不同供應(yīng)鏈縱向結(jié)構(gòu)下EPR政策參量對綠色設(shè)計的影響研究

田海峰, 黃 祎， 孫廣生

(1.東北大學(xué) 工商管理學(xué)院，遼寧 沈陽 110169; 2.遼寧大學(xué) 經(jīng)濟學(xué)院，遼寧 沈陽 110136)

不同供應(yīng)鏈縱向結(jié)構(gòu)下EPR政策參量對綠色設(shè)計的影響研究

田海峰1, 黃 祎1， 孫廣生2

(1.東北大學(xué) 工商管理學(xué)院，遼寧 沈陽 110169; 2.遼寧大學(xué) 經(jīng)濟學(xué)院，遼寧 沈陽 110136)

本文通過構(gòu)建面向EPR政策的上游制造商和下游客戶所組成的供應(yīng)鏈決策模型，分別在縱向一體化和縱向分離兩種供應(yīng)鏈縱向結(jié)構(gòu)下，考察了EPR政策參量對制造商綠色設(shè)計的影響。研究結(jié)果表明：供應(yīng)鏈縱向結(jié)構(gòu)通過改變制造商與客戶間的利益協(xié)調(diào)機制，影響著制造商所承擔(dān)的運行環(huán)境成本、廢棄物處置成本和產(chǎn)品的更新周期。這種影響使得在不同的供應(yīng)鏈縱向結(jié)構(gòu)下，制造商面對EPR政策各參量的變化，在產(chǎn)品的可循環(huán)性和環(huán)保性能的設(shè)計選擇上存在著明顯的不同。

生產(chǎn)者責(zé)任延伸；供應(yīng)鏈縱向結(jié)構(gòu)；綠色設(shè)計；政策參量

1 引言

生產(chǎn)者責(zé)任延伸(Extend Producer Responsibility，EPR)要求將生產(chǎn)者的責(zé)任擴展到整個產(chǎn)品生命周期，不僅要對產(chǎn)品的性能負責(zé)，還要承擔(dān)產(chǎn)品從設(shè)計、生產(chǎn)、消費到廢棄過程中對環(huán)境影響的全部責(zé)任[1]。EPR一經(jīng)提出就得了OECD國家和發(fā)展中國家的廣泛重視，歐盟、美國、日本、韓國以及臺灣等國家和地區(qū)都不同程度地實施了EPR政策[2]。中國也開始通過各種立法構(gòu)建了適合中國國情的EPR政策[3]。

EPR政策的核心原則是通過強迫制造商承擔(dān)相應(yīng)的“延伸責(zé)任”，將與產(chǎn)品相關(guān)的環(huán)境影響內(nèi)部化到企業(yè)內(nèi)部[4]。其實質(zhì)是通過環(huán)境治理責(zé)任的配置以影響上游制造商的綠色設(shè)計[5]，從而實現(xiàn)在產(chǎn)品設(shè)計階段就控制廢棄物的產(chǎn)生[1]。但問題在于：如何設(shè)計EPR政策才能實現(xiàn)對上游制造商綠色設(shè)計的有效激勵？以及這種激勵作用主要受哪些因素的影響？學(xué)者們從不同角度對此問題展開了探討。Fullerton和Wu[6]研究了再生利用市場存在失靈的條件下，應(yīng)如何選擇EPR政策以使產(chǎn)品的可循環(huán)性和外包裝數(shù)量恢復(fù)社會最優(yōu)水平。Calcott和Walls[7]證明了在產(chǎn)品可循環(huán)性不可觀測時，通過修正的押金—退款組合可以代替對可循環(huán)性的補貼，起到對制造商綠色設(shè)計的激勵作用。Calcott和Walls[8]的進一步研究表明，即使再生利用市場是一個存在交易費用的不完美市場，EPR政策也可以對制造商的綠色設(shè)計起到重要的激勵作用。因為產(chǎn)品可循環(huán)性的提高可以減少再生利用成本，給回收加工企業(yè)帶來更大的價值，并通過市場反映到制造商的產(chǎn)品價格中，從而激勵制造商生產(chǎn)具有更高可循環(huán)性的產(chǎn)品。田海峰等[9]的研究則表明，當(dāng)不存在市場失靈時，單純的庇古稅就可以促使制造商選擇社會最優(yōu)的綠色設(shè)計，而當(dāng)存在市場失靈時，政策安排將更為復(fù)雜，庇古稅與其他替代方案(如押金—退款)是一種互補的而非替代的關(guān)系。

以上研究都是基于上游制造商和下游客戶處于縱向分離的供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)下，針對EPR政策的有效性所展開的研究，未能涉及供應(yīng)鏈縱向結(jié)構(gòu)本身對EPR政策激勵機制所帶來的影響。然而在實踐中，為實現(xiàn)雙方總體收益的最大化，制造商與客戶之間的交易方式可能會發(fā)生變化，相應(yīng)的供應(yīng)鏈縱向結(jié)構(gòu)也將隨之變化，并由此改變上下游間的利益協(xié)調(diào)方式[10,11]。所以，當(dāng)面臨EPR政策約束時，制造商的綠色設(shè)計可能不同于縱向分離下的選擇[12]。鑒于此，本文將通過構(gòu)建EPR政策約束下由上游制造商和下游客戶所組成的供應(yīng)鏈決策模型，分別考察在縱向一體化和縱向分離兩種典型的供應(yīng)鏈縱向結(jié)構(gòu)下，面對EPR政策參量的變化，制造商的綠色設(shè)計選擇將存在著怎樣的差異，從而為實踐中EPR政策的設(shè)計提供理論指導(dǎo)。

2 問題描述與基本假設(shè)

2.1 問題描述與符號說明

假設(shè)制造商向客戶提供一種具有可回收性的耐用品，當(dāng)產(chǎn)品使用結(jié)束后，制造商通過回收再利用客戶的廢棄產(chǎn)品，將新產(chǎn)品重新出售給客戶使用。制造商進行兩類綠色設(shè)計決策：一是產(chǎn)品的環(huán)保性能ω，二是產(chǎn)品的可循環(huán)性ρ。在所考察的技術(shù)周期T內(nèi)，制造商的綠色設(shè)計保持不變，環(huán)保性能ω與可循環(huán)性ρ的選擇取決于成本與收益的權(quán)衡：在整個產(chǎn)品生命周期內(nèi)獲得最大的利潤[13]。每次進行產(chǎn)品更新時，客戶以價格p從制造商那里獲得新產(chǎn)品。在更新周期t內(nèi)，客戶獲得的平均收益為R。產(chǎn)品更換所產(chǎn)生的廢棄物處置費為W(ρ)。產(chǎn)品運行所帶來的即時環(huán)境成本為ε(ω)，由于產(chǎn)品老化使單位時間運行所帶來的環(huán)境污染增加，所以假設(shè)ε(ω)與產(chǎn)品服役時間t線性正相關(guān)，客戶為降低運行中的環(huán)境成本將定期進行設(shè)備的更新。在EPR政策約束下，制造商和客戶將按各自比例共同承擔(dān)運行中的環(huán)境成本和廢棄物處置成本[14]。

本文所涉及的相關(guān)符號說明如表1所示。

表1 本文相關(guān)符號說明

2.2 模型的基本假設(shè)

根據(jù)以上問題描述，為建立制造商綠色設(shè)計決策模型，本文進一步做如下基本假設(shè)，其中下角標(biāo)代表一階或二階導(dǎo)數(shù)。

假設(shè)1εω<0，εωω>0。即：即時環(huán)境成本ε隨著環(huán)保性能ω的提高而遞減，但遞減的速度逐漸變慢。

假設(shè)2Wρ<0，Wρρ>0。即：廢棄物處置成本W(wǎng)隨著產(chǎn)品可循環(huán)性ρ的提高而遞減，但遞減的速度逐漸變慢。此處進一步假設(shè)W|ρ=0>C(ω,ρ)|ρ=0。即：若產(chǎn)品的可循環(huán)性為零，將使廢棄物處置成本W(wǎng)比生產(chǎn)出一個全新產(chǎn)品的成本C要高。此假設(shè)保證了制造商有動力從廢棄產(chǎn)品中獲得一些有價值的部件[15]。

假設(shè)3Cω>0，Cωω>0，Cρ<0，Cρρ>0。即：單位產(chǎn)品的再制造生產(chǎn)成本C隨著環(huán)保性能ω的提高而增大，且增大的速度逐漸加快；而單位產(chǎn)品的再制造生產(chǎn)成本C隨著可循環(huán)性ρ的提高而減小，但減小的速度逐漸變緩。

假設(shè)4Dω>0，Dωω>0，Dρ>0，Dρρ>0；Dρω=0。即：制造商的設(shè)計成本D隨著環(huán)保性能ω和可循環(huán)性ρ的提高而增加，且增加的速度不斷加快。

3 不同縱向結(jié)構(gòu)下制造商綠色設(shè)計決策模型

本文接下來參照經(jīng)濟訂貨批量(Economic Order Quantity，EOQ)模型，構(gòu)建兩類縱向結(jié)構(gòu)下的制造商綠色設(shè)計決策模型，以考察EPR政策參量對制造商綠色設(shè)計的影響。為方便表述，本文后面的部分將采用以下標(biāo)記法：上標(biāo)M代表制造商，C代表客戶；下標(biāo)VI代表縱向一體化情形，VS代表縱向分離情形。

3.1 縱向一體化結(jié)構(gòu)下的綠色設(shè)計決策模型

在縱向一體化結(jié)構(gòu)下，由于所有的環(huán)境成本是由供應(yīng)鏈整體所承擔(dān)的，所以，在更新周期t內(nèi)供應(yīng)鏈的平均利潤為

(1)

當(dāng)供應(yīng)鏈實現(xiàn)利潤最大化時，產(chǎn)品的更新周期t應(yīng)滿足一階必要條件為零，即

(2)

(3)

即制造商通過環(huán)保性能ω和可循環(huán)性ρ的選擇來實現(xiàn)整個供應(yīng)鏈利潤的最大化。

(4)

命題1的結(jié)論將作為本文接下來部分的一個基本假設(shè)，即

假設(shè)5 制造商的設(shè)計成本充分大，以至于制造商(供應(yīng)鏈)的利潤函數(shù)對環(huán)保性能ω和可循環(huán)性ρ是聯(lián)合凹的。

3.2 縱向分離結(jié)構(gòu)下的綠色設(shè)計決策模型

在縱向分離結(jié)構(gòu)下，制造商和客戶都將基于自身利益的最大化進行決策。客戶進行產(chǎn)品更新周期t的決策，制造商進行產(chǎn)品的環(huán)保性能ω和可循環(huán)性ρ的決策。本文采用逆向求解法構(gòu)建制造商的綠色設(shè)計決策模型。

(1)客戶最優(yōu)更新周期決策

由于產(chǎn)品運行中的環(huán)境污染主要是由客戶行為所引起的，所以假設(shè)客戶分擔(dān)的產(chǎn)品使用過程中的環(huán)境成本比例α滿足：1/2<α≤1。客戶分擔(dān)的產(chǎn)品使用后的廢棄物處置成本比例為β，0≤β≤1。客戶對更新周期t進行決策以確保每一期的平均利潤最大。客戶的平均利潤函數(shù)為

(5)

所以，最優(yōu)更新周期t*應(yīng)滿足

(6)

(7)

(2)制造商的綠色設(shè)計決策

制造商的決策目標(biāo)是通過環(huán)保性能ω和可循環(huán)性ρ的選擇來實現(xiàn)每期的平均利潤最大，并確保客戶的保留利潤不小于零。由此得到制造商的綠色設(shè)計決策模型為

(8)

由(8)式制造商的利潤函數(shù)表達式可得

(9)

t*=R/αε

(10)

(10)式表明：客戶最優(yōu)更新周期僅由每期的收益R和產(chǎn)品使用過程中所承擔(dān)的環(huán)境費用αε決定，而與廢棄物處置費用W及其承擔(dān)的比例β無關(guān)。之所以如此，是因為在縱向分離的情形下，客戶可以借助價格轉(zhuǎn)移機制將廢棄物的處置成本全部轉(zhuǎn)移給制造商。

將(9)式p*和(10)式t*代入制造商的利潤函數(shù)可得

(11)

4 EPR政策參量對綠色設(shè)計選擇的影響

本文接下來將基于前文所得到的縱向一體化和縱向分離情形下的制造商綠色設(shè)計決策模型，探尋EPR政策參量ε、W，以及α、β對制造商綠色設(shè)計所帶來的影響。需要說明的是，因為運行中的環(huán)境成本ε和廢棄物處置費用W都與EPR政策對單位污染物所征收費用的強度直接相關(guān)，所以，本文直接選取ε和W作為相應(yīng)的EPR政策參量進行考察。

4.1 縱向一體化結(jié)構(gòu)下的影響分析

在縱向一體化結(jié)構(gòu)下，因為不存在著環(huán)境成本分擔(dān)問題，所以，只需考察政策參量ε和W對綠色設(shè)計的影響。

(1)ε、W對可循環(huán)性ρ的影響

由f1表達式可以求得

(2)ε、W對環(huán)保性能ω的影響

命題2 在縱向一體化結(jié)構(gòu)下，EPR政策參量ε越大，將激勵制造商選擇更高的可循環(huán)性ρ，但更低的環(huán)保性能ω；EPR政策參量W越大，將激勵制造商選擇更低的可循環(huán)性ρ，但更高的環(huán)保性能ω。

4.2 縱向分離結(jié)構(gòu)下的影響分析

在縱向分離情形下不僅要考察EPR政策參量ε和W對綠色設(shè)計的影響，還要考察客戶承擔(dān)環(huán)境費用比例α和β對綠色設(shè)計的影響，畢竟EPR政策正是通過讓制造商“分擔(dān)”環(huán)境責(zé)任來實現(xiàn)在源頭上控制環(huán)境污染問題的，而這兩個比例恰恰體現(xiàn)了這種責(zé)任的“分擔(dān)”。

(1)ε、W、α、β對可循環(huán)性ρ的影響

(2)ε、W、α、β對環(huán)保性能ω的影響

由此求得?f4/?ε=-αCω/R。

命題3 在縱向分離結(jié)構(gòu)下，EPR政策參量ε越大，將激勵制造商選擇更高的可循環(huán)性ρ，但更低的環(huán)保性能ω；EPR政策參量W越大，將激勵制造商選擇更高的環(huán)保性能ω，但對可循環(huán)性ρ無影響。

命題4 在縱向分離結(jié)構(gòu)下，EPR政策參量α越大，將激勵制造商選擇更高的可循環(huán)性ρ，但對環(huán)保性能ω的激勵不確定；EPR政策參量β對制造商的環(huán)保性能ω和可循環(huán)性ρ均無影響。

5 結(jié)論與啟示

本文在縱向一體化和縱向分離兩種典型的供應(yīng)鏈縱向結(jié)構(gòu)下，考察了EPR政策參量對制造商綠色設(shè)計選擇的影響。研究表明，在不同的供應(yīng)鏈縱向結(jié)構(gòu)下，由于制造商與客戶間的利益協(xié)調(diào)機制存在著明顯的差異，導(dǎo)致EPR政策參量對制造商環(huán)保性能和可循環(huán)性選擇的影響不同。具體結(jié)論如下：

(1)政策參量ε對綠色設(shè)計的影響

命題2和命題3表明，無論是縱向一體化還是縱向分離情形下，EPR政策提高產(chǎn)品運行中的污染收費強度ε，都將激勵制造商選擇更高的可循環(huán)性ρ，但更低的環(huán)保性能ω。

盡管命題3和命題2在這方面的結(jié)論是一致的，但其中的激勵機制卻是截然不同的。在縱向一體化結(jié)構(gòu)下，盡管ε的提高會增加運行中的環(huán)境成本，但ε的提高也將加快產(chǎn)品的更新頻率，所以，在短暫的運行周期中靠提高環(huán)保性能ω來降低環(huán)境成本的潛力非常有限。反倒是頻繁的產(chǎn)品更換會帶來廢棄物的數(shù)量增大，導(dǎo)致制造商與其通過提高環(huán)保性能ω來降低運行中的環(huán)境成本，還不如通過提高可循環(huán)性ρ來降低產(chǎn)品使用后的處置費用。而在縱向分離結(jié)構(gòu)下，當(dāng)ε提高時，制造商通過提升環(huán)保性能ω，僅能將所增加的部分收益轉(zhuǎn)化為自身的利潤，導(dǎo)致制造商提高ω的激勵不足。而且，提高ω還將抑制客戶的產(chǎn)品更換頻率，這將進一步降低制造商提高環(huán)保性能ω的動力。另外，前文分析已表明，在縱向分離結(jié)構(gòu)下，廢棄物處置成本的減少將通過價格轉(zhuǎn)移機制全部轉(zhuǎn)化為制造商的利潤。所以，制造商更愿意通過提高可循環(huán)性ρ，以提高客戶的更新價格并降低廢棄物的處置費用以增加自身利潤。

(2)政策參量W對綠色設(shè)計的影響

命題2表明，在縱向一體化結(jié)構(gòu)下，W的提高使得產(chǎn)品的更新頻率降低，所以，制造商通過提高可循環(huán)性ρ來降低廢棄物處置費用的潛力有限，倒不如通過提高環(huán)保性能ω來延長產(chǎn)品的更新周期從而減少廢棄物的數(shù)量，并減少運行中所帶來的環(huán)境成本。

命題3表明，W提高時，制造商為了保證客戶的參與，必須降低產(chǎn)品的更新價格，這將減少制造商的利潤。此時和縱向一體化條件下的選擇相類似，制造商將通過提高環(huán)保性能ω而不是可循環(huán)性ρ來補償這個效果，但因為在縱向分離條件下提高環(huán)保性能ω并不會降低客戶的產(chǎn)品更新頻率，所以還不至于出現(xiàn)命題2所顯示的那樣，導(dǎo)致產(chǎn)品的可循環(huán)性ρ降低。

(3)政策參量α和β對綠色設(shè)計的影響

以上這些結(jié)論充分表明了供應(yīng)鏈的縱向結(jié)構(gòu)對EPR政策的激勵機制有著重要的影響，所以，公共管理部門在制定EPR政策時需要針對行業(yè)的供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)特點和行業(yè)本身的特征來設(shè)定相應(yīng)的政策參量，否則將極有可能造成政策實際運行結(jié)果與政策設(shè)計初衷相違背的情況。

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Impact of EPR Policy Parameters on Green Design:A Study under Different Vertical Structure of Supply Chain

TIAN Hai-feng1, HUANG Yi1, SUN Guang-sheng2

(1.SchoolofBusinessAdministration,NortheasternUniversity,Shenyang110169,China; 2.SchoolofEconomics,LiaoningUniversity,Shenyang110136,China)

To reveal the impact of EPR policy parameters on the green design of manufacturer, decision models for supply chain comprised of manufacturer and customer are proposed with the constraint of EPR policy, under two typical vertical structures (vertical integration and vertical separation). The results show that: by changing the interest coordination mechanisms between manufacturer and client, vertical structure of supply chain affects the manufacturer in environmental cost for operating, waste disposal cost and update cycle of products. With this effect and changes of EPR policy parameters, the design choices of manufacturer on product’s remanufacturability and environmental performance are different significantly.

extended producer responsibility; vertical structure of supply chain; green design; policy parameters

2014- 12- 08

國家自然科學(xué)基金資助項目(71103030，71303037，71173034)；中央高校基本科研業(yè)務(wù)費探索導(dǎo)向重點科技創(chuàng)新項目(N130206002)

F274

A

1003-5192(2015)06- 0056- 06

10.11847/fj.34.6.56