基于排放规制的再制造供应链决策机制研究外文翻译资料

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基于排放规制的再制造供应链决策机制研究

摘要：温室气体的排放不像以前那么自由了。制造商逐渐发现严格的法规导致排放物面临陡增的货币成本、环境损害和社会代价。回收再制造对制造产业意义深远，它发挥了其固有的经济，环境和社会优势。考虑到再制造行业的利益，我们研究排放物最佳税收政策的特点。特别地，我们用领导者-跟随者的Stackelberg博弈模型，研究了排放税对最优产量的影响，以及制造商的回收再制造定价策略。我们讨论排放量监管下制造商是否需要再制造，以及满足什么条件时利用再制造，从而既能减少环境损害又能增加利润（达到双赢）。在政策层面，我们阐述如何制定排放税才能实现再制造的经济、环境和社会效益（达到三赢）。这次分析的两个关键问题是再制造产品的需求替代以及再制造的低排放优势。我们进一步研究了再制造的影响以及社会相关因素如何平衡固定水平利润、环境影响、社会福利三者关系。从再制造中获得三赢，报废产品的回收率和环境成本起着决定性作用。最后，我们将分析扩展到设定排放交易，这一设定是用来监管排放贸易许可证的。我们分别研究了再制造在排放贸易下和在排放税下的经济效益。

1、前言

商务企业一直是公众议论可持续发展话题的焦点。 他们大肆消耗不可回收资源，产生不成比例的负外部性，严重损害了环境。为了遏制环境恶化、减少能源消耗，他们还提供一系列解决方案并采取相关举措。在履行对社会和环境可持续性发展承诺的众多活动中，减排对企业意义重大，它涉及污染减排设备、系统生产计划、投资。由于来自股东和政府法规的压力，减排已成为制造商生产操作中不可或缺的一部分。

一些基于市场的旨在减少企业排放的机制已经存在，比如污染物排放税、可交易排放配额、押金返还制度。长期的监管趋势是要求谁污染谁负责。(Esty amp; Winston, 2006). 如经济学家所说，通过排放污染物征税能推动企业“内化”环境成本，为企业创造财务“激励”，使企业最大限度地减少排放成本。在减排方面，征税比政府补贴、排放交易制度更有效。¹为了遵守这些监管制度，企业面临着额外挑战，企业需要调整现有生产计划来减少排放，同时避免潜在的负面经济后果。各国政府们都认为，再制造有助于实现这些目标，所以在企业议程中广泛推进（Atasu，Sarvary和Wassenhove，2008）。 2011年，美国再制造产品的生产总额为430亿美元，占所有制成品销售额的2％。³州政府继续采取扩大再制造的举措，最大限度地发挥美国再制造业的作用。可见，人们对再制造产品特别感兴趣。

再制造产品享有特别的税收价格，因为再制造过程消耗更少的材料，把报废的产品变得像新的一样，而且降低了资源的依赖，使用更少的能量并产生更少的外部性。在英国，再制造每年估计可减少1000万吨二氧化碳。⁴政府在控制生产消费产品过程产生的排放方面作用显著，政府有权根据其环境外部成本对产品及过程征税。美国的企业（在生产和消费再制造产品方面是世界上无可争议的先锋企业）没有收到再制造补贴或税收抵免，相反还有缴纳排放税，这使得再制造变得现实且有利可图。

正确的措施已经到位，再制造本身有潜力提供广泛的经济，环境和社会效益（被称为再制造的三赢）。再制造的生产计划受到诸如质量感知、供应等因素影响，所以本来就复杂得多。（Akcali＆Cetinkaya，2011）。除了复杂，制造商坚信再制造将会逐渐取代新产品的市场。因为再制造版本的产品价格低廉，所以再制造产品有可能在销售上取代新产品，并对利润造成负面影响，阻碍再制造的实施。对于一个受排放规制限制的制造商来说，提供一个再制造的产品，不仅有助于减少排放，而且能盈利（因为什么都不生产更环境友好）。重要的是，我们要认识到：再制造不是一个一刀切的方法，并且在经济或环境方面可能不总是最佳的选择⁶。然后，我们的主要目标是研究是否以及什么时候对再制造决策，还研究在排放税下企业的总体环境影响以及如何增加总体利润。

在监管方面，监管机构应制定排放税，诱导制造商提供再制造产品。只有采取善意的经济举措，再制造才能提高社会福利，才能降低产品的环境外部成本并提高效率。如果不仔细组织和管理，再制造会有负面影响（Ottman，2011）。例如，在英国，政府承担着失去再制造三重赢利的风险。7然后我们的第二个主要目标是介绍如何制定排放税来实现再制造的社会、经济和环境效益。我们还研究再制造产品（使生产计划决策更困难）的某些特征的影响，例如相对排放强度，终端废弃产品收集率、旧产品的收集和加工成本，以及社会相关因素如市场对环境损害的认知。我们利用排放税去平衡再制造的经济，环境和社会效益。

我们的上述目标转化为以下研究问题：对于追求经济和环境利益的制造企业而言，再制造排放税有效吗？不同排放税收价格水平下，再制造相关因素对经济的影响是什么？排放税的调节下，经济获益和环境获益是否与再制造产品的低排放优势以及利用程度相关？什么是揭示经济、环境、社会共赢的最佳税收政策？监管者应该如何协调经济和社会的不同部门，鼓励再制造实现经济，环境和社会效益？

为了回答这些问题，我们考虑在一个追求市场利益最大化的企业（追随者）和追求福利最大化的监管者（领导者）之间，建立一个领导者-追随者的stackelberg博弈。在那里消费者购买需求是不相同的，且消费者认为再制造产品价值低于新产品。我们使用分段模型，研究两个不同的情况：（1）再制造情况;和（2）没有再制造情况。对于前者（再制造情况），制造商在第一阶段提供由所谓的原始材料（即新产品）组成的产品，并且在第二阶段将该产品的再制造版本引入市场。也就是说，在第二阶段，开始提供混合产品线，其中新产品和再制造品共存。对于后者（没有再制造情况），企业不再投资再制造，而是在两个时期都提供全新产品。为了了解再制造的经济和环境影响，我们比较了在这两种情况下获得的最大利润（我们对经济绩效的度量），以及由此产生的总排放（我们对环境影响的度量）。为了评估再制造的社会影响，我们比较了在这两种情况下获得的最大福利值。其中福利函数包括再制造和新产品的消费者支付意愿，生产的总排放量和总企业的销售盈利。我们还扩展分析，研究使用可交易许可证调节排放，并研究在排放交易下再制造的经济和环境影响。

本文的其余部分组织如下。第2节包括相关文献的综述。第3节描述了模型，第4节研究了排放税法规下最优效益和环境影响函数的结构特性。第5节阐述了我们对社会福利的定义，解决了福利最大化问题并探讨了政策影响。第6节将分析扩展到排放交易设置。第7节总结了我们的讨论，并总结了本文。

附录中提供了证据（可用http://dx.doi.org/10.1016/j.ejor.2015.08.020）

2、文献综述

在运筹学文献中有大量关于再制造的研究。我们引用读者对Akcali和Cetinkaya（2011）和Souza（2013）这些文献的综合评论。我们审查与生产计划相关的举措与再制造决策。

早前的研究主要集中在再制造的经济影响。通过研究不同假设对再制造的影响，这些研究试图解决两个核心问题：（1）企业是否应提供其产品的再制造版本，以及如何定价？（2）再制造获得的经济利益何时超过了使用损失？Debo，Toktay和Wassenhove（2005）认为，企业选择的生产技术会影响产品边际成本、可再制造性、再制造效益。 Ferrer和Swaminathan（2006）提出了两期和多期生产计划模型，其中再制造和新产品是完美的替代品。Debo，Toktay和Wassenhove（2006）使用Bass型扩散模型研究新产品的销售，认为再制造受新产品销售量的限制。 Vorasayan和Ryan（2006）使用排队网络模型，基于环境承载力研究新产品和再制造产品的最优价格。 Ferguson和Toktay（2006）研究了产品定价和再制造决策，推演出使得再制造有利可图的成本条件。Atasu等人（2008年）额外提出一个绿色概念，认为绿色消费者对新产品和再制造产品评价相同，而普通消费者认为再制造的产品价值低于新产品。通过构建报童模型kaya (2010) 认为制造商应该要激励消费者去收集大量的废弃品用于再制造。最近subramanian, ferguson, 和 toktay (2013)分析了企业部门是如何跨越一条生产线做出共同决策的，假设废弃产品再制造包含在决策之内利润如何变化。

一些运筹学文献中提到，再制造除开经济优势还会导致环境破坏，因为它涉及大量减少材料、能源、水的过程。这些论文中的大多数假设是:再制造产品具有取代新产品的销售潜力;因此，制造商销售的再制造产品越多，其对环境的总体影响越小。然而，再制造产品由于价格较低，市场规模变大，结果反而增加了环境损害。一些论文（包括本文）提供了额外的见解，他们使用更详细的方法系统地分析了再制造的环境影响。其中有一项研究使用了从e Bay获得的交易数据集。quarisguasi-frota-neto和bloemhof（2012）分析对于再制造电脑和手机而言，在什么条件下这些产品在生命周期内消耗的总能量减少。在设计环境（Df E）（包括再制造的概念）中，Raz，Druehl和Blass（2013）使用报童模型，侧重于产品和工艺设计工作，这些工作能降低单位成本（或增加需求）的同时提高单位环境影响。基于大量产品服务企业数据驱动的的数值模拟，blass, 和 raz (2014) 跨越整个产品线，从多个客户群分析替代效应，并评估再制造产品给企业增加利润的同时是否减少了环境损害。

尽管学者们对再制造的决策模型有越来越大的兴趣，但是基于排放规制研究再制造战略和操作的人却很少。实质上，上述论文都没有探讨排放规制的影响，因此也没有探讨参数化排放强度，也没有研究排放价格对再制造生产规划活动的影响，以及环境和社会后果。通过排放规制将环境成本内化，新产品、再制造产品与相关的生产、定价决策之间的相互依赖性更加复杂。据我们所知，在再制造的运营文献中，排放价格只在两篇论文中被纳入再制造决策中。一个是Liu，Holmbom，Segerstedt和Chen（2015）的研究，他们调查了排放规制如何独立影响、如何优化制造商的再制造决策。假设需求分布信息有限，他们用最大 —最小法解决了包括再制造成本，处置成本，库存持有成本，短缺成本和排放成本在内的模型问题。另一项研究是Chang，Xia，Zhu，Fan和Zhao（2015），他们建立了独立和可替代需求的两个时期模型，并分析再制造商的最优生产数量、定价决策和贸易机制。

我们的模型与上面再制造文献是一致的，因为我们专注于因使用产品的回流量而产生的相关运营和市场问题。考虑到运营决策和排放之间的紧密联系，对于扩展定量成本最小化或盈余最大化模型的研究存在巨大的需求（Benjaafar，Li和Daskin，2013）。我们的文件是朝这个方向迈出的一步。我们将排放问题纳入再制造的生产和定价问题，并研究排放和立法相关因素对经营决策的影响。具体来说，我们模型中的生产成本不仅包括直接成本，还包括由再制造和新产品的排放强度和排放价格确定的排放成本。我们能够探索经济，环境和社会的再制造案例，显式地参数化排放强度和排放价格，为制定立法提供依据，鼓励监管机构制定再制造的管理机制。

我们的工作与可持续运营文献中的研究流程有关，这些文献考虑了排放规制下的技术选择、创新和能力投资（见Subramanian，Gupta和Talbot（2007），Krass，Nedorezov和Ovchinnikov Ferguson，Hu和Silva（2013）及其中的参考文献）。我们的论文在方法上与他们不同。在这些研究中有几种技术可供企业选择，但是企业只选择一种技术。此外，还研究市场需求不确定下技术选择的影响，而当需求不确定时，价格被视​​为外生的。我们的模型研究：再制造是否必须添加到制造过程，而不是是否必须取代制造。企业要优化其产品线（有或没有再制造产品）的组成，以及产品的生产数量和价格。在需求方面，我们考虑一个实用新模型，它允许我们捕获消费者对产品类型（新产品或再制造产品）和价格的不同态度。此外，我们模型的一个关键组成部分是需求替代问题，不管从环境、社会还是经济角度来看都是至关重要的。较低的排放强度（或能源消耗）是选择清洁技术后计算环境效益的核心假设。另一方面，考虑到在再制造中新产品销售与可回收零部件的可用性之间的关系，再制造（具有较低的排放强度）决策会导致更多地生产，因此总排放量会增加。在监管方面，监管机构可能希望企业投资再制造，并承担减排成本，但是监管涉及社会成本，可能导致产出减少，即使这是监管机构可能不希望看到的结果。因此，再制造的环境，经济和社会效益不仅必须基于再制造的决策，而且还取决于需求替代程度。

3、模型框架

在本节中，我们介绍关于产品生命周期、消费者偏好、企业的环境影响、成本结构的关键假设和符号，并确定决策框架。 我们在附录中的表A.1中总结了模型的参数和决策变量。

3.1.产品生命周期

产品寿命正好是一个周期，在一个周期内购买的产品不能在随后的周期中使用。产品需要再制造以供进一步使用后，每个周期对应由消费者使用产品的一段时期。使用一段后，一个已达到使用寿命的产品可以被收集（或被消费者返还）。收集的废弃产品用于再制造，会第二次投入市场，在第二个时期内给消费者提供使用价值。分数rho;isin;（0，1 ]代表收集率和废弃品获取约束。例如，柯达一次性相机的收集系统在全球范围内的收集率约为60％，这部分是由于废弃相机收集存在遗漏以及旧相机报废无法修理（Geyer，Wassenhove，＆Atasu，2007）。 在这些假设下，采用的两阶段模型是足够的，况且也被其他文章引用过（例如，Groenevelt和Majumder（2001），Debo等人（2005）和Ferrer和Swaminathan（2006））。 在这两个时期，

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