產品服務視角下再制造供應鏈博弈研究

周駿杰 朱慶華

(上海交通大學 安泰經濟與管理學院，上海 200030)

作為一種可持續的生產策略，再制造在緩解環境問題的同時也可以給企業帶來可觀的經濟收益。在西方發達國家，很多企業為了履行其生產者責任衍生制度(EPR)已經積累了多年的再制造經驗。早在1995年，美國環境保護局(EPA)實施的《綜合采購指南》中，就已經提出了再制造這一概念，并在之后逐步確立了再利用(Reuse)、再循環(Recycle)以及再制造(Remanufacture)的3R環保體系。目前，全球再制造產值規模已超過1000億美元，其中有超過750億美元是來自美國。多年的產業發展使得再制造產品在西方發達國家有著不錯的口碑和市場接受程度，但是我國再制造產品還不具備這樣的市場基礎。一方面再制造品作為一種新興產品，國內消費者對其了解程度還不夠，再制造產品的質量問題也容易引起消費者的擔憂；另一方面，國內猖獗的假冒偽劣產品也會影響再制造產品的聲譽，在OEM企業沒有對第三方再制造產品給予充分認可的情況下，很多消費者容易將再制造產品等同于假冒偽劣產品，因此如何提升市場接受程度成為國內再制造企業面臨的一大難題。

以往有關于提升再制造產品市場接受程度的研究主要集中在提升再制造產品本身的質量以及與之配套的服務上。Li等研究了通過搜集質量信息的方式對再制造產品進行持續的質量改進。Jiang等研究了通過流程選擇和流程改進來提升再制造產品質量。陳偉達和劉碧玉提出綜合考慮再制造各個環節的質量差異和不確定性，綜合協調整個再制造系統以達到整體最優。朱慶華等提出了通過改善再制造產品的售后服務來提升消費者信心，如延長質保周期、質保期內免費維修等。這些手段在提升消費者信心方面有一定作用，但仍不足以使再制造產品和新品直接競爭。

為了應對這一困境，有再制造企業向服務型制造業轉型，在銷售產品的同時提供租賃或者共享等服務，構建再制造產品-服務系統，通過商業創新的方式來提升再制造產品的市場接受程度。產品-服務系統將企業的業務重點從僅僅設計和銷售物理產品轉移到設計和銷售能夠滿足特定消費者需求的服務系統上來。在再制造產業內引入服務模式已經受到廣泛關注。Oksana以及Carl在嬰兒車市場提出一種新的商業模式，即通過出租嬰兒車的方式幫助客戶降低在二手市場銷售嬰兒車產生的交易成本，研究結果表明這一模式同時增加了經濟和環境效益。Shi和Min提出再制造企業將再制造產品出租給服務商，并由再制造企業決定何時回收該產品并進行再制造，研究同時考慮了再制造成本不確定性以及政府補貼的影響。劉宇熹和謝家平研究了再制造企業向顧客出租產品時雙方的努力程度對租賃產品服務系統績效的影響。

基于此，本文分析了三種不同的再制造產品-服務模式：再制造企業提供服務(MR-S)、第三方服務商提供服務(M-R-S)以及零售商提供服務(M-RS)。通過非合作博弈分析討論了不同模式下廠商的均衡決策行為，案例研究和仿真分析的結果討論了消費者渠道偏好和產品資金沉淀成本對服務投放量和供應鏈收益的影響。進一步，將非合作博弈的結果和合作博弈進行對比，討論了合作博弈的帕累托改進邊際條件以及再制造供應鏈合作的適用場景。研究結果為再制造廠商選擇和改進產品-服務模式提供了對策和建議。

1 相關假設和需求函數刻畫

考慮由再制造企業、零售商和第三方服務商組成的供應鏈。傳統的零售模式下，再制造企業設計生產再制造產品，然后按照產品分銷價格銷售給零售商，零售商再將產品銷售給消費者。在再制造產品服務系統中，本文考慮三種市場結構：第一種，再制造企業保持原有的零售模式不變，同時自己向消費者提供服務；第二種，再制造企業委托零售商向消費者提供服務；第三種，再制造廠商委托第三方服務商提供服務，同時零售商依然銷售再制造產品。本文分別針對三種模式構建博弈模型，模型中用到的相關符號和假設如下：

(1)再制造企業、零售商、第三方服務商的利潤分別為∏m、∏s、∏r。(2)零售渠道銷量和服務渠道投放量分別為qs、qr。(3)再制造廠商的分銷價格為Wm。(4)零售渠道的價格和服務渠道的收費分別為Ls、Lr。為了便于比較，Lr為單位產品生命周期內收取的費用。(5)再制造產品的制造成本為Cm，服務渠道中，企業需要承擔額外的設備、零件的維修和定期保養的人工費用和時間成本，這部分額外費用為Cr。(6)由于零售渠道和服務渠道采用不同的收費方式，零售渠道一般為“一手交錢，一手交貨”的收費方式，而服務渠道則為“先服務，后收費”的方式。服務渠道的延遲支付行為會導致一定的現金折扣，因此我們在服務渠道引入貼現因子ρ，服務渠道單位產品貼現后的收入為ρ*L。(7)不同于普通產品，目前消費者對再制造產品存在質量擔憂，因此在購買產品或者使用服務之間，消費者更加偏好服務。我們假設消費者通過服務感知的價值為v～U(0，α)，通過購買產品感知的價值為rv，0

本文借鑒Ferrer和Swaminathan兩位學者提出的方式構建需求函數，顧客購買再制造產品和使用服務的效用分別是Us=rv-Ls，Ur=v-Lr。當購買再制造產品的效用大于使用服務，即v∈{v|rv-Ls≥v-Lr，rv-Ls≥0}時，顧客選擇購買再制造產品；當使用服務的效用大于購買再制造產品的效用，即v∈{v|v-Lr≥rv-Lr，v-Ls≥0}時，消費者選擇使用服務。我們假設市場的規模為K，通過求導可得

(1)

(2)

化解式(1)和式(2)可以得到價格需求函數

Ls=r[α-β(qs+qr)]

(3)

Lr=α-β(rqs+qr)

(4)

2 再制造產品-服務系統分析以及模型描述

根據上述分析，我們研究在三種產品-服務系統下再制造供應鏈的決策問題，分別是再制造企業自己提供服務、將服務外包給第三方和委托零售商提供服務。三種產品服務系統的分析以及數學模型刻畫如下:

模式1：再制造企業自己提供服務(MR-S)。

在MR-S模式下，再制造廠商提供服務，零售商銷售再制造產品。再制造廠商和零售商的決策問題分別為

(5)

(6)

s.t.qs≥0，qr≥0，Wm≥0

圖1 MR-S模式

模式2：再制造企業委托第三方服務商提供服務(M-R-S)。

M-R-S模式下，再制造廠商從事再制造產品生產和分銷，零售商銷售產品，服務商提供服務。再制造廠商、零售商和服務商的決策問題為

(7)

(8)

(9)

s.t.qs≥0，qr≥0，Wm≥0

圖2 M-R-S模式

模式3：再制造企業委托零售商做服務(M-RS)。

M-RS模式下，再制造廠商從事再制造產品生產和分銷，零售商同時銷售再制造產品和提供服務。再制造廠商和零售商的決策問題為

(10)

(11)

s.t.qs≥0，qr≥0，Wm≥0

圖3 MR-S模式

3 三種不同模式下再制造企業的博弈分析

3.1 非合作情形下的博弈分析

假設再制造廠商是領導者，零售商和服務商是跟隨者，博弈順序如下：MR-S模式中再制造廠商決定分銷價格Wm和服務投放量qr，零售商決定再制造產品的采購量；M-R-S模式中再制造廠商決定分銷價格，零售商決定再制造產品采購量，服務商決定服務投放量；M-RS模式中再制造廠商決定分銷價格，零售商同時決定再制造產品采購量和服務投放量。按照逆序求解的方式得到三種模式的均衡解。

命題1MR-S模式下，再制造廠商自己提供服務，零售商銷售產品。供應鏈的最優解如下：

(12)

(13)

(14)

命題2M-R-S模式下，再制造廠商委托第三方提供服務，零售商銷售再制造產品。供應鏈的最優解如下：

(15)

(16)

(17)

其中

φ1=[(-r2+5r-8)ρ+2r]αρ

φ1=(2ρ+r2-5r)rρα

命題3M-RS模式下，再制造廠商委托零售商提供服務，同時零售商還銷售再制造產品。供應鏈的最優解如下：

(18)

(19)

(20)

其中

φ2=[rρ3+(-3r2+8r-8)ρ2+(7-4r)rρ-r2]α

φ2=[(2-3r)ρ3+(r2+2)ρ2+(2r2-5r)ρ+r2]rα-(2-3r)ρ2

3.2 合作博弈情形下的博弈分析

在上述分析的基礎上，如果供應鏈合作伙伴之間能夠形成具有約束力的協議，供應鏈整體的收益還可以進一步優化，形成合作博弈。非合作情形下三種模式合作后的供應鏈整體決策問題相同，可以表示為

(21)

s.t.qs≥0，qr≥0

其中

Ls=r[α-β(qs+qr)]，Lr=α-β(rqs+qr)，將上式分別對qs和qr求偏導，并令其等于0，則有

(22)

(23)

將上述兩個式子聯立，可以得到最優的均衡結果：

(24)

(25)

證明：為了便于分析，假設函數

通過上述分析可以知道，合作博弈的均衡解是函數等于0的解，此時有

命題4說明在MR-S、M-R-S、M-RS三種模式下，合作博弈收益高于非合作情形。當三種模式供應鏈成員合作收益均高于非合作情形，即滿足以下條件時，供應鏈的合作博弈具有帕累托優勢：

MR-S模式：再制造廠商和零售商合作后收益增加

(26)

(27)

M-R-S模式：再制造廠商、零售商和服務商合作后收益增加

(28)

(29)

(30)

M-RS模式：再制造廠商和零售商合作后收益增加

(31)

(32)

通過求解以上不等式可以得到三種模式下再制造企業的帕累托改進的邊際條件。

命題5MR-S模式下再制造企業的帕累托改進邊際條件為

(33)

(34)

命題6M-R-S模式下再制造企業的帕累托改進邊際條件為

(35)

(36)

命題7M-RS模式下再制造企業的帕累托改進邊際條件為

(37)

(38)

3.3 案例分析

本節采用案例分析以及數值仿真的方式研究消費者偏好以及貼現因子對再制造企業最優決策的影響。某再制造企業為中國辦公耗材再制造示范企業，主要從事激光打印機、噴墨硒鼓墨盒的再制造與相關技術的研發。目前該企業希望通過借力運營的方式，逐步開拓打印服務市場，為客戶提供一體化打印解決方案。本文根據該企業的實際情況，對模型參數做出如下假設：α=600，β=0.001，Cr=100，Cm=150。

再制造企業目前最大的問題是產品回收問題，而服務投放可以控制廢舊產品的回收，解決回收難題?；诖?，本節將服務的投放量與企業利潤一起作為主要的研究對象。根據實際情況，本節第一部分控制ρ=0.95討論消費者偏好對服務投放量和供應鏈總收益的影響，第二部分則控制r=0.75討論貼現因子對服務投放量對供應鏈總收益的影響。

3.3.1消費者偏好的綜合影響

圖4 服務投放量隨消費者偏好的變化規律

發現1無論采用何種產品服務系統，也無論供應鏈成員選擇合作還是非合作，再制造供應鏈的服務投放量總是隨著消費者偏好的上升而降低。

如圖6所示，消費者偏好上升代表消費者對再制造產品的接受程度上升，因此許多消費者都選擇直接購買再制造產品而不是嘗試性使用服務。

發現2無論消費者偏好水平如何，MR-S模式下服務的投放量都是最高的；當r<0.732時，M-RS模式下的服務投放量比M-R-S模式更高，當r<0.732時，M-R-S模式投放量更高。

在不考慮渠道成本的情況下，再制造企業自己提供服務省去了中間商的利潤分成，因而能夠通過價格優勢來提升市場占有率。當消費者偏好較低時，通過零售商來提供服務可以給消費者提供更多選擇，當消費者存在質量擔憂時可以選擇使用服務而不是直接購買；當消費者偏好較高的時候，服務相對于零售的優勢較小，通過第三方提供服務能夠很好地避免和零售產品惡性競爭，提升服務的投放量。

圖5 供應鏈總體利潤隨消費者偏好的變化規律

發現3無論再制造企業采用何種產品服務模式，也無論是合作還是非合作情形，供應鏈的總體利潤隨著消費者偏好的上升而上升。

如圖5所示，消費者偏好的上升意味著消費者對再制造產品的接受程度上升，更多的消費者愿意購買再制造產品，因此再制造供應鏈的收益總是上升的。

3.3.2貼現因子的綜合影響

圖6 服務投放量隨貼現因子的變化規律

發現4無論再制造企業采用何種產品服務模式，也無論是合作還是非合作情形，服務的投放量總是隨著產品貼現因子的提升而增加。

產品的貼現因子越大，表明產品的使用周期較短、更新較快，給供應鏈帶來的資金沉淀壓力也就越小，廠商也就越樂意去提供服務模式。這一發現和實際情況符合。目前在再制造領域僅有打印耗材以及手機等數碼產品才提供服務模式，例如在校園內推行自助打印的聯創打印，便是較早一批使用再制造耗材提供服務的廠家。而傳統的生產耐用品的再制造公司，如卡特彼勒生產的再制造發動機，就極少提供租賃等服務。

發現5無論貼現因子如何變化，MR-S模式的服務投放量總是最高的。在貼現因子ρ<0.967的時候，M-R-S模式下服務投放量要小于M-RS模式，貼現因子ρ>0.967的時候，M-R-S模式下服務投放量要大于M-RS模式。

當產品的貼現因子較低時，說明產品生命周期較長，服務投放的資金成本高，相對于零售來說優勢小，此時由第三方服務商來提供服務可以避免和零售渠道產生競爭；而當產品生命周期較短，服務的資金成本較低時，通過零售商提供服務可以吸引購買再制造產品的顧客轉而使用服務。

圖7 供應鏈總體利潤隨貼現因子的變化規律

發現6無論再制造企業采用何種產品服務模式，也無論是合作還是非合作情形，隨著貼現因子的提高，供應鏈的總體利潤總是上漲的。

這一結果和預期一致，貼現因子的提升代表服務模式下資金回籠比較迅速，給企業帶來的資金沉淀損失較少，所以總體利潤能夠提升。

發現7無論消費者偏好和貼現因子水平如何，非合作情形下MR-S模式的服務投放量都是最高的；MR-S模式下合作的服務投放量小于非合作情形，M-RS模式下合作的服務投放量大于非合作情形。

從圖4和圖6可以看出，非合作情形下的MR-S模式的服務投放量是最高的。對比合作情形，MR-S模式下合作后的服務投放量小于非合作情形，而M-RS模式下合作后的服務投放量大于非合作情形。再制造廠商自己提供服務的情形下，再制造企業和零售商合作加強了零售渠道的競爭力，服務的投放量因此受到影響。而委托零售商提供服務的情形下，服務渠道和零售渠道都能從合作中收益，因此服務的投放量得以提高。

從圖5和圖7可以看出，合作博弈情形下的供應鏈收益是最高的，發現8的第一部分印證了命題4的結論。發現8的第二部分和再制造打印耗材行業的狀況相符合，例如富士施樂的蘇州愛科工廠、上海宜達勝打印耗材有限公司等從事打印機以及耗材再制造的企業都選擇自己向消費者提供打印全包服務?？赡艿脑蚴菬o論委托零售商還是第三方企業都會造成和零售渠道的競爭關系，而再制造廠商自己提供服務可以削弱這部分競爭關系，從而最大化供應鏈利潤。

3.3.3商業建議

根據上述案例分析和仿真研究的結果，對打印耗材等綠色再制造企業可以給出以下建議：

1.非合作的情形下優先選擇再制造企業提供服務，服務投放量和供應鏈總體的收益都是最高的。

2.非合作情形下如果選擇將服務外包，消費者偏好系數越高表明再制造產品接受程度越高，貼現因子越低表明資金成本越高，這兩種情況更適合外包給第三方；反之，外包給零售商能獲得更高的服務投放量，外包給第三方可以獲得更高的收益。

3.選擇供應鏈成員間合作可以提升總體收益，但是只有M-RS模式下服務的投放量會增加，因此委托零售商提供服務的情形下可以選擇和零售商合作。

4 總結與應用

隨著再制造產業和服務型制造業的發展，產品服務模式開始在再制造產業內流行開來?；诖?，本文先后分析了三種再制造的產品服務模式：再制造企業自身提供服務、委托第三方提供服務以及委托零售商提供服務。本文分別研究了合作博弈和非合作博弈的供應鏈決策行為，并對供應鏈合作成立的邊際條件進行了討論。

研究結果表明：非合作情況下再制造廠商應該優先選擇自己提供服務，服務投放量和收益都是最優的。選擇外包服務的時候，市場接受程度較高和資金成本較高的情況更適合外包給第三方，供應鏈整體收益和服務投放量都更高；反之外包給零售商能獲得更高的服務投放量，但是供應鏈總體收益依然低于第三方外包。供應鏈合作的情況下無論哪種產品服務模式都可以獲得更高的收益，但是只有外包給零售商可以提升服務投放量?？紤]到服務投放量同樣決定了回收量，對于其他模式想要構建閉環供應鏈的企業需要進行進一步的權衡。

本文的研究是根據一些假設得出的結果，在實際情況中的應用還需要進一步驗證。并且，本文僅討論了從非合作博弈到合作博弈的合作條件和適用情況，在合作博弈中如何對利潤進行成員間分配還可進一步討論。