运筹与管理OperationsResearchandManagementScienceISSN1007-3221,CN34-1133/G3《运筹与管理》网络首发论文题目：碳交易机制下考虑竞争和信息非对称的供应链协调研究作者：李小燕，王道平收稿日期：2017-04-08网络首发日期：2021-11-05引用格式：李小燕，王道平．碳交易机制下考虑竞争和信息非对称的供应链协调研究[J/OL]．运筹与管理.https://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1133.G3.20211104.2047.004.html网络首发：在编辑部工作流程中，稿件从录用到出版要经历录用定稿、排版定稿、整期汇编定稿等阶段。录用定稿指内容已经确定，且通过同行评议、主编终审同意刊用的稿件。排版定稿指录用定稿按照期刊特定版式（包括网络呈现版式）排版后的稿件，可暂不确定出版年、卷、期和页码。整期汇编定稿指出版年、卷、期、页码均已确定的印刷或数字出版的整期汇编稿件。录用定稿网络首发稿件内容必须符合《出版管理条例》和《期刊出版管理规定》的有关规定；学术研究成果具有创新性、科学性和先进性，符合编辑部对刊文的录用要求，不存在学术不端行为及其他侵权行为；稿件内容应基本符合国家有关书刊编辑、出版的技术标准，正确使用和统一规范语言文字、符号、数字、外文字母、法定计量单位及地图标注等。为确保录用定稿网络首发的严肃性，录用定稿一经发布，不得修改论文题目、作者、机构名称和学术内容，只可基于编辑规范进行少量文字的修改。出版确认：纸质期刊编辑部通过与《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司签约，在《中国学术期刊（网络版）》出版传播平台上创办与纸质期刊内容一致的网络版，以单篇或整期出版形式，在印刷出版之前刊发论文的录用定稿、排版定稿、整期汇编定稿。因为《中国学术期刊（网络版）》是国家新闻出版广电总局批准的网络连续型出版物（ISSN2096-4188，CN11-6037/Z），所以签约期刊的网络版上网络首发论文视为正式出版。碳交易机制下考虑竞争和信息非对称的供应链协调研究李小燕1，王道平2（1.北京物资学院，信息学院，北京101149;2.北京科技大学，经济管理学院，北京100083）摘要：本文在碳交易机制下，考虑制造商之间存在竞争且减排成本系数为低碳制造商私有信息的情况，分别构建信息完全对称和信息非对称情形下的供应链模型，对低碳制造商减排率和产品销售价格进行决策。通过引入由批发价和成本共担组成的联合契约，促使低碳制造商传递真实的减排成本信息，并通过算例对碳交易价格和减排成本系数等进行灵敏度分析。研究发现：引入联合契约能够使得信息非对称下的供应链利润基本达到集中决策水平；碳交易价格的增加会激励制造商积极减排、降低碳排放总量、提高供应链利润；低碳制造商减排成本系数的降低有助于减少碳排放量、增加产品市场需求、实现供应链利润增长。关键词：碳交易；竞争；信息非对称；联合契约；供应链协调中图分类号：F270文献标识码：AStudyontheCoordinationofSupplyChainBasedonCarbonTradingMechanismConsideringtheCompetitionandAsymmetryInformationLIXiao-yan1，WANGDao-ping2(1.SchoolofInformation,BeijingWuziUniversity,Beijing101149,China；2.SchoolofEconomicsandManagement,UniversityofScienceandTechnologyBeijing,Beijing100083,China)Abstract:Inthispaper,underthecarbontradingmechanism,consideringthatthereiscompetitionamongmanufacturersandthecostcoefficientofemissionreductionistheprivateinformationoflow-carbonmanufacturer,supplychainmodelsundertheconditionofinformationsymmetryandasymmetryareconstructedrespectivelytomakedecisionsonemissionreductionrateandproductsalespriceoflow-carbonmanufacturer.Byintroducingajointcontractwhichconsistsofwholesalepriceandcostsharing,thelow-carbonmanufacturerisencouragedtotransfertherealinformationofemissionreductioncost,sensitivityanalysisofcarbontradingpriceandemissionreductioncostcoefficientiscarriedoutthroughcalculationexamples.Theresultsshowthattheintroductionofjointcontractcanmaketheprofitofsupplychainunderasymmetricinformationreachthelevelofcentralizeddecision.Theincreaseincarbontradingpricewillencouragemanufacturerstoreduceemissionsactively,reducetotalcarbonemissionsandimprovetheprofitsofsupplychain.Theloweringofemissionreductioncostcoefficientoflow-carbonmanufacturerisconducivetoreducingcarbonemissions,increasingproductmarketdemandandrealizingprofitgrowthofsupplychain.Keywords:carbontrading;competition;asymmetryinformation;jointcontract;coordinationofsupplychain0引言随着全球经济的快速增长，碳排放所带来的环境污染问题已成为制约中国可收稿日期：2017-04-08基金项目：北京市教育委员会科研计划项目（SM202110037008，SM201810037001，SM201910037004）；北京市社会科学基金（21JJC025，19ZDA12，18GLB022，18GLA009）；北京物资学院重大科研项目（2019XJZD12）。作者简介：李小燕（1985－），女，山西人，讲师，博士，研究方向：供应链管理，Email：lixiaoyan.24@163.com；王道平（1964－），男，北京人，教授，博士生导师，研究方向：供应链管理、知识管理等。网络首发时间：2021-11-0510:06:09网络首发地址：https://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1133.G3.20211104.2047.004.html持续发展的重要因素之一，如何探寻以低碳排放为特征的经济增长模式已成为国家发展的当务之急，要想在实现减排目标的同时保证经济的稳步增长，鼓励企业投身低碳生产，需要政府及时制定及出台相关政策机制，目前，碳交易机制在有效控制碳排放方面取得了一定成果并得到广泛推广。企业是推动社会发展的重要因素之一，也是低碳经济发展的主要参与者，随着国家低碳机制的实施，制造商们纷纷引入减排技术、投入减排设备以减少生产过程中的污染排放。但在实际生产中仍存在部分制造商为降低成本维持原有生产的情形，此类普通制造商与积极投入减排的低碳制造商形成竞争。与此同时，考虑到信息非对称现象的普遍存在，供应链中存在的纵向竞争使得信息拥有者出于自身利益的考虑，不愿与供应链上的其他成员分享私有信息。因此，在碳交易机制下考虑多个制造商竞争且成本信息非对称的供应链协调问题具有很高的研究价值。1文献综述在国家低碳政策下制造商积极投入研发以降低碳排放量、减少污染，近年来，国内外学者对碳交易机制下的供应链决策问题展开了深入研究。Wang等分析了碳交易机制对减排效果、企业实施成本以及双渠道供应链利润的影响，通过引入价格折扣契约实现了供应链协调[1]。Xu等在碳交易机制下研究两阶段供应链的决策和协调问题，并分析碳排放量对供应链成员利润带来的影响[2]。Giarola等在市场需求不确定背景下研究多级供应链决策问题，分析碳交易机制对成本效率的影响[3]。Delarue等在电力和能源密集型行业中，将碳参数引入到优化模型中，分析如何降低碳排放，研究电力企业合作对成本控制和碳排放的影响[4]。Xu等在碳减排制度下对双渠道供应链的协调问题进行研究，分析减排机制实施力度对供应链成员利润的影响[5]。文献[6]考虑了消费者的低碳偏好以及供应链渠道的可替代性，在碳交易机制下对双渠道供应链决策问题展开研究，分析低碳机制对经济与环境带来的影响。唐金环等引入碳配额差值系数，对产供销一体化企业中联合优化问题进行研究，并基于中石油实例对模型进行验证[7]。郭健全等以苏州生鲜电商企业为例，在碳交易环境下构建两阶段生鲜电商跨区域闭环物流网络，借助智能算法为降低企业运营成本提供建议[8]。杨磊等在碳交易机制下构建不同渠道结构下的供应链分销模型，对制造商的减排策略以及双渠道供应链的渠道模式选择进行研究[9]。刘名武等在碳交易机制下考虑消费者低碳偏好，应用微分博弈方法对供应链低碳减排技术投入以及企业合作模式进行动态优化[10]。支帮东等构建供应链企业减排博弈模型以及经济订货批量库存模型，对最优碳减排策略进行求解[11]。考虑到实际生产中企业之间的信息共享会降低信息所有者的市场竞争力，因此供应链中的信息不对称问题研究备受关注。Wang等在WEEE问题中考虑收集努力水平为制造商私有信息的情形，通过设计信息筛选契约实现真实收集努力水平的有效获取[12]。Giovanni等在闭环供应链中考虑利润共享参数的不对称性，分别讨论内生和外生两种激励博弈对利润共享的影响[13]。Biswas等在由单个供应商和多个买家组成的供应链中，研究供应链结构、市场份额以及信息不对称对供应商合作选择的影响，希望通过契约设计实现企业收益增长[14]。Liu等在由竞争性供应链商和单个零售商组成的供应链中考虑零售商规模信息的不对称，为不同固定成本的供应商提供决策，以实现信息租金的最小化[15]。周永务等基于推广成本信息的不对称，分析信息不对称下推广商的谎报动机，在构建关于需求推广合作博弈模型的基础上，讨论合作契约的必要性[16]。金亮等在由“线下体验+线上购买”组成的O2O供应链中，研究服务成本信息的私有化对零售商、体验店以及O2O供应链绩效的影响[17]。刘浪等同时考虑生产成本信息和销售成本信息的不对称，通过显示原理构建数量折扣契约模型，求解绩效优化路径[18]。周艳菊等在碳交易机制下考虑初始碳排放量信息的不对称，分析不同权利主体下的制造商信息谎报系数，希望通过惩罚机制实现对制造商的约束[19]。上述文献对碳交易机制下的企业减排以及供应链中的信息非对称情形进行了深入研究，但鲜有文献在碳交易机制下同时对企业竞争以及信息私有化进行考虑。然而在现实生产中，低碳机制的实施使得部分制造商积极投入低碳生产，该部分制造商与普通制造商之间产生竞争，与此同时，减排成本作为低碳制造商的私有信息，供应链上的其他成员在决策过程中无法准确获取，因此文章在碳交易机制下，对考虑制造商竞争和信息非对称的供应链进行研究，在对减排率以及产品零售价格进行决策的同时，希望通过联合契约的设计促使低碳制造商传递真实的减排成本系数。2模型建立与求解2.1模型假设与符号说明文章研究由两个竞争性制造商和单个零售商组成的供应链，其中，考虑碳交易机制下低碳制造商积极进行低碳生产，且减排成本系数为低碳制造商私有信息，普通制造商则维持原有生产并与低碳制造商形成竞争。文中涉及的决策变量以及参数如表1所示。表1模型涉及的决策变量及参数符号说明Ei政府分配给制造商的免费碳排放权配额（文中i=H代表普通制造商情形，i=L代表低碳制造商情形）Pc碳交易价格e未投入减排设备时制造商生产环节中的单位碳排放Ɛ减排成本系数，为低碳制造商私有信息cL低碳制造商减排成本，cL=Ɛ(λeH)2/2c单位产品生产成本s低碳产品生产支付的额外成本qi市场需求函数β价格敏感系数λ减排率，0≤λ<1，为决策变量wi批发价格，为决策变量pi零售价格，为决策变量2.2碳交易机制下考虑制造商竞争和信息非对称的供应链决策考虑制造商之间存在减排竞争，以及减排成本系数为低碳制造商私有信息的情形，在碳交易机制下分别构建信息对称和信息非对称下的供应链决策模型，并采用由批发价和减排成本共担组成的联合契约揭示低碳制造商的私有信息。1）碳交易机制下考虑制造商竞争的供应链集中式决策集中决策下两个制造商与零售商之间不存在私有信息，决策目标为供应链整体利润最大化，供应链整体利润表示为：2112ScHHccHcHLcLcccLccLpcqPeqEpcqPeEesq(1)式(1)中第一、二项分别表示普通制造商的销售收益及碳交易情况，第三、四项为低碳制造商处情形，最后一项为低碳制造商减排成本，其中qHc=β(pLc-pHc)，qLc=φ-βpLc。求式(1)关于决策变量的一阶导数：ScccLcccPePpee(2)2SccLcHcHcPecppp(3)2ScHLcccLcpspPep(4)由上述一阶导数为零，求解得到：2+223cccccPPecsPPee(5)2222223cccHccPsPecPpP(6)22222223ccLccPPecspP(7)将HcLcpp和代入市场需求函数得到产品需求量,HcLcqq，进而得到集中式决策下供应链的最优利润Sc。2）碳交易机制下考虑制造商竞争以及信息非对称的供应链协调决策在信息非对称下，低碳制造商拥有真实的减排成本系数，在与普通制造商和零售商博弈中未将其私有信息进行共享，信息的不对称给处于信息劣势的供应链其他成员带来不利影响。通过历史数据获知低碳制造商的减排成本系数服从密度某一分布。文中普通制造商和零售商通过制定由批发价和成本共担组成的联合契约促使低碳制造商传递真实的减排成本信息。联合契约协调机理如下：低碳制造商以价格wL将产品批发给零售商，与此同时，普通制造商和零售商分别为低碳制造商承担比例为rH和rL的减排成本，其中0<rH，rL<1。普通制造商和零售商设计契约如下：max+,,hlMHRLHLIAwrrhd(8)..maxMLMLICst(9)minMLMLIR(10)lh其中，ΠML(ɛ)表示真实值为ɛ，报告值亦为ɛ时低碳制造商的利润函数，ΠML(ɛ∣ɛ)表示真实值为ɛ，报告值为ɛ时低碳制造商的利润函数，ΠMLmin为保留利润。在联合契约下，低碳制造商传递真实的减排成本系数信息时所获利润最大，此时低碳制造商会选择传递真实信息。式(10)表明选择该契约时低碳制造商所得利润高于保留利润。低碳制造商传递虚假减排成本系数时，其利润为：22MLMLe(11)求上式关于低碳制造商虚假减排成本系数ɛ的一阶导数有：222MLMLdeddeddd(12)令0ML，进而可以推出：22MLedd(13)令ΠMLmin=ΠML(ɛh)，在区间[ɛl,ɛh]上对上式两端进行积分得到：2min2hMLMLxedx(14)结合式(1)，可将信息非对称下普通制造商和零售商的决策问题转化为以下无约束优化模型：n2mimax+,,12hlhlMHRLHLHHLLcHHMLcLLIAwrrhdpcqpcsqPeqEhdHePeqEh(15)对式(15)进行求解可知信息非对称下普通制造商、低碳制造商的产品最优零售价格以及低碳制造商的最优减排率分别为：222223cccHcHHHPsPecPhhhpHPh(16)2222223ccLcHHPPecshhpHPh(17)2+223cccPPecsHePh(18)将式(18)代入式(14)得到普通制造商和零售商为获知低碳制造商真实的减排成本系数而付出的信息租金为：2221223hcccPPecsRdxHxPxhx(19)另一方面，引入联合契约后，普通制造商、低碳制造商和零售商的利润函数分别为：212MHHHcHHHwcqPeqEre(20)21112MLLLcLLHLwcsqPeqErre(21)212RHHHLLLLpwqpwqre(22)求低碳制造商利润函数关于PL和λ的导数，可知对于低碳制造商而言引入联合契约后最优的产品零售价格和减排率分别为：221cHLLAcLcPrrPecspwP(23)LAccPecswPe(24)要让低碳制造商选择设计的契约，则要求最优零售价格以及减排率不仅能保证普通制造商和零售商利润达到最大，亦要实现低碳制造商利润的最大化，既令pLA=pL，λA=λ，对上述等式进行求解得到在信息不对称情况下，联合契约的契约参数需满足：222323cccLcHPecsPPshwHPh(25)+HLHrrh(26)将产品最优零售价格pH,pL和最优减排率λ代入市场需求函数得到引入联合契约后普通制造商和低碳制造商产品的市场需求qH和qL，进而得到引入联合契约后普通制造商、低碳制造商、零售商的利润函数ΠMH,ΠML,ΠR以及供应链的总利润ΠS。3算例分析本节通过数值实验研究信息不对称下，低碳制造商减排成本系数和碳交易价格对决策变量以及供应链成员利润等的影响，并与集中决策进行比较。模型中参数赋值见表2。表2模型相关参数赋值参数取值参数取值EH600s20EL650φ400Pc20β0.4e5ɛ1000c60[ɛl,ɛh][600,1200]根据已建模型，分别计算集中、信息非对称以及引入联合契约后三种情况下的契约参数、决策变量以及供应链各方利润，研究契约对决策结果的影响，结果见表3。表3集中、信息非对称以及引入联合契约三种情形下的决策结果比较决策情形rHrLwLpLλΠS集中情形Ⅰ———701.50.5119440.6信息非对称情形Ⅱ(ε0=800)——434.5810.10.3108766.8引入联合契约情形Ⅲ0.20.2147.0711.30.5119414.6由表3可知：（1）较集中式决策而言，信息非对称情形下低碳制造商的减排率下降、产品零售价格上升，表明低碳制造商信息的私有化对自身有利；（2）在信息非对称下供应链总利润低于集中决策情形，而低碳制造商减排成本系数信息的非对称，是造成上述现象的根本原因；（3）引入联合契约后信息非对称情形下的供应链总利润基本达到集中决策下的供应链利润水平，验证了联合契约的有效性。下面讨论低碳制造商的减排成本系数对碳排放总量以及供应链利润带来的影响，结果见图1~2。700800900100011001200700750800850900950C7008009001000110012001.131.141.151.161.171.18x105ScS图1成本系数对碳排放总量的影响图2成本系数对供应链总利润的影响图1表明：随着减排成本系数的增加，低碳制造商为最大化自身利益从而降低生产过程中的碳减排投入，导致碳排放量增加；图2刻画了集中决策以及引入联合契约后的信息非对称决策模式下，低碳制造商减排成本系数对供应链总利润ɛɛCπScπS的影响，由图2可知：供应链总利润随减排成本系数的增加呈下降趋势，这是因为减排成本系数的增加降低了低碳制造商产品的市场需求量，同时减排技术的引入也给供应链带来了成本压力；而在信息非对称下情形，零售商为了揭示低碳制造商的真实信息付出了信息租金，使得供应链整体利润低于集中决策下的供应链总利润，信息的非对称是供应链利润受损的根本原因。综上，如何有效地降低低碳制造商减排成本系数对于减少碳排放量、提高供应链总利润具有重要意义。图3~4分别刻画了通过联合契约对信息非对称供应链进行协调后，碳交易价格对供应链碳排放总量、供应链成员利润的影响。51015202530600700800900100011001200C510152025300246810x104MHMLR图3碳交易价格对碳排放总量的影响图4碳交易价格对供应链成员利润的影响图3表明：随着碳交易价格的上升，碳排放总量得到有效控制，说明了碳交易机制在降低碳排放、发展低碳经济过程中的积极作用；图4表明：通过引入联合契约对供应链进行协调后，①随着碳交易价格的增加，普通制造商的利润逐渐下降，此时，碳交易机制的实施可实现鼓励普通制造商投身减排的目的；②反之，低碳制造商的利润随碳交易价格的增加呈上升趋势，说明较高的碳交易价格使得低碳制造商有动力投入更大的碳减排力度，进而可以通过出售多余的碳排放权获得收益；③随着碳交易价格的增加零售商的利润呈下降趋势，这是由揭示低碳制造商的私有信息，零售商选择为低碳制造商承担一定比例的减排成本造成的。4结语本文在碳交易机制下对考虑竞争以及信息非对称的供应链问题进行研究。分别构建低碳制造商减排成本信息对称和非对称情形下的供应链决策模型，对产品最优零售价格以及低碳制造商最优减排率进行决策，并就如何在联合契约下促使低碳制造商传递真实的减排成本信息进行研究。研究表明：（1）信息非对称情形下的供应链总利润低于集中决策情形，低碳制造商减排成本信息的非对称是造成上述现象的根本原因；（2）联合契约的引入使得信息非对称情形下的供应链总利润基本达到集中决策下的供应链利润水平，验证了联合契约的有效性；（3）随着低碳制造商减排成本系数的增加，供应链总利润降低。因此，如何有效控制减排成本对提高供应链利润具有重要意义；（4）随着碳交易价格的增加，碳排放总量得到有效控制，因此政府可通过合理调节碳交易价格，实现降低碳排放量以及提高经济效益的双重目标。但文中未考虑多层供应链成员间的竞争以及供应链动态博弈情形，这将是未来研究重点。PcPcπMHπMLπRC参考文献[1]WangYJ,ChenWD,LiuBY.Manufacturing/remanufacturingdecisionsforacapital-constrainedmanufacturerconsideringcarbonemissioncapandtrade[J].JournalofCleanerProduction,2017,140:1118-1128.[2]XuJT,ChenYY,BaiQG,etal.Atwo-echelonsustainablesupplychaincoordinationundercap-and-traderegulation[J].JournalofCleanerProduction,2016,135:42-56.[3]GiarolaS,ShahN,BezzoF.Acomprehensiveapproachtothedesignofethanolsupplychainsincludingcarbontradingeffects[J].BioresourceTechnology,2012,107(2):175.[4]DelarueE,BerghKV.Carbonmitigationintheelectricpowersectorundercap-and-tradeandrenewablepolicies[J].EnergyPolicy,2016,92:34-44.[5]XuJT,QiQ,BaiQG.Coordinatingadual-channelsupplychainwithpricediscountcontractsundercarbonemissioncapacityregulation[J].AppliedMathematicalModelling,2018,56:449-468.[6]XuL,WangCX,ZhaoJJ.Decisionandcoordinationinthedual-channelsupplychainconsideringcap-and-traderegulation[J].JournalofCleanerProduction,2018,197:551-561.[7]唐金环,戢守峰,蓝海燕,朱宝琳.考虑碳配额差值的选址-路径-库存联合优化多目标模型与求解[J].管理工程学报,2017,31(01):162-168.[8]郭健全,王心月.碳交易下生鲜电商跨区域闭环物流网络及路径[J].计算机集成制造系统,2017,23(04):874-882.[9]杨磊,张琴,张智勇.碳交易机制下供应链渠道选择与减排策略[J].管理科学学报,2017,20(11):75-87.[10]刘名武,万谧宇,付红.碳交易和低碳偏好下供应链低碳技术选择研究[J].中国管理科学,2018,26(01):152-162.[11]支帮东,陈俊霖,刘晓红.碳限额与交易机制下基于成本共担契约的两级供应链协调策略[J].中国管理科学,2017,25(07):48-56.[12]WangW,ZhangY,LiY,etal.Closed-loopsupplychainsunderreward-penaltymechanism:Retailercollectionandasymmetricinformation[J].JournalofCleanerProduction,2017,142:3938-3955.[13]GiovanniPD.Closed-loopsupplychaincoordinationthroughincentiveswithasymmetricinformation[J].AnnalsofOperationsResearch,2017,253(1):133-167.[14]BiswasI,AvittathurB,ChatterjeeAK.Impactofstructure,marketshareandinformationasymmetryonsupplycontractsforasinglesuppliermultiplebuyernetwork[J].EuropeanJournalofOperationalResearch,2016,253:593-601.[15]LiuZ,ZhaoR,LiuX,etal.Contractdesigningforasupplychainwithuncertaininformationbasedonconfidencelevel[J].AppliedSoftComputing,2017,56:617-631.[16]周永务,胡树安.推广成本信息不对称下推广商与酒店间的合作契约设计[J].运筹与管理,2017,26(05):14-20.[17]金亮,张旭梅,李诗杨.不对称信息下线下到线上O2O供应链佣金契约设计[J].管理学报,2017,14(06):908-915.[18]刘浪,吴双胜,史文强.信息不对称下价格随机的应急数量折扣契约研究[J].中国管理科学,2018,26(03):169-176.[19]周艳菊,吴龙健.碳限额交易机制下碳信息不对称对供应链的影响研究[J].工业工程与管理,2017,22(04):68-78.