考慮專利保護和渠道偏好的再制造雙渠道閉環供應鏈決策與協調

唐 飛， 許茂增

(1.西南交通大學 經濟管理學院，四川 成都 610031； 2.重慶交通大學 經濟與管理學院，重慶 400074)

0 引言

進入21世紀以來，隨著全球資源的日益短缺和自然環境污染加重，忽視廢舊資源循環再利用的傳統經濟發展模式已逐漸向重視廢舊資源再利用和環境保護的循環經濟發展模式轉變，社會各界普遍看重如何從消費者手中回收廢舊產品并實施再制造，閉環供應鏈管理這一全新管理方式便也由此產生[1]。同時，隨著電子商務和互聯網應用的迅猛發展與日臻成熟，網上消費模式也越來越普及，使得越來越多的制造商開始采用網上直銷渠道與傳統零售渠道并存的雙渠道銷售模式[2]。以上事實表明，在循環經濟和網絡經濟快速發展的共同驅動下，同時考慮廢舊產品回收再制造和線上線下雙渠道銷售這兩種經濟模式并整合進行研究具有非常重要的理論意義和應用價值。

目前，許多學者已圍繞將再制造和雙渠道相結合的再制造雙渠道閉環供應鏈展開研究，研究的重點主要包括新/再制造產品定價、正向/逆向渠道協調等方面。徐峰等[3]采用數理建模方法對制造商實施雙渠道和再制造策略進行了研究，發現直銷渠道的引入不可避免兩種銷售渠道的沖突，但制造商和零售商均可從廢舊產品再制造中得利。Jiang等[4]運用多代理仿真技術研究制造商通過直銷渠道和零售渠道銷售新產品和再制造產品的最優定價策略，得出的結論是直銷渠道的引入和再制造的實施會增加制造商利潤。Zheng等[5]在不同權利結構下考慮雙渠道閉環供應鏈的正向渠道競爭，通過三種權利結構比較發現每一個供應鏈成員均希望扮演權利主導者角色，而以集中決策系統為基準，運用兩部定價機制均可以對三種權利結構進行協調。Saha等[6]針對雙渠道閉環供應鏈可能存在三種不同回收主體(制造商、零售商或第三方)回收廢舊產品的問題，研究了兩種情形(非合作情形和合作情形)下的再制造策略和定價決策，提出了三方折扣機制來協調供應鏈，以實現三方共贏。曹曉剛等[7]考慮直銷和零售兩種不同銷售渠道會影響消費者的購買選擇，研究了Stackelberg博弈和Bertrand競爭博弈模型的最優均衡解，并以制造商主導的Stackelberg博弈模型為例，探討了如何通過價格契約和補充的利潤分享契約實現節點企業利潤的Pareto改善。易余胤和袁江[8]研究了正向銷售和逆向回收均采用雙渠道模式的供應鏈渠道協調問題，發現正向逆向的雙重渠道沖突可通過改進的兩部定價契約消除。Xie等[9]假設制造商和零售商均對各自銷售渠道進行廣告投資，研究了雙渠道閉環供應鏈的協調問題，運用雙利潤分享契約對正向雙渠道和逆向單回收渠道進行了協調。以上關于再制造雙渠道閉環供應鏈的研究均是考慮制造商為再制造的實施者，而第三方再制造商或零售商作為再制造的實施者的情況尚未考慮。

然而，在實踐中，出于成本或品牌等因素的考慮，原制造商可能并無對廢舊產品回收再制造的積極性，這就給第三方再制造商或零售商創造了發展再制造業務的機會，但也必然會使得原制造商的新產品市場受到一定的競爭威脅[10～12]。值得注意的是，根據專利法的規定，受法律保護的專利產品具有排他性，制造商以外的其他企業實施再制造活動必須獲得原制造商的授權許可才行，否則難免會引起利益沖突和知識產權糾紛[13]。目前一些學者在對再制造閉環供應鏈的研究中已注意到這一問題并開展了相關研究。熊中楷等[14]考慮原制造商的專利許可，研究了專利保護下由原制造商、第三方再制造商和零售商構成的閉環供應鏈系統的協調問題。在此基礎上，王建明[15]針對消費者對新產品和再制造品存在認知差異，建立了專利授權第三方再制造商從事再制造的閉環供應鏈差別定價模型，發現專利許可費的大小會影響廢舊產品的回收價格，通過收益—費用分擔契約可以優化閉環供應鏈效率。申成然等[16]假設經銷商從事再制造，原制造商采用單位專利許可費模式向經銷商收取專利許可費，同樣通過收益—費用分擔契約實現了閉環供應鏈的協調，但未考慮制造商采用雙渠道銷售模式的情形。高鵬和聶佳佳[17]在專利授權經銷商實施再制造的閉環供應鏈中，引入公平關切行為因素，考察了當制造商存在公平關切時，其對專利授權的閉環供應鏈經營決策及協調的影響。Huang和Wang[18]針對制造商再制造、制造商和零售商同時再制造、制造商和第三方再制造商同時再制造三種再制造模式，研究了專利授權對閉環供應鏈再制造模式的影響，但文中同樣未涉及雙渠道結構閉環供應鏈，也沒有考慮其協調問題。

在此基礎上，本文針對再制造雙渠道閉環供應鏈的研究主要考慮原制造商自主實施再制造，忽略了原制造商可能將其受專利保護的產品再制造活動授權許可零售商實施的不足，同時考慮消費者對零售渠道和直銷渠道具有異質性偏好，考察了將專利保護問題和消費者渠道偏好問題同時考慮的再制造雙渠道閉環供應鏈決策與協調問題。首先在集中決策和分散決策情形下分別建立雙渠道閉環供應鏈決策模型，得到了兩種決策情形下的最優定價策略；然后分析了消費者渠道偏好系數對直銷價格、批發價格、零售價格、專利許可費以及節點企業利潤的影響；最后以集中決策的均衡結果為基準，提出了一個由批發價格、直銷價格和專利許可費構成的定價機制和一個附加的利潤分享機制，以協調雙渠道閉環供應鏈，從而保證了供應鏈各節點企業的“雙贏”。

1 問題描述和符號說明

本文考慮的再制造雙渠道閉環供應鏈系統由單一制造商和單一零售商組成，制造商同時擁有網上直銷和傳統零售兩種銷售渠道，消費者購買產品時可在兩種渠道之間自由選擇。直銷渠道的直銷價格用pd表示，用pr和w分別表示零售渠道的零售價格和批發價格，相對于直銷渠道，由于制造商通過零售渠道銷售產品需額外支付運輸和處理等費用，故零售渠道的邊際成本cr大于直銷渠道的邊際成本cd[2]。假設零售商不僅在正向零售渠道銷售產品，其作為再制造商同時也在逆向回收渠道回收廢舊產品，并用于再制造生產再制造產品，這一再制造模式在機械制造行業尤為典型，如利星行機械和千里馬機械分別作為卡特彼勒和斗山機械的零售商均從事再制造和銷售業務[11,12]。假設零售商以價格pc從消費者手中回收廢舊產品，用cc表示零售商實施再制造的單位再制造成本，為保證回收再制造活動有利可圖，則有cc

在專利保護下，零售商實施再制造活動需向制造商繳納相應的專利許可費才能獲得制造商的專利許可和技術支持，假設專利許可費采用單位專利許可費模式[14～18]，即零售商每再制造一單位再制造產品需繳納的專利許可費為f。參考曹曉剛等[7]和易余胤[8]的研究，假設零售商再制造的再制造產品和制造商生產的新產品在功能和質量上均是同質的，兩種形式產品以相同的銷售價格在市場上銷售。專利保護下再制造雙渠道閉環供應鏈系統結構如圖1所示。

圖1 專利許可下再制造雙渠道閉環供應鏈系統結構

假設消費者對零售渠道和直銷渠道具有不同的支付意愿(willingness to pay)，即對兩種渠道銷售的產品具有異質性偏好(heterogeneous preferences)，參考Chiang等[2]和曹曉剛等[7]的假設，考慮消費者對網上直銷渠道的支付意愿低于傳統零售渠道，則零售渠道和直銷渠道的需求函數為：

(1)

其中，Dr代表零售渠道需求函數，Dd代表直銷渠道需求函數，Q為市場潛在需求量，θ(0<θ<1)為消費者的渠道偏好系數。

本文參考熊中楷等[14]、王建明[15]、Huang和Wang[18]的假設，設回收市場中廢舊產品的供給量函數為：

G=α+βpc

(2)

其中α(α>0)表示當回收價格為零時可回收的廢舊產品的數量，這相當于是消費者自愿返還部分，可將其大小視為消費者環保意識的強弱，β(β>0)為回收價格敏感程度系數。

假設制造商和零售商之間進行Stackelberg博弈，制造商是領導者，而零售商是跟隨者，兩者都是完全理性和風險中性的且信息對稱。假設制造商利潤用符號πM表示，零售商利潤用符號πR表示，整個雙渠道閉環供應鏈系統利潤用符號π表示，顯然π=πM+πR。那么，基于以上描述，制造商和零售商的利潤函數可具體表示為：

πM=(pd-cd)Dd+(w-cr)(Dr-G)+fG

(3)

πR=(pr-w)(Dr-G)+(pr-cc-pc-f)G

(4)

雙渠道閉環供應鏈系統的利潤函數為：

π=(pd-cd)Dd+(pr-cr)(Dr-G)+(pr-cc-pc)G

(5)

2 集中決策情形

在集中決策情形下，制造商和零售商之間形成一個統一整體進行完全合作博弈，即進行決策的目標為整個系統利潤的最大化，決策變量pd、pr和pc都由雙方共同確定。此時，基于雙渠道閉環供應鏈系統利潤最大化的目標函數為：

(pr-cc-pc)(α+βpc)

(6)

容易驗證式(6)是關于pd、pr和pc的嚴格凹函數，即式(6)存在唯一最優解。將式(6)分別對pd、pr和pc求一階偏導數，并分別令其為0，聯立求解可得集中決策情形下的最優決策為：

(7)

(8)

結論1在集中決策情形下，消費者對直銷渠道的偏好程度越高或直銷渠道邊際成本越高都將使得閉環供應鏈系統提高直銷價格，零售渠道邊際成本越高將使得閉環供應鏈系統提高零售價格，消費者環保意識越強或再制造成本越高都將使得閉環供應鏈系統降低回收價格，而零售渠道邊際成本的增大會導致更高的回收價格。

由式(7)易得結論1。結論1表明，在集中決策情形下，直銷價格主要受消費者的渠道偏好和直銷渠道邊際成本的雙重影響，且都表現為正向影響，而零售價格只受零售渠道邊際成本的影響，也為正向影響。因此，閉環供應鏈系統在進行銷售定價決策時，要根據系統的邊際成本和消費者的渠道偏好程度進行綜合決策。回收價格主要受消費者環保意識、再制造成本、零售渠道邊際成本的三重影響，且與消費者環保意識和再制造成本表現為負向影響，與零售渠道邊際成本表現為正向影響。這主要是因為消費者環保意識越強，自愿返回的廢舊產品數量就越多，在供求關系影響下，其回收價格自然就越低；再制造成本越高，零售商進行再制造的利潤空間就會縮小，故回收價格就越低；而零售渠道邊際成本越高，閉環供應鏈系統的利潤空間就會縮小，那么零售商就更加希望通過加大廢舊產品回收再制造的力度來節約成本，就需要回收更多的廢舊產品，故回收價格就越高。

結論2在集中決策情形下，消費者對直銷渠道的偏好程度越高或消費者環保意識越強都將提高雙渠道閉環供應鏈系統的利潤。

由式(8)易得結論2。結論2表明，當制造商和零售商之間組成一個統一整體進行完全合作博弈時，消費者對直銷渠道的偏好程度越高，越有利于雙渠道閉環供應鏈系統通過直銷渠道來銷售產品，制造商更應該發展直銷渠道；消費者環保意識越強，越有利于雙渠道閉環供應鏈系統進行廢舊產品的回收再制造，零售商更應該發展再制造業務，同時，也更應該加強對消費者環保意識的宣傳，以提升消費者環保意識，進而促進再制造業務發展，以提升整個雙渠道閉環供應鏈系統的收益。

3 分散決策情形

在該情形下，制造商和零售商之間相互獨立且進行非合作Stackelberg博弈，即雙方作為理性的獨立決策者，決策目標都是各自利潤的最大化。占主導地位的制造商首先確定直銷價格pd、批發價格w和專利許可費f，在此定價決策基礎上，處于弱勢地位的零售商再制定出零售價格pr和廢舊產品的回收價格pc。此時，零售商和制造商的目標函數分別為：

(pr-cc-pc-f)(α+βpc)

(9)

(10)

(11)

(12)

把式(12)帶入式(11)，可得到零售商關于零售價格和回收價格的最優決策為：

(13)

最后，由式(12)和式(13)的最優解，可進一步求得零售商、制造商和雙渠道閉環供應鏈系統的最優利潤分別為：

(14)

(15)

(16)

結論3在正向雙渠道供應鏈中，批發價格或直銷價格的提高均會導致零售價格的提高；直銷渠道邊際成本的增加會導致直銷價格的提高，零售渠道邊際成本的增加會導致批發價格的提高。

由式(11)和式(12)易得結論3。結論3表明，零售商零售價格的制定受制造商批發價格和直銷價格的雙重影響。在傳統的由單一制造商和單一零售商構成的單渠道供應鏈中，零售價格是關于批發價格的遞增函數，這是已有相關研究的普遍結論[11]；而在網上直銷渠道和傳統零售渠道同時存在的雙渠道供應鏈中，由于兩種銷售渠道之間存在渠道競爭，零售渠道的定價策略便也會受直銷渠道定價策略的影響。而制造商關于批發價格和直銷價格的制定策略直接受各自邊際成本的影響，由于制造商通過直銷渠道銷售產品節省了運輸和處理等相關費用，降低了直銷渠道的邊際成本(cd

結論4當零售商實施再制造，制造商向其收取再制造的專利許可費時，再制造成本的增加會導致廢舊產品的回收價格和零售商實施再制造的專利許可費都降低，同時，廢舊產品回收價格隨著專利許可費的增加而降低。

由式(11)和式(12)易得結論4。結論4表明，廢舊產品的回收價格和專利許可費均直接受再制造成本的影響，而專利許可費的高低也會間接影響廢舊產品的回收價格。再制造成本越高，對零售商來說，其從事再制造的獲利空間就越小，故其會通過降低廢舊產品的回收價格來減少相應成本投入，以盡可能多地從再制造中贏利；而對制造商來說，當其自身不從事再制造，那么向零售商收取專利許可費是其從回收再制造活動中獲得額外利潤的唯一途徑，故其應當通過給予零售商一定的技術支持來降低再制造成本，以獲得更高的專利許可費。由于專利許可費的高低會間接影響廢舊產品的回收價格，而回收價格的高低又會進一步影響廢舊產品的回收量，故制造商需要在專利許可費的收取上找到一種平衡，使得其既不會因為專利許可費太低而無利可圖，也不會因為專利許可費太高而影響零售商進行回收再制造的積極性。

結論5表明，一方面，制造商開通網上直銷渠道后，其直銷價格的制定并不受制造商與零售商合作與否的影響，即制造商對直銷渠道擁有獨立定價權，但制造商與零售商完全合作進行集中決策時的零售價格要更低，這顯然會對直銷渠道市場份額形成市場擠兌效應，使得一部分直銷渠道消費者轉向零售渠道購買產品，從而提高零售渠道銷量；另一方面，由于集中決策情形下的回收價格更高，更多的消費者愿意將手中的廢舊產品返回給零售商，這將提高廢舊產品的回收量，進而提升社會環保效應。

結論6在分散決策情形下，整個供應鏈系統的利潤比集中決策情形更低，即π**<π*。

證明易知

結論6表明，當制造商和零售商之間組成一個統一整體進行完全合作決策時，非合作獨立決策的“雙重邊際效應”能夠得以避免，系統效率不存在損失，這顯然增加了整個供應鏈系統的利潤。仔細分析可發現，完全合作集中決策相比非合作分散決策的系統利潤增加值恰好等于零售商在非合作分散決策下的利潤，這說明非合作分散決策還存在較大的優化空間。那么，如何通過設計有效的協調機制使得制造商和零售商盡力協調，實現系統效率的優化和雙方的“雙贏”，是下文要討論的關鍵問題。

4 專利保護下雙渠道閉環供應鏈的協調

分散決策情形下的“雙重邊際效應”總是存在的，這主要是由于制造商與零售商各自的自利行為所導致的，這使得單個鏈內企業和整個供應鏈系統的利潤都未達到最優化。因此，對雙渠道閉環供應鏈非合作分散決策模型的協調和優化不僅需要優化鏈內節點企業的利潤使其有所提高，也需要盡可能使得優化后的系統利潤達到或者更加接近集中決策水平。

(17)

(18)

此時，零售商、制造商和雙渠道閉環供應鏈系統的利潤分別為：

(19)

(20)

(21)

證明易知

5 數值算例

下面通過數值算例進一步驗證上述結論的正確性。設市場潛在需求量Q=100，直銷渠道邊際成本cd=6，零售渠道邊際成本cr=10，零售商從事再制造的單位再制造成本cc=5，廢舊產品的供應量函數G(pc)=15+10pc，讓θ在[0.6,0.95]內變化。表1所示為消費者渠道偏好系數變化對雙渠道閉環供應鏈分散決策情形下各決策變量最優結果的影響情況。

表1 雙渠道閉環供應鏈分散決策情形的最優結果

由表1可以看出，在分散決策情形下，消費者渠道偏好系數θ變化對批發價格、專利許可費、回收價格均無影響，而隨著θ的增加，偏好直銷渠道的消費者將增多，制造商的直銷價格不斷增加，其利潤也隨之增加，零售商的零售價格則不斷降低，其利潤也不斷減少，但系統總利潤不斷增加。這說明制造商開拓網上直銷渠道后，直銷渠道與零售渠道之間的渠道沖突將導致零售商利潤減少，制造商利潤增加，且消費者對直銷渠道的認可程度越高(θ越大)，其渠道沖突表現越明顯。

表2 契約協調下的最優結果

6 結論

本文考慮消費者對零售渠道和直銷渠道的偏好程度不一致、專利產品回收再制造受到原制造商專利的保護，研究了專利許可零售商實施再制造的雙渠道閉環供應鏈決策和協調問題。通過應用博弈論方法求得了完全合作集中決策和非完全合作分散決策下的均衡解，在此基礎上具體分析了渠道偏好系數對批發價格、銷售價格、專利許可費以及鏈內節點企業利潤的影響情況。研究發現，當制造商和零售商之間組成一個統一整體進行完全合作決策時，避免了由雙方非合作獨立決策所帶來的效率損失問題，整個供應鏈系統效率和社會環保效益可以得到提升。為此，本文將完全合作集中決策的均衡結果作為基準，通過聯合運用一個由批發價格、直銷價格和專利許可費構成的定價機制和一個附加的利潤分享機制，使得協調后的系統利潤與集中決策水平一致，制造商和零售商的利潤都有所增加，能夠保證雙渠道閉環供應鏈的協調有效。最后，運用數值算例對所得結論的正確性進行了檢驗。

本文的研究還可以進一步拓展，比如本文考慮的制造商向零售商收取專利許可費采取的是單位專利許可費模式，下一步可以考慮固定許可費模式，另外，再制造產業的發展離不開政府的參與，進一步可考慮政府補貼或獎懲對專利保護下再制造閉環供應鏈決策的影響。