هماهنگی زنجیره تامین

تحقیق در مورد مکانیزم هماهنگی در یک زنجیره تامین سبز سه سطحی، تحت بازی غیر مشارکتی

مقدمه:

با معرفی یک اقتصاد کم کربن و تولید ناخالص داخلی سبز، نگرانی در مورد نظریه ها در زنجیره تامین سبز (GSC) در میان محققان و مدیران بازار، افزایش پیدا کرده است. از طرفی زنجیره تامین سبز شامل عرضه، سرمایه گذاری، تولید، فروش، بازیافت، حمل و نقل، مصرف و سایر زمینه ها است و مدیریت زنجیره تامین سبز (GSCM)، با استفاده از توسعه پایدار است که یادگیری و همکاری میان شرکت های مختلف را در زنجیره تامین تقویت می کند و سطح سبز زنجیره تامین را بهبود می بخشد.

طرح تحقیقاتی سیاست های مونوگرافی "زنجیره سبز" برای اولین بار توسط شورای کشور چین برای همکاری بین المللی در زمینه محیط زیست و توسعه زنجیره تامین، در تاریخ 15 دسامبر 2010 در پکن مطرح شد. این امر نشان می دهد که نه تنها اقدامات دولت، در زمینه راهنمایی و تقویت زنجیره‌تامین سبز برای توسعه، افزایش یافته است، بلکه الزامات بیشتری را نیز فراهم کرده و چالش‌های جدی را برای محققان بازار به وجود می آورد. از این رو، واضح است که مقررات زیست محیطی دولت چین برای شرکت ها، از تنها نگرانی آن‌ها در خصوص مراحل عملیات شرکت، محیط زیست محصول و سایر موارد مورد نیاز در کل زنجیره تامین، است.

در واقع، اجرای موفقیت آمیز مدیریت زنجیره تامین سبز به موارد زیادی بستگی دارد و در یک ساختار هماهنگی منطقی خوب،  مکانیزم های انگیزشی و ایجاد موفقیت آمیز همکاری های استراتژیک محیط زیست میان اشخاص مختلف، متفاوت است. دولت می تواند از شرکت های اصلی حمایت کرده، تا بتواند توانایی و انگیزه خود را برای اجرای عملیات سبز بالا ببرد و از یک مکانیزم هماهنگی درجهت افزایش منافع زنجیره تامین سبز استفاده کند، تا به هدف کل زنجیره تأمین که یکپارچگی و سبز شدن است، دست یابد    .

در این مقاله با در نظر گرفتن زنجیره تامین سبز سه سطحی و با توجه به اینکه تقاضای بازار به درجه سبز بودن محصول مرتبط است، از نظریه بازی‌ها به منظور مطالعه چهار مدل، یعنی تصمیم گیری مشارکتی، بازی سه سطحی رهبر-پیروو دو نوع بازی استکلبرگ   I  و بازی استکلبرگ II، استفاده شده است.  در این زنجیره تامین یک مکانیزم به اشتراک گذاری درآمد، مکانیزم هماهنگ سازی ارزش Shapley و مکانیزم مذاکره نامتقارن نش، برای ایجاد انگیزه اعضای زنجیره تامین جهت مشارکت و همکاری در تولید و بازاریابی محصولات سبز استفاده شده است.

نوآوری ها:

• زنجیره تامین سه سطحی شامل تامین کننده، تولیدکننده و خرده فروش.
• بررسی تاثیرات درجه سبز بودن یک محصول بر تقاضای بازار
• بررسی تصمیم گیری مشارکتی و سه بازی غیر مشارکتی تامین کننده، تولید کننده و خرده فروش.
• بررسی رابطه بین مقادیر تعادلی حاصل از بازی و درجه سبز بودن محصول
• بررسی تاثیر تعادل بازی  بر روی کارایی کانال.
• معرفی مکانیزم های هماهنگی زنجیره تامین و حصول اطمینان از اینکه اعضای زنجیره تامین در تصمیم گیری های هماهنگ کننده سهیم هستند.

مدلسازی

در این مقاله یک سیستم سه سطحی زنجیره تامین شامل تامین کننده، تولیدکننده و خرده فروش در نظر گرفته شده است. در این زنجیره تولید کننده با توجه به این واقعیت که بازارهای فعلی دارای تقاضای بالقوه برای خرید محصولات سبز هستند، در جهت حمایت و حفاظت از محیط زیست به تولید متمایز روی می آورد. در اینجا تولیدکننده، مواد خام را از تامین کننده خریداری کرده تا پس از انجام تحقیقات لازم در واحد R&D، از این مواد برای تولید نوعی محصول سبز، استفاده کند. سپس، تولیدکننده با توجه به دارا بودن نقش عمده فروشی، محصول سبز موردنظر را به خرده فروش، می فروشد. برای مدلسازی این مفروضات، از نمادهایی که در ادامه معرفی می شوند، در این مقاله استفاده شده است:

پارامترها

متغیرهای تصمیم

یک گروه مصرف کننده نهایی در بازار وجود دارد که ظرفیت بازار آنها 1 است و درجه سبز محصولی که می خواهند بخرند، متغیر تصادفی است. همچنین فرض می شود که  . قیمت خرده فروشی یک محصول غیر سبز قبل از فعالیت R&D مقدار است. اما برای محصول سبز با هزینه بالاتر، خرده فروش تصمیم می گیرد که یک قیمت مناسب را به منظور حصول اطمینان از منافع خود تعیین کند. نرخ افزایشی بوده و قیمت فروش نهایی محصول سبز به صورت زیر خواهد بود:

با توجه به ترجیح مصرف کنندگان به اندازه درجه سبز محصول در ملاحظات، سطح پذیرش مصرف کنندگان برای خرید محصول می تواند توسط رابطه ی زیر محاسبه شود:

بدیهی است که تنها در صورتی که سطح پذیرش مصرف کنندگان موردقبول واقع شود ، آنها اقدام به خرید محصولات سبز می کنند. یا در غیر این صورت، آنها باید تصمیم بگیرند که محصولات غیر سبز را خریداری کنند. به این معنی که، وقتی ، تقاضای بازار برای محصولات سبز به صورت زیر است:

بنابراین­، درآمد تامین کننده، تولیدکننده، خرده فروش و کانال زنجیره تامین به ترتیب به صورت زیر بدست می آیند:

تجزیه و تحلیل نقاط تعادلی بازی

1.       مدل تصمیم گیری مشارکتی

این مدل به عنوان مدل(CD) Cooperative decision-making  شناخته می شود. برای به دست آوردن یک معیار، ابتدا شرایطی در نظر گرفته می شود که اعضای زنجیره تامین ، به یک توافق نامه مشارکتی دست می یابند و طرف های شرکت کننده تصمیم می گیرند که به حداکثر سود کانال دست یابند. به این منظور باید معادلات زیر حل شوند.

نرخ افزایشی قیمت بهینه، به صورت زیر بدست می آید.

در این نقطه، قیمت فروش بهینه، حجم فروش و سود کل کانال زنجیره تامین به ترتیب عبارتند از:

برای سهولت در نمایش روابط بالا، می توان درنظر گرفت که که است.

2.       مدل بازی غیر مشارکتی

در این حالت، سه مدل بازی بررسی می شوند که در ادامه به مقایسه نتایج حاصل از حل معادلات هریک، پرداخته می شود.

• مدل بازی سه سطحی رهبر- پیرو (مدلTLG  )

در مورد برابری و یکسان بودن اعضای شرکت کننده، اگر هیچ توافق نامه ای نباشد، تمام اعضای زنجیره، به دنبال حداکثر سازی سود خود هستند، به این ترتیب بازی غیر مشارکتی در بین اعضای تیم انجام خواهد شد. روند بازی به این صورت است که در ابتدا، قیمت عرضه مواد خام سبز توسط تامین کننده معین می شود و سپس قیمت عمده فروشی محصول سبز، ، توسط تولیدکننده تعیین شده و در نهایت، خرده فروش تصمیم می گیرد نرخ افزایشی قیمت   را تعیین کرده تا محصول به بازار عرضه شود و آن را به فروش برساند. بر این اساس، مدل بازی سه سطحی رهبر و پیرو متشکل از تامین کننده، تولیدکننده و خرده فروش عبارت است از:

جواب مسائل بهینه سازی اشاره شده در بالا را با استفاده از استقراء بازگشتی، می توان به دست آورد.

بر این اساس، قیمت خرده فروشی بهینه، حجم فروش و سود اعضا و کل زنجیره به ترتیب به صورت زیر بدست می آیند:

• مدل بازی استکلبرگI  ( مدل SGI )

تامین کننده و تولیدکننده ممکن است یک پیمان و اتحاد کوچک I را تشکیل دهند که به همراه خرده فروش یک مدل بازی دو نفره استکلبرگ که تحت سلطه ی اتحاد I قرار می گیرد تشکیل می شود. این بدان معناست که پس از پیش بینی ، نرخ افزایشی قیمت خرده فروش، اتحاد جزئی I تصمیم گیری می کند که قیمت عمده فروشی  چقدر باشد تا سودشان حداکثر شود. از این رو مسئله بهینه سازی زیر بدست خواهد آمد:

حل مسئله بهینه سازی ذکر شده و راه حل بازی تعادلی استکلبرگ را می توان از طریق مشتق گیری، به صورت زیر بدست آورد:

بر این اساس، قیمت خرده فروشی بهینه، حجم فروش و سود اعضا و کل زنجیره به ترتیب به صورت زیر بدست می آیند:

• مدل بازی استکلبرگ II ( مدل SGII )

در این حالت، ممکن است خرده فروش و تولیدکننده، یک اتحاد کوچک II را تشکیل داده و با تامین کننده یک مدل بازی دو نفره استکلبرگ که تحت سلطه ی اتحاد II قرار می گیرد تشکیل دهند.

همانند مدل قبلی، حل مسئله بهینه سازی ذکر شده و راه حل بازی تعادلی استکلبرگ را می توان از طریق مشتق گیری، به صورت زیر بدست آورد:

بر این اساس، قیمت خرده فروشی بهینه، حجم فروش و سود اعضا و کل زنجیره در این مدل برابرند با:

گزاره1- با استفاده از جواب ها و نتایج بدست آمده از سه مدل فوق، رابطه ی زیر بین جواب های این مدل ها، وجود دارد:

مکانیزم هماهنگی در زنجیره تامین سبز سه سطحی:

سه مکانیزم هماهنگی بررسی شده که در ادامه به نتایج هریک پرداخته می شود.

• مکانیزم اشتراک درآمد

تولیدکننده اصلی می تواند یک مکانیزم اشتراک درآمد را برای ترویج تصمیمات سه جانبه مشارکتی اعضای زنجیره تامین، فراهم کند. این مکانیزم باید اطمینان حاصل کند که درآمد اعضای شرکت کننده کمتر از درآمد مستقل تحت یک بازی پیرو-رهبر سه گانه یا بازی استکلبرگ نباشد. فرض کنید ضرایب تسهم درآمد برای تامین کننده، تولیدکننده و خرده فروش به ترتیب  باشد به طوری که و همچنین روابط زیر برقرار باشد:

روابط بالا را می توان به طور خلاصه به شکل زیر بیان کرد:

محدوده ضرایب به اشتراک گذاری درآمد را پس از حل، می توان به صورت زیر بیان کرد:

بدین ترتیب، واضح است که مکانیزم تسهیم درآمد، یک محدوده تقریبی برای ضریب توزیع درآمد  در زنجیره تامین سه سطحی فراهم می کند، در حالی که نسبت توزیع بهینه ارائه نشده است. نسبت واقعی توزیع درآمد به قدرت چانه زنی هر عضو زنجیره تامین بستگی دارد و هنگامی که ضریب توزیعدر این فاصله زمانی قابل اجرا باشد، ادامه همکاری دشوار خواهد بود. درنتیجه، برای تعیین یک نسبت توزیع درآمد معقول در محدوده این ضریب، سایر استراتژی های هماهنگی مورد استفاده قرار می گیرند.

• مکانیزم هماهنگ سازی ارزش Shapley

بازی های مشارکتی n-نفره باید حداکثر درآمد را کسب کنند. فرض می شود که یک بازی مشارکتی باشد که در آن ، نشان دهنده مجموعه ای از بازیکنان است (به طور مثال، تامین کننده، تولیدکننده و خرده فروش). اگر برای هر زیر مجموعه g از G، تابع درآمد تضمین کند که   است، مقدار Shapley توزیع درآمد برای همه اعضای زنجیره تامین تحت همکاری G به صورت زیر خواهد بود:

در اینجا ، درآمد زیر مجموعه g پس از حذف عضو i است. نیز فاکتور وزنی است.

بر این اساس، ارزش Shapley برای درآمد تامین کننده را می توان محاسبه کرد، که در جدول 1 نشان داده شده است، که در آن مخفف اتحاد می باشد.

جدول1-ارزش Shapley تامین کننده

پس از جایگزین کردن داده های جدول 1 در رابطه ، رابطه زیر بدست می آید.

همچنین به طور مشابه، می توان این رابطه ها را برای تولیدکننده و خرده فروش، به صورت زیر بدست آورد:

بنابراین، تحت بازی مشارکتی بر اساس یک مکانیزم هماهنگ سازی ارزش Shapley ، ضریب توزیع درآمد برای تامین کننده، تولیدکننده و خرده فروش به ترتیب برابر با است. گزاره ی زیر از طریق بررسی روابط بدست آمده، حاصل شده است.

گزاره2-

گزاره2، نشان می دهد که مکانیزم هماهنگی روش Shapley، می تواند توزیع خوبی از درآمدها تحت همکاری را ارئه دهد و همچنین قابلیت اطمینان همکاری با عملکرد سیستم در جهت دستیابی به بهینه سازی جهانی را افزایش می دهد.

• مکانیزم مذاکره نامتقارن نش

اگر دولت یا رهبر بازار قصد داشته باشند که در مدیریت زنجیره تامین سبز مداخله نموده و یک مکانیزم توزیع درآمد مذاکره نش را بر اساس رضایت تحن همکاری ایجاد کنند، ممکن است این محرک سه جانبه برای پاسخ به استراتژی همکاری مطرح شود تا اعضای شرکت کننده از بالاتر بودن سودشان در زمان همکاری نسبت به زمان عدم همکاری، اطمینان حاصل کنند. به این منظور، تعریف زیر آورده شده است:

تعریف 1- فرض کنید بردار توزیع درآمد، باشد و طرح پیشنهادی توزیع درآمد عضو i تحت تصمیم گیری مشارکتی برابر باشد. در اینجا   نشان دهنده ضریب توزیع درآمد پیشنهاد شده به عضو مشارکتی j توسط عضو i زنجیره تامین است. به طوری که همواره برقرار است. برای اطمینان از برقراری عدالت و انگیزه در طرح پیشنهادی توزیع، لازم است که  مذکور در مجموعه زیر قرار گیرد:

بنابراین، رضایت عضو i با نقطه تضمینی توزیع درآمد و ضریب توزیع نهایی می توانند به ترتیب به صورت زیر تعریف شوند:

که در آن

 مکانیزم مذاکره نش برای توزیع درآمد که بر اساس رضایت‌مندی در همکاری است، می تواند به صورت زیر مدلسازی شود :

در اینجا، پارامتر همکاری ، نشان دهنده قدرت چانه زنی عضو i یا اهمیت آن در همکاری است و (به ترتیب ، نشان دهنده تامین کننده، تولیدکننده و خرده فروش است).

البته، دولت یا رهبر بازار ممکن است از طریق  مداخله کرده و تأثیری در جهت هدایت و ترویج عملکرد صحیح زنجیره تامین سبز داشته باشند. تولیدکننده در اینجا نقش اصلی سرمایه گذاری را در زنجیره تامین سبز ایفا می کند. اگر به ضریب توزیع حاصل از روش ارزش Shapley با استفاده از مشتق گیری رجوع شود، می توان فرض کرد که   است. 

برای حل معادله محدب ذکر شده در این روش، می توان از شرایط کاهن تاکر (K-T) استفاده کرد و نقطه ماکزیمم کلی را بدست آورد. به طور مثال نقطه K-T برابر است با:

با توجه به مجموعه مذاکرات انجام شده، پیشنهاد توزیع ارائه شده توسط تامین کننده، تولیدکننده و خرده فروش فرض شده که به صورت زیر باشند:

بنابراین، در این نقاط، و هستند. با توجه به درآمد مطلوب سیستم زنجیره تامین سبز در بازی مشارکتی، به طور مثال ، در طرح توزیع درآمد نهایی مذاکره شده در میان تامین کننده، تولیدکننده و خرده فروش  است. می توان با استفاده از داده های به دست آمده، رابطه زیر را ارائه کرد:

همچنین با استفاده از اطلاعات قبلی، می توان گفت:

بنابراین واضح است که استراتژی همکاری بر اساس رضایت و مکانیزم مذاکره نش مطمئنا از تصمیم گیری غیر مشارکتی بهتر است و با به دست آوردن سود در بالاترین سطح خود، سیستم دارای وضعیت هماهنگ کامل و سه جانبه بوده و تمام اعضا برنده هستند.

تجزیه و تحلیل مثال عددی:

با تجزیه و تحلیل رابطه بین نتایج در چهار مدل بازی و تفاوت در درجه سبز بودن محصول، می توان گزاره زیر را بیان کرد:

گزاره 3- به دلیل تفاوت در درجه سبز بودن محصول، به تدریج افزایش یافته است: 1) نرخ افزایشی قیمت و قیمت فروش محصول سبز نیز افزایش می یابد؛ 2) حجم فروش محصولات سبز کاهش می یابد؛ 3) اگر  ،سود اعضای زنجیره تامین و سود کل زنجیره افزایش یافته ولی اگر ، سود اعضای زنجیره تامین و سود کل زنجیره کاهش می یابد.

همچنین یک نقطه بحرانی برای تولیدکننده است تا درآمد خود را تحت تولیدات متمایز، افزایش دهد   با توجه به این نقطه و سطح پذیرش مصرف کننده برای محصولات سبز، مدیر زنجیره تامین سبز قادر به ایجاد یک مکانیزم عمل صحیح خواهد بود.

فرض کنید باشند. اگر یکی از پارامترهای و تغییر کنند و سایر پارامترها ثابت باشند، روند تغییرات کل سود سیستم تحت چهار مدل گفته شده را می توان بدست آورد (شکل های 1،2،3 ).

شکل1، نشان می دهد، نقطه ی همان نقطه ی بحرانی تولیدکننده است و در نقاطی که باشد، با افزایش سود کل زنجیره افزایش می یابد و در نقاطی که است، با افزایش این پارامتر، سود کل کاهش می یابد.

شکل1- ارتباط بین پارامتر و سود کل 

شکل 2 نشان می دهد، رابطه ی بین پارامتر و سود کل زنجیره منفی است و با افزایش هزینه سبز کردن محصولات، سود کل زنجیره، با شیب کمتری کاهش می یابد.

شکل2- ارتباط بین پارامتر  و سود کل

شکل3 نشان می دهد، رابطه بین پارامتر و سود کل زنجیره مثبت است و با افزایش هزینه سبز کردن محصولات، سود کل زنجیره، به طور فزاینده ای افزایش می یابد.

شکل3- ارتباط بین پارامتر  و سود کل

همچنین، این سه شکل نشان می دهند، وقتی پارامترهای ، و  تغییر کنند، سطح سود مدل SG بالاتر از مدل    TLG  است، همچنین باعث ایجاد اتحادهای کوچک در بین اعضای زنجیره تامین می شود  علاوه بر این، سیستم از بالاترین سطح سود بهره‌مند خواهد شد که اعضای زنجیره تامین سبز سه سطحی، تصمیم به همکاری بگیرند.

در مورد مکانیزم مذاکره نامتقارن نش، و با توجه به مقادیر پارامترهای درنظر گرفته شده، تحت بازی مشارکتی ،می توان در نظر گرفت که سود بهینه کل زنجیره  است.

 فرض کنید در روش Shapley اندازه گام ها 0.05 است و برای پارامتر مقادیر مختلفی وجود دارد. در جدول 2 ضرایب توزیع درآمد و مقادیر توزیع درآمد برای هر عضو به دست آمده است.

جدول2- نتایج توزیع درآمد اعضا، تحت پارامترهای مختلف همکاری

طور خلاصه می توان گفت، نتایج جدول 2 نشان می دهند که نتایج نهایی برای توزیع درآمد اعضای شرکت کننده تحت تاثیر پارامترهای مشارکتی قرار دارند و اگر دولت یا مدیر زنجیره تامین سبز، شاخص  را بر اساس شاخص سبز اعضای آن تعریف کند، اعضای زنجیره تامین انگیزه پیدا کرده تا در جهت ارتقاء درجه سبز خود و به طور مستقل در زنجیره تامین بازی کنند.

نتیجه گیری:

• اثر حاشیه ای تحت بازی سه جانبه رهبر-پیرو، باعث پایین آمدن سود کل زنجیره و اعضای شرکت کننده می شود، در حالی که تحت تصمیم گیری های مشارکتی، سیستم دارای عملکردی مطلوب، با پایین‌ترین قیمت فروش محصول و بالاترین میزان فروش خواهد بود.
• از آنجا که نتایج تعادلی فوق و تفاوت در درجه سبز بودن محصول، به طور قابل توجهی به یکدیگر وابسته است، اعضای زنجیره تامین باید به کنترل هزینه‌های تولید توجه داشته باشند و قیمت‌های فروش منطقی را برای محصولات قرار دهند.
• به منظور تسهیل همکاری میان اعضا، مکانیزم تقسیم درآمد، مکانیزم هماهنگی روش Shapley و مکانیزم هماهنگی نامتقارن نش برای تشویق اعضای شرکت کننده ایجاد شده اند تا آنها به استراتژی همکاری پاسخ مثبت بدهند.
• نتایج نظری نشان می دهد که استراتژی های فوق می توانند سود بسیار بیشتری را برای اعضای شرکت کننده در مقایسه با سودی که از تصمیم گیری های غیر مشارکتی به دست می آورند، کسب کنند. از این رو بهینه سازی کلی و هماهنگی کامل سیستم زنجیره تامین به دست می آید.
• علاوه بر این، مدیر زنجیره تامین سبز می تواند در مکانیزم‌های هماهنگی بالا به طور مناسب در جهت هدایت و تأثیر مثبت زنجیره تامین سبز شرکت کند.