Suggested Citation: Savaskan, Rezzan Canan (2001) : Channel choice and coordination in a remanufacturing environment, Discussion paper // Center for Mathematical Studies in

Economics and Management Science, No. 1328

This Version is available at: http://hdl.handle.net/10419/31161

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Channel Choice and Coordination

in a Remanufacturing Environment

Abstract

The importance of the reuse of components and materials from post-consumer products has been widely recognized in the literature and in practice. In this paper, we address the problem of choosing the appropriate channel structure for the recollection of post-consumer products from customers. Specifically, we consider a manufacturer who has three options for collecting such products: (a) she can undertake the recollection effort herself, (b) she can provide suitable incentives to an existing retailer (who already has a distribution channel) to undertake the recollection effort, and (c) she can subcontract the recollection effort to a third party. Based on our observations in the industry, we model the three options described above as decentralized decision-making systems with the manufacturer being the Stackelberg leader. When considering decentralized channels, we find that ceteris paribus, agencies that are closer to the customer, e.g. retailers, are the most effective undertakers of the recollection effort for the manufacturer. Coordination mechanisms are then characterized which enable the different players to achieve profits that are equivalent to the profits in a coordinated channel.

Introduction

The importance of the environmental performance of products and processes for the operation of the overall business is increasingly being recognized. One of the central themes which has emerged from the current legislation introduced in Europe, North America and Japan is that producers should assume the responsibility of their products from the cradle to the grave. The corporate response to the evolving environmental performance requirements has been proactive in a large number of cases. For example, car manufacturers, including DaimlerChrysler (Automotive News, 1999) and BMW (Thierry 1997, BMW Environmental Report 1997) are beginning to insist that their suppliers abide by the same strict environmental guidelines that they have set for themselves. Recently, joint ventures for research and development on recovery processes have been set up, eg., the one by BMW, Renault and Fiat (Chemical Marketing reporter, 1994), who agree to recover and process each otherrsquo;s cars abroad for recovery. Other examples of such product categories are one-time use cameras (Kodak), copy and print cartridges (Xerox, Canon and Accutone), and copiers (Agfa Gevaert, Oceacute; and Xerox). In all these cases, product recovery activities and decisions about product recovery management are perceived as an integral part of the product development and original manufacturing process of the products (Thierry et al. 1995).

The organization of product take-back systems and the reuse of old products varies largely depending on the product characteristics, the structure of the supply chain, and industry experience. For example, in the electronics industry, product take-back activities are managed by the equipment manufacturers in parallel with the distribution of new products (Xerox Environmental Report 1997). Xerox has been a leader in reusing their high value, end of lease copiers in the manufacturing of new copiers which meet the same strict quality standards. The company reports that the green manufacturing program saves the company $200 million a year through the reuse of parts and materials (Fiona 1993). In a similar vein, Hewlett-Packard encourages customers to return their used computers or peripherals to any HP offices from where the products are later sent to one of HPrsquo;s hardware recycling centers in the UK, France or Germany for refurbishing, remanufacturing or recycling. In the automotive industry in the US and Europe, joint ventures for used car recovery have been established between the manufacturers and the existing network of dismantlers. Vehicle recycling research partnerships among the big car manufacturers such as the one managed by Ford, GM and DaimlerChrysler (Fortune 1995) provide relevant auto recycling technologies to dismantlers to achieve a high return on investment and recyclability from vehicle recovery^[1]

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基于再制造条件下的回收渠道选择与协调

摘要

再利用回收的废旧产品的组件和原料的重要性在文献和实践中得到了广泛的认可。在本文中，我们旨在解决如何选择适当的渠道结构来回收废旧产品的问题。具体来说，我们认为一个制造商回收废弃产品有三种渠道：（a）制造商自己进行回收；（b）制造商为现有的零售商（已有分销渠道）提供适当的激励，从而委托其进行回收；（c）制造商可以将回收任务转包给第三方。基于我们对该行业的观察，我们对上述三个渠道进行建模，建立以制造商为Stackelberg博弈的领导者的分散决策模型。分散决策下，我们发现更接近客户的供应链成员是制造商的进行回收的最有效的承担者，比如说零售商，而且在其他的条件下得出的结果均相同。还可知协调机制的特征在于使供应链各个成员均能够实现等同于集中决策下的利润的利润。

现状

整个产业的生产过程以及由此生产的产品的环境友好性变得越来越重要，并且人们越来越认可这种重要性。欧洲、北美和日本等地区实施的现行立法的核心主题之一是生产者应承担其产品从产出到废弃的整个过程的责任。面对不断变化的环境绩效要求，在大多数情况下企业对此均采取了积极主动的应对措施。例如，戴姆勒克莱斯勒（1999年汽车新闻）和宝马（Thierry 1997年，宝马环境报告1997）开始要求他们的供应商也遵守其为自己设定的严格的环保标准。而且最近建立的集中于再制造过程研究和开发的合资企业，例如宝马、雷诺和菲亚特（化学销售记者，1994）的联合体同意在国外回收和处理对方的汽车以进行再制造活动。相类似的产品还有一次性使用相机（柯达），墨盒（Xerox，Canon和Accutone）和复印机（Agfa Gevaert，Oceacute;和Xerox）。在所有这些案例下，产品再制造活动以及关于产品再制造管理的决策都被认为是产品开发和产品原始制造过程的一个组成部分（Thierry等人，1995）。

产品回收系统的组织和旧产品的再利用在很大程度上取决于产品的特性，供应链的结构和该行业以往的经验。例如，在电子产业中，设备制造商同时管理产品的回收活动和新产品的分销活动（Xerox环境报告1997）。施乐公司在重新利用其拥有高价值的租赁到期的复印机时同制造全新的复印机一样都遵守相同得严格质量标准，并且在该方面该公司一直是带头者。该公司报告说，绿色制造程序通过重复使用零件和材料每年节省了2亿美元（Fiona 1993）。同样，Hewlett-Packard鼓励客户将他们使用的计算机或外围设备退回任一惠普售后处理中心，然后再将产品从那里发送到英国，法国或德国的惠普硬件回收中心进行翻新，再制造或回收。在美国和欧洲的汽车工业中，在制造商和现有的拆除网络之间建立了用于二手车回收的合资企业。福特，通用和戴姆勒 - 克莱斯勒（1995年“财富”）等大型汽车制造商之间的汽车回收研究合作伙伴关系为拆除商提供相关的汽车回收技术，以实现高投资回报率以及车辆回收的可回收性。

大多数消费产品，例如一次性使用相机（Kodak）以及打印机和复印盒（Xerox，Canon和Accutone）都是直接从零售商或从客户返回到制造商，进而回到原始供应流中。柯达从大型零售商处收集相机，同时这些零售商也会为客户提供冲洗照片服务。该公司利用已处理过的产品的百分之七十六左右用于生产的新的相机之中。 每次相机返回柯达时，零售商都会收到每个相机的固定费用和运输费用。打印和复印墨盒主要由制造商（Xerox和Canon）经销店售出，通常通过制造商提供的预付邮箱直接从客户处收回。与一次性使用的相机类似，它们被拆卸并重新制造成具有原始质量的新产品。

在本文中，我们旨在检查制造商的逆向渠道决策对供应链利润的影响。我们研究从消费者处收集的废弃产品经过再制造具有原始质量的产品的情况。根据当前实践的观察和逆向物流渠道的文献，我们考虑三个产品回收渠道结构：（a）制造商从客户处直接回收（b）制造商通过与零售商签订回收契约，让零售商进行回收（c）制造商通过与第三方签订回收契约，让第三方进行回收。我们认为渠道成员是独立的实体，最大化某种形式的目标函数，这取决于逆向渠道活动的性能。具体来说，我们在本文中讨论的研究问题如下：
（a）不同的逆向渠道结构对供应链利润的影响是什么？在每个逆向渠道结构下投资产品回收变化的动机如何以及它对制造商和零售商的定价决策有什么影响？

（b）当零售店或第三方管理产品回收活动时，制造商如何在分销渠道中实现协调？

本文的其余部分组织如下。 在下面的小节中，我们简要讨论了我们对当前关于供应链管理以及销售渠道设计和协调问题相关文献进行研究。第2节专门用于解释模型的概念，第3节简述了模型的建立。随着模型的进一步展开，第4节中给出了最优的逆向渠道结构的分析结果。第5节检验了产品回收的渠道协调机制。 我们在第6节中概述了这项工作的局限性和未来可能的研究方向。

¹最近成立的合资企业有：Volkswagen-Evert Heeren（德国）; Volvo和ABGotthard Nilson和Stena Bilfragmenting AB和Bildemontering AB（瑞典）; 雷诺 - 宝马 - 菲亚特和100个拆卸许可企业（欧洲）。

1.1现有文献

运营管理和市场营销方向的研究人员一直很重视逆向物流渠道。在较为广泛的层面上， Fleischmann等人(1997)对当前研究中的逆向物流系统进行了定量分析。然而，这些研究只集中于生产上的决定，并没有考虑到任何在分散的决策下不同的逆向渠道成员之间可能存在的冲突。Stern等人（1996）描述了在不同逆向物流结构中每个渠道成员的功能和作用。然而，这次的研究内容很大程度上是探索性或描述性的，缺乏比较不同渠道结构的定量依据。

正向渠道合作伙伴之间的分销渠道设计和协调机制一直是已经较为成熟的研究领域。在分散决策下的市场营销渠道选择主要遵循两种模式：第一组集中于平衡渠道结构，第二组集中于协调机制。McGuire和Staelin（1983）建立了两个制造商，两个排他性零售商结构下销售有竞争性产品的渠道。他们研究了在什么条件下制造商可能想在这一渠道中设立一个与下一级之间的中介。Coughlan（1985）将这一研究扩展到了广义需求函数，并凭经验测试了其影响。同样地，Choi（1991）检查了两个制造商和一个单一的零售商的线性和非线性产品的需求函数的行业背景。Lee和Staelin（1997）将上述工作推广到两个制造商和两个零售商的竞争环境中。他们着眼于一个不协调的渠道结构，并分析制造商和零售商之间的纵向战略的相互作用。然而，这些文章没有一个从制造商的角度明确考虑逆向渠道设计。第二组条款涉及设计机制以加强渠道成员的决策的协调。 Jeuland和Shugan（1983）表明，盈利分享更具体地可以说数量折扣是协调制造商和零售商的价格决策和非价格决策的有用工具。数量折扣作为协调机制也引起了运营类文献的关注。 Goyal（1977）和Weng（1995）研究了供应商协调和批量联合经济的主题。 Corbett（1996）通过比较不同的折扣计划，而不是假设供应商或买方知道其他渠道合作伙伴的成本，将这一研究流程扩展到不对称信息案例的研究。对于这个主题的文献综述，可以参见Goyal和Gupta（1989）以及Benton和Park（1996）。本文通过研究前面渠道成员之间的双重作用产生的影响，补充了分销渠道选择和协调机制的现有研究。具体来说，我们质疑如果零售商承担产品回收的责任，渠道优势和产品回收的吸引力将如何产生影响。我们明确地模拟了不同参与者的定价决策对需求的影响，并分析了分散的渠道中的激励冲性突。我们的分析着眼于制造商和进行产品回收的零售商之间的协调的可能性。

在供应链管理文献中，一些作者已经研究了零售商在不确定的市场需求情况下灵活的订购和退货政策。由于零售商的积压决定，在这些研究中可以发现有趣的回报发生在销售期结束时。Pasternack（1985），Emmons和Gilbert（1996）和Donohue（1996）从制造商的角度确定最优合约。与此相关的是，Padmanabhan和Png（1997）探讨了零售横向竞争对退货合同提供的订购灵活性的影响。相比之下，我们考虑从客户处回收的产品，并且是可以再制造成新产品的废旧产品。我们还探讨如何将回购价格纳入渠道协调机制。此外，还有几篇论文探讨了供应链设计决策对制造商和零售商的产品库存成本的影响（Lee 1996，Lee and Tang 1997，Lee and Tang 1998）。我们根据制造商对逆向渠道的选择对单位生产成本的影响进行建模，补充了供应链设计的研究流程并进一步检查其在每个产品回收结构下对渠道定价决策的影响。

在经济学文献中有一个关于耐用品的研究领域，其中使用的产品将满足消费者的需求，并且同时与新产品竞争。 然而，这一研究注重于过时的生产计划和二手市场（例如Swan 1972，Bulow 1982，Bulow 1986）。 更具体地说，这些文件论述了当旧产品在二级市场上有可能被新产品吸收时，垄断者由于其产品的耐用性决定投资于该产品。虽然我们的关注点在于系统的设计，好的设计有助于增加耐用产品的有效收集，但产品的耐用性问题在再制造环境中也是有影响的，所以我们认为它可以是未来的研究课题。 在下一节中，我们概念化了模型并详细说明了模型假设。

2模型描述

我们需要考虑以下情况。假设制造商将废旧产品的回收过程并入其原始生产系统中，从而能够将回收的产品再制造成新产品。并且新产品可以直接由原材料制造，或通过将部分或全部返回的产品再制造成新产品。假设生产再制造产品比直接生产新产品成本低。这个假设表明，新产品中的材料的节省和子系统装配，可重复使用性的检查以及回收产品的再制造成本等全部加起来的成本比生产新产品的成本低。同样的，制造商更喜欢较高的产品回报率。所以将表示为制造新产品的单位成本，并将表示将回收产品再制造成新产品的单位成本。假定对于所有回收的产品是相同的。将回收的产品质量与生产率结合，可以放宽假设。由于不同的使用模式，生产率表示了废旧产品的再利用性的变化。我们通过市场的产品回收率来表示逆向渠道的性能。由于产品回收是一项费用较高的活动，并且没有二级市场，所以制造商应投资于回收活动以实现与当前需求相匹配的产品回收率。于是我们定义一个变量tau;表示当前的需求中回收再制造产品所占的比例。单位平均制造成本可以写为c =（1-tau;） tau;。 注意，当回收产品提供当前需求的所有产品时（即tau;= 1），c = 。 如果产品的回收率为零，则生产产品均为新产品，此时c = 。 如果我们将由再制造活动产生的单位节约成本表示为Delta;，其中Delta;= -，则平均单位成本也可以由-tau;Delta;表示。

在我们的模型中，我们假设产品通过独立零售商进行分销。此假设使我们能够研究双重角色分配给上一级渠道成员所产生的影响。具体来说，如果零售商承担回收工作，则不仅通过其设置的产品零售价格还通过其回收努力水平来确定市场中所需的产品数量，还影响产品的平均制造成本。即使我们考虑单一制造商-零售商结构，但如果零售商不处于直接竞争中，制造商实际上可以卖给不同的零售商。制造商还可以生产竞争品牌的产品，但它不会将竞争的品牌产品出售给同一个零售商，而且这些品牌不具有相同的生产流程。零售商也可以出售多种品牌，但我们只考虑一个品牌，而且这个品牌采取独立于其他现有品牌的决策。这使我们能够专注于一个制造商和一个零售商之间的博弈，以确定最优的市场特征。分散决策变量仅仅是产品的批发价格w，w由制造商确定，而产品的零售价格p由零售商决定。

如前所述，本文的主要目的是检验逆向渠道结构（回收工作中涉及的代理方）对供应链利润的影响。假设回收成本在每种渠道模式下是相同的，我们比较不同回收方对产品回收投资的激励作用。回收成本由固定成本和可变成本组成，其中从市场中观察到的产品回收率是产品回收活动中的固定投资的凹函数。例如，固定投资将对任何可以提升共识的优化决策进行呼应。具体来说，如果投资的固定成本由I给出，则T=Boradic;I,其中Bo是度量常数。此外,回收的成本随着所回收的产品的数量而增加，因为从消费者处回收产品并将其返还给制造商将产生一个与回收的旧产品的总量成比例的费用。具体来说，我们用Atau;D（p）来表示回收的可变成本，其中A是回收的常量单位成本，tau;D（p）是从客户处收回的单位总数。因此，回收的总成本以再次利用产品比例T为变量的函数为：C（tau;）= I Delta;tau;D（p）=Btau;2 Delta;tau;D（p）7。

分散的回收渠道结构分为三类：零售商拥有的回收渠道（RC系统，图1.b），制造商拥有的回收渠道（MC系统，图1.c）和第三方拥有的回收渠道 ，图1.d）。

在协调机制下的回收渠道作为对照组（CDC系统，图1.a），其中集中决策产品的零售价格p和回收努力水平tau;。 在第5部分，我们通过实现协调的基准情形的利润水平的产品回收来检验协调机制。

在零售商拥有的回收渠道（RC系统，图1.b）中，零售商承担了制造商的双重角色。 除了在市场上销售产品外，他还负责产品回收活动。这种渠道模式的一个特征是废旧产品的所有权在回收之初归零售商所有。为了取回产品，制造商支付给零售商回购价格b8。作为这种渠道结构的一个例子，柯达目前与零售商合作，零售商销售其产品并参与需处理的相机的回收活动。类似地，对于诸如电视机，家用电器，个人计算机的电子产品，零售商也可以负责回收。

²柯达的一次性相机的产品设计过程中考虑了部件重复使用性，拆卸方便性和可回收性。这使得他们能够容易地拆卸回收的相机，可以通过仅更换诸如透镜和电池从而以较低的单位成本制造新的相机。

³可以很容易地看出，回收产品质量的不确定性由于会使回收工作的利润降低，从而使对产品回收活动投入得激励作用降低。

⁴这使得我们能够在不同环境中向制造商推

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