基于碳约束的冷链物流服务供应链合作策略.pdf

年第 卷第 期总第 期物流工程与管理 供应链管理:./.基于碳约束的冷链物流服务供应链合作策略 王 娜刘 慧(.江苏联合职业技术学院无锡交通分院江苏 无锡.南京邮电大学 管理学院江苏 南京)【收稿日期】【作者简介】王 娜()女河北秦皇岛人硕士讲师研究方向:职业教育数据分析刘 慧()女山东菏泽人硕士研究生研究方向:物流与供应链管理 【摘 要】在碳约束背景下考虑一个由物流服务集成商和冷链物流服务供应商组成的供应链系统构建冷链物流服务供应链的 模型并设计冷链物流服务供应链中的三种合作策略:收益共享策略、物流服务成本分担策略以及碳排放成本分担策略通过求解并分析得到基于碳约束下的最优冷链物流服务水平以及最优供应链合作策略 结果表明收益共享比例和冷链物流服务成本分担比例分别存在一个临界值使得在收益共享策略和物流服务成本分担策略下冷链物流供应链的整体收益以及冷链物流服务水平得到提高 另外碳排放分担成本策略能够提高集成商的利润但会造成供应商的损失【关键词】碳约束冷链物流服务供应链供应链合作 博弈【中图分类号】【文献标识码】【文章编号】()(.)【】.【】引言近年来在互联网环境下生鲜电商井喷式爆发与之配套的冷链物流服务也得到进一步发展 中物联冷链委的数据显示 年我国冷库容量突破 万吨市场规模达到 亿元冷链物流市场成为各方关注的重点之一 冷链产品必须在特定的低温条件下储存和运输因而会增加能源消耗和碳排放 目前各国政府都针对国情制定了相应的碳排放规制政策如碳税和碳配额交易政策 年碳排放权交易管理办法(试行)实行将碳交易的范围由此前的 个试点地区推向全国 而对于具有高耗能、高排放和高污染特点的冷链相关企业来说有可能增加额外的碳交易成本同时也使得冷链供应链中各节点成员的生产经营决策受到影响 因此本文基于碳约束政策下对冷链物流服务供应链展开研究考虑供应链成员的合作策略具有实际意义关于供应链碳约束方面国内外学者展开了丰富的研究 等研究了碳约束下政府激励对可持续供应链的协作机制的影响 等通过考虑物流成本和碳排放建立了一个供应链库存模型得到了易腐产品的最佳库存决策 等建立博弈论模型研究了在碳限额下闭环供应链成员的合规行为对供应链成员交互网络的影响 等研究了由一个供应商和两个处于碳排放上限监管下的零售商组成的供应链得到了碳约束下的产品定价策略及碳排放上限范围 杨珺卢巍通过考虑不同碳排放政策对于物流企业配送模式的影响研究了多容量等级配送中心选址问题 关丽娟等通过建立碳排放权交易的影子价格模型研究了碳排放权交易初始分配及其定价问题 马秋卓等研究了企业在碳限额下第 期王 娜等:基于碳约束的冷链物流服务供应链合作策略的最优标碳排放量和产品价格在冷链物流服务供应链的研究中 等针对生鲜农产品供应链的分散决策设计了基于收益共享和批发价格的协调契约 通过建立 博弈模型研究了易腐产品的供应链的收益共享机制 等探究了碳交易与冷链物流服务的关系以及此关系对零售商合作关系的影响 等采用两级编程方法构建模型探究了冷链物流设施的选址问题和决策过程 曹裕等通过考虑两类成本共担契约研究了生鲜供应链在分散式和集中式决策下的最优保鲜努力水平 张芳等探究了风险规避倾向对冷链物流服务供应链减排与协调决策的影响 姜樱梅等提出了农产品冷链物流实施碳优化的建议 杨建华等研究了碳税政策下城市冷链物流配送网络拓展模型 同时部分学者讨论了关于区块链、大数据技术在冷链物流中的应用 综上所述供应链碳约束的研究已极为丰富国内外学者也对冷链物流服务供应链协作方面展开了一系列的研究 但在已有研究中少有将政府的碳排放政策与冷链物流服务供应链的合作策略结合探究冷链物流服务供应链的合作机制因此本文将基于碳约束情形下构建冷链物流服务供应链的 模型设计冷链物流服务供应链中的三种合作策略包括收益共享策略、物流服务成本分担策略以及碳排放成本分担策略通过求解分析得到基于碳约束的冷链物流服务供应链合作策略 问题描述与基准情形考虑由一个物流服务集成商 和一个冷链物流服务供应商 组成的供应链其中冷链物流服务供应商为供应链主导者物流服务集成商为跟随者 物流服务集成商获得客户需求后将所获客户需求分配给冷链物流服务供应商冷链物流服务供应商则通过自身冷链技术来满足客户的需求 供应链运营过程中消费者更喜爱高质量的低碳冷链服务因此冷链物流服务供应商的服务努力水平会对市场需求产生影响具体的冷链物流服务流程如图 所示图 冷链物流服务流程图 为假设碳约束背景下冷链服务供应链的各种复杂问题本文做出如下假设:假设 冷链物流服务供应商与集成商信息完全对称且供应商提供的冷链物流服务能力足够大假设 冷链物流服务供应商和集成商均无风险偏好并且完全理性双方均以实现利润最大化为目标假设 冷链物流服务供应商的冷链服务努力水平对市场需求产生影响市场需求 是冷链物流服务价格 和冷链物流服务努力水平 的函数因此需求函数为 其中 为市场规模 为冷链物流需求价格弹性系数 为市场需求对冷链物流服务水平的敏感系数假设 冷链物流服务供应商的冷链物流服务成本为()此成本满足边际成本递增规律其中表示冷链物流服务努力水平成本因子假设 单位碳排的市场售价为 政府分配给冷链物流服务供应商的碳排额度为 则碳排放限额下冷链物流服务供应商的碳排放成本为()其中为冷链物流服务供应商的单位基础排放量为碳排放量对冷链服务水平的敏感系数假设 在不影响模型实际意义的基础上为了确保供应链成员的利润冷链物流服务努力水平成本因子需满足 收益共享情形下集成商向冷链物流服务供应商分享比例为 的收入为保证供应链成员利润分享比例需满足 冷链物流服务成本分担情形下集成商将分担冷链物流服务供应商的物流服务成本比例为 的收入分担比例需满足 本文所涉及的数学符号及含义如表 所示表 数学符号及含义符号含义冷链物流服务的市场需求冷链物流服务的市场规模价格弹性系数冷链物流服务努力水平市场需求对冷链物流服务水平的敏感系数冷链物流服务努力水平成本因子冷链物流服务供应商的单位基础排放量碳排放量对冷链服务水平的敏感系数碳交易价格/市场价格供应商的单位冷链物流服务价格集成商的单位冷链物流服务零售价格政府分配给冷链物流服务商的碳排放限额集成商为冷链物流服务供应商提供的收入分享比例集成商为冷链物流服务供应商分担的物流服务成本比例集成商承诺为冷链物流服务供应商分担的碳排放成本比例冷链物流服务供应商的利润冷链物流集成商的利润/收益共享/冷链物流服务成本分担/碳排放成本分担情形 基于上述模型假设在基准情形中不考虑供应链成员之间的合作冷链物流服务供应商的利润函数和物流服务集成商的利润函数可以表示为式()和式()()()()()采用逆向归纳法进行求解由于冷链物流服务供应商为 博弈中的主导者首先求解式()关于 的一阶偏物流工程与管理第 卷导数并令其等于 可以得到反应函数()将其带入式()求解式()关于 和 的海塞矩阵为 易知 可得式()为凹函数存在唯一最优解再令式()关于 和 的一阶偏导数等于 可以得到基准情形下冷链物流服务供应商的最优冷链物流服务费用、冷链物流服务水平为式()和()带入反应函数得到集成商的最优冷链物流服务销售价格为式()()()()将最优解带入利润函数可以得到基准情形下冷链物流服务供应商和集成商的最优利润为式()和式()()()()()()()()基于碳约束情形下本文将考虑冷链物流服务供应链中的三种合作策略包括冷链物流服务供应商和物流服务集成商的收益共享策略、物流服务成本分担策略以及碳排放成本分担策略 通过求解每种策略下的最优解以及最优利润并将其与基准情形下对比得到基于碳约束下供应商的最优冷链物流服务水平和冷链物流服务供应链成员之间的最优合作策略 冷链物流服务供应链合作策略.收益共享情形(情形)情形下物流服务集成商为了吸引冷链物流服务供应商进行渠道合作提出收益共享契约如果冷链物流服务提供商接受契约物流服务集成商将以较低的批发价格将冷链物流服务销售给集成商集成商将承诺将一定比例的销售收入支付给提供商 为简化模型本小节假设收益共享情形下的冷链物流服务价格 收入分享比例为()可以得到收益共享情形下供应商和集成商的决策目标函数分别为式()和式()()()()()()易验证 和 存在唯一最大值采用逆向归纳法求解得到收益共享策略下的最优冷链物流服务努力水平和最优冷链物流服务销售价格为式()和式()()()()带入利润函数可以得到供应商和集成商的最优利润为式()和式()()()()()()()()()()接下来将对收益共享情形下供应商的物流服务努力水平和最优利润以及集成商的最优利润与基准情形下进行对比得到收入共享比例对冷链物流服务供应链合作策略的影响推论 存在一个临界值 使得当 时当 证明 ()()其中()只需求解 的正负由 可得即()则()求得 当 时此时 当 此时 由此得证推论 中在收益共享情形下供应商的冷链物流服务努力水平受到集成商为冷链物流服务供应商提供的收入共享比例的影响 当集成商所提供的收入共享比例较低时即使在收益共享合作的前提下供应商的冷链物流服务水平也会低于基准情形只有当集成商所提供的收入共享份额超过临界值 时冷链物流服务水平才会高于基准情形 推论 的结果表明收益共享策略下集成商需提高收入共享比例才能激励供应商提高冷链物流水平在较低的收入共享份额下供应商所提供的冷链物流服务水平将低于无合作情形推论 ()存在一个临界值 使得当 时 当 ()存在一个临界值 使得当 当 时 其中()()()第 期王 娜等:基于碳约束的冷链物流服务供应链合作策略证明 ()()其中 因此只需求解 的正负求得 当 时 此时 当 此时 由此得证 同理可证推论()推论()为收益共享情形下冷链物流服务供应商的最优利润和基准情形的对比 与冷链物流服务努力水平类似集成商所提供的收益共享存在一个临界值 当共享比例低于此临界值时供应商的最优利润将低于无合作情形只有当集成商所提供的收益共享份额高于 时供应商的最优利润才会大于无合作情形下 推论 的结果表明收益共享契约受集成商所能提供的共享份额影响若集成商所提供的共享份额较低由于冷链物流服务的销售价格较低限制收入即使在供应链合作下供应商的所能提供的冷链物流服务努力水平也会较低因而导致供应商利润的降低 对供应商而言较低分享份额下的收入水平甚至低于无供应链合作情形 因此集成商需提高收益共享比例才能促成供应链合作达成推论()为收益共享情形下冷链物流集成商的最优利润和基准情形的对比 与供应商的最优利润相反在共享比例低于临界值 时收入共享情形下集成商的最优利润高于无合作情形而当共享比例高于此临界值时无合作情形下的最优利润将超越收益共享情形 推论的结果表明集成商所提供的收益共享份额相对较低时采用收益共享策略能够提高自身利润而较高的共享比例将使得自身利润受损 结合此情形下供应商的最优利润和最优冷链物流服务水平分析集成商所能提供的收益共享比例在一定范围内时能够提高整个供应链系统的利润.冷链物流服务成本分担情形(情形)该情形下物流服务集成商承诺将主动分担冷链物流服务商的一部分冷链物流服务成本分担比例为()可以得到冷链物流服务成本分担情形下冷链物流服务供应商和物流服务集成商的决策目标函数分别为式()和式()()()()()()()()易验证 和 存在最大值采用逆向归纳法求解得到冷链物流服务成本分担情形下的最优物流服务水平和最优冷链物流服务销售价格以及最优冷链物流服务费用为式()()()()()()()()()()()()()()()带入利润函数得到供应商和集成商的最优利润为式()和式()()()()()()()()()()()()()()()()接下来将对冷链物流成本分担情形下供应商的物流服务努力水平和最优利润以及集成商的最优利润与基准情形下进行对比得到推论 推论()()若 存在 使得当 当 时 ()()()()()()其中 若 存在 使得当 此时 当 时 此时 此时 且 得到 所以有 证明 其中 求解得 可得 因此 此时 由此得证推论 反映了集成商在分担供应商的碳排放成本时的最优解和最优利润与基准情形下的对比 推论 中对于供应商而言在碳排放成本分担下的最优冷链物流服务努力水平将一直高于无供应链合作时而最优利润却总是低于基本情形 对于集成商而言不受碳排放成本分担比例的影响此情形下的最优利润将总是高于无合作情形 这是由于当集成商为供应商分担碳排放成本时在均衡条件下能得到供应商的单位冷链物流服务价格 将会随碳排放成本分担比例的增大而降低在这种情况下供应商的利润也随之降低 对于集成商而言单位冷链物流服务零售价格 将会随碳排放成本分担比例的增大而升高即集成商分担响应比例也能弥补所支出的成本推论 的结果表明在碳排放成本分担情形下供应链成员的利润将不受集成商的成本分担比例的影响 对于供应商而言碳排放成本分担策略能提高自身的冷链物流服务水平但使得自身利益受损 对于集成商而言为供应商提供碳排放成本分担能够让自身获益并且激励供应商提供较高的冷链物流服务水平 数值算例为了更加直观地探究在碳约束下冷链服务供应链中的合作策略本章对上述推论进行数值分析 相关的参数设置为 .收益共享比例的影响本小节将收益共享情形下集成商和供应商的最优利润以及最优冷链物流服务努力水平以数值算例的形式呈现得到收入共享比例对最优利润及服务水平的影响如图 所示第 期王 娜等:基于碳约束的冷链物流服务供应链合作策略图 收益共享比例的影响 图 中显示供应商的冷链物流服务水平以及最优利润都随集成商的收益共享比例的增大而呈上升趋势而集成商的最优利润逐渐下降 与基本情形相比此时.在.时供应商的冷链物流服务水平将高于基本情形 与之类似在图()中.使得共享情形下供应商的最优利润受到集成商的收益共享比例收益影响而先低于基本情形再高于基本情形即在较高的收益共享比例的情况下供应商才能在收益共享情形下获益 对集成商而言容易得到随共享比例的提高集成商的最优收益将减少 但在 .时集成商的最优利润将低于基本情形并且一直呈下降趋势 这个结果说明物流服务成本分担策略能够提高集成商和供应商的收益及冷链物流服务水平但集成商需根据自身利益调整随承担的成本分担比例提供较低的成本分担能够同时提高供应商和自身的收益.碳排放成本分担比例的影响本小节将碳排放成本分担情形下集成商和供应商的最优利润以及最优冷链物流服务努力水平以数值算例的形式呈现得到冷链物流服务成本分担比例对最优利润及服务水平的影响如图 所示图 碳排放成本分担比例的影响 图 中显示供应商的冷链物流服务水平随集成商提供的碳排放成本分担比例的增大而提高且一直高于基本情形的最优利润 这说明集成商为供应商分担碳排放成本时能够激励供应商的冷链物流服务水平 但值得注意的是供应商的最优利润将随分担比例的增大一直呈下降趋势且一直低于基本情形集成商的最优利润一直处于上升趋势且一直高于基本情形 结合推论 所得结论在供应商所主导的供应链中碳排放成本分担策略并不能提升供应商的效益因此碳排放成本分担合作在冷链物流服务供应链中不能取得效益的提升 结束语考虑政府的碳排放限额政策考虑由一个物流服务集成商和一个冷链物流服务供应商组成的冷链物流服务供应链系统构建收益共享、冷链物流服务成本分担和碳排放成本分担三种合作策略下的供应链模型通过求解模型得到每种合作策略下的最优解和最优利润并将其与无合作策略情形下进行对比分析得到考虑碳约束时供应商的最优冷链物流服务水平及冷链物流服务供应链的合作策略 主要得到了以下结论:当集成商的收益共享比例高于一个临界值时收益共享合作策略能够提高冷链物流服务供应商的利润和冷链物流服第 期王 娜等:基于碳约束的冷链物流服务供应链合作策略务水平冷链物流服务成本分担策略能够提高冷链物流服务供应商的利润和冷链物流服务水平且当冷链物流服务成本分担比例低于一个临界值时集成商的利润也将提高碳排放成本分担策略将提高冷链物流服务水平和集成商的利润但会使物流供应商的利润下降 基于以上结论可以得到收益共享策略和冷链物流服务成本分担两种策略都能提高冷链物流供应链的整体收益以及冷链物流服务水平供应链成员应在合适的收益共享比例和冷链物流服务成本分担比例下进行供应链合作 但在以供应商为主导的供应链中碳排放分担成本策略将不利于供应商的收益提升只能提高集成商的收益当前的研究主要考虑了政府的碳排放限额政策未来的研究可以考虑加入更多的约束条件比如对物流服务水平的要求、成本的限制等以更好地反映实际的供应链运作环境也可以考虑其它的供应链合作模式探究不同的合作模式对于供应链绩效的影响参考文献 .:.:():.:?.:.:.杨珺卢巍.低碳政策下多容量等级选址与配送问题研究.中国管理科学():.关丽娟乔晗赵鸣等.我国碳排放权交易及其定价研究 基于影子价格模型的分析.价格理论与实践():.马秋卓宋海清陈功玉.碳配额交易体系下企业低碳产品定价及最优碳排放策略.管理工程学报():.:.():.():.:.曹裕刘培培胡韩莉.基于成本共担契约的生鲜供应链保鲜努力机制.控制与决策():.张芳武杰杨悦.风险规避的冷链物流服务供应链减排协调决策.计算机工程与应用():.姜樱梅王淑云马雪丽.基于碳优化的农产品冷链物流体系研究.科技管理研究():.杨建华郭继东马书刚.碳税约束的城市冷链物流配送网络设计.工业工程():.方承武张荣荣.基于区块链应用的冷链物流服务供应链价值共创研究.物流技术():.姚冠新宋晓月.基于大数据的农产品冷链物流研究综述.物流科技():.(上接第 页).():.:.:.:.谭忠富于超李莉等.发电侧与供电侧联合节能及 减排利益分配优化模型.系统工程理论与实践():.赵道致原白云夏良杰谢鑫鹏.碳排放约束下考虑制造商竞争的供应链动态博弈.工业工程与管理():.:.:.