基于多代理的碳交易下供應鏈協(xié)同減排策略研究

張雨琦　石宇強

摘? 要：供應鏈協(xié)同減排能促進碳達峰、碳中和目標的實現(xiàn)，為探究供應鏈節(jié)點企業(yè)共同參與的碳減排問題，且考慮到該問題的系統(tǒng)復雜性，在考慮協(xié)同系數(shù)和政府低碳激勵的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了核心制造商和多個供應商的供應鏈協(xié)同減排多代理模型。提出采購量分配—減排成本分擔策略，通過仿真分析驗證了該策略在供應鏈合作減排方面的作用，并研究了策略中協(xié)同系數(shù)和政府激勵程度變化對供應鏈協(xié)同減排效果的影響。結(jié)果顯示，該策略有效促進了供應鏈減排行為;面對政府的不同激勵程度，供應鏈企業(yè)需要協(xié)商找到策略中的協(xié)同系數(shù)平衡點，以促進供應鏈可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：供應鏈;協(xié)同減排;碳交易;多代理

中圖分類號：F274? ? 文獻標識碼：A

Abstract： Collaborative emission reduction of supply chain can promote the realization of emission peak and carbon neutralization goals. In order to explore the carbon emission reduction problem that enterprise members of the supply chain work together， and considering the system complexity of the problem， a multi-agent model of collaborative emission reduction in the two-level supply chain with main manufacturers and multiple suppliers is constructed， considering the cooperative coefficient and the government low-carbon incentive. Propose procurement allocation-emission reduction cost sharing strategy. The role of strategy in supply chain emission reduction is verified by simulation analysis. And the impact of changes in the cooperative coefficient and government incentive on the effect of coordinated emission reduction in the supply chain is studied. The results show that the coordinated emission reduction strategy has effectively promoted the emission reduction behavior of the supply chain. Faced with the different levels of government incentive， supply chain companies need to negotiate to find the balance point of the cooperative coefficient in the collaborative strategy to promote the sustainable development of the supply chain.

Key words： supply chain; coordinated reduction; carbon trade; multi-agent

0? 引? 言

2020年9月22日習近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國大會上宣布：中國二氧化碳排放力爭2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和[1]?！半p碳”目標的提出也給供應鏈提出了新要求，要求核心企業(yè)帶動整條供應鏈攜手邁向碳中和，供應商的綠色努力可以幫助供應鏈大幅減少碳排放。因此，必須讓供應商參與供應鏈碳管理。在此之前，針對供應鏈碳減排，國外企業(yè)已經(jīng)采取了一些措施。例如，西門子、蘋果、沃爾沃等公司都對供應商提出了低碳要求。同時，為了激勵企業(yè)進行減排，許多國家正在實施各種機制來減少碳排放，碳限額交易是最具成本效益的機制之一[2]。2021年7月16日，全國碳市場正式啟動上線交易，成為實現(xiàn)“雙碳”目標的重要抓手。因此，在碳交易機制下研究供應鏈企業(yè)全員進行碳減排投入的供應鏈協(xié)同減排策略，以此減少供應鏈碳排放的研究具有重要意義。

目前，國內(nèi)、外學者對碳交易機制下供應鏈減排的研究主要集中在以下四個方面。第一類研究是關(guān)于碳交易機制下的供應鏈運營決策。例如，文獻[3]分析了碳交易價格對最優(yōu)生產(chǎn)決策和最優(yōu)利潤的影響。文獻[4]在碳交易機制下，針對單制造商和單零售商的二級供應鏈，研究供應鏈企業(yè)的最優(yōu)碳減排、低碳宣傳努力投入策略。第二類研究是關(guān)于供應鏈減排合作的問題。大多是利用成本分擔契約[5]，合作廣告契約和合作廣告減排成本分擔契約[6]，支付契約[7]，碳排放權(quán)轉(zhuǎn)讓契約和批發(fā)價格折扣契約[8]使應進行合作減排。第三類研究是關(guān)于在碳交易及不同碳政策下，例如碳稅、政府碳減排補貼等，供應鏈減排研究。例如，文獻[9]和文獻[10]分析了碳稅對多個供應商和一個制造商的供應鏈的動態(tài)定價和排放率的影響。文獻[11]研究了碳交易和低碳補貼政策對制造商生產(chǎn)和碳減排水平的影響。文獻[12]在不同碳排放政策背景下，根據(jù)供應鏈協(xié)調(diào)條件，給出了低碳供應鏈實現(xiàn)協(xié)調(diào)的契約形式及契約參數(shù)。文獻[13]分析了各種限額交易機制對制造商低碳策略的不同影響。第四類研究是關(guān)于消費者的低碳偏好和企業(yè)非完全理性對供應鏈減排的影響。文獻[14]考慮了兩條具有競爭意識的二級供應鏈在碳交易機制下的減排合作。文獻[15]分析了風險規(guī)避對兩級供應鏈的影響。文獻[16]分析了消費者的綠色偏好、綠色投資系數(shù)和制造商競爭強度對供應鏈的影響。同時文獻[7]也考慮了零售商和制造商的偏好問題。

以上的研究主要針對在碳交易機制下單個制造商和單個上游企業(yè)或單個下游企業(yè)組成的二級供應鏈在碳交易機制下進行減排博弈，且大多都不考慮供應商的減排投入。在現(xiàn)實生活中，核心制造商為了分散風險，一般會有多個供應商，并且供應商的碳排放是無法忽略的。同時，以往研究大多使用傳統(tǒng)數(shù)學建模方法，無法很好刻畫碳交易機制下供應鏈減排行為的系統(tǒng)復雜性[17]。

基于以上分析，考慮到供應鏈節(jié)點企業(yè)具有差異性、自主性和學習性，因此適合用多代理的方法進行建模，在考慮協(xié)同系數(shù)和政府低碳激勵的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了以制造商為核心企業(yè)，有多個供應商的二級供應鏈協(xié)同減排多代理模型。分析采購量分配—減排成本分擔協(xié)同減排策略下供應商減排量演化趨勢、供應鏈節(jié)點企業(yè)利潤變化趨勢以及供應鏈碳排放情況，以此來驗證協(xié)同減排策略在解決供應鏈碳排放問題方面的作用，并研究協(xié)同系數(shù)和政府低碳激勵程度對供應鏈協(xié)同減排效果的影響，為供應鏈企業(yè)協(xié)同減排提供決策支持。

1? 多代理模型構(gòu)建

1.1? 問題描述與模型假設

考慮在不同政策激勵程度下，供應鏈上下游企業(yè)合作減排。提出采購量分配—減排成本分擔協(xié)同減排策略（下文統(tǒng)稱協(xié)同減排策略）并分析該策略的有效性，為供應鏈協(xié)同減排提供決策支持。使用多代理方法，構(gòu)建以制造商為核心企業(yè)，多個供應商的二級供應鏈協(xié)同減排多代理模型。模型包含一個核心制造商Agent、n個供應商Agent以及政府Agent。供應鏈企業(yè)Agent將通過兩個主要市場，即商品市場和碳交易市場進行交互。

假設制造商在供應鏈系統(tǒng)中是領(lǐng)導者，供應商作為協(xié)同減排的跟隨者。引入?yún)f(xié)同減排策略前，供應鏈中各個企業(yè)只關(guān)注自身的減排情況。引入?yún)f(xié)同減排策略后，核心制造商將供應商減排量納入采購量分配的考核因素，并分擔供應商的一部分減排成本。協(xié)同系數(shù)決定了企業(yè)的合作程度，即決定考慮減排量的程度和分擔減排成本的多少。政府作為供應鏈減排的監(jiān)管者主要采取三種政策措施來監(jiān)督和激勵供應鏈減排：碳交易機制;通過政策、宣傳引導消費者購買低碳生產(chǎn)的產(chǎn)品;根據(jù)供應鏈整體減排情況對核心企業(yè)進行激勵，促進核心制造商進行供應鏈低碳管理。通過研究引入?yún)f(xié)同減排策略前后供應商減排量演化趨勢、供應鏈企業(yè)利潤變化趨勢以及供應鏈碳排放情況來驗證協(xié)同減排策略是否促進了供應鏈減排。

模型的基本假設為：

（1）供應鏈所有節(jié)點企業(yè)均為碳市場控排企業(yè)，并且所有企業(yè)都極力避免政府懲罰，不存在無法碳配額清繳履約的情況。

（2）碳交易市場上碳配額通常是充足的;初始碳配額采用歷史強度下降法進行免費分配。為了保證碳市場交易穩(wěn)定，不存在企業(yè)有多余碳配額但不進行出售的情況。因為在碳配額清繳前，碳交易最為活躍，假設供應鏈企業(yè)都在碳配額清繳前統(tǒng)一進行碳交易，一個交易周期為發(fā)放碳配額開始，到清繳碳配額結(jié)束。

（3）各個供應商向核心制造商提供同類型零部件，供應商生產(chǎn)的零部件除生產(chǎn)碳排放外無質(zhì)量因素等差異，可以相互替代。

（4）將零部件價格、產(chǎn)品價格和碳交易價格外生。

（5）政府具體引導力度和激勵力度依政府的低碳激勵程度確定。

1.2? 主體行為規(guī)則

（1）制造商Agent行為規(guī)則

參考Chosh[18]，葉同[19]等人的研究，考慮到減排成本具有邊際成本遞增的特征，假設減排成本與實際減排量具有二次關(guān)系，制造商減排成本C為：

1.3? 主體學習機制

核心制造商和供應商都具有學習性并且不是完全理性的。馮平[20]在探究企業(yè)定價策略時提出自動學習算法，借鑒該算法對制造商和供應商減排行為的學習性和有限理性進行刻畫。

對于每個主體，與自己上一周期相比，本周期的利潤和減排量是增加，減少還是不變，存在九種情況。核心制造商Agent和供應商Agent有三種策略：增加碳減排量、保持碳減排量不變、減少碳減排量。選擇這三種策略的概率分別為ε、ε、ε，假設ε+ε+ε=1。在不同的情形下，節(jié)點企業(yè)選擇策略的概率按照表1進行調(diào)整，概率的單位變化量為x。

2? 模擬仿真與結(jié)果分析

采用NetLogo仿真平臺對以上設定的Agent進行仿真實驗。將使用協(xié)同減排策略前后的結(jié)果進行比較，主要觀測模型運行中供應商減排量的演化趨勢、核心制造商利潤變化趨勢以及供應鏈單位碳排放情況。模型主要仿真參數(shù)設置如表2所示。

2.1? 供應商減排量演化趨勢分析

供應商平均減排量的變化可以直觀地反映供應商群體減排行為的變化。圖1展現(xiàn)了供應鏈在政府不同的低碳激勵程度下，不使用協(xié)同減排策略、使用協(xié)同減排策略且在不同協(xié)同系數(shù)φ=0.2，0.4，0.6，0.8，1.0下演化穩(wěn)定后，供應商減排量均值與協(xié)同系數(shù)的大致關(guān)系。

由圖1可以看出來，無論政府是否進行低碳激勵，協(xié)同減排策略都能增加供應商的減排量，并且隨著協(xié)同系數(shù)增加，供應商的減排量也在增加。這可能是因為隨著協(xié)同系數(shù)的增加，核心制造商分擔了越來越多供應商的減排成本，并且核心制造商更愿意從減排量多的供應商處采購零部件，供應商從減排行為里獲得了更多的收益。

當政府低碳激勵程度變高時，會投入更多去引導消費者購買低碳生產(chǎn)的產(chǎn)品，供應商減排量增加可以擴大市場需求，從而激勵供應商進行減排。但是，因為供應商的單位利潤較低，增加的市場份額并不能在很大程度上提高供應商的利潤，導致政府的激勵對激勵供應商減排的作用比較不明顯。

本次仿真試驗中，協(xié)同系數(shù)為0.8時，已經(jīng)對供應商產(chǎn)生了最好的減排激勵效果，當政府低碳激勵程度低時，增加協(xié)同系數(shù)，不能使供應商增加減排量。但是當政府低碳激勵程度一般和高時，由于政府的引導，供應量減排行為會增加市場需求，導致產(chǎn)量增加，從而導致供應商減排量增加。

2.2? 核心制造商利潤變化趨勢

引入?yún)f(xié)同減排策略，在激勵供應商減排的同時會對核心制造商自身收益產(chǎn)生怎樣影響？核心制造商是否愿意引入?yún)f(xié)同減排策略？圖2展示了供應鏈在政府不同低碳激勵程度下，不使用協(xié)同減排策略、使用協(xié)同減排策略且在不同協(xié)同系數(shù)φ=0.2，0.4，0.6，0.8，1.0下演化穩(wěn)定后，核心制造商利潤與協(xié)同系數(shù)的大致關(guān)系。

由圖2可以看出，當政府激勵程度低時，引入?yún)f(xié)同減排策略會使核心制造商的利益降低，并且隨著協(xié)同系數(shù)增加，核心制造商的利潤持續(xù)降低。這可能是因為制造商分擔了供應商的減排成本，但是供應鏈碳排放量的降低并沒有為核心制造商帶來收益。所以，在現(xiàn)實情況里，考慮到自身利益，核心制造商可能不會選擇使用協(xié)同減排策略。

當政府低碳激勵程度一般時，引入?yún)f(xié)同減排策略會使核心制造商的利潤先增加，隨著協(xié)同系數(shù)增加，核心制造商的收益呈現(xiàn)出先增后減的規(guī)律。這可能是因為當φ在0，0.4時，核心制造商分擔的減排成本較低，同時供應鏈減排擴大了市場需求，并且制造商也從政府獲得了一定的激勵。從而核心制造商所獲得的收益能夠抵消甚至超過協(xié)同減排承擔的成本。因此，隨著φ增加，制造商的收益也在增加。但是，當φ在0.4，1之間，核心制造商分擔了越來越多的供應商減排成本，同時隨著減排量的增加，減排成本也在加速上升。核心制造商付出的協(xié)同減排成本遠超過了其通過供應鏈減排獲得的收益，導致當φ在0.4，1之間，隨著φ增加，核心制造商的收益下降。

當政府低碳激勵程度高時，引入?yún)f(xié)同減排策略會增加核心制造商利潤，并且隨著φ增加，核心制造商的利潤持續(xù)增加。這可能是因為政府對供應鏈協(xié)同減排的激勵力度很大，并且減排行為極大地擴大了市場需求，供應鏈減排行為給核心制造商帶來的收益遠大于帶來的成本。

2.3? 供應鏈單位碳排放情況

供應鏈單位碳排放情況可以直觀展示供應鏈所有節(jié)點企業(yè)的碳排放變化。圖3展示了供應鏈在政府不同的低碳激勵程度下，沒有協(xié)同機制、有協(xié)同機制且不同協(xié)同系數(shù)φ=0.2，0.4，0.6，0.8，1.0下演化穩(wěn)定后，供應鏈單位碳排放與協(xié)同系數(shù)的大致關(guān)系。

根據(jù)圖3可以看出，無論政府是否進行低碳激勵，協(xié)同減排策略都能減少供應鏈單位碳排放，并且隨著φ增加，供應鏈單位碳排放持續(xù)減少。且政府的低碳激勵程度越高，供應鏈的單位碳排放量越低。

政府的激勵程度對供應鏈碳排放影響較大，政府的激勵能促進供應鏈協(xié)同減排。當政府低碳激勵程度低時，協(xié)同策略會激勵供應商進行減排，但是會損害核心制造商利益，若使用協(xié)同減排策略，核心制造商可能會通過減少自身減排投入來彌補損失，反而降低了核心制造商的減排積極性。而在實際情況中，核心供應商大概率不會使用協(xié)同減排策略。當政府低碳激勵程度一般時，當φ不大時，供應鏈節(jié)點企業(yè)均能從減排行為中獲益，能在一定程度上激勵供應鏈協(xié)同減排。但是當φ較大時，協(xié)同減排策略會損害核心制造商的利益，和政府重視低碳程度低時的情況類似。當政府激勵程度高時，因為政府的激勵和市場的擴大，核心制造商和供應商的減排收益大于減排成本，增強了核心制造商和供應商的減排動力，促進了供應鏈協(xié)同減排。

2.4? 結(jié)? 論

基于上述研究，得出如下結(jié)論：（1）無論政府是否進行低碳激勵，協(xié)同減排策略都會促進供應商進行減排，降低供應鏈的單位碳排放。（2）在政府低碳激勵程度低時，雖然使用協(xié)同減排策略可以促進供應商進行減排，降低供應鏈的單位碳排放，但是會損害核心制造商的利益，打擊核心制造商減排積極性。核心制造商基于自身利益考慮，不會使用協(xié)同減排策略促進供應鏈協(xié)同減排。（3）在政府低碳激勵程度一般時，核心制造商利潤隨著協(xié)同系數(shù)增加先增后減。這也就表明在實際生產(chǎn)中制造商與供應商之間需要通過各種形式的協(xié)商溝通，尋求一個既保證自身利益又實現(xiàn)有效減排的協(xié)同系數(shù)平衡點，以促進供應鏈長足發(fā)展。（4）在政府低碳激勵程度高時，協(xié)同減排策略不僅降低了供應鏈的碳排放，還增加了供應鏈節(jié)點企業(yè)利潤。這種情況下，供應鏈節(jié)點企業(yè)樂于使用協(xié)同減排策略進行協(xié)同減排，有助于整條供應鏈攜手邁向碳中和。

3? 結(jié)論與展望

本文采用基于多代理的仿真方法，在考慮協(xié)同系數(shù)和政府低碳激勵的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了以制造商為核心企業(yè)，多個供應商的二級供應鏈協(xié)同減排多代理模型。探究供應鏈在采購量分配—減排成本分擔協(xié)同減排策略下供應商減排量演化趨勢、供應鏈企業(yè)利潤變化趨勢以及供應鏈碳排放情況。通過調(diào)整供應鏈協(xié)同減排模型中協(xié)同策略的激勵系數(shù)和政府的低碳重視程度，觀測不同的激勵系數(shù)以及重視程度對供應鏈協(xié)同減排效果的影響。經(jīng)仿真分析發(fā)現(xiàn)，無論政府是否重視低碳，協(xié)同減排策略都有效促進了供應鏈減排行為;面對政府的不同的重視程度，供應鏈企業(yè)需要協(xié)商找到協(xié)同策略中的激勵系數(shù)的平衡點，以促進供應鏈長足發(fā)展。

基于上述研究分析，提出如下建議：（1）供應鏈協(xié)同減排需要內(nèi)外部減排驅(qū)動相結(jié)合。供應鏈內(nèi)部的協(xié)同減排策略能有效激勵供應商進行減排，但是對核心制造商的激勵效果比較小。政府的重視程度能更好地激勵核心企業(yè)進行減排。所以要實現(xiàn)供應鏈集體碳中和，需要供應鏈內(nèi)部使用協(xié)同減排策略，同時政府需要充分發(fā)揮引導作用，并加大低碳環(huán)保宣傳力度，鼓勵消費者綠色消費，以此促使企業(yè)實現(xiàn)低碳、零碳生產(chǎn)。（2）供應鏈協(xié)同減排需要供應鏈企業(yè)有效協(xié)商。由于在現(xiàn)實生活中政府的激勵力度有限，所以供應鏈節(jié)點企業(yè)需要進行各種形式的協(xié)商溝通，力求找到使所有供應鏈企業(yè)都愿意引入?yún)f(xié)同減排策略的協(xié)同減排激勵系數(shù)，更好地促進供應鏈減排。

另外，本文僅考慮二級供應鏈結(jié)構(gòu)。但是，在現(xiàn)實生活中，可能會存在多級供應商，在這種情況下，要做到供應鏈協(xié)同減排將會更困難。因此，探究多級供應鏈減排問題將是下一步的研究方向。

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