancepolicytocollectorsbythegovernment.Amodifiedprojectionmethodforvariationalinequalityisusedtosolvenumericalexamples.Itdemonstratestheinfluenceofthechangingofparametersfortheclosed-loopsupplychainequilibriumresult.Theresultshowsthattheequilibriumquantityresultsincreasewiththeincreaseoftheallowancegivenbythegovernmentwhereastheydecreasewiththeincreaseofthepenaltytomanufacturers.Itin-dicatesthatitisnotefficientforthepolicyofpursuingahighcollectionrate.However,theincreaseoftheWEEEoldmaterial´srecoveryratemaybenefittheclosed-loopsupplychain.Keyword:closed-loopsupplychainnetwork;variationalinequality;remanufacturing;wasteelectronicsande-lectricalequipment0引言为保护环境,我国政府开始致力于回收废旧产品的立法工作。废旧电子产品(WEEE)的回收处理法将在近几年产生。草案规定制造商要对其废旧产品负责。同时规定制造商如果达不到一定的回收目标（回收率）将被罚款。政府的立法导致了供应链行为的变化，传统的供应链正向闭环供应链转变。闭环供应链是在逆向供应链基础上发展起来的一个较新的研究领域。Georgiadis与Vlachos(2004)基于系统动力学仿真分析了环境因素对于闭环供应链行为的影响。Savaskan等(2004)探讨了不同闭环供应链结构的效率问题。王文宾与达庆利讨论了考虑消费者利益的闭环供应链成员的利润分配问题。Calcott与Walls(2005)研究了市场和政策指导部门在循环再利用方面的角色问题。Webste，与Mitra(2007)建立了一个两阶段模型分别考察政府部门的政策制定者与企业的经理的关注焦点。以上文献多考虑环境因素、政府政策、消费者利益、供应链结构等对于闭环供应链的影响，但研究的多是由一个制造商和一个零售商或构成的闭环供应链，而关于闭环供应链网络的研究较少。Guide等(2003)论述了闭环供应链研究的挑战，他认为对于闭环供应链网络的研究是一个有意义的方向。Ham-moncl与Beullens(2007)用变分不等式方法建立了由制造商和需求市场构成的两级闭环供应链网络均衡模型，但模型仅限于两级，并未考虑零售商、回收商与原材料供应商的行为。闭环供应链网络是含有多个层级的成员的决策问题，不同层级的成员之间的利益存在冲突，同一层级的成员是非合作竞争的关系。已有文献表明变分不等式方法能够有效解决供应链网络与逆向供应链网络建模问题。在以上文献的基础上，本文综合考虑了环境因素（废弃处理）与政府政策、消费者行为、零售商行为、回收商及原材料供应商的行为，拓展了文献[7]的研究，建立了五级再制造闭环供应链网络均衡模型，具有以下特点：(1)用变分不等式作为建模方法能够有效地解决闭环供应链网络建模问题。(2)仿真分析了回收率与旧材料转化率对于闭环供应链网络均衡结果的影响。(3)考虑了政府的调控作用，讨论了政府补贴回收商与惩罚制造商是否对闭环供应链有利的问题。1问题描述及变量定义再制造闭环供应链的基本结构如图1所示。供应商将新材料出售给制造商，制造商生产产品并销售给零售商，零售商通过需求市场将产品销售给需求市场上的消费者，消费者的废旧产品通过回收商回收后销售给制造商，形成一-个闭环。图l中实线表示正向物流，虚线表示逆向物流。在闭环供应链网络中，同一层级的制造商、零售商、回收商、供应商是非合作竞争的关系。政府作为调控者，一方面，对制造商规定最低回收率，对于未达到回收率目标的产品数量实行罚款政策；另一方面，对于回收商，根据回收量给予补贴。所讨论的再制造闭环供应链网络是针对价值较高、更新速度较慢的产品的。假设信息完全对称，所有制造商生产的产品为同质产品且均能销售；供应商、制造商、零售商、回收商分别处于寡头垄断市场的环境中；假设一单位材料在理想状态下可生产一单位新产品；假设所涉及的成本函数、交易费用函数为连续可微凸函数。变量定义如下：p：报废材料的单位处理费用；分别为新材料供应商n与制造商i的单位新材料交易价格，制造商i与零售商j的单位新产品交易价格，零售商j与需求市场的单位产品交易价格，回收商m与制造商i的单位1日材料交易价格和回收商m与需求市场的单位旧产品回收价格；p：需求市场处消费者愿意支付的单位新产品价格；r：政府规定的制造商的废旧产品最低回收率；f：制造商因未同收的单位废旧产品受到的罚款；6：为0、1变量，制造商被罚款为1，否则为O;s:回收商回收单位废旧产品得到的补贴。2再制造闭环供应链网络成员行为及各层级网络均衡模型2.1供应商的行为及其网络均衡模型2.2制造商的行为及其网络均衡模型假设用1日材料和新材料生产的产品没有本质区别。制造商i用新材料和旧材料生产产品的成本函数分别为从图4可见，随着旧材料转化[来自www.lW5]率的提高，旧材料的需求量、零售商的销售量及回收商的回收量均增加。而新材料需求量在o≤p≤0.3时增加，在p≥0.3时减少。这说明当旧材料转化率比较低时，新材料的需求量较多，而当旧材料转化率较高时，制造商更倾向于购买价格相对便宜的废旧产品获取旧材料，因此新材料的需求量减少。从图5可见，随着政府部门要求制造商的回收率的提高，各种均衡数量最初基本变化不明显，而当对回收率目标过高时(r≥0.9)，各种均衡数量均减少。这说明单纯强制制造商实现高回收率的政策并不总是有效的。而后面的分析可以看出，提高旧产品的旧材料转化率是有效的途径之一。(1)随着旧材料转化率的增加，制造商与零售商的均衡交易价格降低，这可能是因为制造商成本的降低所致。(2)随着旧材料转化率的增加，制造商与回收商的均衡交易价格增加，原因是旧材料质量的提高引起该均衡价格的提高。(3)随着旧材料转化率的增加，当0≤p≤0.3时新材料供应商与制造商的均衡价格提高，当p>0.3时，均衡价格降低。这个现象反映了可用废旧材料与新材料在材料供应市场的竞争。(4)随着旧材料转化率的增加，当时零售商与需求市场的均衡价格降低，当P>0.2时均衡价格提高。这反映了旧材料转化率的提高对于新产品均衡销售价格的影响。(5)随着旧材料转化率的增加，需求市场与回收商的均衡回收价格提高，这说明旧材料质量的提高导致该均衡交易价格提高。(6)随着对制造商罚款额的增加，均衡数量均减少。这说明WEEE法草案规定对未达到回收率目标的制造商实行罚款对于提高闭环供应链的交易量并不是有效的。5结语本文用变分不等式方法建立了五级再制造闭环供应链网络均衡模型，通过仿真分析发现追求高回收率的政策并不总是有效的；而提高WEEE的旧材料转化率对于闭环供应链有利；随着政府对于回收商的补贴的增加，闭环供应链的均衡数量均增加；相反，随着政府对于制造商未完成的回收量的罚款增加，均衡数量均降低等。这些结论对企业和政府决策均具有一定的参考价值。本文还有很多不足，例如信息完全对称的假没，进一步的研究方向是信息不对称情形。参考文献：[l]CeorgiadisP,VlachosD.Theeffectofenvironmentalparametersonproductrecovery[J].EuropeanJournalofOperationalResearch,2004,157(2):449-464.[2]SavaskanRC,BhaltacharyaS,VanWassenh"veLN.Clc,sed-Loopsupplychainmt,delswichproductrenianufacluring[J]ManagementScience,2004,50(2):239-252.[3]王文宾，达庆利．考虑消费者利益的逆向供应链利润分配[J]．东南大学学报，2007,37(4)：726-730.[4]CalccttP,WallsM.Wtisie.recycling,anclclesignforenvironment:rolesfurmarketsandpolicyinstruments[J].RcyurceandEnergyEconomics,2005,27(4):287-305.[5]WebsterShlilraS.CompetitivestrategyjnremanufacturingtheimpaclI)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