0 引言
隨著相關回收法律法規和扶持政策的出臺、消費者環保意識的增強以及再制造行業所蘊含商機的日益顯現，越來越多的制造企業涉足廢舊產品回收再制造。如上世紀90年代，柯達公司的一次性相機再利用項目，惠普公司的復印/打印機墨盒再利用計劃。目前，我國第一汽車集團公司、上海大眾聯合發展有限公司也紛紛進行再制造方面的實踐。
制造企業再制造活動和傳統前向制造活動形成了閉環供應鏈。在閉環供應鏈運作模式下，企業可以采用2種典型生產途徑來滿足市場消費者需求。如圖1所示，一是利用原材料生產，二是利用回收廢舊產品再制造生產。另外，在再制造過程中，企業可以采用不同的再制造處理技術，生產出不同質量等級的再制造產品。既可以采用較昂貴的技術，生產與新產品無差異的再制造產品，也可以采用較廉價的技術，生產低質量的再制造產品。不同的制造/再制造處理技術往往伴隨著不同的生產輸入和生產輸出。不同的質量等級的制造和再制造產品。在市場銷售環節，彼此競爭，異質替代，共同分享消費者需求。因此。企業再制造經營活動的核心之一是進行有效的生產決策(生產技術選擇及其所處理產品的數量)。
圖1 企業制造/再制造生產體統特征
隨著各國政府碳減排政策的陸續出臺，我國企業面臨的碳減排外部壓力已經顯現。碳排放限制既是經濟問題，又是技術問題。企業的商業行為和生產運作是產生碳排放的重要來源，對環境具有潛在的、巨大的影響。未來，碳排放政策將扮演日益重要的角色。成為企業生產經營活動的必要約束條件，越來越多的企業必須把碳排放納入經營決策中，以低碳為目標，尋求生產轉型和技術革新。
企業的制造/再制造生產決策活動，同樣受到外部碳排放政策的影響。在外部碳排放約束下，企業如何選擇生產處理技術，如何決策不同生產技術生產產品的數量組合，此種選擇行為與傳統利潤最大化的選擇行為有什么不同，碳排放約束對資源回收利用會有怎樣的影響，這些問題都將是碳排放約束下企業制造/再制造生產決策面臨的實際問題。
目前，許多研究者已在制造/再制造生產決策和生產計劃方面進行了深入的探索。Richter and Weber考慮到制造/再制造混合系統和確定性需求的情形，構建了制造/再制造生產決策模型，并給出了最優的產品轉換點。Kiesmuller提出了隨機混合制造/再制造系統控制模型，將生產和再制造決策建立在生產成品和回收產品兩種不同的庫存基礎之上。Teunter.et a1.研究了供給和需求確定情況下的制造/再制造生產決策問題。Bayindira.et a1.研究了制造產品和再制造產品面臨分割的市場，且產品在可替換情況下的生產決策問題。Kaya考慮到需求隨機性和制造/再制造產品的部分可替代性，比較分析了完全再制造、制造產品和再制造產品同質、制造產品和再制造產品異質3種情形下的最優激勵、最優生產量以及最優定價策略。周垂日和梁樑基于優化理論和方法，研究了產品異質可替代條件下的最優再處理技術及其產量。王能民和孫青林建立了生產能力約束條件下的異質再制造產品的批量決策模型，并給出了啟發式遺傳算法。胡海菊和李勇建采用系統動力學研究方法，研究了產品同收再制造和需求可替代情況下的短生命周期產品動態批量生產計劃問題。該研究將系統動力學方法引入到再制造生產研究領域，很好地模擬分析了市場價格、回收比例、需求變動等環境因素變動對企業生產計劃和利潤的影響。值得注意的是，雖然研究者在再制造生產決策和生產計劃方面已經取得了顯著的成果，但一般僅從成本角度出發，以企業利潤最大化或成本最小化為決策目標，缺乏考慮低碳排放和資源利用率等社會環境日標，也較少考慮到外部政策的影響作用。
本文把碳排放問題引入到企業生產運作管理中，模擬不同碳排放政策場景，采用定性分析和定量分析相結合的方法，研究碳排放約束下企業制造/再制造生產決策問題，對比分析碳排放政策對企業制造/再制造生產決策的影響。
1 碳排放約束下企業制造/再制造生產決策
制造/再制造處理活動與碳排放、資源利用率和企業成本之間的關系可以描述為圖2所示的矩陣。根據碳排放、成本和資源利用率的高低，將企業制造/再制造處理技術分為6種。技術不同，碳排放，資源利用率和成本也不同，其中最具典型的是LLL(Lose-Lose-Lose)型和WWW(Win-Win-Win)型。LLL型技術的特征是成本高、碳排放高且資源利用低，是需要盡量避免采用的一種制造/再制造處理技術。與之相反，WWW型技術的特征是成本低、碳排放低且資源利用高，是最理想的一種制造/再制造處理技術。
一般來說，企業生產決策的目標是收益最大化。但當企業面臨外部碳排放政策約束時，制造/再制造生產決策就需要充分考慮外部約束政策，以此為基礎進行最優生產決策。
圖2 制造/再制造生產體統特征矩陣
如圖3所示，假定原始產品制造商可以采用兩種不同的生產技術，來加工產品滿足市場需求。一是利用原材料通過制造技術生產，其生產成本和生產過程中的碳排放量分別為c1和e1；二是利用回收材料通過再制造生產技術生產，其生產成本和生產過程中的碳排放量分別為c2和e2。兩種生產技術生產的產品同質，在同一市場以價格p銷售，滿足市場需求Q。企業在生產運營過程中，受到相對穩定的外部碳排放政策的限制和約束．企業滿足政策約束付出的成本為Cω。企業需要綜合考慮市場需求、不同生產過程的成本、碳排放量，以及外部碳排放約束，決策不同生產處理技術所處理產品的數量組合q1和q2。
圖3 企業制造/再制造生產決策
碳排放約束下，企業基于利潤最大化的制造/再制造的最優生產決策模型為：
MaxII=pQ-c1q1-c2q2-Cω1
S.t.q1≥o，i＝1,2
q1＋q2＝Q （1）
式(1)中，Cω1隨外部碳排放政策的不同，具有不同的表達形式，將在后續示例分析中分4種情況細化討論。可以看出，碳排放約束下企業制造/再制造生產決策受產品價格、生產技術成本、碳排放政策等因素影響，是由外部政策、市場需求和企業自身生產技術特征等諸多因素相互作用形成的。下面將結合示例，具體剖析碳排放政策對企業生產決策的影響。
2 建筑用鋼鐵再利用示例
鋼鐵是世界上最常見的再生利用物資。美國、法國和英國的鋼鐵循環利用率為50％～70％。英國的建筑用鋼鐵循環利用率高達99％，其生產、使用、再利用過程如圖4所示。首先從鐵礦石等自然資源中加工處理得到原始鋼材；之后進行產品制造，通過鉆孔、焊接等工藝將鋼材制造成需要的規格，為下一步使用作準備；接著將產品安裝到建筑工程中，使之成為建筑的一部分，并隨建筑一起進入15～100年的使用階段。當建筑物生命終結時，其中的鋼鐵材料通過2種途徑再利用：一種通過拆分，經適當的產品再造。重新利用其中的部件；另一種通過對回收鋼鐵進行拆毀處理(破壞性處理)，經過特殊的再生處理，重新利用再生鋼材制造產品。圖中每個處理活動下方的數字為在該活動中處理每噸鋼鐵的成本投入和能耗量。
圖4 英國建筑用鋼鐵生產及再利用流程
由圖4可知，鋼鐵制造企業獲得安裝所需要的產品，可通過3種途徑獲得，分別為原材料制造、再生處理制造和產品再造。3種生產技術伴隨的成本和能耗見表1。表中碳排放根據能耗，按中國采用的煤當量熱值29.3GJ/kg轉化為標準煤，再按“kg標準煤排放2.493kgCO2轉化為碳排放量。
表1 英國建筑用鋼材生產處理技術的成本和能耗
由表1可知，產品再造生產技術具有顯著的成本優勢和碳排放優勢，是企業應該優先考慮的生產制造技術。原材料制造與再生處理制造相比，生產技術具有成本優勢。但能耗較高。相反，再生處理制造技術成本較高，能耗較低。
鋼鐵企業如何基于成本、碳排放和市場需求，決策原材料制造和再生處理制造生產技術所生產產品的數量組合？以A鋼鐵企業在某一生產周期內市場需求為1000萬t鋼鐵為分析對象。模擬4種場景。具體分析企業生產決策。
場景一：利潤最大場景。企業生產過程中，不存在外部碳排放約束。企業僅從自身利益出發，基于利潤最大化進行生產決策。在此場景下，式(1)中的決策目標為：
MaxII=pQ-c1q1-c2q2
場景二：碳排放最少場景。企業生產過程中，不考慮成本，僅考慮碳排放，基于碳排放最少進行生產決策。在此場景下，式(1)中的決策目標為：
2.1 碳排放政策的總體影響
4種場景下，A鋼鐵企業的生產決策結果見表2。對于利潤最大化場景，企業全部采用成本較低利潤較高的原材料制造技術來滿足市場需求，不利于資源再利用；對于碳排放最少場景，企業全部采用低碳排放的再生處理制造技術來滿足市場需求，有利于資源再利用；對于碳稅約束場景，由于碳稅改變了企業生產成本，企業同樣采用低碳排放的再生處理制造技術來滿足市場需求。有利于資源再利用；對于碳限額約束場景，企業權衡利潤和碳排放，同時采用兩種生產技術制造產品來滿足市場需求，有利于資源再利用。
企業面臨的外部約束場景不同，采用不同生產技術所處理的鋼鐵量不同。因此，外部碳排放約束政策顯著影響企業生產決策。
表2 不同約束場景下的企業制造/再制造生產決策
2.2 碳稅的影響
從圖5可知，碳稅較低時，企業傾向使用成本低、碳排放高的原材料制造生產技術。隨著碳稅的不斷提高。企業改變生產處理技術。采用成本高、碳排放低的再生處理制造生產技術。這是因為，當碳稅較低時，原材料制造生產技術具有成本優勢，能獲得較高利潤。但隨著碳稅的提高，原材料制造生產技術的高碳排放提高了碳排放成本，使得再生處理制造具備成本優勢，企業能獲得較高利潤。
圖5 兩種生產途徑下碳稅對產量的影響
圖6 碳稅對企業利潤的影響
這表明，在碳稅約束政策下，企業始終選擇利潤高的生產技術，并不真正關心碳排放。因此，碳稅的征收在很大程度上只是增加了企業成本。對于撼動企業選擇低碳再制造技術的引導作用不明顯。碳稅在很大程度上只是影響企業利潤，如圖6所示，企業總利潤隨著碳稅的不斷提高而降低。
2.3 碳排放限額的影響
圖7顯示，當給定的碳排放限額較低時，企業采用碳排放低、成本高的再生處理制造技術。隨著排放限額的增加，企業開始啟動碳排放高、成本低的原材料制造技術，同時減少再生處理制造產品的產量。當政府給予較寬松的碳排放限額時，企業單一地選擇碳排放高、成本低的原材料制造生產技術從事產品制造。圖8表明，隨著政府給予企業的碳排放限額的增加，企業可以更多地進行產品生產和再制造活動，相應獲得更多的利潤。
圖7 碳排放限額對兩種生產途徑產量的影響
圖8 碳排放限額對企業利潤的影響
研究表明，對于追逐利潤最大化的企業來說，當碳排放限額較低時，企業會放棄利潤高的技術，優先選擇低碳排放技術來滿足外部政策的要求，但企業的利潤受到顯著影響。隨著碳排放限額的增加，企業會選擇利潤商的生產技術來達到利潤最大化。當碳排放限額足夠大時，對企業生產決策不具影響力。因此，碳限額政策可以較好地引導企業選擇低碳排放的制造/再制造技術，但需要設置合理的企業碳排放限額，在不顯著影響企業利潤的同時，引導企業選擇低碳排放生產技術。
3 結束語
目前，在企業制造/再制造生產決策中考慮碳排放問題的研究尚不多見，而在我國未來一段時間，碳排放政策將對企業生產產生較大影響。本文研究了碳排放約束下的企業制造/再制造生產決策問題。利用優化決策方法，構建定量決策模型，結合實例，詳細分析了4種不同場景下企業生產決策的異同，重點分析了碳稅、碳排放限額等碳排放約康政策對企業制造/再制造生產決策的影響。本研究對企業低碳約束下的制造/再制造生產決策具有一定指導意義，對政府引導企業發展低碳導向的綠色制造/再制造生產決策具有一定參考意義。
值得注意的是，在本文研究的場景下，外部碳排放約束促進了資源回收再利用，而現實中，很多時候同收再制造既不具成本優勢，又不具碳排放優勢。這種情況下，碳排放約束可能不利于資源的回收再利用。但回收再制造又會面臨回收政策的約束。因此，在碳排放和回收約束下，企業又會作出怎樣的生產決策，值得深入研究。
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本文標題：碳排放約束下企業制造/再制造生產決策研究
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