刘 闯，肖条军

(1.南京大学工程管理学院，江苏南京 210093；2.聊城大学计算机学院，山东聊城 252059;3.南京财经大学博弈行为与运作管理研究所，江苏南京 210046)

20 世纪以来，随着经济的不断发展，企业之间的合作更加频繁，经济全球化已经成为这个时代的主要特征。企业间的竞争已经转变成供应链之间的竞争，生产方式由大而全的生产模式转变为规模化的专业生产方式。外包已经逐渐成为企业生产中不可缺少的环节，企业通过外包能提升自己的核心竞争力，从而在日趋竞争的市场环境中不断地发展和壮大自己。利用外包，企业还可以从复杂的生产、销售流程中解脱出来，在专注于打造自己的核心产品同时还能不同程度地降低生产成本。例如，苹果公司将手机生产环节大部分外包到海外生产，包括部分核心部件，而集中自己的优势资源设计自己的软件、界面和操作系统。可口可乐公司也只专注做配方设计，将产品制造及营销业务委托给其他企业。然而，企业在享受外包带来好处的同时，也会面临一定的风险［1］，由于外包导致的产品缺货、质量问题时有发生。因此，面对瞬息万变的市场环境，企业实施自产策略还是外包策略，一直是企业在生产决策时需要慎重考虑的问题。

目前，已有许多国内外学者利用博弈模型研究了市场结构、产品特性和风险等情况下的生产商外包决策问题并取得了丰硕的研究成果。Shy 等［2］、Xiao 等［3］通过博弈模型，系统地分析了不同的市场结构对企业外包决策的作用。Van［4］研究了技术的溢出效应对企业外包策略的影响，Gilbert 等［5］利用委托代理模型研究了企业的外包决策，指出外包策略能缓和设备委托制造商之间的竞争。Ülkü 等［6］讨论了制造商的自产和外包决策对技术投资的影响。Arya 等［7］考虑了企业外包决策对市场结构的作用。Lin 等［8］研究指出，制造商运营优势差异会影响到生产商的外包决策。黄梅萍等［9］分析了信息结构对制造商外包决策的影响。Tang 等［10］研究指出物流外包可以减少生产企业的碳排放，同时提前交货时间、库存成本和延期交货成本会导致物流外包成本的增加。Zou 等［11］研究了原始设备制造商和第三方再制造商之间的决策模型，结果显示当再制造产品的回收率很高时，外包再制造能有效降低生产过程的碳排放。

近年来，随着研究的深入，环境问题越来越受到企业和消费者的关注，部分消费者愿意为低碳产品支付较高的产品溢价［12-13］，消费者低碳偏好行为已经成为企业生产决策时必须考虑的重要因素。在节能减排的背景下，将消费者低碳偏好行为纳入供应链的运营管理中分析，已成为众多学者研究的重点。叶同等［14］和楼高翔等［15］分析了消费者低碳偏好对供应链的投资减排策略的影响。胡培等［16］研究了不同消费者偏好行为下低碳产品的定价策略。Du 等［17］分析了消费者低碳偏好对供应链的影响，指出消费者的偏好有助于企业的节能减排并能增加其利润。Wang 等［18］考虑了在低碳供应链中消费者偏好对低碳外包契约的影响，指出零售商承诺的契约能实现供应链中成员之间的协调。Liu 等［19］分析了消费者环境偏好对供应链中成员竞争的影响。Wang 等［20］研究了在消费者低碳偏好影响下，供应链成员风险规避对低碳供应链绩效的影响。

在供应链运营过程中，市场风险、产品特性以及供应链成员的偏好行为都会对企业决策产生影响，实际上政府的政策也制约着企业的生产。在相关政策约束下，企业如何制定生产策略以提高利润，已引起了许多学者的重点关注。Du 等［21］探讨了政府的碳排放许可权对供应商决策的影响，并给出了最优的分配方案。Tao 等［22］研究了政府制定的碳排放权对闭环供应链的影响，并制定了在均衡条件下的产品最优定价和产量。马秋卓等［23］考虑了在碳排放约束下的供应链均衡问题，对政府碳排放配额给出了合理的建议。李剑等［24］研究指出通过对碳配额的约束能有效地促进企业的投资减排。张盼等［25］通过政府和制造商之间的博弈模型，分析了不同的减排政策对制造商利润和社会福利的影响。

通过对上述文献分析可知，消费者的低碳偏好行为和减排政策都会对企业的生产决策产生重要的影响，但是，未有文献同时考虑这两个因素对制造商外包决策的影响。另外，在现实中，供应链中的企业在决策时会受到社会环境、消费者以及供应链中竞争对手的影响，并且供应链中的决策者会根据周围环境的状况变化不断调整自身的策略，因而整个供应链呈现出交互、动态和非线性的关系。传统的定量分析方法很难洞悉消费者的行为和供应链的动态变化过程，只能从理论视角对供应链的静态状况进行分析。基于此，本文建立了在节能减排目标下制造商自产和外包的计算实验模型，研究比较了这两种方案对制造商节能减排目标的不同,并将消费者的低碳偏好引入供应链模型中，拓展了消费者行为对制造商生产决策的影响。此外，将供应链中的主体成员看成具有自主学习能力的智能体，利用强化学习算法不断优化自身策略，以实现自身收益的最大化，为制造商制定合理的技术投资力度和外包决策提供参考。

与之前的研究相比，本文有以下创新。首先采用计算实验的思想建模［26］，构造供应链中的参与主体以及之间的交互过程，模型更加符合实际情况；其次，充分考虑了消费者低碳偏好和政府的碳减排政策对制造商生产策略的影响，通过可重复实验，将供应链中个体的微观行为和整体的宏观表现进行详细分析和比较，揭示了低碳目标要求下制造商外包决策的内在动因和消费者行为决策对供应链管理的作用；另外考虑了供应链中成员不断学习的演化过程，为制造商在不同阶段制定合理决策提供参考并得出积极的管理启示。

1 计算实验模型构建

1.1 模型假设

为了研究消费者低碳偏好行为影响下的制造商外包决策，考虑由1 个供应商、2M 个制造商和H个消费者组成的供应链。该供应链主要生产季节性产品，其中2M ＜H，供应商可以为多个制造商提供生产外包。制造商在生产过程中的碳排放量受到政府约束，其中M 个制造商采取自产策略，另外M个制造商采用外包策略，消费者根据自身效用选择购买合适的产品。模型基本假设如下：(1)供应链中制造商和供应商生产的产品具有相同的功能，只是产品的价格和碳排放量存在差异，每个生产周期消费者根据自身的效用决定是否购买；(2)生产周期是连续的，每个仿真周期内消费者的数量和偏好相同。考虑到消费者的异质性，消费者之间不存在信息交流；(3)供应商有足够的生产能力，可以满足制造商的需求。

在变量标识中，下标i、j、ss 分别表示制造商、消费者和供应商，其中i=(1,…,2M)表示2M 个不同的制造商，j=(1,…,H)表示H 个不同的消费者；上标I 和O 分别表示制造商的自产和外包策略。

1.2 消费者行为

消费者根据自身效用决定是否购买产品，消费者的效用函数可以表示为：

1.3 制造商行为

制造商一方面受到政府节能减排许可的限制；另一方面需要尽可能满足消费者的需求，以实现自身利润的最大化。自产制造商通过技术投资生产低碳产品，其产品低碳水平与投资力度有关；外包制造商将生产外包给供应商，供应商不进行技术投资，只生产普通产品。在每个生产周期中，购买该产品的消费者总数构成了该制造商在本周期内的产品需求量。

1.3.1 自产制造商策略

制造商根据自身利润情况，动态地调整产品的价格和减排水平，以实现利润最大化。制造商可以通过技术创新来降低生产过程的碳排放量，假设技术投入成本与减排百分比之间的关系为其中为减排难度系数，值越大，表示减排难度越大，相应的成本投入就会越高，即减排投入成本会随着减排百分比的增加急剧上升。

制造商的碳排放量受到政府配额的限制，当制造商总的碳排放量少于政府的配额时，会得到政府的奖励，相反当制造商的碳排放量超过政府的限额时，则会造成环境的损害，此时需要制造商承担相应的赔偿责任。制造商获得的奖励或惩罚可表示为:

1.3.2 外包制造商策略

制造商将产品的生产过程外包给供应商并与供应商签订数量折扣契约，供应商只负责提供普通产品的供应，产品排放量同样受到政府碳排放配额的限制。制造商动态调整产品的价格以实现利润的最大化，制造商的利润可表示为:式（6）中表示制造商外包策略时的利润，表示外包产品的实际销售量，为制造商与供应商签订的产品批发价。同样，外包制造商也根据市场情况，利用强化学习算法动态调整产品价格。

1.4 供应商行为

假设供应商受生产条件和资金的限制，无法进行生产过程的减排投资，只能提供普通产品的生产加工服务。由于供应商专门从事产品的加工生产，因此单位产品的成本较低，假设单位生产成本为则供应商在一个生产周期内的利润可以表示为:

2 实验模型及流程

实验按照实际的生产和消费环节，还原整个供应链的运营过程，建立了由供应商、制造商和消费者组成的多主体，多周期实验模型。消费者根据制造商提供的商品信息，然后计算效用并决定是否购买。制造商得到产品的需求量并计算总成本和利润，在此基础上决定生产策略。当制造商采用自产策略时，通过Q-Learning 算法动态调整产品的价格和减排水平；当制造商采用外包策略时，制造商将生产外包给供应商，供应商则根据制造商提供的产品需求量进行生产并确定其批发价，然后制造商参考供应商给出的产品批发价制定最优的价格。供应链演化过程如下：(1)系统初始化，创建供应链主体成员并设定主体成员的属性值；(2)消费者根据商品的效用值选择购买；(3)制造商利用智能学习算法更新减排水平和产品的售价；(4)判断是否达到循环结束条件，如果达到结束条件则退出，否则转入(2)重复运行。如图1 所示。

图1 供应链实验流程

3 计算实验与结果分析

3.1 计算实验参数设置

本文的计算实验模型以Repast Simphony 为开发环境，建立了一个由消费者、制造商和供应商组成的多主体模型。从微观层面研究具有自主学习能力的制造商和供应商在受到消费者偏好影响下如何动态演化，最终实现供应链的均衡，并在此基础上分析消费者差异性偏好和减排政策以及减排难度如何影响制造商的外包决策。实验中参数设置以实际运营环境为依据，对于难以量化的参数(如消费者的对商品的价值估计等)，采用多次实际调查与试验对比后的经验值，实验中初始参数设置如下：为了更直观地分析制造商在两种不同策略下的利润变化，实验中将制造商分成两类，分别采用自产和外包策略，以此分析内部和外部因素对制造商外包决策的影响，并将Q-Learning 算法应用于制造商生产决策中，分析制造商如何动态调整产品价格和减排力度，以实现自身利润的最大化，每组实验运行6 000 个周期，并取50 次的平均值作为最后运行结果。

3.2 试验结果及分析

3.2.1 消费者个体差异对制造商决策的影响

不同的消费者具有不同的偏好行为，实验中保持其他参数不变，研究消费者个体差异对制造商利润的影响，结果如图2 所示。图2 表示随着低碳偏好人群所占比例不断增加，制造商在自产和外包两种策略下产品利润的变化情况。由图2 可以看出随着低碳偏好人群数量的不断增加，自产制造商的利润呈递增趋势，而与之竞争的外包制造商的利润则出现来回波动起伏的趋势。

图2 消费者个体差异下的制造商利润

结论1:当低碳消费者人群比例较低时，制造商实施外包生产能获得较高利润；反之，制造商应自己投资生产低碳产品。

当低碳消费者人群的比例较低时，在数量折扣契约协调下，外包制造商的利润高于自产制造商的利润，此时制造商的最佳策略是选择外包；而当低碳消费者人群的数量较高时，自产制造商的利润明显高于外包制造商的利润，制造商采用自产策略能获得较好的收益。当低碳消费者人群的比例较低时，低碳产品的优势不显著，自产制造商和外包制造商之间是简单的价格竞争，因此制造商的低成本外包策略明显优于自产策略；随着低碳消费人群比例增加，自产制造商和外包制造商之间的产品差异化增加，竞争强度随之降低，产品的价格增加，自产制造商和外包制造商的利润也呈上涨趋势。当低碳消费者人群比例达到较高水平时(如图2 中70%)外包制造商能达到利润的最大值，这主要是由于产品差异化策略，外包制造商可以获得较好的收益，随着低碳消费者比例再增加时，普通消费者的人数较少，外包产品的需求量进一步降低，其利润下降，因而外包制造商的利润呈波动趋势。

3.2.2 消费者低碳偏好行为对制造商决策的影响

消费者是供应链的末端成员，其偏好行为直接影响到企业的生产决策，是企业实现由产品转换为利润的关键环节。实验设置普通消费者人数和低碳偏好消费者人数各占50%，保持其他参数不变，研究消费者的低碳偏好行为对企业外包决策的影响，结果如图3 所示。从图3 可以看出，随着消费者低碳偏好水平的增加，两种不同生产策略下的制造商的利润都呈递增趋势。当消费者低碳偏好水平较低时，外包制造商的利润高于自产制造商的利润，反之，当消费者低碳偏好处于较高水平时，自产制造商的利润高于外包制造商的利润，此时制造商的自产策略显著优于外包策略。

图3 不同消费者低碳偏好水平下的制造商利润

结论2:自产制造商和外包制造商的利润都随着消费者低碳偏好水平的增加而增加。当消费者的低碳偏好水平较低时，制造商外包策略下的利润高于自产策略下的利润；当消费者低碳偏好水平较高时，制造商自产策略下的利润显著优于外包策略下的利润。

当消费者低碳偏好水平较高时，消费者购买低碳产品所获得的产品效用也就越高，相应地消费者则愿意为低碳产品支付更高的溢价。与此同时，普通消费者和低碳消费者的差异性增加，促使制造商实施差异化生产策略，减弱了供应链之间的竞争，能够最大限度地获取市场份额，自产制造商和外包制造商实现了双赢。而当低碳消费者的低碳偏好处于低水平时，消费者之间的差异性不显著，自产制造商和外包制造商之间以价格竞争为主。虽然通过生产较低水平的低碳产品获得了较高的产品销量，但受外包制造商低价格策略的影响，产品销售价格处于低水平，自产制造商的利润不高，明显低于外包制造商的利润。因此，当低碳消费者的低碳偏好水平较低时，为了推广低碳产品，政府需要给制造商一定的补偿，促使制造商能通过自产方式正常地生产低碳产品，从而降低生产过程的碳排放，实现绿色环保的要求。

3.2.3 碳排放奖惩力度对制造商决策的影响

碳排放奖惩力度是政府用来调整总体碳排放量的一个重要措施，对企业的生产决策有重大的影响，实验以碳排放奖惩力度为控制变量，研究碳排放奖惩力度对企业外包决策的影响，实验结果如图4 所示。从图4 中可以看出，政府的碳排放奖惩力度对制造商自产和外包两种策略下的利润都有显著的影响。随着政府碳排放奖惩力度的增加，自产制造商的利润呈现出先下降，后上升的趋势；而与之竞争的外包制造商的利润则出现先下降，后上升，再下降的趋势。

图4 不同碳排放奖惩力度下的制造商利润

结论3:当碳排放奖惩力度较小或者较大时，制造商自产策略下利润有明显优势；当碳排放奖惩力度处于中间水平时，制造商外包策略下的利润高于自产策略下的利润。

当碳排放奖惩力度较小时，自产制造商只进行少量的减排投资并和外包制造商实施价格竞争策略。受消费者低碳偏好影响，自产制造商的低碳产品能占据了较多的市场份额，其利润远高于外包制造商的利润。随着碳排放奖惩力度的增加，自产制造商产品的低碳水平逐渐增加，市场产品呈现出差异化形态，竞争强度降低，以低价格策略的外包产品吸引了较多的普通消费者，其利润超过了自产制造商的利润。当碳排放奖惩力度较大时，自产制造商通过增加减排投入能够在避免处罚同时获得一定程度的奖励，因而能够获得较高的利润；而外包制造商由于受到处罚，其利润远远低于自产制造商的利润，并会随着奖惩力度的进一步增加而退出当前市场。产生这种现象主要是因为随着奖惩力度的增强，制造商的碳排放量超过政府配额而受到的处罚也逐渐增强，而外包产品的单位碳排放量较高，处罚成本已经超过了利润，外包制造商不得不通过提高产品销售价格以降低销量的方式来减少处罚；相对于外包制造商，自产制造商则会根据碳排放的奖惩力度动态调整单位产品的碳排放量，即使在奖惩力度较高时，仍可以通过降低单位产品的碳排放量获得奖励而避免处罚，因此在奖惩力度较强时仍可以获得较好的利润。政府的碳排放奖惩力度能很好地调节低碳产品和普通产品在市场中的份额，因而，政府可以通过制定合理的碳排放奖惩措施，积极引导企业进行技术创新，达到节能减排的目的。

3.2.4 制造商减排难度对外包决策的影响

制造商的碳减排难度直接影响到其减排投入，是制造商在生产决策时需要考虑的关键因素之一，实验以制造商的减排难度系数为控制变量，研究其对制造商生产决策的影响，结果如图5 所示。从图5 可以看出，随着碳减排难度系数的增加，自产制造商的利润呈逐渐下降趋势，与之相反，外包制造商的利润则呈逐渐递增趋势。

图5 不同碳减排难度下的制造商利润

结论4：碳减排难度较低时，制造商最佳策略是自己投资生产低碳产品；反之，当碳减排难度较高时，制造商应将生产外包给供应商。

当碳减排难度较低时，自产制造商能够以较低的投入实现产品碳排放量大幅度降低，一方面避免了处罚又同时获得了政府的奖励；另一方面，低碳产品可以获得低碳消费者的青睐，能够以较高的价格销售，从而根据不同消费人群实施差别定价，弱化了市场竞争，企业由此将获得高额利润。随着制造商减排难度的增加，自产制造商由减排而获得的收益减小，相应地自产制造商与外包制造商之间的利润差距也逐渐缩小。当碳减排难度较大时，自产制造商的利润低于外包制造商的利润，制造商的最佳策略是实施生产外包。

4 结束语

本文在异质消费者和消费者低碳偏好属性背景下，以消费者效用为出发点，利用Multi-Agent 的计算实验模型，研究了消费者行为、减排政策以及制造商内在因素对制造商外包决策的影响。实验结果发现：制造商在生产决策时，不仅需要考虑自身和竞争对手的情况，还需要关注消费者的行为特征和政策约束。只有低碳消费者的比例达到较高程度，制造商通过自产方式生产低碳产品才能获得较好的收益。消费者低碳偏好能促进自产制造商和外包制造利益的提升，当消费者低碳偏好较高时，自产制造商的利润更为显著，此时，制造商的最佳策略时自己生产。另外，当碳排放奖惩力度较高时，制造商采取自产策略能获得较高利润；制造商的碳减排难度也是制约生产的一个主要因素，当碳减排难度较低时，制造商应该自己生产，反之，制造商应该外包给供应商。

本文中，外包模式是以制造商为主导的，而在以供应商为主导的生产方式下，制造商如何制定合适的生产决策值得进一步研究；另外，本文是利用碳限额政策研究企业生产决策的，未来也可以研究其他低碳政策对企业生产外包决策的影响。