基于规模不经济和回收质量的闭环供应链回收模式研究
时间：2023-03-23 08:45:03 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
耿宇浩
(南京审计大学 商学院，江苏 南京 211800)
科学技术的进步和消费者需求多样化，加快了国内电子产品消费市场更新的速度，也导致废旧电器电子产品(waste electrical and electronic equipment，WEEE)数量不断上升且种类复杂化程度不断提高。WEEE中包含大量有毒性的重金属材料，如果不对其加以合理维护、分类管理和回收利用，会给人类赖以生存的自然环境造成巨大危害；
同时，也含有大量可再生利用的零部件，通过对其规范化回收，能够带来较高的再生产利用价值[1]。经济合作与发展组织(OECD)、欧盟、美国等都陆续出台相应规章制度来规范WEEE的运输、存放、回收拆解和再制造利用[2-3]。2008年中国有关部门借鉴了OCED提出的生产者责任延伸制度，出台《废弃电器电子产品回收处理管理条例》[4]，规范WEEE回收再制造行为，对我国废旧电子产品回收再制造企业的决策产生了重大影响。学术界针对废旧电器电子产品的回收、拆解和再制造利用问题已经展开了大量研究并取得了丰富的成果，闭环供应链因其能够有效节约供应链各成员企业运作成本、提高资源利用率，得到了广泛关注。如何设计和选择最有效的回收模式对于改善闭环供应链运作绩效和推动经济可持续发展至关重要，成为研究的重点。
目前学者在闭环供应链的回收模式上的研究已取得了很多成果。Savaskan等[5]最先构建了制造商、零售商和第三方回收商分别回收的闭环供应链单渠道回收模式，研究了回收模式之间的差异对闭环供应链的影响，得出了回收主体的不同供应链运作绩效不同的结论。在此基础上, Wassenhove[6]研究了零售商竞争环境下制造商回收模式的选择问题，结果表明，在间接逆向回收模式下零售商竞争程度会对制造商回收模式的选择产生影响。Jie等[7]进一步研究了对称信息和不对称信息下渠道权力结构对闭环供应链回收渠道的影响。韩小花[8]研究发现制造商竞争程度的高低会影响闭环供应链回收渠道决策，竞争程度较高时，制造商不会选择回收产品；
当竞争程度较低时,制造商会通过零售商间接回收产品。付小勇等[9]对比分析了3种双链竞争下包含处理商的回收渠道博弈模型，研究发现混合模式下，选择直接回收的处理商效益最好。
在闭环供应链实际逆向回收过程中，考虑到产品的使用时间、次数、环境、强度等因素，回收所得的废旧产品存在明显质量差异，且回收质量差的废旧产品有可能会带来负面影响[10]，因此回收质量成为回收方需要考虑的因素。Guo & Liu[11]在考虑回收质量和努力成本对回收利润有影响下，构建了由制造商、分销商和回收平台组成的双渠道闭环供应链决策模型，对比分析了集中决策和分散决策模型，探究双渠道闭环供应链的优化问题。周雄伟等[12]研究表明，当把废旧产品回收质量作为回收所需考虑的因素时，制造商或者销售商负责回收比第三方负责回收模式更优。郭春香和谭越[13]将回收质量作为回收方在市场博弈中的决策变量，探究了政府规制对闭环供应链的回收质量以及其他供应链绩效指标的影响。刘枚莲和唐俊[14]在废旧电子产品回收质量不确定和不同类型的电子产品存在相互替代性的情况下，探究了三级闭环供应链定价问题，发现在一定情况下，产品替代性增强会导致制造商和零售商定价的提高。
上述闭环供应链研究均建立在制造商的生产成本结构为线性基础上，但由于生产企业管理水平低下或者技术落后等原因，经常会造成企业面临生产规模不经济的现象[15]，该现象下生产成本结构往往是非线性结构，产品的生产成本随着产量的提高而增加，进而造成制造商生产效益降低和影响利润分配的问题。例如洛阳春都集团、汇源果汁和长虹电器等大型企业在日常生产经营的过程中，因为没有正确选择与企业自身发展相适应的生产规模而导致出现规模不经济现象。为了规避规模不经济带来的经营风险，学者展开了规模不经济下闭环供应链的相关研究。Yi等[16]提出了考虑回收企业规模不经济性的双重回收渠道闭环供应链模型，探讨再制造商如何合理地向零售商和第三方回收商分配回收努力的问题。丁军飞等[17]在由生产规模不经济制造商和供应商组成的闭环供应链中探究了双向互惠偏好行为对供应链系统的影响，研究发现供应链成员间的互惠偏好行为总是不利于自身的利润，反而有利于对方利润的提高。石纯来等[18]探究了当制造商面临生产规模不经济现象时，如何在第三方负责回收的闭环供应链中选择最佳的合作策略，结果表明生产规模不经济制造商与零售商或者第三方回收商合作均有利于提高供应链的运作效益，合作对象的选择受废旧产品回收率高低和规模不经济程度的影响。石纯来和聂佳佳[19]将政府奖惩机制引入到合作策略模型中，探究政府奖惩力度和规模不经济程度对合作策略的影响。
综上所述，在现有闭环供应链回收模式中考虑回收质量水平的相关文献并未考虑到制造商面临生产规模不经济现象，并且鲜有研究将回收质量水平作为决策变量、回收率作为外生变量。本文以存在生产规模不经济制造商的WEEE闭环供应链为研究对象，并考虑回收质量存在差异的情况，分别构建了由制造商自行回收、零售商负责回收和WEEE回收商负责回收的模式，并将回收质量水平作为决策变量、回收率作为外生变量，探究回收率对3种回收模式下闭环供应链的影响，最后对3种回收模式进行对比分析，为制造商选择最优回收模式提供参考。
本文考虑由面临生产规模不经济现象的制造商、电子产品零售商、WEEE回收商和电子产品消费者组成的完整闭环供应链模型，在回收WEEE质量存在差异的情况下，根据回收主体的不同将废旧电子产品回收模式分为生产规模不经济的制造商负责回收(模型M)、零售商负责回收(模型R)和WEEE回收商(模型T)负责回收，研究中所需的决策变量和参数及其说明如表1所示。
本文基本假设如下。
(1)根据Savaskan等[5]的研究，本文假设产品市场需求为D(p)=α-βp，且α>0，β>0，D(p)>0。
(2)根据Ha等[20]研究，生产规模不经济的制造商生产成本函数为hD(p)2，h越大(小)表示生产规模不经济程度越高(低)，其中h>0。
(3)生产规模不经济的制造商首先使用回收的零部件生产新产品，再制造完成后使用全新材料来生产新产品，使用回收废旧电子产品零部件再制造的新产品和使用全新材料生产的产品同质，即二者在品质、市场接受程度等指标上无差别[21]。
(4)q表示为根据使用的损耗程度将回收的废旧电子产品分成不同的质量水平，0
表1 相关变量及其说明
移支付达到最大。
(5)回收的废旧电子产品能够全部用于新产品的再制造过程中，且再制造成本相同。使用WEEE回收再制造的新产品具有单位成本优势C(q)，C(q)越大表示生产规模不经济的制造商再制造水平越高，通过再制造节约的成本越多。再制造成本优势与回收质量水平呈线性关系，即C(q)=cq，c为使用废旧产品回收再制造的最大节约成本。为了确保制造商回收再制造存在现实意义，再制造成本优势C(q)要高于制造商给予回收方的单位转移支付B(q)，C(q)≥B(q)，即c≥b>0。
(6)根据Savaskan等[19]关于销售努力函数的假设，假设回收方回收WEEE投入的努力成本是回收质量水平q的函数，投入努力成本为二次型函数I(q)=kq2，其中k>0，回收质量水平q越高(低)，回收的难度越大(小)，所付出的努力成本越大(小)。
(7)废旧产品的回收量Q=τD(p)。假设企业受废旧产品处理能力和自身发展规模的限制，在一定周期内，回收率τ基本不发生改变[12]。
2.1 制造商负责WEEE回收的模式(模型M)
在模型M中，WEEE的回收由制造商负责，制造商先使用回收的WEEE零部件生产新产品，再制造完成后使用全新原材料来生产新产品，零售商从制造商手中批发新产品后将产品销售给顾客。博弈顺序为：生产规模不经济的制造商作为市场博弈的领导者首先确定新产品的批发价格和回收质量水平，随后零售商以自身利润最大化原则决定新产品的销售价格。闭环供应链结构如图1所示。
图1 回收模型M
制造商和零售商利润函数分别为：
(1)
(2)
结合假设(8)，在制造商自行回收模式下，新产品的批发价格、新产品的销售价格以及废旧电子产品的回收质量水平均衡解分别为：
2.2 零售商负责WEEE回收的模式(模型R)
因供应链结构中零售商所处的位置更靠近顾客，同时考虑零售商具有完善的营销网络和成熟的管理经验，可以达到降低逆向物流成本、节约资源的目的，所以模型R构建了一个由零售商负责WEEE回收的决策模型[22]。在此模型中，制造商从零售商手中回购WEEE，并将WEEE经过拆解、加工处理后分解成为可用于再制造的零部件，随后使用可利用的零部件和全新原材料来生产新产品，最后制造商通过零售商再将新产品销售给有购买需求的顾客。此模型的博弈顺序为：制造商作为市场博弈的领导者首先决定新产品的单位批发价格，随后零售商决定新产品的销售单价和回收质量水平。闭环供应链结构如图2所示。
图2 回收模型R
模型R中的制造商和零售商利润函数分别为：
(3)
(4)
博弈问题求解过程与模型1相同，这里不再证明，求得的均衡解分别为：
命题1说明在模型R中，制造商没有选择从再制造过程中获得利润，而是将节约的成本C(q)给予了零售商。对于回收质量水平保持一定的零售商来说，此举无疑会激励零售商降低销售单价，刺激消费者需求，推动零售商的利润增长；
同时，b的增加会使零售商获得更多资金来提高回收质量，也会推动利润的提高，而生产规模不经济制造商的利润也会因为零售商采购量的提升而增加。
2.3 WEEE回收商负责回收的模式(模型T)
回收商是供应链中独立的企业行为主体，核心业务关注供应链废旧产品的回收，并同时具有物流运输、拆解等功能。回收商因在废旧产品回收过程中表现出的专业性，其被企业和有关政府机构重视程度不断提高[23]。苹果、惠普、IBM的闭环供应链由原材料供货商、第三方物流企业、零售商、回收商等一系列企业组成，制造商作为闭环供应链主导企业，近年来致力于提高与具有独特回收优势的回收商合作程度，对供应链不断优化。基于上述考虑，模型T构建了由第三方负责WEEE回收的模型，博弈顺序为：制造商首先确定单位批发价格，零售商和WEEE回收商基于制造商的决策分别决定销售单价和回收质量水平。供应链结构如图3所示。
图3 回收模型T
模型T中的零售商、制造商和WEEE回收商利润函数为：
博弈问题求解过程与模型1相同，这里不再证明，求得的均衡解分别为：
表2 规模不经济下考虑政府补贴的3种回收模式均衡解
其中，L=(M,R,T)。
性质1表明，当制造商面临生产规模不经济所引起过高的生产成本现象时，首先会导致自身批发价格的提高，进而导致零售商销售价格的升高，降低顾客购买欲望，造成了市场需求量的减少，最终会使闭环供应链总利润以及各成员企业利润受到损失，加剧了闭环供应链的双重边际效应带来的负向影响[15]。同时，在某一回收率固定的周期内，市场需求量的降低会导致废旧产品回收量的减少；
并且利润的减少也导致了投入努力成本I(q)的降低，进而造成了回收质量水平的降低，最终导致回收价格的下降。
性质2表明，再制造节约成本越多，回收质量水平越高；
向消费者支付的回收价格越高，回收质量水平越低。这是因为再制造节约成本提高所带来利润的增加能够弥补为提高回收质量水平所付出的努力成本，使得回收质量水平的提高有利可图。同时，过高的回收价格会造成回收方利润的损失，为避免更多的利润损失，回收方会减少投入的努力成本，最终导致质量水平的降低。这一研究结论与周雄伟[12]在不考虑制造商生产规模不经济和政府补贴的回收模式研究结论是一致的。
回收率的提高使得废旧产品的回收数量变多，缩减了制造商生产成本，推动了制造商利润的增长并降低了批发价格。批发价格的降低又使零售商通过降低售价来刺激市场需求。回收率和市场需求量的提高扩大了废旧产品回收市场的基数，使得闭环供应链成员企业获益更多。在逆向渠道中，回收率的提高使得回收方通过回收活动获得更多的利润，进而促进了回收价格和回收质量水平的提高。回收质量水平的提高一方面可以有效避免回收低质量WEEE带来的负影响，提高可用于再制造利用的材料质量；
另一方面，还可以提高消费者对电子电器产品的使用维护意识，延长产品的生命周期，减少了有害零部件缺失所造成的环境污染问题。
性质4：在R回收模式下满足：
(1)当制造商生产规模不经济程度较低时，即0 (2)当制造商生产规模不经济程度较高时，即 性质4说明，在R回收模式下销售价格随着回收率的升高而降低，而批发价格、回收质量水平、支付给消费者的回收价格、市场需求量、废旧产品回收量、制造商利润和闭环供应链总利润均随着回收率的升高而提高，但零售商的利润不一定提高。 结合命题1，R回收模式与M和T回收模式不同之处在于，零售商负责回收时，规模不经济的制造商将不从回收再制造活动中获利，制造商损失了通过回收再制造节约的成本。当回收率提高时，消费者需求量变大导致规模不经济下的生产总成本变高，作为市场主导者的制造商会通过提高批发价格来保证自身利润损失最小化。 命题3：三种回收模式下，回收质量水平和从消费者手中回收废旧产品的价格满足qR*>qM*>qT*>0,AR*>AM*>AT*>0。 命题3表明，当制造商面临生产规模不经济现象时，零售商负责回收WEEE模式下废旧产品回收质量水平和回收价格最高，回收业务外包给WEEE回收商模式下最低。 在制造商主导型闭环供应链中，生产规模不经济的制造商的利润高于零售商，所以当零售商负责回收时，零售商为努力获得更多利润而提高回收质量水平，进而帮助制造商缓解生产规模不经济带来的负面影响，节约更多的生产成本，降低批发价格，提高消费者需求量，提高零售商从正向供应链中所获得的利润，所以零售商负责回收WEEE的模式下废旧产品回收质量水平最高，进而使得此模式下回收价格也为最高。 命题4：制造商批发价格满足wR*>wT*>wM*>0。 命题5：3种不同回收模式下，新产品的销售价格、市场总需求量和废旧产品回收量满足pT*>pM*>pR*>0,DR*>DM*>DT*>0,QR*>QM*>QT*>0。 命题5表明，当考虑供应链制造商面临生产规模不经济现象时，在WEEE回收商负责回收模式下，制造商只会向回收商提供一笔回收活动激励费用，并不会影响零售商决策，回收商和零售商决策相对独立，并且由命题4知T回收模式下的批发价格高于M回收模式，所以销售价格也要高于M回收模式。当零售商负责废旧产品回收时，虽然批发价格在3种回收模式下最高，但零售商可以根据销售价格制定的变化来了解市场需求的变化，其销售价格低于制造商负责回收时的销售价格，避免销售价格设定过高影响消费者需求。从顾客的角度来考虑，在制造商面临生产规模不经济现象下，顾客更愿意看到制造商委托零售商来对废旧电子产品进行回收。 命题6表明，无论是哪种回收模式，生产规模不经济的制造商在废旧产品回收、再制造与新产品的销售过程中获得的利润最高，WEEE回收商获得的收益最低。在生产规模不经济的制造商领导型闭环供应链中，制造商虽然面临生产规模不经济导致生产成本过高的现象，但是其可以优先制定新生产产品的批发价格和给予第三方的转移支付来控制市场规模，从而使自身获得更多的利润。 命题7表明，当考虑供应链制造商面临规模不经济现象时，制造商利润和闭环供应链总利润在R回收模式下最高，在T回收模式下最低。由命题3和命题5可知，这是因为在R回收模式下当回收率保持一定时，废旧产品回收质量水平和消费者需求量均高于其它回收模式，导致制造商利润和WEEE闭环供应链总利润也为最高。 M回收模式下的零售商利润始终大于T回收模式下的零售商利润。当制造商生产规模不经济程度较低时，R回收模式下的零售商利润最大，T回收模式下的零售商利润最小； 本文在回收方考虑产品的回收质量水平和制造商生产规模不经济环境下，探讨闭环供应链回收模式选择问题，并分析WEEE回收率对回收价格、回收数量、回收质量水平、批发价格、销售价格、市场需求量以及闭环供应链总利润和成员企业利润的影响，得到以下结论： 第一，WEEE回收率的提高能够降低销售价格并提高回收质量水平、回收价格、回收数量和市场需求量。当制造商生产规模不经济程度较低时，回收率的上升会提高闭环供应链总利润和成员企业的利润； 第二，销售价格在R回收模式下最低，T回收模式下最高； 第三，当制造商生产规模不经济程度较高时，零售商利润在R回收模式下最高，在T回收模式下最低，此时零售商会选择不回收WEEE； 总体来说，当制造商在面临生产规模不经济现象时，会优先将回收业务委托给零售商，但零售商会根据规模不经济程度来决定是否接受回收业务。只有当生产规模不经济程度较低时，零售商负责回收WEEE的模式对制造商、零售商、消费者和环境保护都更有利。本研究仅考虑了使用回收处理后的废旧电子产品零部件再制造的新产品和使用全新材料生产的产品同质化的情形，而实际中两种产品会出现价格、质量的差异，后续可以基于此开展进一步研究。还可以考虑供应链成员之间的竞争。
当适中时，M回收模式下的零售商利润最大，T回收模式下的零售商利润最小；
当程度较高时，M回收模式下的零售商利润最大，R回收模式下的零售商利润最小，此时零售商往往不会负责回收WEEE。此外，3种回收模式下零售商利润的高低不会影响闭环供应链总利润的高低，从供应链利润最大化的角度来看，生产规模不经济的制造商委托零售商进行WEEE回收是最优的回收策略。
但当规模不经济程度较高时，WEEE回收率的上升反而会导致零售商利润受到损失。
回收质量水平、回收价格、回收数量、市场需求量、制造商利润和闭环供应链总利润在R回收模式下最高，T回收模式下最低；
但是批发价格在R回收模式下最高，M回收模式下最低。
当规模不经济程度适中时，在M回收模式下零售商利润最高，在T回收模式下最低；
当规模不经济程度较低时，在M回收模式下零售商利润最高，在R回收模式下最低。
