不对称信息下的易逝品退货物流协调运作研究.doc

不对称信息下的易逝品退货物流协调运作研究摘 要：退货是当前企业面临的一个重要问题，越来越多的企业开始将退货物流外包给第三方物流提供商。在由第三方物流提供商和制造商构成的易逝品逆向物流系统中，第三方物流提供商的退货处理速度直接影响制造商退货产品的收益，因此确定合适的退货处理速度，协调两者间的利益分配成为研究的重点。本文采用排队模型求出系统最优的处理速度，并讨论影响最优处理速度的各项因素；构建信息甄别模型求出在双方对第三方物流提供商的处理成本存在信息不对称时，制造商的最优协调策略。关键词：退货物流；第三方物流；协调运作；排队模型；信息不对称1引言在当前买方市场环境下，企业面临着越来越严重的退货问题。在美国，每年来自消费者的销售后90天内的退货，其价值约为1000亿美元（Stock, Speh和Sheer,2002）。同时随着环保意识的增强和相关法规的出台，人们开始关注废旧产品的回收利用。HP、佳能公司对其打印机和复印机的回收利用以及Kodak公司对其一次性相机的回收利用都是这方面的例子。但是企业通过建立有效的逆向物流系统，挖掘新的利润源、增强客户满意度绝非易事，它需要强大的信息系统和运营管理系统的支持。而这些能力恰为第三方物流提供商所拥有，因此对于逆物流这种不确定性较大的职能而言，外包更符合厂商的利益。3M公司自1996年起就将逆向物流外包给了两家物流服务商，委托他们处理由零售商及企业用户处退回的约50,000件的商品。英国邮政最近推出了一项新的逆向物流服务，该项服务可通过更加有效的退货管理，帮助零售商节省上百万英镑的开支，英国邮政正在全国范围内向477家商店拓展此项服务。美国也有众多的第三方物流提供商提供逆向物流服务，如GATX 物流，InSite物流，Burnham和ReCellular等。退货及废旧物品中包含着巨大的可收回的价值，但是传统的以低成本为目标的逆向物流系统只收回了其中很小的部分，大部分价值在漫长的处理过程中随时间消逝了，尤其是产品生命周期较短，产品价格对时间较敏感的易逝品。易逝品（perishable goods）具有生产提前期长、销售周期短、期末未售出的产品残值低、需求不确定性大等明显特征（赵泉午等,2005）。Souza Guide等人（2004）指出对于产品价格消逝较快的易逝品而言反应型的逆物流系统较为合适。在退货逆物流外包的情况下，系统更快的反应能让制造商获得更多的退货收益，但是会导致第三方物流提供商付出更高的成本。因此，如何协调制造商和第三方物流提供商间的利益以实现整个供应链的协调是值得研究的问题。本文试图提供一种基于易逝品时间价值的合同机制来协调制造商和第三方物流提供商间的运作。2相关文献回顾在有关逆向物流的研究中，针对逆物流系统结构设计的文献较多。Fleischman(2001)根据再处理过程、驱动因素和再处理实施者的不同，将逆向物流网络分成不同的类型并逐一指出各种类型的特点，作者最后给出一种逆物流结构设计的连续网络设计模型。达庆利等（2004）对这方面的研究进行了综述，并指出这些研究仅限于对静态的单一周期的研究而且缺少对系统决策结构（契约合同的订立，决策权力的调配和利润的分配）的研究。例外的是Majumder &Groenevelt（2001）研究了制造商和专门的废旧产品再制造商在废旧产品再制造中的竞争问题，给出了不同情况下各方的最优行为选择；R Canan Savaskan 等（2004）分析了逆向物流的最优渠道结构问题，作者证明在其假设条件下零售商负责逆向物流职能的渠道结构优于制造商负责逆向物流的渠道结构，甚至更优于将逆向物流职能外包给第三方物流提供商的渠道结构，但是作者没有考虑逆向物流系统的固定投资和三者在处理退货问题时的能力差别；Ferguson等（2004）研究了无缺陷退货的供应链协调问题，作者给出一种目标返利合同来协调由制造商和零售商组成的供应链；张钦红和赵泉午等（2005）在Ferguson等（2004）的基础上设计出一种更易于操作和简单的惩罚合同机制来实现无缺陷退货环境下的供应链协调。考虑多个周期的逆向物流的研究包括Toktay,Wein & Zenios(2000)和Souza & Guide等(2004)。前者使用排队网络模型，研究了逆物流中再制造环境下的库存管理问题，给出了最佳的采购政策。后者同样使用排队网络模型研究了产品价格随时间消逝的逆向物流体系的设计准则。研究第三方物流提供商参与逆向物流的文献主要有：Laura Meade & Joseph Sarkis (2002)使用ANP决策模型给出了评价和选择逆向物流提供商的概念性框架；Marco Serrato等（2004）根据产品生命周期的长短和各个阶段退货波动性的大小将逆向物流分为不同的类别，并对美国知名逆向物流服务提供商提供的服务进行分类，指出每一类别的逆向物流应选择的第三方物流服务提供商。在逆物流环境下研究第三方物流服务提供商的文献较少，且侧重于定性分析。随着产品生命期的缩短，考虑产品时间价值对逆向物流系统结构影响成为值得研究的新问题。Souza &Guide等（2004）研究了产品的时间价值对逆向物流系统设计的影响，而此研究仅仅考虑集中决策时的逆向物流系统的设计，并未考虑企业间的协调运作问题。针对上述研究的不足，本文研究易逝品这类产品价格随时间消逝较快的产品的退货逆物流系统中制造商和第三方物流提供商间的协调运作问题。3问题描述及数学模型考虑如下的退货物流系统：制造商将退货物流外包给第三方物流提供商，第三方物流提供商对来自零售商或消费者的且经过制造商认可的退货产品进行收集和分类，然后将处理后的退货产品按不同的要求配送给制造商或再制造商并索取相关的费用，如图3.1所示。由于退货必须经过制造商确认同意后才能退给制造商，因此制造商拥有关于退货的产生日期、到达日期和退货类型的所有相关时间信息，而根据退货的产生和达到时间可以推算出退货的处理速度。第三方制造商图3.1 逆向物流基本模型尽管退货产生的时间和地点存在很大的不确定性，但是我们可以从已销售量来做出一些推断，L Beril Toktay等（2003）认为现阶段的退货数量与过去的各个阶段的销售量有关。Gilvan C. Souza等（2004）通过对HP和Bosch公司退货的考察发现退货的数量随时间的变化与产品的生命周期曲线类似，先有较短时间的增长然后存在较长时间的稳定，最后以较短的时间下降为零。如图3.2所示：图3.2 一种典型打印机的退货生命周期（来自：Gilvan C. Souza等（2004）退货量时间0T3.1 集中退货系统的最优处理速度集中退货系统把第三方物流提供商和制造商集成起来，站在整个系统的角度进行决策。我们重点考虑稳定状态时的情形。与L Beril Toktay等（2000）相似，将来自零售商或消费者到达第三方物流服务提供商节点处的退货到达时间间隔服从指数分布，同时第三方物流服务商的服务时间服从指数分布且只有一个服务台，即整个退货系统为排队系统。在此系统中，退货到达第三方物流提供商处（以下简称“第三方”）的到达率为，第三方处理率（服务率）为，显然必有，因为此时排队系统才能达到稳定。参照Gilvan C. Souza等（2004），设到达制造商处时产品的价格为时间的指数函数，满足，其中指产品的价格随时间消逝的系数，表示初始时刻产品的价格；第三方的单位处理（收集或分类）成本为，即处理成本与处理速度有关。假设制造商的运货批量不变，单位运输成本为常量；运输时间为；资金的连续时间折扣率为，表示资金的机会成本。为简化分析，将排队系统中产品在系统中的实际停留时间取为其期望值，Gilvan C. Souza等（2004）已证明此简化对计算结果的影响可以忽略不计。所以产品在系统中平均停留时间为：事件序列如下：t时 单位产品进入第三方结点，时单位产品到达制造结点，此时相对于制造商而言产品价格为，t时刻整个供应链的利润流量为：令退货达到稳定状态时，退货的稳定阶段结束时。则在退货稳定阶段整个退货系统的期望利润为：上式中；。现实中，所以有则利润函数转化为：将代入上式有：实际商业操作中逆向物流的分类和收集活动均为劳动密集型，故假设处理成本函数为线性函数：，则，其中，。此时有：所以系统的最优的处理速度为：从的表达式可以得出以下结论：（1）越大，越大，即退货产生速率越大最佳的处理速度也越大。（2）越大，越大，即初始价格越高则最佳的处理速度也越大。说明对价格较高的产品应该采用更快的处理速度。（3）越大，越小，即当单位产品单位速度的处理成本较高时系统最优处理速度越低。（4）最优处理速度可以写成如下形式，显然越大，越大，说明对于价格随时间消逝较快的产品应该采用更快的处理速度。（5）将稳定退货的时间设为2T并将其分为相等的两段，对于前半个时间段内最优的处理速度为。后半段时间内的处理速度为：。显然，由于，所以第一个T内的退货其处理速度高于第二个T内的处理速度。说明对较早时期产生的退货应该采用更快的处理速度。（6）根据（5）的分析可以推导出：越大，越小，即产品的生命周期越长则最佳的处理速度越低。说明对于生命周期短的产品应该采取更快的处理速度。3.2 分散退货系统的处理速度协调运作问题在由制造商和第三方组成的分散退货系统中，当制造商占主导地位且制造商和第三方拥有相同的信息时，博弈顺序如下：制造商首先行动，对于每单位退货向第三方物流服务提供商提供单位的转移支付，然后第三方以自身利润（设为）最大化为目标来设定退货处理速度，因此这是一个典型的斯塔克博格博弈。在这个完全信息动态博弈中，由于第三方的利润函数包含参数，所以制造商可以通过转移支付来控制第三方物流服务提供商的利润，进而控制第三方的退货处理速度。令系统总利润为，第三方物流提供商利润为，制造商利润为，则。为计算方便将第三方物流提供商的保留效用设为，其为一定值。当第三方的利润不小于其保留效用，即时，第三方就会参与博弈。显然当值使得总利润达到最大而第三方的利润达到最小时制造商获得最大利润。考虑如下的合同：第三方处理速度大于等于最优的处理速度即时，对每单位的退货制造商给予第三方固定单位转移费用，而低于这个处理速度则给一个较大的惩罚。在此合同下第三方的利润函数为，显然第三方会选择合同规定的最低的处理速度，此时系统利润达到最大。同时要求合同满足个人理性约束，即第三方的利润不小于其保留效用。所以，取等号时第三方的利润达到最小值，即。令，合同简化为：，此时整个系统达到最优而制造商获得最大的利润。最后考虑系统中存在信息不对称时的情形。现实中，第三方的退货处理成本往往不为制造商所知，所以制造商由于不清楚的具体值而无法确定，而第三方可以通过谎报其成本类型来获得更多的利润。此时博弈变成信号甄别博弈（Screening Game）。在信号甄别博弈中，拥有信息劣势的制造商首先行动提供一类菜单合同，第三方根据自己的成本类型而选择其中的一个合同。显示性原理(Revelation Principle)表明对于制造商而言如果存在最优合同，那么一定存在使得第三方讲真话（Truth-Telling）的最优合同，比如高成本的第三方会选择为高成本的第三方设计的合同条款。所以，根据第三方的选择，制造商即可知道第三方的成本类型。设第三方对拥有私人信息，制造商仅仅知道的分布状况，即制造商知道的概率分布和概率密度函数。制造商首先行动提供基于菜单的合同条款，其中和根据来确定，即等同与合同。第三方根据自己的类型选择其中的一项合同，根据第三方的选择，制造商可以推断出第三方的成本系数的大小。此时制造商的问题如下：上式的含义为：在考虑第三方物流提供商的反应的情况下，制造商最大化自己的期望利润。IC为激励相容约束，即第三方以最大化自身利润为目标来选择合同；IR为个人理性约束，即第三方参与合同的利润必须大于其参与合同的机会成本。在信息对称时，激励相容约束不存在。此时，优化问题变为：上文已给出此时的最优合同。在信息不对称时，为简化分析假设第三方处理成本只有高低两种情况，即对应概率为。这样的简化一般能够符合现实。此时制造商提出的供第三方选择的菜单合同包括两项：和，即当第三方的处理速度不小于时制造商提供的单位退货的转移支付为，。则问题转化为： 进一步化间为：求解上述问题得：（求解过程见附录）高成本的第三方会选择合同，而低成本的第三方会选择合同。显然，即为高成本的第三方设计的合同中，要求其处理速度小于低成本的第三方，这与讨论3相符。在信息不对称时高成本第三方的处理速度低于信息对称时高成本的最优处理速度，此时系统未能达到最优；低成本第三方的处理速度与最优时的相同，制造商但是向其支付的费用高于信息对称时。显然这样的安排导致制造商的期望利润低于信息对称时的利润，减少的部分即为信息租金，即第三方的信息优势导致的利润。4实例分析以北美HP公司喷墨打印机退货数据为例，系统参数设置如下表所示：参数取值单位含义6.67卡车/天平均每天有6.67卡车的退货40万元每卡车退货在0时刻的价格为40万元0.00243*每年跌价59%0.0004*资金成本每年13.5%T395天退货稳定阶段为13个月0.1万元每卡车退货的可变处理成本b1.5万元每卡车退货的固定处理成本c0.5万元每卡车运输成本0.12万元高成本第三方的每卡车退货可变处理成本0.08万元低成本第三方的每卡车退货可变处理成本k0.5*第三方为高成本的概率表 4.1 系统参数值* 表示无单位变量数值单位含义7.47卡车/天系统最优处理速度p3.75万元/车制造商的转移支付55945万元系统总利润53508万元制造商的总利润2437万元第三方的总利润表 4.2 信息对称时最优合同及各方利润系统最优处理速度卡车/天，信息对称时的最优合同，即对于处理速度不小于7.47卡车/天时制造商对每卡车退货支付给第三方3.75万元，此时各方利润如上表所示。变量数值单位含义7.05卡车/天为高成本第三方设计的最低处理速度3.8万元/车为高成本第三方设计的单位转移支付7.56卡车/天为低成本第三方设计的最低处理速度3.9万元/车为低成本第三方设计的单位转移支付55888万元信息不对称时系统期望利润53451万元信息不对称时制造商期望利润2437万元信息不对称时第三方期望利润信息租金57万元信息不对称时制造商总利润相比信息对称时的减少额表 4.3 信息不对称时最优合同及各方利润信息不对称时制造商提供的菜单合同为：；，而高成本制造商会选择合同，低成本制造商会选择合同。信息不对称时制造商期望利润较信息对称时减少57万元，其为信息租金，而第三方的期望利润不变。变量数值单位含义（）55857万元处理速度为（不协调）时系统总利润减少比率5%*系统总利润减少比率减少量2780万元系统总利润减少量（）53165万元处理速度为（不协调）时系统总利润减少比率0.16%*系统总利润减少比率减少量88万元系统总利润减少量表 4.4 协调与不协调时的系统利润由上表可知：当退货处理速度为及，即系统未达到协调时，系统利润均减少，减少比率及减少量如上表所示。显然当处理速度下降时系统利润变化较快，而实际上第三方有降低处理速度的动机，所以此时协调的收益更大。5结论及未来研究方向本文采用排队模型研究了价格对时间敏感的易逝品逆向物流协调运作问题。在由第三方物流提供商和制造商组成的逆向物流系统中，研究了集中退货系统的最优处理速度及其影响因素和分散退货系统的退货处理协调运作问题。指出在分散退货系统中，当双方对第三方物流提供商的处理成本信息对称时有多种方法可以实现易逝品逆向物流的协调运作；当双方存在信息不对称时，制造商通过基于菜单的合同条款可以达到甄别第三方物流提供商类型，实现自身利益的最大化的目标。实例分析验证了模型的结论。未来的研究方向包括逆向物流与前向物流整合情况下的协调运作问题以及第三方处理成本系数为连续时的菜单合同设计问题。附录令，求解将IR两式化为 ，其中。然后分别代入目标函数及IC两式，原问题转化为：令，代入约束条件及目标函数有：显然，目标函数与，正相关，目标函数取最小值时，必有，。则，原问题变为：对上述无约束优化问题的解为：所以有：参考文献1 Charles J Corbett and Xavier de Groote, A Suppliers Optimal Quantity Discount Policy under Asymmetric InformationJ, Management Science; Mar 2000; 46, 3; ABI/INFORM Global pg. 444.2 Gilvan C. Souza, V. Daniel R. Guide Jr., Luk N. Van Wassenhove and Joseph D. Blackburn, Time Value of Commercial Product Returns, working paper, 2004.3 L Beril Toktay, Erwin A. van der Laan and Marisa P. de Brito, Managing Product Returns:The Role of Forecasting, working paper, 2003, 3.4 L Beril Toktay, Lawrence M Wein and Stefanos A Zenios, Inventory Management of Remanufacturable ProductsJ, Management Science; Nov 2000; 46, 11; ABI/INFORM Global pg. 14125 Laura Meade and Joseph Sarkis, A conceptual model for selecting and evaluating third-party reverse logistics providersJ, Supply Chain Management; 2002; 7, 5; ABI/INFORM Global pg. 2836 Marco Serrato, Sarah M. Ryan and Juan Gaytan, Characterization of Reverse Logistics Networks for Outsourcing Decisions, working paper, 2004.7 Mark Ferguson, V. Daniel R. Guide, Jr. and Gilvan C. Souza , Supply Chain Coordination for False Failure Returns, working paper, 2004.8 Moritz Fleischmann，Reverse Logistics Network Structures and Design，working paper 2001.9 Pranab Majumder and Harry Groenevelt, Competition in remanufacturingJ, Production and Operations Management; Summer 2001; 10, 2; ABI/INFORM Global.10 R Canan Savaskan, Shantanu Bhattacharya and Luk N Van Wassenhove, Closed-Loop Supply Chain Models with Product RemanufacturingJ, Management Science; Feb 2004; 50, 2; ABI/INFORM Global pg. 23911 Stock, J., T. Speh and H. Shear, Mangy Happy ReturnsJ, Harvard Business Review,2002.80 (7) 16-17.12 达庆利，黄祖庆，张钦. 逆向物流系统结构研究的现状及展望J中国管理科学，Vol.12,No.1 Feb,200413 宋学锋，魏晓平. 运筹学M，东南大学出版社，2003.214 赵泉午，熊中楷，杨秀苔等. 易逝品两级供应链中的数量折扣问题研究J.系统工程学报,2005(3).Study on the Coordination of