هماهنگی در زنجیره تامین- بررسی مقاله سیزده

مقدمه

با توسعه تکنولوژی و اقتصاد جهانی، رقابت در زنجیره تامین نقش بسیار مهمی در بین شرکت­های پیشرفته دارد. تحت این شرایط، چگونگی انتخاب ساختار مناسب برای تصمیمات زنجیره تامین به منظور حفظ مزیت رقابتی بسیار اهمیت دارد. از طرف دیگر انتخاب سطح کاهش انتشار کربن بهینه، برای شرکت­ها بسیار مهم می­باشد زیرا در دهه­های اخیر مشتریان تمایل بیشتر برای خرید محصولاتی که کمتر کربن منتشر می­کند، دارند. برخی قوانین مانند قانون cap-and-trade جهت کاهش انتشار کربن طراحی شده­اند. تحت این قانون، دولت حد مجاز انتشار کربن را برای تولیدکننده­ها تعیین می­کند. اگر تولیدکننده بیشتر از حد مجاز کربن منتشر کند باید امتیاز کربن منتشر شده اضافی را از بازار تجارت کربن خریداری کند و اگر کمتر از حد مجاز منتشر کند، کربن مازاد را در همان بازار به فروش می­رساند. بنابراین بهبود سطح سبز محصولات بوسیله کاهش انتشار کربن با استفاده از تکنولوژی برای تولیدکننده­ها حائز اهمیت است. رقابت، در یک زنجیره تامین یا بین زنجیره­های تامین وجود دارد. اگر بازار شامل بیش از یک زنجیره تامین باشد، موقعیت پیچیده خواهد بود. از این رو توسعه یک مدل هماهنگی مناسب که برای تمام زنجیره تامین سودآور باشد ضروری می­باشد.

 

نوآوری

1) در این مقاله قیمت­گذاری و رقابت در کاهش انتشار کربن مورد بررسی قرار گرفته است.

2) همکاری افقی بین دو تولیدکننده تحت قانون cap-and-trade آنالیز شده است.

3) یک قرارداد تسهیم درآمد به کار گرفته شده که هماهنگی زنجیره تامین را فراهم می­کند.

تعریف مسئله

در این مقاله دو زنجیره تامین دو سطحی توسعه داده شده است که هر کدام از زنجیره­ها شامل یک تولیدکننده و یک خرده­فروش می­باشند. هر دو تولیدکننده محصول قابل جایگزین تحت قانون cap-and-trade تولید می­کنند. از آنجایی که برای بیشتر مردم، حفاظت از محیط زیست حائز اهمیت است، محصولاتی که کمتر کربن منتشر می­کنند بیشتر مورد توجه مشتریان قرار می­گیرد. تعداد زیادی از شرکت­ها سیاست­های مربوط به کاهش کربن را به منظور جلوگیری از انتشار کربن به کار گرفته­اند. تحت قانون cap-and-trade، شرکت­ها سهمیه انتشار کربن را از دولت دریافت کرده و اگر کمبود داشتند، می­توانند در بازار تجارت کربن خریداری کنند یا اگر میزان انتشار کربن مازاد داشتند، می­توانند در همان بازار به فروش برسانند. این قانون برای شرکت­هایی که به کاهش میزان انتشار کربن توجه دارند، یک موقعیت مالی مهم را فراهم می­کند. در این مقاله، مدل غیرمتمرکز و متمرکز به ترتیب در نظر گرفته شده است. در زنجیره غیرمتمرکز، دو بازی استکلبرگ دو سطحی به کار گرفته می­شود که تولیدکننده­ رهبر و خرده­فروش­ پیرو می­باشد. ابتدا تولیدکننده در مورد نرخ کاهش انتشار کربن و قیمت عمده­فروشی تصمیم می­گیرد و بعد خرده­فروش با توجه به تصمیم تولیدکننده در مورد قیمت فروش تصمیم می­گیرد. در مدل غیرمتمرکز هر دو تولیدکننده و هر دو خرده­فروش به دنبال بیشینه­سازی سود خود می­باشند. در زنجیره متمرکز، تولیدکننده و خرده­فروش جهت بیشینه­سازی سود کل زنجیره تامین یکپارچه در نظر گرفته می­شوند. زنجیره تامین متمرکز به این معنی است که تولیدکننده قدرت کافی برای کنترل تمام تصمیمات زنجیره جهت بیشینه­سازی سود کل زنجیره تامین را دارد.

در مسیر عمودی، در هر زنجیره تامین بازی استکلبرگ بین تولیدکننده و خرده­فروش وجود دارد. در مسیر افقی، یک بازی نش بر نرخ کاهش انتشار کربن بین دو تولیدکننده وجود دارد. شکل زیر ساختار زنجیره تامین را نشان می­دهد.

دو تولیدکننده بر نرخ کاهش انتشار کربن رقابت دارند. افزایش آگاهی زیست محیطی مشتریان تمایل آنها را برای خرید محصولاتی که سازگار با محیط زیست هستند را افزایش می­دهد.

مفروضات

1) قیمت تجاری کربن توسط بازار تجارت کربن تعیین می­شود.

2) میزان انتشار کربن هر واحد محصول ثابت است و انتشار کربن کل یک تابع خطی برحسب تعداد محصول می­باشد.

3) هزینه کاهش انتشار کربن، یک بار سرمایه­گذاری است که تاثیری بر هزینه هر واحد محصول ندارد. هزینه کاهش انتشار کربن به صورت رابطه زیر محاسبه می­شود:

4) زمانی که میزان سهمیه کربن کم یا زیاد باشد، تولیدکننده می­تواند از بازار تجارت کربن سهمیه انتشار کربن بخرد یا بفروشد. میزان کل تجارت کربن در زنجیره تامین i به صورت زیر محاسبه می­شود:

در رابطه فوق، جمله اول میزان کل انتشار کربن و جمله دوم حد مجاز انتشار کربن که توسط دولت تعیین می­شود، می­باشد. اگر رابطه فوق مثبت باشد بدین معنی است که تولیدکننده باید از بازار تجارت کربن، کربن خریداری کند و اگر رابطه منفی باشد بدین معنی است که تولیدکننده می­تواند سهمیه مازاد را در بازار تجارت کربن به فروش برساند.

5) تابع تقاضا خطی برحسب قیمت فروش، سطح سبز بودن محصول و سطح سبز بودن محصول شرکت رقیب می­باشد.

 در رابطه تابع تقاضا، جمله اول تقاضای اولیه، جمله دوم تاثیر قیمت کالا بر تقاضا، جمله سوم نرخ کاهش انتشار کربن و جمله آخر تاثیر نرخ کاهش انتشار کربن شرکت رقیب می­باشد.

در این مطالعه، تمرکز اصلی بر رقابت روی کاهش میزان انتشار کربن تحت قانون cap-and-trade می­باشد و تاثیر رقابت در قیمت­گذاری بین دو زنجیره تامین در نظر گرفته نشده است.

مدل ریاضی

در این بخش، مدل عمودی، مدل همکاری افقی و مدل استفاده از قرارداد تسهیم درآمد بررسی می­شود. در ابتدا مدل DD (هر دو زنجیره تامین غیرمتمرکز می­باشند) بعنوان مدل پایه در نظر گرفته می­شود، سپس زنجیره تامین 1تصمیمات خود را به صورت متمرکز اتخاذ می­کند و مدل از DD به مدل ID تغییر می­کند و بعد زنجیره تامین 2 نیز تصمیمات خود را به صورت متمرکز اتخاذ می­کند و مدل از ID به مدل II تغییر می­کند. در ادامه مدل همکاری افقی بر پایه مدل DD در نظر گرفته می­شود. در انتها، قرارداد تسهیم درآمد بوسیله خرده­فروش جهت هماهنگی به کار گرفته می­شود.

توابع سود تولیدکننده، خرده­فروش و زنجیره تامین به صورت زیر می­باشند:

به منظور ساده­سازی مدل، هزینه­ تولید صفر در نظر گرفته شده است ولی این ساده­سازی نتایج را تغییر نمی­دهد.

ساختار عمودی

در ساختار عمودی دو تولیدکننده با هم همکاری ندارند. هر دو زنجیره می­توانند غیرمتمرکز یا متمرکز باشند بنابراین سه مدل توسعه داده می­شود.

مدل DD

در این مدل، هر دو زنجیره غیرمتمرکز می­باشند و در هر زنجیره تولیدکننده و خرده­فروش جهت بیشینه­سازی سود خود به تنهایی تصمیم­گیری می­کنند. در زنجیره تامین غیرمتمرکز فرض شده است که بازار بوسیله تولیدکننده کنترل می­شود، بنابراین تولیدکننده رهبر بازی استکلبرگ و خرده­فروش پیرو می­باشد. در هر زنجیره تامین، تولیدکننده ابتدا در مورد قیمت عمده­فروشی و نرخ کاهش انتشار کربن تصمیم­گیری می­کند و سپس خرده­فروش با توجه به تصمیمات تولیدکننده در مورد قیمت فروش تصمیم­گیری می­کند. جهت مقایسه مدل­ها با یکدیگر فرض شده است که تقاضای اولیه بازار برای هر دو محصول برابر می­باشند. جواب تعادل بهینه به صورت زیر حاصل می­باشند:

تقاضا و سود هر دو عضو زنجیره تامین به صورت زیر حاصل می­شود:

در این مدل، تمام مقادیر بهینه در هر دو زنجیره تامین برابر می­باشند. با توجه به مقادیر بهینه نتیجه 1 حاصل می­شود.

نتیجه 1:  

نتیجه 1 نشان می­دهد که چگونه سطح سبز بهینه و قیمت فروش تحت تاثیر ضریب حساسیت سطح سبز رقیب می­باشد. براساس قسمت (1)، سطح سبز بهینه محصول با افزایش حساسیت سطح سبز رقیب کاهش می­یابد. به عبارت دیگر، زمانی که رقابت شدید است ابتکار عمل تولیدکننده جهت کاهش انتشار کربن کاهش می­یابد. قسمت (2) نشان می­دهد اگر هزینه کاهش انتشار کربن بزگتر از عبارتی باشد، قیمت فروش بهینه در رقابت بر سطح سبز محصول کاهش می­یابد. زیرا زمانی که هزینه سرمایه­گذاری بالا است، کاهش انتشار کربن مشکل است. در این مواقع، تولیدکننده تمایل به خرید کربن از بازار تجارت کربن به جای سرمایه­گذاری جهت کاهش انتشار کربن دارد و منجر به عدم تلاش تولیدکننده برای کاهش انتشار کربن می­شود. زمانی که رقابت بر سطح سبز شدید باشد، تولیدکننده مجبور به کاهش قیمت عمده­فروشی و خرده­فروش مجبور به کاهش قیمت فروش جهت افزایش تقاضا می­شود. اگر هزینه سرمایه­گذاری زیاد نباشد، تولیدکننده برای کاهش انتشار کربن سرمایه­گذاری می­کند. مشتریان محصولات با سطح سبز بالا را ترجیح می­دهند. به عبارت دیگر، هزینه سطح سبز افزایش خواهد یافت و منجر به افزایش قیمت عمده­فروشی و قیمت فروش می­شود.

مدل ID

در این ساختار زنجیره تامین 1، متمرکز  و زنجیره تامین 2 غیرمتمرکز می­باشد. در زنجیره تامین 1 سطح بهینه سبز تعیین می­شود و در زنجیره تامین 2، ابتدا تولیدکننده سطح سبز و قیمت عمده­فروشی را تعیین می­کند و سپس خرده­فروش2 و زنجیره تامین رقیب به طور همزمان قیمت فروش بهینه را جهت بیشینه­سازی سود خود تعیین­ می­کنند. در این مدل جواب­های تعادل بهینه به صورت زیر می­باشند:

با جایگذاری مقادیر بهینه در توابع سود داریم:

نتیجه 2: با توجه به مقادیر بهینه نتیجه زیر حاصل می­شود:

نتیجه 2 نشان می­دهد که حالت متمرکز رقابتی­تر از حالت غیرمتمرکز می­باشد، بنابراین همکاری بین تولیدکننده و خرده­فروش برای زنجیره تامین سودآور می­باشد. همچنین سطح سبز و تقاضای محصول در حالت متمرکز بیشتر از حالت غیرمتمرکز می­باشد اما قیمت فروش در حالت متمرکز کمتر از حالت غیرمتمرکز می­باشد. بنابراین، با توجه به قیمت کمتر و سطح سبز بالاتر محصول یک، این محصول در بازار شهرت پیدا کرده وتقاضایش بیشتر می­شود. علاوه بر همه موارد فوق، سود نیز در حالت متمرکز بیشتر از حالت غیرمتمرکز می­باشد.

مدل II

در این مدل هر دو زنجیره تامین متمرکز می­باشند. هر دو زنجیره متمرکز به طور همزمان در مورد سطح سبز محصول و قیمت فروش تصمیم می­گیرند. جواب تعادل بهینه در این مدل به صورت زیر حاصل می­شوند:

با جایگذاری مقادیر بهینه در توابع سود و تقاضا، روابط زیر حاصل می­شود:

در این مدل نیز مقادیر بهینه در هر دو زنجیره تامین برابر می­باشند.

نتیجه 3:

نتیجه 3 مشابه نتیجه 1 می­باشد.

مقایسه سه مدل عمودی

در این بخش جواب­های تعادل بهینه سه مدل را جهت یافتن تاثیر ساختار بر مقادیر بهینه، با یکدیگر مقایسه می­کنیم. از آنجایی که فرض شده که هزینه سرمایه­گذاری جهت کاهش کربن یک بار است، m را یک مقدار بسیار بزرگ فرض می­کنیم. این فرض به آنالیز بهتر نتایج کمک می­کند.

نتیجه 4: با تغییر مدل DD به مدل ID روابط زیر حاصل می­شوند:

با توجه به روابط فوق، سطح سبز محصول یک افزایش و قیمت فروش آن کاهش می­یابد در حالی که سطح سبز و قیمت فروش محصول 2 کاهش می­یابد. در زنجیره تامین 1 با اجتناب از بازی بین تولیدکننده و خرده­فروش، از منابع به صورت کارا استفاده می­شود و سطح سبز محصول افزایش و قیمت کاهش می­یابد. تحت فشار رقابت، زنجیره تامین 2 نرخ کاهش انتشار کربن کارایی ندارد بنابراین باید قیمت را جهت بدست آوردن تقاضا در بازار کاهش دهد.

نتیجه 5: با تغییر مدل ID به مدل II روابط زیر حاصل می­شوند:

 با توجه به روابط فوق، سطح سبز محصول یک کاهش و قیمت آن افزایش می­یابد، در واقع بعد از اقدام رقیبش دیگر رقابتی نمی­باشد. در مقابل سطح سبز محصول 2 افزایش و قیمت آن کاهش می­یابد. نتیجه 2 نشان می­دهد، زمانی که زنجیره­های تامین ساختار تصمیمات متفاوت دارند، موقعیتی ایجاد می­شود که زنجیره تامین متمرکز موقعیت غالب و زنجیره تامین دیگر موقعیت متضرر دارد زیرا مشتری کالای ارزان­تر و سازگار با محیط زیست را ترجیح می­دهد. بنابراین، مدل ID حالت پایدار ندارد زیرا زنجیره تامینی که ضرر می­کند حالت متمرکز را جهت بهبود موقعیت خود در رقابت انتخاب می­کند. در مدل DD برای هر دو زنجیره تمایل شرکت در همکاری عمودی وجود دارد در نتیجه مدل II، مدل تعادل است.

نتیجه 6: مدل همکاری عمودی، رقابت در صنعت را تشدید می­کند.

در مدل II سطح سبز محصول نسبت به مدل DD افزایش و قیمت کاهش می­یابد. همچنین سود در حالت متمرکز بیشتر از سود در حالت غیرمتمرکز می­باشد. در نتیجه مدل متمرکز همیشه مدل غالب برای زنجیره تامین می­باشد.

 اشکال زیر مقایسه مقادیر تعادل بهینه در سه مدل را نشان می­دهد.

مدل همکاری افقی:

در این بخش یک مدل همکاری افقی در نظر گرفته شده است. به دنبال یافتن تاثیر همکاری تولیدکننده­ها بر خرده­فروش­ها، زنجیره تامین باید غیرمتمرکز در نظر گرفته شود. بنابراین مدل همکاری افقی بر اساس مدل DD می­باشد. دو تولیدکننده جهت بیشینه­سازی سود با یکدیگر همکاری می­کنند. مدل همکاری افقی به صورت زیر می­باشد:

جواب­های تعادل بهینه به صورت زیر می­باشند:

 به دلیل فرض تقارن در مفروضات، تمام مقادیر بهینه در هر دو زنجیره برابر می­باشند.

نتیجه 7:

قسمت (1) نشان می­دهد، تولیدکننده­ها پس از همکاری نرخ کاهش انتشار کربن را کاهش خواهند داد.

قسمت (2) نشان می­دهد، همکاری تولیدکننده­ها قیمت عمده­فروشی و قیمت فروش را افزایش می­دهد.

قسمت (3) نشان می­دهد، سود زنجیره تامین در حالت همکاری افقی کاهش می­یابد. همکاری افقی سود تولیدکننده را افزایش می­دهد در حالی که سود هر دو خرده­فروش و سود کل زنجیره تامین را کاهش می­دهد. همچنین تمایل مشتریان به دلیل قیمت بالا و کاهش سطح سبز محصول کم می­شود. در نتیجه مدل همکاری افقی ساختار مناسبی نیست اما تولیدکننده­ها تمایل دارند این ساختار را انتخاب کنند زیرا سود آنها افزایش می­یابد. از نظر خرده­فروش، قراردادی مانند تسهیم درآمد جهت رها کردن مدل همکاری افقی توسط تولیدکننده­ها ضروری است.

شکل زیر تغییرات قیمت فروش، سطح سبز محصول، سود خرده­فروش و تولیدکننده را با تغییرات λ در دو مدل DD و HC (مدل همکاری افقی) نشان می­دهد.

با توجه به شکل فوق، با افزایش λ سطح سبز محصول در هر دو مدل کاهش می­یابد در حالی که کاهش در مدل HC بیشتر از مدل DD می­باشد. با افزایش λ قیمت فروش در مدل HC ابتدا کاهش و بعد افزایش می­یابد اما در مدل DD همواره کاهش می­یابد و کوچکتر از مدل HC می­باشد. در نتیجه مدل همکاری افقی، منفعت مشتری را کاهش می­دهد. با افزایش λ سود خرده­روش در مدل HC کمتر از مدلDD است در حالی که سود تولیدکننده بیشتر می­باشد. بنابراین، برای تشویق تولیدکننده جهت رها کردن مدل همکاری افقی، فراهم کردن قرارداد مناسب برای خرده­فروش ضروری است. 

مدل به کارگیری قرارداد تسهیم درآمد

تحت این قرارداد، خرده­فروش درصدی از درآمد خود را به تولیدکننده می­دهد. مدل به صورت زیر نوشته می­شود:

جواب­های تعادل بهینه در قرارداد تسهیم در درآمد به صورت زیر می­باشند:

نتیجه 8: با توجه به جواب­های بهینه داریم:

هرچه درصد تسهیم بیشتر شود سطح سبز محصول کاهش می­یابد. به عبارت دیگر با افزایش سهم تولیدکننده­ از سود خرده­فروش، سطح سبز محصول بالاتر می­باشد، بدین معنی که سهم بیشتر تولیدکننده را تشویق به کاهش انتشار کربن می­کند و کاهش انتشار کربن موجب تقاضای بیشتر می­شود و خرده­فروش سود بیشتر بدست می­آورند.

نتیجه 9: اگر 1=ϕ قرارداد تسهیم در سود به مدل DD تبدیل می­شود و اگر صفر باشد به مدل II تبدیل می­شود.

زمانی که درصد تسهیم صفر است، خرده­فروش تمام سود را با تولیدکننده تسهیم می­کند که جواب بهینه تسهیم درآمد می­باشد زیرا برابر با مدل II می­شود. به طور مشابه اگر درصد تسهیم برابر با یک باشد، خرده­فروش سود خود را با تولیدکننده تسهیم نمی­کند. در واقع زمانی که درصد تسهیم برابر با صفر است، سود تولیدکننده در این مدل بیشتر از همکاری افقی و سود خرده­فروش کمتر از حالت همکاری افقی می­باشد و زمانی که درصد تسهیم برابر با یک است، سود تولیدکننده در این مدل کمتر از همکاری افقی و سود خرده­فروش بیشتر از حالت همکاری افقی می­باشد. در بازه [0,1] مقداری وجود دارد که تحت آن سود هر دو تولیدکننده و خرده­فروش در این مدل نسبت به مدل همکاری افقی افزایش می­یابد و زنجیره تامین هماهنگ می­شود.

نتیجه 10: زمانی که درصد تسهیم درآمد در بازه [0,1] باشد، قرارداد تسهیم درآمد می­تواند تولیدکننده و خرده­فروش را هماهنگ کند و سود برد-برد بدست آورند.

شکل زیر تغییرات سود تولیدکننده و خرده­فروش را با تغییر درصد تسهیم نشان می­دهد. با توجه به شکل زمانی که درصد تسهیم کوچکتر از ₁ϕ است، سود خرده­فروش در حالت HC بیشتر از مدل قرارداد می­باشد و در این حالت شرکت در مدل قرارداد برای وی مفید نمی­باشد. زمانی مدل قرارداد تسهیم درآمد تولیدکننده و خرده­فروش را هماهنگ می­کند که ₂ϕ>ϕ>₁ϕ. اگر درصد تسهیم بیشتر از ₂ϕ باشد، سود تولیدکننده در مدل قرارداد کمتر از HC می­شود که برای وی شرکت در مدل قرارداد به صرفه نمی­باشد.

نتیجه 11:

با توجه به روابط فوق سطح سبز محصول و تقاضا در مدل قرارداد تسهیم درآمد بیشتر از مدل همکاری افقی می­باشد. در ابتدا قرارداد تنها سود برد-برد را برای اعضا حاصل می­کند، سپس با استفاده از این قرارداد برای محیط زیست و سطح سبز محصول بالاتر بهتر است.

مقایسه

با توجه به شکل زیر داریم:

سود زنجیره تامین 1 در مدل ID از بین سه مدل غیرمتمرکز بیشتر است در حالیکه سود زنجیره تامین 2 در این مدل کمتر از سایر مدل­ها است. زمانی که یک زنجیره تامین حالت متمرکز و دیگری حالت غیرمتمرکز را انتخاب کنند، زنجیره تامینی که حالت متمرکز را انتخاب کرده است موقعیت خوبی دارد. اگر هر دو زنجیره یک حالت یا هر دو متمرکز و یا هر دو غیرمتمرکز را انتخاب کنند، سود برابر حاصل می­شود.

با توجه به شکل زیر رابطه زیر حاصل می­شود:

سود زنجیره تامین در حالت همکاری افقی در مقایسه با مدل DD کمتر می­باشد. زمانی که درصد تسهیم صفر است، سود در مدل قرارداد تسهیم درآمد برابر با مدل II می­باشد و زمانی که برابر با یک است، سود در مدل قرارداد تسهیم درآمد برابر با مدلDD  می­باشد. در نتیجه سود زنجیره تامین در مدل قرارداد همیشه بهتر از مدل DD می­باشد. سود زنجیره تامین در مدل قرارداد تسهیم درآمد نسبت به مدل­های دیگر بهبود می­یابد.

نتایج

1) سه مدل عمودی توسعه داده شد و با مقایسه مقادیر بهینه هر سه مدل، نشان داده شد که مدل متمرکز همیشه یک ساختار غالب برای زنجیره تامین می­باشد. مدل متمرکز در مقایسه با سایر مدل­ها، کاهش انتشار کربن بیشتر و قیمت فروش کمتر دارد.

2) یک مدل همکاری افقی بین دو تولیدکننده توسعه داده شد، نتایج نشان می­دهند این مدل برای هر دو تولیدکننده مناسب است در حالیکه برای خرده­فروش و زنجیره تامین مناسب نمی­باشد.

3) یک قرارداد تسهیم درآمد توسط خرده­فروش جهت هماهنگی زنجیره تامین به کار گرفته شد که این قرارداد قادر به هماهنگی بود و اعضا سود برد-برد بدست آوردند. همچنین اگر درصد تسهیم در یک بازه مشخص انتخاب شود، سود زنجیره تامین در این مدل از حالت II نیز بیشتر می­شود.