基于消费者低碳偏好的双渠道供应链协调研究

姚慧丽，陈慧慧

(江苏科技大学 经济管理学院，江苏 镇江 212100)

随着全球经济的快速发展，环境气候问题也接踵而至，节能减排成为世界各国关注的重点。2015年，近200个国家签订了《巴黎协定》，体现出世界各国对气候环境的重视[1]。我国政府也高度重视碳排放问题。在2020年12月12日的气候雄心峰会上，中国表示将在2030年前实现二氧化碳排放达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。同时，在社会各界和国家政府的低碳宣传下，消费者的环保意识不断增强，偏好低碳产品的趋势也愈发明显。因此，为了迎合消费者的低碳需求，承担社会责任，企业需要进行低碳生产。如何使供应链各成员既保持经济效益又减少碳排放量，成为企业亟待解决的问题。

此外，电子商务和移动互联网的迅速发展使消费者的购物方式开始向网上购物转变，这促使许多传统企业开辟线上销售渠道，形成线下零售批发渠道和线上销售渠道的双渠道供应链。在双渠道供应链中，因为线上销售渠道有别于传统销售渠道，且制造商和零售商销售同样的低碳产品，所以制造商需要平衡好线上和线下销售渠道的关系，更加注重低碳供应链的管理。因此，对双渠道低碳供应链的研究具有重要的理论和现实意义。

国内外学者在双渠道供应链研究方面作出了大量贡献。Khouja、孔造杰等研究发现，制造商在传统批发零售渠道的基础上增加线上直销渠道可增加收益和话语权[2-3]；Cai、孙红霞等进一步研究了在双渠道供应链中产品价格对渠道选择和定价决策的影响[4-5]；梁喜等在此基础上讨论了线上直销、线上分销及线上代销等不同双渠道结构下的渠道选择和定价策略[6]；Amy等、李芳等进一步研究了双渠道供应链的协调策略问题[7-8]；Gu等研究了消费者环保意识对制造商产品质量设计策略的影响[9]；Wang等研究了零售商主导下的供应链减排策略[10]；叶同等研究了供应链系统的优化问题[11]；周艳菊等分析在消费者具有低碳偏好背景下，制造商在没有被强制减排情况下是否会自愿选择低碳减排的问题[12]；陈柳鑫等考虑在消费者具有低碳偏好以及制造商具有自愿减排意愿社会背景下，三级供应链中制造商的最优碳排放水平[13]。关于低碳供应链协调方面，Li等运用两步收费契约来协调双渠道低碳供应链的成员利润[14]；Wang等发现，在零售商与制造商合作减排的模式下，运用批发价格契约和成本共担契约进行协调，可以提升制造商的碳排放减排率并提高供应链的利润[15]；Yang等在制造商和零售商构成的供应链中通过促进制造商与零售商的纵向合作和横向合作，运用收益共享契约的协调实现整个供应链的共赢[16]；王芹鹏等研究了由供应商和零售商构成的双渠道供应链的订货水平和碳排放水平的决策问题，运用收益共享契约进行协调[17]；陈静等通过建立两方收益共享契约来解决低碳环境下双渠道供应链的冲突问题，同时分析了双渠道供应链的最优决策[18]；武丹等在考虑消费者低碳偏好与碳交易政策基础上，从动态角度研究供应链协调问题[19]。

通过对以上文献的整理和分析可以发现，学者们对供应链的研究集中于单、双渠道供应链定价以及渠道选择和协调策略方面，而在低碳供应链研究方面大多集中于单渠道低碳供应链定价、减排策略和协调等方面的研究。本文结合已有研究成果，在考虑消费者低碳偏好基础上，将双渠道单位销售成本差异纳入模型中，运用Stackelberg博弈方法研究双渠道低碳供应链中制造商和零售商的协调问题，以实现双渠道供应链中各个成员的共赢。

一、 问题描述与假设

双渠道供应链是一种线下零售渠道和线上销售渠道共同在一条供应链中存在的特殊供应链结构[21]。本文研究的双渠道供应链模式是由单一制造商和零售商组成的双渠道供应链。其中，制造商生产低碳产品，并将低碳产品以批发价格w批发给零售商的同时，开辟线上直销渠道并以p2的价格将低碳产品销售给消费者，由制造商独自完成整个线上销售过程，零售商只通过线下传统渠道将低碳产品以p1的价格销售给消费者，由此构成了本文研究的线上、线下双渠道供应链。研究基于以下假设：

1. 假设制造商和传统零售商均是完全理性的且追求自身收益最大化；各成员之间信息对称。

2. 假设消费者为理性消费者且具有低碳消费偏好，愿意为低碳产品支付更高的价格。

4. 为方便计算且不影响计算结果的情况下，假设产品的制造成本为0。

5. 假设线上直销渠道的单位产品销售成本为0，线下传统渠道的单位产品销售成本为δ，其中δ为线下传统渠道的单位产品销售成本较线上直销渠道的差异成本。

6. 制造商和零售商的需求函数如下：

D1=A-p1+bp2+re

(1)

D2=A-p2+bp1+re

(2)

在式中，i=1，2分别表示线下传统渠道和线上直销渠道。D1和D2分别表示零售商和制造商的需求，A表示市场的潜在规模(A>0)，b表示渠道交叉价格需求弹性系数(0

分别使用上标c、d表示双渠道低碳供应链集中决策情形下、双渠道低碳供应链分散决策情形下的决策，上标*表示最优决策，Пm和Пr为制造商和零售商的利润，Пs为供应链总利润。根据上面的假设，对零售商和制造商使用Stackelberg方法，分别计算双渠道低碳供应链在集中决策下、分散决策下的最优决策结果。

二、 集中决策和分散决策下双渠道低碳供应链决策模型

(一) 集中决策下双渠道低碳供应链决策模型

在集中决策模型下，制造商和零售商以全局为最优目标，从供应链整体利益最大化角度对线上、线下低碳产品的价格p1、p2、碳减排水平e做最优的决策。双渠道供应链利润为：

(3)

命题1：双渠道低碳供应链在集中决策模型下的最优决策及利润为：

证明：求式(3)关于e、w、p2的海塞矩阵，当4(1+b)((1-b)k-r2)>0时，式(3)关于e、w、p2是联合凹函数有联合最优解。对Пs分别求e、w、p2的一阶导令其为0，并联立求方程组的解。

推论1：

由推论1可知，在集中决策下，低碳减排水平、线上直销渠道和线下传统渠道低碳产品的价格与消费者的低碳偏好水平呈正相关。其中，线上、线下价格受影响程度一致。由此可以看出，随着消费者的低碳偏好不断增长，制造商为了扩大需求而加大低碳投入并提升低碳减排水平，因此低碳产品的价格也会随之增长；当线下传统渠道的单位产品销售成本越来越高于线上直销渠道的单位产品销售成本时，则零售商产品价格越高，制造商产品价格越低，碳减排水平越低。一方面，随着线下传统渠道的单位产品销售成本越来越高于线上直销渠道的单位产品销售成本，零售商为了确保自身利益提高低碳产品价格，而制造商利用线上直销渠道销售成本低的优势获得了更多的市场需求，反而降低了线上低碳产品价格；另一方面，制造商为确保低碳产品的收益会减少低碳投入成本，从而降低碳减排水平。

由命题1可得集中决策下供应链利润：

(二) 分散决策下双渠道低碳供应链决策模型

在分散决策模型下，制造商和零售商为了追求自身利益，会从自身利益最大化角度做出最优决策。制造商先决定产品的低碳减排水平e、批发价格w和产品价格p2；然后零售商决定线下渠道低碳产品的价格p1，通过逆向求解法进行求解。分散决策下零售商和制造商的利润函数分别为：

(4)

Пr=(p1-w-δ)D1

(5)

命题2：双渠道低碳供应链在分散决策模型下的最优决策及利润为：

推论2：

由命题2可得分散决策下制造商和零售商最优利润及供应链总利润：

Δ2=4Ak(1-b)(3k(1-b)-(2+b)r2)δ，

Δ3=(2k(1-b)-(1+b)r2)(3k(1-b)-(2+b)r2)δ2。

推论3：

由推论3可知，由于在分散决策下制造商和零售商都追求各自利益最大化，从各自的角度选择最优决策，由此产生的双重边际化效益使得双渠道低碳供应链分散决策情形下的利润和碳减排水平都小于集中决策下的情形。从供应链全局角度看，需要对双渠道供应链进行协调，以实现供应链成员的共赢。

三、低碳双渠道供应链协调契约模型

由上文可知，分散决策模型下低碳双渠道供应链成员的利益并没有得到提升。在解决双重边际效益方面，多数学者采用利润共享或利润共享和成本共担契约进行协调。相较于这两种契约，两部定价契约更容易执行，也更容易通过调节固定收入的范围实现供应链成员间的帕累托效应。因此，本文选择两部定价契约对供应链进行协调。文中上标t为两部定价契约，上标*为两部定价契约下的最优决策。

在制造商主导的双渠道供应链中，为实现供应链整体利润最优化，制造商可以选择两部定价契约协调。在决策过程中，零售商先支付给制造商固定费用F，然后双方以固定的批发价格进行交易，从而实现协调。零售商与制造商的决策模型为：

Пr=(p1-w-δ)(A-p1+bp2+re)-F

(6)

Пm=w(A-p1+bp2+re)+p2(A-p2+bp1+re)-

(7)

(8)

证明：当供应链利润达到最优时，就需要制造商将其批发价格低于分散决策下的价格，这降低了传统零售商的批发成本，使其制定的最优零售价格与集中决策价格一致，因此可以获得更多利润。相应的，制造商的线上利润就会减少，造成利润损失。即：

四、 数值分析

为了进行更深入的研究，对以上结论进行进一步的数值仿真。依据文献19中的相关参数设置，默认参数数值为,A=100，b=0.5，k=10，δ=10。研究消费者低碳偏好对双渠道供应链决策及利润的影响。

由图1、2、3、4可知，低碳减排水平、固定补偿值F、制造商和零售商的利润随着消费者低碳偏好的增加而增加。由图1可以看出，随着消费者低碳偏好不断增加，两部定价契约协调后的低碳减排水平在不断增加的同时，越来越高于分散决策下的状态。由图2可知，当消费者低碳偏好越高，两部定价契约的补偿值越高，且F的补偿范围越大。由图3、4可知，使用两部定价机制协调之后，通过调节零售商的固定值F，制造商和零售商的利润分别等于或大于协调前分散决策下的利润。制造商从零售商处所获得的固定补偿越高，协调之后零售商的利润就越趋向于分散决策下的利润。反之，固定补偿越低，制造商从零售商处获得的利润就越低，制造商的利润就越来越趋向于分散决策下制造商的利润。

图1 r对低碳减排水平的影响

图2 r对补偿值F的影响

图3 r对零售商利润的影响

图4 r对制造商利润的影响

由图5可知，低碳产品的价格随着消费者低碳偏好的增加而增加，且协调后的价格等于集中决策下的价格。协调之前线下传统渠道的产品价格远高于线上直销渠道的产品价格，协调之后线上、线下价格差别很小，且当消费者低碳偏好不断增加时，协调后的线上直销渠道的产品价格越来越高于协调前的价格。由此可见，由于线上销售成本小于线下，从而使得线上价格低于线下，由此会产生需求不均衡，进而引发渠道冲突，不利于供应链发展。协调之后，有利于双渠道供应链成员的共赢。

图5 r对低碳产品价格的影响

由图6可知，批发价格随着消费者低碳偏好增加而增加，协调后的批发价格低于协调前的批发价格。可见，协调后,为使供应链利润达到最优,制造商需要将其批发价格调至低于分散决策下的价格，提供给零售商较低的批发价格。但当消费者低碳偏好很明显时，消费者不再过多关注产品价格，制造商可以提升批发价格。

图6 r对低碳产品批发价格的影响

五、 结论

本文在考虑消费者低碳偏好的基础上，将双渠道单位产品销售成本差异参数纳入模型中，研究双渠道供应链协调问题。通过建立制造商与零售商的双渠道供应链博弈模型，分析集中决策和分散决策下零售商和制造商的最优决策；运用契约模型对供应链进行协调，通过协调实现供应链各成员共赢；通过算例分析和验证协调成果，分析消费者低碳偏好对供应链各成员决策的影响。研究表明：首先，双渠道供应链成员的决策及利润随消费者低碳偏好的增加而增加。集中决策下线上直销渠道的低碳产品价格与线下传统渠道的产品价格受消费者低碳偏好影响程度一致，更有利于双渠道供应链减少渠道冲突、健康发展。分散决策下消费者低碳偏好对线下低碳产品价格的影响程度大于对线上低碳产品价格的影响程度，这表明在分散决策下，线下产品价格受批发价格和更高销售成本的约束。当消费者低碳偏好变化时，其产品价格会比线上变化更大。其次，当线下传统渠道的单位产品销售成本与线上直销渠道的单位产品销售成本差异越来越大时，制造商为获得更多市场需求会降低低碳生产水平和线上低碳产品价格。在分散决策下，线下零售价格也会受消费者低碳偏好影响。最后，使用两部定价契约对供应链进行协调时，利润分配前虽然供应链利润和低碳生产水平高于分散决策下的供应链利润和低碳生产水平，但制造商的利润低于分散决策下利润。通过引入固定补偿值F进行利润分配协调，可实现供应链成员利润的帕累托改进。

对于整个供应链来说，制造商和零售商保持长期合作可以使制造商和零售商的利润稳定且持续地增长，有利于促进供应链系统的健康、稳定运行。一方面，从长远发展的角度来看，制造商会尽量缩小低碳产品线上、线下价格的差异。随着消费者低碳偏好不断增加，制造商会将产品价格控制在与线下价格相等的水平。另一方面，随着消费者低碳偏好的增加，制造商会投入更多碳减排努力。为了降低减排成本，制造商在保持与零售商合作的基础上鼓励低碳减排技术的研发。零售商也会积极与制造商合作，努力降低线下运营成本，缩小与线上成本的差异。