低碳雙渠道供應鏈的需求信息共享策略研究

魏廣明, 任麗果, 秦娟娟, 馬亞明

(1.天津財經大學 金融學院,天津 300222; 2.天津財經大學 商學院,天津 300222)

0 引言

聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)發布第五次評估報告稱，1901至2012年，全球地表溫度升高了0.89℃，過去30年的氣溫，比1850年以來任何時期都要高；預計到本世紀末，全球地表溫度將繼續升高1.5至2.0℃；IPCC指出全球變暖很可能是由大量的碳排放造成。因此，許多國家實施碳排放法規以減少碳排放量。與此同時，由于碳排放的負面影響，消費者也更加關注產品的碳足跡。消費者愿意花更多錢購買環保產品(Liu et al.)[1]。《BBMG意識消費者報告》顯示51%的美國人愿意花更多錢購買環保產品，67%的美國人堅信購買并使用環保產品是十分重要和必要的(Bemporad和Baranowski)[2]。考慮到消費者環保意識的重大影響，許多企業已采取措施減少碳排放量。如葡萄酒環保包裝第一品牌NAKA佐佑之間對包裝進行多功能設計并使用可降解材料，大大降低包裝在葡萄酒行業中帶來的資源浪費；全球知名護膚品和彩妝品直銷企業玫琳凱(中國)化妝品有限公司與供應商開發可降解生物材料，5年多來比以前減少碳排放超過2200噸，將訂單箱內的送貨單升級成了完全不需要木漿的再生紙，每年減少碳排放超過200噸。減少碳排放量能夠提高公司市場份額 (Plambeck)[3]。因此，企業應該注重提高消費者低碳意識和減少碳排放量(Liu et al.)[1]。

隨著電子商務的發展和消費者對低碳產品接受度的提高，許多制造商除了通過傳統零售渠道銷售低碳產品，還開設網店銷售低碳產品，如中糧集團有限公司、Dell等。網上渠道的開設使得制造商能夠直接獲取顧客信息，并提高市場份額，但網上渠道會爭奪傳統零售渠道的需求量，引起渠道競爭，使得供應鏈整體效率下降。另外，供應鏈中的各種信息，如客戶信息，銷售信息，需求預測信息等，均對供應鏈成員的決策產生重大影響。雙渠道供應鏈中，制造商和零售商雖都可以直接接觸到消費者，收集到一部分信息，但都沒有獲取較為完整的信息，雙方都希望掌握另一方的信息，以降低決策過程中的不確定性。

但目前，很少有文獻研究考慮低碳產品和需求預測的雙渠道供應鏈。本文首次將需求預測和消費者低碳意識同時引入雙渠道供應鏈。論文主要解決以下問題：1)不同信息情景下，供應鏈中成員該如何定價、如何制定減排決策?2)在低碳雙渠道供應鏈中，消費者低碳意識和參與者的需求預測精度如何影響決策和利潤?3)在低碳雙渠道供應鏈中，零售商和制造商如何選擇信息共享策略？

要回答以上問題，我們主要探討無信息共享情形、信息共享情形和只有零售商作預測情形三種情形：(1)在沒有信息共享的情形下，制造商和零售商獨立做出需求預測，且不與另一方分享自己的預測信息。基于各自的預測，供應商和零售商做出價格和減排決策。(2)在信息共享的情形下，供應商和零售商獨立進行需求預測，但相互分享需求預測信息。(3)在只有零售商作預測情形下，只有零售商對需求進行預測，供應鏈參與者僅依據零售商的預測信息做出定價和減排決策。在此，我們沒有考慮只有制造商作預測的情形，一方面是由于與只有零售商作預測情形結果相似，另一方面是由于零售商更接近消費者市場，能更快更準確的獲得市場信息。

1 文獻回顧

現有文獻已對雙渠道供應鏈的定價問題進行了廣泛研究。Yao和 Liu[4]運用斯坦克伯格和伯川德博弈分析了傳統零售和網上零售混合經營時分散渠道的最優定價問題。Cattani et al.[5]分析當制造商增加同傳統零售渠道競爭的直銷渠道時，供應鏈參與者的一致定價策略。Mukhopadhyay et al.[6]討論了信息不對稱情形下包含一個提供價值增值業務的零售商的雙渠道供應鏈的契約設計問題。Cai和Chen[7]和Wu et al.[8]討論了雙渠道供應鏈的推薦策略。Huang et al.[9]和Cao[10]分析了需求中斷時雙渠道供應鏈的定價問題。Dan et al.[11]分析了存在零售商服務的雙渠道供應鏈定價問題。Zhao et al.[12]分析了雙渠道供應鏈的現金流風險。Li et al.[13]探索了雙渠道綠色供應鏈的一致定價策略。但是，關于雙渠道供應鏈的現有研究很少考慮企業的減排行為及需求信息的共享策略。

同時，已有許多文獻研究了供應鏈中的信息不對稱和信息共享問題。Raju and Roy[14]運用多個博弈模型研究了市場信息對公司行為的影響。Zhang[15]在古諾模型與伯特蘭德模型下，討論如何激勵零售商主動和制造商共享其信息。Babich et al.[16]研究需求信息不對稱時供應鏈的協調，其中零售商知道消費者的需求信息并且需求是隨機增加的。Li et al.[17]討論了由兩個供應商和一個零售商構成的供應鏈的契約設計問題，其中零售商需求或高或低，而且供應商不知道零售商的類型。Li et al.[18]討論了需求信息不對稱時雙渠道供應鏈的決策，其中零售商是風險規避者，市場需求或高或低，但均服從截尾正態分布。零售商比制造商有更多關于市場規模的信息。Winkler模型[19]是捕獲信息不對稱和信息共享的強大的工具。因此，一些研究已使用Winkler模型來研究各種商業問題的信息共享。如，Yue et al.[20]借助伯川德模型研究了需求信息不對稱時互補商品的定價策略；Mukhopadhyay et al.[21]在信息不對稱情況下運用斯坦克伯格博弈討論了互補產品的定價策略；Zhu et al.[22]借助斯坦克伯克博弈，研究在三種信息共享情形(信息共享、信息不共享和只有零售商作預測)下制造商和零售商預測誤差對供應鏈利潤的影響。Zhu et al.[23]研究三種信息情形(信息共享、信息不共享和只有零售商作預測)下企業的外包策略。

近些年，控制碳排放量已成為全社會的焦點。不考慮碳排放因素已經不能適應可持續發展的需要。因此，低碳環境下供應鏈的運營也成為許多學者關注的問題。在低碳供應鏈運營方面，更多研究是結合博弈方法建立低碳供應鏈模型，研究具體的低碳供應鏈問題。Glock et al.[24]研究考慮消費者低碳意識的兩級供應鏈，其中需求是關于價格和碳排放量的函數，研究發現控制供應鏈碳排放量可以吸引更多的消費者。Liu et al.[25]考慮兩個制造商分別為兩個零售商提供有差異產品的供應鏈模型，研究競爭和消費者環保意識對整體供應鏈的影響。Nouira et al.[26]研究考慮環境影響和產品綠色度的生產系統的最優決策，其產品需求受到產品綠色度的影響，并引入消費者環保意識，將消費者劃分為普通消費者和環保消費者。周艷菊等[27]探討了公平關切影響下的，低碳供應鏈廣告合作-減排成本分擔契約與協調。Du et al.[28]在碳交易機制下兩級供應鏈的優化決策問題。

與上述研究相比，本文重點研究在低碳背景下，消費者低碳意識和信息共享對雙渠道供應鏈的影響。本文的貢獻主要有：第一、不同于Li等[13]的雙渠道定價策略研究，在存在價格競爭的基礎上將消費者低碳意識引入雙渠道供應鏈，并從理論上研究消費者低碳意識對雙渠道供應鏈的影響。第二、將需求預測信息不對稱引入雙渠道模型，補充了雙渠道供應鏈管理。關于雙渠道供應鏈管理的大多數研究關注渠道結構選擇、渠道沖突和協調。第三，低碳供應鏈的研究中較少有考慮需求不確定的雙渠道供應鏈運營優化。

因此，我們首先建立一個雙渠道供應鏈模型，包括消費者低碳意識和各種需求預測信息共享場景。第二，推導出三個情形下供應鏈成員的最優決策。第三，比較上述三種情形下雙渠道供應鏈的最優決策結果和利潤。最后，探討不同參數對雙渠道供應鏈最優決策和利潤的影響。我們的研究為雙渠道供應鏈成員的決策提供一定的科學指導。

2 模型框架

論文采用斯坦克伯格博弈研究由一個制造商和一個零售商構成的雙渠道兩級供應鏈。一種渠道是傳統的分銷渠道，即消費者可以通過零售商購買商品；另一種是制造商直銷渠道，即消費者可以直接從廠家購買商品。另外，零售商是博弈的跟隨者，制造商是博弈的領導者。假設：1)決策者都是理性的；2)制造商和零售商各自選擇決策變量使得各自利潤最大化；3)需求函數和利潤函數均非負；4)初始市場需求遠遠大于需其他參數。

在此模型中我們采用的符號及含義如下：

a：初始市場需求;c：單位產品的成本;w：單位產品的批發價;pr：零售渠道的單位產品零售價，且pr>w;pm：直銷渠道的單位產品零售價;e：單位產品碳減排量，0

基于上述符號和假設，參考Li et al.[13]，需求函數是本渠道單位產品零售價和產品碳減排量的線性增函數，為另一渠道單位產品零售價的線性減函數。假設初始市場需求a充分大，大于需求函數中的其他參數，因此，傳統零售渠道和直銷渠道的需求函數分別為：

Dr=βa-bpr+φ(pm-pr)+θe

(1)

Dm=(1-β)a-bpm+φ(pr-pm)+θe

(2)

為了減少碳排放量，制造商需要增加成本以改進原有的生產條件，增加的成本為制造商減排成本，減排成本為單位產品碳減排量的二次函數，ke2/2[29]。基于式(1,2)，可得零售商和制造商的利潤表達式：

πr(pr)=(pr-w)Dr

(3)

(4)

另外，基于Winkler[19]的證明結果，我們可得如下期望式子：

3 不同信息共享情形下的決策

在本文中，我們所討論的不對稱信息是指零售商對潛在市場需求的預測fr。在信息共享情形下，零售商會與制造商分享自己的預測信息，雙方都是在已知對方預測信息的基礎上做出決策。而信息不對稱情形時，零售商不與制造商分享信息，制造商只是基于自己的預測做出最優決策。

3.1 信息不共享情形

在信息不對稱的情景下，制造商作為博弈的領導者，有著信息不對稱的特點，其所掌握的信息只有自己的預測值fm。但是在斯坦克伯格博弈中，零售商作為博弈的跟隨者，可以觀察到領導者——制造商的行動。零售商可以根據制造商所公布的信息，推測出制造商的預測值fm。上標N表示決策變量在信息不共享情景下的結果。博弈的過程如下：

根據以上決策過程，計算可得信息不共享情形下供應鏈中成員的最優決策和利潤，見定理1，定理的證明見附錄。其中，在已知具體需求預測值時我們可以得到供應鏈成員的有條件期望利潤，有條件的期望利潤依賴于具體的需求預測值。無條件的期望利潤的獲得，不需要以需求預測值作為前提條件，它取決于預測精度和市場不穩定性。

定理1信息不共享情形下，

(1)零售商的零售價pr，制造商的零售價pm,單位產品減排量e,以及批發價w如下所示：

(2)博弈雙方的有條件的期望利潤為

其中，s0=4kb2(1-β)+2kbφ(2-β)+(b+φ)(2β-1)θ2。

(3)博弈雙方無條件的期望利潤為:

其中，s0=4kb2(1-β)+2kbφ(2-β)+(b+φ)(2β-1)θ2。

3.2 信息共享情形

在信息共享時，零售商和制造商都將自己對潛在市場需求的預測值分享給對方。上標I表示決策變量在信息共享時的結果。決策步驟如下：

根據以上決策過程，計算可得信息共享情形下供應鏈中成員的最優決策和利潤，見定理2。

定理2信息共享情形下，

(1)供應鏈中成員的最優決策如下，

(2)博弈雙方的有條件的期望利潤為

(3)博弈雙方的無條件期望利潤為:

3.3 零售商預測情形

在只有零售商作預測的情景下，零售商和制造商都是利用零售商的預測信息作出決策。上標R表示決策變量在只有零售商作預測時的結果。決策步驟如下：

定理3零售商預測情形下，

(1)供應鏈中成員的最優決策如下

(2)博弈雙方的有條件的期望利潤為

(3)博弈雙方的無條件期望利潤為:

4 三種情況的比較分析

由于市場初始需求量很大，使得Am-2bc>0,(1-β)Am-bc>0。根據上述e的表達式以及0θ[(2φ+b)(Am-2bc)+b((1-β)Am-bc)]>0

定理4不同情形下，決策變量的比較

定理4表述了信息共享情況對決策變量的影響。從定理4(1)中，我們可以得到如果制造商過高估計零售商的預測，在信息不共享時單位產品減排量，批發價和直銷渠道零售價均高于信息共享情景。即制造商對市場需求總量持有一種樂觀態度，制造商會制定高于信息共享時的減排量，批發價和直銷渠道零售價。與此同時，傳統零售渠道的零售價也會隨之升高。定理4(2)闡明了從信息共享到只有零售商作預測決策變量的變化情況。如果制造商實際的預測值低于零售商對其做出的估計，或者說零售商對于市場需求持有積極態度時，那么制造商在只有零售商作預測時會制定較高的減排量，批發價和直銷渠道零售價。由零售商的反應函數可知，零售商也會制定較高的零售價。定理4(3)的討論與4(1)和4(2)類似，在此省略。

定理5不同情形下，零售商利潤對比如下

(1)E(πr|fr,fm)I*>E(πr|fr,fm)N*,當且僅當[(b+φ)(2kbβ-βθ2-θ2)-φβθ2](Am-A)>0。E(πr)I*>E(πr)N*,當且僅當[(b+φ)(2kbβ-βθ2-θ2)-φβθ2][J2(U+Vm)+K2(U+Vr)-tmU]<0。

(3)E(πm|fm)N*>E(πm|fr)R*當且僅當|Am-A0|>|Ar-A0|;E(πm)N*>E(πm)R*,當且僅當Vm

定理7不同情形下，決策變量和利潤關于消費者低碳意識敏感性:

θ為需求對產品碳減排量的敏感系數，反映了消費者的低碳意識，消費者低碳意識越高，對低碳產品的需求越大。由定理7我們可以得到傳統零售渠道的零售價、直銷渠道的零售價、產品批發價以及單位產品減排量都是關于θ的增函數。在其他參數不變的條件下，θ值增大，同樣的減排量能帶來更多的需求，因而，制造商更有動力提高減排量。制造商在提高單位產品減排量時，減排的邊際成本隨減排量的提高而增加，因而批發價提高。同時，零售商也會適當的提高零售價。消費者越偏好于低碳產品，同等質量條件下產品的低碳屬性對需求的影響相對提高，制造商可適當提高直銷渠道的零售價。因此，政府、零售商和制造商可以通過低碳推廣和宣傳等措施提高消費者的低碳意識，這樣既能提高企業的利潤，還能降低產品的碳足跡。

5 數值分析

為使結論更加直觀形象，在本部分我們通過數值算例來分析各參數對零售商和制造商利潤的影響。參數取值如表1。

表1 基準參數值

圖1β對零售商利潤影響

圖2 β對制造商利潤影響

圖1描繪了零售商市場份額β對其自身利潤的影響曲線。由圖1可知，在三種信息情形下，零售商的利潤與所占的市場份額均呈現正相關的關系。當零售商預測準確度高于制造商時，零售商只根據自己的預測作決策獲得最高利潤，而不與制造商共享信息獲得最低利潤。

圖2描繪了零售商市場份額β對制造商利潤的影響曲線。從圖中，我們可以看出在雙渠道模型中，零售商市場份額的提高不一定使得制造商的利潤減少。在零售商市場份額提高的過程中，制造商的利潤呈現先減少后增大的形式。制造商利潤是由兩個渠道的利潤所決定的，在零售商市場份額提高的過程中，制造商直銷渠道的份額雖然在減少，但零售渠道獲得的利潤因零售商市場份額的提高而提高，當零售渠道的利潤足以彌補直銷渠道因市場份額減少帶來的損失時，其利潤就會增加。在我們給定的參數值下，制造商在零售商作預測情形下獲得的利潤一直高于其他兩種情形，而信息共享情形下獲得的利潤一直低于其他兩種情形。在只有零售商作預測時，制造商的利潤只受到零售商預測方差的影響，隨著零售商預測方差的減小而增大。而信息不共享情形下，制造商的利潤只受到自身預測方差的影響，其利潤會隨著自身預測方差增大而減少。我們在給定參數值時，考慮到由于零售商跟接近于市場，零售商的預測方差要比制造商的方差低，所以制造商在信息不共享時的利潤低于只有零售商預測的情形。

圖3 k對零售商利潤影響

圖4 k對制造商利潤影響

圖3表示的是零售商利潤隨制造商減排成本系數k的變化曲線。在三種情形下，零售商利潤與制造商減排成本系數k呈負相關關系。在制造商減排成本上升的時候，由于制造商生產成本上升，產品的批發價和兩個渠道的零售價也會隨著上升。但是，由于零售價的提高會抑制消費，零售商利潤降低。我們可以看到，在增大的過程中，零售商做預測情形下零售商利潤一直高于其他兩種情形。這是因為在零售商預測更為準確的情況下，零售商更愿意只運用自己的預測信息來決策。

圖4表示的是制造商利潤隨其減排成本系數k的變化曲線。在三種信息情形下，制造商的利潤隨著其減排成本系數的增大而減少。在制造商減排成本上升的時候，由于制造商生產成本上升，零售價隨之上升，需求下降，其利潤降低。我們可以看到，在增大的過程中，由于零售商預測準確度高，制造商在零售商做預測情形下獲得的利潤一直高于其他兩種情形。

圖5 θ對零售商利潤的影響

圖6 θ對制造商利潤的影響

圖5中的曲線反應的是需求對消費者低碳意識的敏感系數θ與零售商利潤的關系。隨著消費者低碳意識的提高，零售商利潤提高。θ值增大表示消費者更偏好于低碳產品。在其他參數值不變的條件下，消費者低碳意識提高就意味著市場需求量的增加。因此零售商利潤會增加。但是三種信息情形下，零售商利潤有著差別。在我們給定的參數值下，如果零售商只運用自己的預測做決策會獲得更高的利潤，不與制造商分享信息使得利潤降低。

圖6中的曲線反應的是需求對消費者低碳意識的敏感系數θ與制造商利潤的關系。在消費者低碳意識不斷提高的過程中，制造商利潤提高。θ越大，市場需求越大，制造商利潤更高。但是三種信息情形下，制造商利潤有著差別。在我們給定的參數值下，零售商作預測情形會使得制造商獲得更高的利潤，零售商分享信息反而使得制造商利潤降低。

圖7 U對零售商利潤的影響

圖8 U對制造商利潤的影響

圖8中的曲線分別表示信息不共享情形，信息共享情形和零售商作預測情形下市場方差U對制造商利潤的影響。在三種信息情形下，制造商的利潤均隨著市場方差的增大而增大。市場越不穩定，制造商獲得的利潤越高。(原因同零售商)另外，制造商在只有零售商做預測情形下獲得的利潤最高。與圖7相比，市場比較穩定時，零售商選擇不分享信息，而制造商希望獲得零售商信息，所以制造商可以通過一定的激勵方法誘導零售商分享信息，但制造商的選擇是只利用零售商的信息做決策。

圖9 Vr對零售商利潤的影響

圖10 Vr對制造商利潤的影響

圖9中三條曲線分別表示的是在三種情形下，零售商利潤隨其預測方差Vr的變化情況。零售商作預測情形下，零售商的利潤隨其預測方差的增大而降低。信息不共享和信息共享情景下，當零售商預測精度高于制造商時，零售商的利潤隨著其預測方差的增大而減小，反之，零售商利潤隨其預測方差的增大而增大，但始終低于沒有預測誤差時零售商的利潤。當零售商預測準確時，信息不共享時零售商所獲得的利潤高于其他兩種信息情形，是因為零售商可以利用制造商的誤差獲得利潤；隨著預測誤差的增大，零售商傾向于只基于自己預測做決策；當零售商預測誤差十分大時，零售商會選擇與制造商分享信息，用制造商較為準確的信息來彌補自己的損失。

圖10中三條曲線分別表示的是在三種不同信息情形下，制造商利潤隨零售商預測方差Vr的變化情況。信息不共享情形下，是一條平行于橫軸的直線，也就是說，制造商利潤與零售商的預測方差無關。因為信息不共享情形下制造商不知道零售商的預測，只運用自己的預測值做決策，其利潤的高低不受零售商預測準確度的影響。在只有零售商作預測情形下，制造商的利潤是關于零售商預測方差的減函數，因為此時制造商只運用零售商的預測信息做決策，其利潤只受到Vr的影響，零售商預測誤差越大，制造商利潤越低。在信息共享時，制造商的利潤隨著零售商預測方差的增大先減少后增大。當零售商預測較為準確時，制造商的最優選擇是只有零售商作預測情形，因為自身誤差較大的預測會降低利潤，零售商較為準確的信息降低了不確定性；當零售商預測誤差增大時，制造商的最優選擇變為信息不共享情形。

圖11 Vm對零售商利潤的影響

圖11表示的是在三種不同信息情形下，制造商預測方差Vm對零售商利潤的影響情況。信息不共享情形和信息共享情形下，制造商利潤隨著其預測方差的增大先減少后增大。而零售商作預測情形下，零售商利潤是一條平行于橫軸的直線，Vm的變化并不影響零售商的利潤。在零售商作預測情形下，零售商只是基于自己的預測信息做決策，其利潤只受到自身預測精度的影響，并不會受制造商預測方差的影響。所以圖11中零售商利潤是平行于橫軸的直線。我們發現當制造商預測準確度很高且比零售商預測準確時，零售商會選擇信息共享，利用制造商精確的預測可以提高自己的利潤，分享信息的價值得以體現。當零售商比制造商預測準確時，隨著制造商預測準確度的下降，零售商可以利用對方的誤差來提高自己的利潤，因此零售商不會選擇分享信息，最優選擇為信息不共享情形。

圖12 Vm對制造商利潤的影響

圖12表示的是在三種不同信息情形下，制造商預測方差Vm的變化對自身利潤的影響。零售商作預測情形下，制造商利潤是平行于橫軸的直線。在零售商作預測情形下，制造商是基于零售商的預測作決策，其利潤只受零售商預測誤差的影響，不受其自身預測的影響，因此圖12中Vm改變時制造商利潤不發生變化。當零售商不與制造商分享信息時，制造商利潤只受自己預測方差的影響，預測越準確利潤越高，預測誤差越大利潤越低。因此，信息不共享情形下，制造商利潤隨著自己預測方差的增大而減少。在信息共享情形下，當制造商預測方差小于零售商預測方差時，制造商的利潤隨著其預測方差的增大而減少；當制造商預測方差大于零售商預測方差時，制造商利潤隨其預測方差的增大而增大，但始終低于零售商作預測情形下的利潤。另外，我們可以得到當制造商的預測技術或數據收集能力優于零售商時，零售商較低的預測精度反而不利于制造商決策，零售商的預測信息對制造商沒有價值，因此制造商不會選擇信息共享情形，而是選擇信息不共享情形。制造商預測誤差增大至超過零售商預測方差時，零售商作預測情形下制造商利潤不受影響，信息不共享情形下制造商利潤降低，信息共享情形下制造商利潤低于零售商作預測情形，因此制造商的最優選擇是零售商作預測情形。

6 結論

論文在需求不確定環境下，研究消費者低碳意識下雙渠道供應鏈的需求信息共享策略。本文考慮由單個零售商和單個采用雙渠道并進行減排的制造商構成的兩級供應鏈，構建三種情形下的博弈模型：信息不共享、信息共享和只有零售商作預測。通過三種情形下供應鏈最優決策和利潤的比較，得到需求信息共享對供應鏈運作的影響；并進一步研究消費者低碳意識對供應鏈運營的影響。

研究發現，需求信息共享未必使得供應鏈成員利潤均提高，當制造商預測準確度優于零售商時，零售商會選擇信息共享，制造商選擇信息不共享情形；當零售商比制造商預測準確時，零售商選擇信息不共享情形，制造商選擇只有零售商作預測，此時制造商應采取一定的激勵措施以獲得零售商的預測信息；消費者低碳意識對批發價、零售價、單位產品減排量、供應鏈成員利潤均產生正向影響。在進一步的研究中，可以考慮雙渠道供應鏈中零售商的減排行為，或碳規制約束下的供應鏈中成員需求信息共享策略的選擇。