3.碳足跡和供應(yīng)鏈管理：簡(jiǎn)單模型的深入研究

1、碳足跡和供應(yīng)鏈管理：簡(jiǎn)單模型的深入研究Carbon Footprint and the Management of Supply Chains: Insights from Simple ModelsSaif Benjaafar Yanzhi Li Mark Daskin摘要：用相對(duì)簡(jiǎn)單和廣泛應(yīng)用的模型，我們描述碳排放如何能夠考慮到采購(gòu)，生產(chǎn)和庫(kù)存管理的經(jīng)營(yíng)決策（operational decision-making）中。我們通過(guò)結(jié)合不同變量的碳排放足跡參數(shù)，展示傳統(tǒng)模型是如何轉(zhuǎn)為具有成本和碳足跡的經(jīng)營(yíng)決策。我們分析這些參數(shù)值以及監(jiān)管排放控制政策參數(shù)是如何影響成本和排放的。我們用這樣的模型去研

2、究擴(kuò)展至僅通過(guò)運(yùn)作調(diào)整就可減少碳排放，從而作為可替代昂貴的減少碳排放技術(shù)的投資。我們還用該模型考察對(duì)同一條供應(yīng)鏈上合作企業(yè)的成本和碳排放的影響，以及研究可能被激勵(lì)的公司去尋求這種合作。我們得出一系列結(jié)論強(qiáng)調(diào)了經(jīng)營(yíng)決策（operational decisions）對(duì)碳排放的影響，以及經(jīng)營(yíng)模型對(duì)評(píng)估不同經(jīng)營(yíng)策略的影響和評(píng)估投資更多碳節(jié)能技術(shù)的收益。在這種情況下，我們的目標(biāo)是不為單一問(wèn)題提供綜合的處理方案，但是強(qiáng)調(diào)當(dāng)在供應(yīng)鏈管理中考慮碳足跡時(shí)產(chǎn)生問(wèn)題的類型。我們的目標(biāo)同樣是強(qiáng)調(diào)在運(yùn)作里的新型學(xué)科領(lǐng)域，該領(lǐng)域存在許多問(wèn)題和對(duì)社會(huì)的影響。關(guān)鍵詞：供應(yīng)鏈 碳排放 碳足跡 氣候控制 環(huán)境政策 共贏合作與協(xié)調(diào)

3、1.簡(jiǎn)介人們普遍認(rèn)為碳排放是全球變暖的原因，政府迫于壓力頒布法案去控制碳排放。面對(duì)這樣具有威脅性法律或顧客對(duì)公司的擔(dān)心的增加的反映，全球公司正在積極的采取行動(dòng)減少碳足跡。然而，這些積極的措施僅集中于直接減少碳排放，例如，公司替換了資源利用低的設(shè)備和機(jī)器，尋找清潔能源，制定節(jié)能項(xiàng)目。雖然這樣做是有價(jià)值的，但是他們忽略了一個(gè)潛在的非常明顯的排放源，即商業(yè)活動(dòng)和經(jīng)營(yíng)決策。例如，決定供貨頻率比運(yùn)輸貨物車輛的能源使用率對(duì)碳排的影響更大。實(shí)際上，我們知道很多有名的商業(yè)活動(dòng)，像JIT生產(chǎn)和精益生產(chǎn)，得益于交付頻率少于卡車裝運(yùn)次數(shù)，小生產(chǎn)流量和多地區(qū)庫(kù)存，這比減少單位生產(chǎn)成本和運(yùn)輸成本對(duì)碳排放有更明顯的影響。

4、同樣，公司決定在哪兒定位設(shè)施，從哪個(gè)供應(yīng)商取貨以及運(yùn)輸模式能夠很明顯的影響他的碳足跡。只注重直接碳排放忽略出現(xiàn)在供應(yīng)鏈中不同企業(yè)之間相互作用的重要因素。多種因素促使他們的行為是為了自己的利益，而不是和其他人合作，更不可能采取減少整條供應(yīng)鏈的碳排放。例如，一個(gè)公司要求供應(yīng)商短期內(nèi)發(fā)貨，供應(yīng)商沒(méi)有選擇只有增加庫(kù)存。對(duì)于特定的產(chǎn)品，例如這些需要冷凍的，相關(guān)的碳足跡就會(huì)很明顯。供應(yīng)鏈中不同企業(yè)之間缺乏協(xié)調(diào)能夠增加碳足跡，例如在為同一個(gè)顧客服務(wù)的不同供應(yīng)商之間的聯(lián)合可以允許聯(lián)合裝運(yùn)，從而減少每次運(yùn)輸?shù)奶寂欧拧Ｈ欢?，都是自己行?dòng)，供應(yīng)商會(huì)有很少的動(dòng)機(jī)去追求合作。很明顯，在供應(yīng)鏈中減少碳排放不能夠忽略供應(yīng)鏈

5、的合作。盡管在有名的一些出版物上已經(jīng)有關(guān)于供應(yīng)鏈碳足跡的文章，盡管很多網(wǎng)站，非盈利組織，貿(mào)易集團(tuán)和政府已經(jīng)投身該問(wèn)題，在運(yùn)籌管理和運(yùn)籌研究的研究團(tuán)體大部分缺少這方面的努力。例如，在INFORMS出版的大量研究沒(méi)有一篇文章直接解決碳排放和運(yùn)營(yíng)。在可持續(xù)發(fā)展和生產(chǎn)方面的重要文章是很多的；見(jiàn)：Kleindorfer，Linton，Srivastava和Corbett and Klassen的文章。然而這些文章更傾向于生產(chǎn)循環(huán)或在使用或生命周期的分析。有很多文章從經(jīng)濟(jì)學(xué)角度設(shè)計(jì)市場(chǎng)減少和允許碳交易；例如Montgomery，Laffont and Tirole，Tietenberg，F(xiàn)ankhause

6、r and Hepburn，Grubb and Neuhoff，Subramanian and Talbot以及參考文獻(xiàn)。也有大量文章在環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)考察不同環(huán)境政策對(duì)經(jīng)濟(jì)的影響，見(jiàn)：Helm and Hepburn (2010), Neuhoff (2008), Nordhaus (2008), and Oppenheim and Beinhocker (2009).這些文章沒(méi)有處理運(yùn)營(yíng)問(wèn)題?？紤]到運(yùn)營(yíng)決策對(duì)碳排放的影響，因此運(yùn)籌管理的研究應(yīng)該考慮包含碳排放。尤其需要基于模型的研究，擴(kuò)大定量模型，即包括碳足跡的基于成本的最小化和收益的最大化。這些模型能夠理解如何計(jì)算碳排放，這可能影響到運(yùn)營(yíng)的決策

7、。這也可以用于通知運(yùn)營(yíng)管理者應(yīng)運(yùn)用什么對(duì)策，例如強(qiáng)制性的排放限額，征收碳稅，排放限額和交易以及其他，會(huì)影響運(yùn)營(yíng)決策的制定。模型可以用于研究這些政策的具體情況如何影響成本和不同企業(yè)的碳排放的。本文是這個(gè)研究方向的第一步，我們的目標(biāo)是強(qiáng)調(diào)供應(yīng)鏈運(yùn)營(yíng)決策與供應(yīng)鏈碳足跡之間的關(guān)系，并擴(kuò)展至考慮碳排放，通過(guò)調(diào)整經(jīng)營(yíng)策略和提高供應(yīng)鏈成員之間的合作來(lái)處理碳排放。用相對(duì)簡(jiǎn)單和通用的模型，我們說(shuō)明如何考慮碳排放能夠整合進(jìn)采購(gòu)，生產(chǎn)和庫(kù)存管理中的運(yùn)營(yíng)決策的制定。通過(guò)碳足跡參數(shù)和決策參數(shù)的聯(lián)系，我們展現(xiàn)傳統(tǒng)模型時(shí)如何轉(zhuǎn)變?yōu)榭紤]成本和碳足跡的支持決策制定模型的。我們檢驗(yàn)這些參數(shù)值和控制監(jiān)管排放參數(shù)值是如何影響成本和排

8、放的。我們用模型研究擴(kuò)展至要求碳排放減少，僅通過(guò)調(diào)整運(yùn)營(yíng)策略，從而作為投資低碳技術(shù)的替代。我們調(diào)查在一條供應(yīng)鏈企業(yè)之間合作對(duì)他們的成本和碳排放的影響，研究激勵(lì)的企業(yè)可能會(huì)尋求合作。本文的貢獻(xiàn)是一系列深入研究，要是沒(méi)有運(yùn)營(yíng)模型我們很難得到這些見(jiàn)解。這些見(jiàn)解很少出乎意料，并指出管理者和政策制定者應(yīng)知道的重要因素。盡管我們的模型公式和分析是基于供應(yīng)鏈的特殊模型，叫做單階段和多階段批量模型（single and multi-stage lot-sizing models），我們堅(jiān)信經(jīng)過(guò)相同處理能夠擴(kuò)展至更一般的運(yùn)營(yíng)決策模型，包括多地點(diǎn)報(bào)童問(wèn)題，經(jīng)濟(jì)訂貨批量模型，多周期隨機(jī)庫(kù)存模型，供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)和契約模型

9、，以及一些其他的。通過(guò)本文，當(dāng)系統(tǒng)闡述模型和數(shù)值試驗(yàn)時(shí)，做了多種假設(shè)。我們這樣做是為了說(shuō)明模型是如何建立的和深刻見(jiàn)解是如何得到的。我們相信在可替代的假設(shè)下，相同的分析和結(jié)果能夠得到。最后，我們的目標(biāo)不是提出新的理論也不是建立新的方法論，我們的目標(biāo)是強(qiáng)調(diào)一個(gè)潛在的重要領(lǐng)域的應(yīng)用和管理需要考慮的一系列新的問(wèn)題。在這種意義上，文章是討論而不是完全的對(duì)問(wèn)題進(jìn)行探討。我們希望文章能夠激勵(lì)其他學(xué)者從事這方面的工作，有必要完全開(kāi)發(fā)許多在這里強(qiáng)調(diào)的問(wèn)題。本文其余部分組織如下：第二部分，在假設(shè)在多種監(jiān)管政策下的包括碳排放的各種生產(chǎn)計(jì)劃公式，單個(gè)，多個(gè)公司的采購(gòu)模型。第三部分，我們根據(jù)數(shù)值試驗(yàn)用模型獲得深刻見(jiàn)解，

10、討論這些見(jiàn)解所包含的管理實(shí)踐和制定策略。第四部分，我們總結(jié)了主要發(fā)現(xiàn)和提出未來(lái)研究的觀點(diǎn)。2.模型公式本部分，我們展示一系列模型公式說(shuō)明如何將碳排放考慮進(jìn)經(jīng)營(yíng)決策模型。模型是基于經(jīng)典的單個(gè)，多個(gè)公司的批量模型。我們選擇該模型是因?yàn)椋海?）這個(gè)模型在實(shí)踐中廣泛使用，是很多商業(yè)供應(yīng)鏈規(guī)劃應(yīng)用的基石（2）是解決該模型的標(biāo)準(zhǔn)化工具（3）這些模型能夠適應(yīng)考慮許多相關(guān)的碳排放，包括不同的監(jiān)管策略。然而，像前所述，它能夠建立模型，是許多運(yùn)營(yíng)刮泥模型的基石，我們對(duì)本文的處理就像提供研究本方向的一個(gè)潛在的模板。將碳排放的問(wèn)題考慮進(jìn)去，我們考慮設(shè)置幾個(gè)監(jiān)管策略，包括（A）企業(yè)有碳排放的限額（B）企業(yè)被征收碳稅（C

11、）企業(yè)能夠參加碳交易（D）企業(yè)可以投資碳以抵消碳限制。我們考慮有一個(gè)公司系統(tǒng)，多個(gè)公司系統(tǒng)也一樣，其獨(dú)立或聯(lián)合運(yùn)作和碳排放。我們考慮不同假設(shè)下的多種系統(tǒng)，觀察碳排放是如何超量，以及在同一供應(yīng)鏈中如何分配碳排放。模型1 有嚴(yán)格碳排放限額的一個(gè)企業(yè)必須確定公司面臨的問(wèn)題，在一個(gè)特定的多周期計(jì)劃期內(nèi)，需求已知，何時(shí)以及如何訂貨，或者何時(shí)生產(chǎn)多少。在沒(méi)有考慮碳排放時(shí)，企業(yè)按照最小化固定和可變的訂貨成本或生產(chǎn)成本，庫(kù)存成本，和缺貨成本，來(lái)確定訂貨策略。固定的訂貨成本相當(dāng)于供應(yīng)商有關(guān)的運(yùn)輸成本，或者進(jìn)行的內(nèi)部生產(chǎn)的過(guò)程設(shè)置成本。可變成本可能是單位采購(gòu)成本或單位生產(chǎn)成本。缺貨成本產(chǎn)生于如果某一時(shí)期的需求不能

12、完全由庫(kù)存滿足，也可以以延期交貨成本或銷售損失成本的形式出現(xiàn)。在考慮存在碳排放時(shí)，公司必須考慮不同訂貨，生產(chǎn)和庫(kù)存持有策略下的碳排放。尤其考慮由外部供應(yīng)商（碳排放由運(yùn)輸產(chǎn)生）或包括初始生產(chǎn)（排放是由程序產(chǎn)生）時(shí)排放與地點(diǎn)和訂貨的關(guān)系。也可能單位訂貨成本和單位生產(chǎn)成本與排放之間的關(guān)系（排放是由于單位處理成本或生產(chǎn)成本），以及排放與每周期的單位缺貨成本或單位庫(kù)存成本有關(guān)。我們用每個(gè)周期t的成本參數(shù)ft, ct, ht, 和 bt（t = 1, , T），ft表示每次訂貨的固定成本，ct表示單位可變成本，ht表示從一個(gè)周期轉(zhuǎn)移到下一周期的庫(kù)存成本，bt表示本周期的單位缺貨成本，T是計(jì)劃期內(nèi)的周期數(shù)。

13、為了考慮進(jìn)碳排放，我們引入碳足跡參數(shù)，每個(gè)時(shí)刻t，表示每次訂貨時(shí)固定的碳排放量（運(yùn)輸排放或與生產(chǎn)有關(guān)的排放），每次訂貨單位可變碳排放量（處理過(guò)程或單位生產(chǎn)排放），每個(gè)周期單位庫(kù)存持有的碳排放量（包括單位缺貨的排放）。與問(wèn)題有關(guān)的決策變量為yt, qt, It 和Bt，如果周期t內(nèi)有訂貨則yt = 1，否則yt = 0，qt t時(shí)期內(nèi)的訂貨量，It從t到t + 1的庫(kù)存量，Bt從t到t + 1的缺貨量，dt是t時(shí)期的需求量。我們考慮企業(yè)在計(jì)劃期內(nèi)有固定的碳排放限額C，這個(gè)限額是可以由外部監(jiān)管機(jī)構(gòu)強(qiáng)制或者通過(guò)管理在具體的范圍內(nèi)排放以符合內(nèi)部決策（下面考慮放松排放限額的可替代決策）。公司所面臨的問(wèn)題

14、可以由下面的混合整數(shù)線性規(guī)劃表示：目標(biāo)函數(shù)（1）最小化整個(gè)計(jì)劃期內(nèi)的總的固定和可變訂貨成本，持有成本，缺貨成本。（2）凈庫(kù)存平衡方程，（3）確保整個(gè)計(jì)劃期內(nèi)沒(méi)超過(guò)排放限額。（4）確保當(dāng)qt 0時(shí)yt = 1。其余約束是整數(shù)和非負(fù)約束。模型（1）-（6）和許多變量能夠用標(biāo)準(zhǔn)MILP方程求解。在第三部分我們描述數(shù)值試驗(yàn)，我們用商用ILOG CPLEX產(chǎn)生我們考慮的問(wèn)題的解。在上述方程中，我們假設(shè)訂貨量沒(méi)有約束，沒(méi)有提前期。我們也假設(shè)有缺貨。當(dāng)然模型系統(tǒng)中的訂貨量有限制或有正的提前期，同時(shí)每周期的需求都應(yīng)被滿足，也要考慮損失以及引發(fā)的損失銷售成本，可以擴(kuò)展至多周期和多產(chǎn)品。以上方程假設(shè)整個(gè)計(jì)劃期內(nèi)的

15、固定碳排放限額，但是也應(yīng)考慮周期子集的限額或每個(gè)周期的限額。排放限額也可與每單位生產(chǎn)和訂貨有關(guān)。例如，公司希望市場(chǎng)單位產(chǎn)品的碳足跡不要超出一定的限制單位產(chǎn)品碳足跡限制沒(méi)有必要，暫時(shí)。這可以通過(guò)改變約束（3）得到：C代表單位排放限額，在確定碳排放參數(shù)時(shí)，我們假設(shè)與相關(guān)決策變量之間是線性增加的。我們做這樣的假設(shè)是因?yàn)檎f(shuō)明模型是如何建構(gòu)建的和獲得第三部分這種特殊情況下的見(jiàn)解。當(dāng)然這種設(shè)置可能無(wú)效，排放的增加可能是非線性的。在上述公式中，我們假設(shè)碳排放參數(shù)可獲得的。然而，本文描述模型的必要條件是計(jì)算這些參數(shù)。各種公司記錄他們各種活動(dòng)的碳足跡是要付出很大的努力，這就要求在監(jiān)管政策中或者將產(chǎn)品運(yùn)給消費(fèi)者時(shí)

16、記錄碳足跡。最后，可能采取碳能力限制，就像前面的生產(chǎn)能力限制（或訂貨量），同樣適用在運(yùn)營(yíng)管理中的許多模型。但是這些差異是顯著的，首先，碳能力不包括在多周期或整個(gè)計(jì)劃期內(nèi)。相反，生產(chǎn)力適用于每一個(gè)周期，第二，本周期消費(fèi)掉的碳能力影響到其他周期的碳能力，第三，碳能力不僅是生產(chǎn)消費(fèi)，訂貨過(guò)程，運(yùn)輸，庫(kù)存持有也存在碳排放。這就意味著碳能力可以通過(guò)庫(kù)存持有消耗，即使沒(méi)有生產(chǎn)或采購(gòu)活動(dòng)的發(fā)生。這同樣意味著運(yùn)營(yíng)在某一方面改變（如庫(kù)存），由于聯(lián)合碳能力的限制，可能在其他方面（如，生產(chǎn)或運(yùn)輸）誘發(fā)或改變需求。模型2 有碳稅，碳限額和碳交易或碳補(bǔ)償?shù)膯蝹€(gè)企業(yè)另一個(gè)可替代的嚴(yán)格排放限額是不去限制排放但是用碳稅懲罰碳

17、排放。碳稅可以用多種形式，最簡(jiǎn)單的情況是隨著單位碳排放線性增長(zhǎng)的罰金，為了說(shuō)明碳稅是如何改變問(wèn)題公式（1）-（6）的，a 代表每單位碳所支付的罰金，公司所面臨的問(wèn)題改為：限制條件還是(2), (4), (5) 和 (6)，（8）可以改寫為：其中 。因此，問(wèn)題轉(zhuǎn)化為單純的成本最小化問(wèn)題，成本參數(shù)就反映了碳排放成本。上述方程可以變化成很多方程式，也可以結(jié)合可替代的碳方案，非線性的碳懲罰即，凹形增加或凸型增加。單位碳懲罰也可能是隨著碳排放量的增加是離散的，包括如果碳排放小于一定限制時(shí)不征收碳稅的地方。（一些變量可能是非線性最優(yōu)問(wèn)題，基于假設(shè)，通過(guò)近似碳懲罰的分段線性方程的近似稱為線性方程）采用嚴(yán)格碳

18、排放限額或采用碳稅都是碳交易系統(tǒng)，企業(yè)被允許排放多于限額的碳，但是會(huì)遭到懲罰。超標(biāo)的碳越多懲罰也就越大。企業(yè)也會(huì)因少于規(guī)定排放限額而獲得隨著限額與實(shí)際排放值之差越大而增加的收益。這個(gè)獎(jiǎng)懲系統(tǒng)是通過(guò)碳交易系統(tǒng)實(shí)施的，企業(yè)可以買賣碳排放權(quán)利。我們假設(shè)碳價(jià)是獨(dú)立于個(gè)體企業(yè)決策的外生變量（碳市場(chǎng)要比任何個(gè)體企業(yè)的買賣數(shù)量大），如果我們假設(shè)碳價(jià)格在企業(yè)計(jì)劃期內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定的，我們?cè)俅涡薷膯?wèn)題的模型如下(1)-(6)：約束條件是(2), (4), (5), 和 (6)，p是一般市場(chǎng)單位碳排放的價(jià)格， e+ t e t -代表企業(yè)在t時(shí)期憑借信用買進(jìn)和賣出的碳量。購(gòu)買碳信用是減少碳排放限額，盡管這樣做成本很高，

19、但是賣碳信用表示一種新的收入來(lái)源?；谏鲜龉?，我們假設(shè)市場(chǎng)的碳價(jià)格是固定的。然而，實(shí)際上，價(jià)格是波動(dòng)的。如果是短期的我們可以假設(shè)，如果是長(zhǎng)期的我們可以通過(guò)回歸預(yù)測(cè)（預(yù)測(cè)價(jià)格的增加或減少可以很容易的加入模型中）。如果公司采用金融期權(quán)，像在采購(gòu)商品中經(jīng)常使用的，這樣就可以保證一定的最優(yōu)買賣價(jià)格。在某些背景下非常有必要建立模型明確價(jià)格波動(dòng)的比例或碳交易市場(chǎng)的動(dòng)態(tài)，尤其，價(jià)格會(huì)對(duì)基于碳限額下的碳供給和需求很敏感，除非政府參與下的認(rèn)為價(jià)格固定。因此，更加完備的模型能夠加入基于碳限額C的價(jià)格。第三個(gè)可替代控制碳限額的是利用碳限額，允許企業(yè)投資所謂的碳補(bǔ)償。碳補(bǔ)償是一個(gè)企業(yè)投資減少碳排放的項(xiàng)目，典型的補(bǔ)償

20、是由第三方提供的，去補(bǔ)償超過(guò)一定限額的碳排放。因此，這與在碳交易系統(tǒng)的購(gòu)買碳信用是一樣的，不同的是市場(chǎng)運(yùn)行機(jī)制是不同的（在碳交易系統(tǒng)可用的和排放信用的價(jià)格是由碳交易市場(chǎng)決定的，然而后者可用的和補(bǔ)償?shù)膬r(jià)格是由獨(dú)立的提供補(bǔ)償?shù)墓緵Q定的）。如果讓p代表每單位碳補(bǔ)償價(jià)格，代表企業(yè)購(gòu)買的碳補(bǔ)償?shù)臄?shù)量（每單位碳排放），問(wèn)題（1）-（6）可以改寫為：其余的同(2), (4), (5)和(6)。這個(gè)方程近似碳交易，除了企業(yè)排放少于一定限額時(shí)沒(méi)有從碳排放中獲得收益。模型3 多企業(yè)的有和沒(méi)有合作的情況我們考慮一個(gè)企業(yè)作為供應(yīng)商或顧客在和其他企業(yè)構(gòu)成的供應(yīng)鏈中。尤其考慮由N個(gè)企業(yè)構(gòu)成的一個(gè)連續(xù)的企業(yè)鏈，i向i +

21、 1下訂單，i = 1, ., N 1.每個(gè)企業(yè)必須明確何時(shí)，如何向他的供應(yīng)商訂貨，以最小化在整個(gè)計(jì)劃期內(nèi)總成本。對(duì)其他企業(yè)來(lái)說(shuō)，除了企業(yè)1，需求依賴于他的顧客的訂貨量。如果每個(gè)企業(yè)都有嚴(yán)格的碳排放限額Ci，對(duì)應(yīng)公司i =1, , N，如果公司獨(dú)立運(yùn)行，公司i，i = 2, , N所面臨的情況是用一下公式表示：決策變量和成本以及碳排放參數(shù)是由i和t表示某一個(gè)特定企業(yè)的。我們用代表應(yīng)用上述公式求解的在t時(shí)期從公司i的最優(yōu)訂貨量，訂貨量的向量是（），必須滿足第i + 1個(gè)企業(yè)的需求向量。對(duì)企業(yè)1方程簡(jiǎn)化為：約束條件是(18), (20) 和 (21).在上述公式中，我們假設(shè)僅企業(yè)1允許延遲交貨。其

22、他企業(yè)必須滿足同時(shí)期收到訂貨量。當(dāng)然除了企業(yè)1之外其他企業(yè)也應(yīng)該允許延遲。模型也可改為當(dāng)企業(yè)不能滿足需求時(shí)，可以依靠外部企業(yè)提供來(lái)滿足顧客的需求。在上述公式，我們假設(shè)企業(yè)是獨(dú)立的，忽略其他企業(yè)的能力和碳排放限制下制定關(guān)于訂貨和生產(chǎn)的決策。企業(yè)可以通過(guò)聯(lián)合決策明顯減低供應(yīng)鏈中的成本。這樣的合作在企業(yè)之間也不少見(jiàn)，這是由企業(yè)激勵(lì)的，例如協(xié)同預(yù)測(cè)，計(jì)劃，補(bǔ)貨（CFPR Collaborative Forecasting， planing and Replenishment）其目標(biāo)是支持這種合作。就像我們?cè)诘谌糠职l(fā)現(xiàn)的一樣，碳足跡限制，能夠?yàn)檫@樣的合作提供額外的動(dòng)力。在最簡(jiǎn)單的情況下，如果公司有合作

23、，他們聯(lián)合決策的問(wèn)題如下：上述方程假設(shè)，盡管企業(yè)合作，碳排放限制會(huì)限制每個(gè)企業(yè)。如果企業(yè)之間共享他們的碳排放限制，約束（28）改寫如下：如果企業(yè)不是完全獨(dú)立的而是一個(gè)大企業(yè)的各個(gè)分部供應(yīng)鏈合作減排的條件，這種分享碳排放是可能的。如果環(huán)境監(jiān)管組織允許供應(yīng)鏈中企業(yè)之間的企業(yè)可以進(jìn)行碳交易，這也可能實(shí)現(xiàn)。當(dāng)限額是自愿的和供應(yīng)鏈的目標(biāo)是最終證明產(chǎn)品碳足跡沒(méi)有超過(guò)一定的限制，這也是可能實(shí)現(xiàn)合作的。例如，幾個(gè)大的零售商（沃爾瑪，樂(lè)購(gòu)）就預(yù)期供應(yīng)商一起減少銷售產(chǎn)品的碳足跡，對(duì)于市場(chǎng)來(lái)說(shuō)這些產(chǎn)品更加綠色可以增加競(jìng)爭(zhēng)力。最后，我們注意到先前談?wù)摰囊粋€(gè)公司的碳稅，碳交易和碳補(bǔ)償?shù)哪Ｐ?，能夠擴(kuò)展至有或沒(méi)有分享碳排放

24、限額的多個(gè)公司。3.從模型中得到的見(jiàn)解本部分中，我們說(shuō)明了在之前部分呈現(xiàn)的模型是怎樣被用于得到有用的見(jiàn)解的。這些見(jiàn)解，是以一系列觀察結(jié)果的形式呈現(xiàn)的，是以數(shù)值結(jié)果為基礎(chǔ)的，這些數(shù)值結(jié)果是由解決不同參數(shù)值的模型得到的。實(shí)驗(yàn)的建立和例子的細(xì)節(jié)都在附錄里。這些數(shù)值結(jié)果的代表子集總結(jié)在圖表1-15里。每個(gè)圖表都用于說(shuō)明一個(gè)或多個(gè)定性的影響，當(dāng)碳排放量引進(jìn)到模型中的時(shí)候影響會(huì)增加。然而，這些圖表和相關(guān)見(jiàn)解不是提出其他影響不可能或是提出這里記錄的影響比其他的重要。而是，為模型怎樣被用于回答重要問(wèn)題和這些答案能夠怎樣提供多方面的決策，包括運(yùn)作公司，決策者，政府規(guī)劃者等等提出的一個(gè)樣板。并且，像之前提到的，我

25、們的目標(biāo)不是為每個(gè)觀察到的影響提出綜合的解決措施。剩下的部分分成三段：3.1 基于模型P1提出了一系列的見(jiàn)解并處理了排放量存在嚴(yán)格限額的情況；3.2 基于模型P2，P3，P4提出了一些見(jiàn)解并比較了不同管理政策的影響；3.3基于模型P5,P6,P7提供了見(jiàn)解并檢查了提高一個(gè)供應(yīng)鏈上多個(gè)公司相互作用的問(wèn)題。3.1 嚴(yán)格碳排放量限額系統(tǒng)觀察結(jié)果1：對(duì)排放量設(shè)置有意義的限額會(huì)對(duì)總體成本有相對(duì)有限的影響。這個(gè)觀察結(jié)果呈現(xiàn)在圖表1，表明改變排放量限額對(duì)總成本和總排放的影響。像預(yù)期的那樣，減少排放量限額會(huì)增加總成本并減少總排放。然而，令人驚訝的事實(shí)是排放量限額大幅度下降沒(méi)有對(duì)總成本產(chǎn)生嚴(yán)重影響。這也意味著總

26、排放量能夠在沒(méi)有大幅度增加成本的情況下嚴(yán)重緊縮。在例子中，減少排放量限額從2100到1785減少了總排放量的15%但是只增加了總成本3%。這個(gè)結(jié)果表明在運(yùn)作決策上的調(diào)整（改變每期訂貨量）只能導(dǎo)致碳排放量的嚴(yán)重減少，而不能夠大幅度對(duì)總成本產(chǎn)生影響。觀察結(jié)果2：排放量限額通過(guò)調(diào)整運(yùn)作決策比通過(guò)投資更高效能的技術(shù)更加劃算。對(duì)一個(gè)公司來(lái)講一個(gè)可選項(xiàng)即調(diào)整運(yùn)作決策就是降低碳排放量參數(shù)，和，并通過(guò)在產(chǎn)品生產(chǎn)，運(yùn)輸和儲(chǔ)存的過(guò)程中投資更高效能的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖表2表明了改變排放量限額對(duì)總成本的影響和在技術(shù)上改變能源效率的水平的影響。就像我們看到的，當(dāng)最初使用不同技術(shù)來(lái)降低排放量限額在總操作成本上有很小的差別，并

27、且只有當(dāng)排放量限額是大大低于一個(gè)不受限排放量的值（比例子上的多15%）的時(shí)候，投資更高效能技術(shù)才能大幅度節(jié)省費(fèi)用。觀察結(jié)果3：在沒(méi)有“碳增強(qiáng)（carbon-enhanced）”運(yùn)作模型情況下，是不可能評(píng)估更高能效的技術(shù)或是更低排放量限額的真實(shí)成本。圖表2表明了令人注意的是在包含碳排放的運(yùn)作模型中，像本文描述的那些，對(duì)于公司和決策者低排放限額對(duì)公司和他們客戶的經(jīng)濟(jì)福利的影響都是很難評(píng)估的。沒(méi)有這些模型，一個(gè)公司不可能確定投資更加高效能的設(shè)施和過(guò)程是否是有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)的。因此，“碳增強(qiáng)”運(yùn)作模型能夠達(dá)到兩個(gè)目的，一個(gè)是給決策者傳遞信息，一個(gè)是指導(dǎo)行業(yè)是否采用更加高效能的技術(shù)。觀察結(jié)果4：更緊縮的排放限

28、額反常地導(dǎo)致更高的總排放。圖表3表明當(dāng)限額是每個(gè)階段的限額而不是整個(gè)計(jì)劃期的的限額的時(shí)候，改變排放限額的影響。令人驚訝地是，在某些情況下更低的排放限額能夠?qū)е赂叩目偱欧帕?。這是由于，如果允許在未來(lái)階段排放很少，在周期基礎(chǔ)上設(shè)置一個(gè)階段的排放限額，會(huì)防止公司在一個(gè)階段排放更多的可能性。例如，考慮一種情況，固定的排放量相對(duì)高（排放量與開(kāi)始訂單有關(guān)，例如運(yùn)輸）。一個(gè)公司能夠通過(guò)減少定單頻率來(lái)減少總排放量，但是持有更多的庫(kù)存會(huì)立即帶來(lái)定單。因?yàn)樘寂欧帕颗c持有庫(kù)存有關(guān)系，這意味著如果排放限額是在周期基礎(chǔ)上設(shè)置的，更高的碳排放量潛在的違背了排放限額。這個(gè)觀察結(jié)果有兩個(gè)重要的意義。第一，決策者（和公司）需

29、要知道怎樣執(zhí)行排放限額的特點(diǎn)能夠?qū)\(yùn)作成本產(chǎn)生非常不同的影響。第二，設(shè)計(jì)提供給公司更靈活的政策，怎樣與何時(shí)他們滿足要求的限額能夠在很低成本情況下實(shí)施這些限額。這類政策的例子有允許公司借款，在某種程度上，違反他們未來(lái)排放定額或把沒(méi)有用的定額存入銀行供未來(lái)使用。3.2 碳抵消，碳稅和限額交易模型觀察結(jié)果5：碳抵消能夠通過(guò)減輕降低排放限額對(duì)成本的影響來(lái)降低排放限額。 圖表4表明了當(dāng)公司選擇購(gòu)買碳抵消時(shí)改變排放限額的影響。即使單位碳價(jià)格相對(duì)高的時(shí)候選擇抵消也是有利的；公司采取有選擇地抵消并且緩和了更高的運(yùn)營(yíng)成本。這個(gè)觀察結(jié)果指出了抵消對(duì)于決策者應(yīng)對(duì)競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)緊急情況的重要性，能夠?qū)е逻@些抵消價(jià)格下降達(dá)到

30、雙重利益，保持消費(fèi)者低成本和大氣的低碳。觀察結(jié)果6：在限額交易模式下，排放水平不受排放限額影響而僅受碳的市場(chǎng)價(jià)格影響。圖表5表明了改變碳排放限額和碳價(jià)格對(duì)總排放的影響。有點(diǎn)令人驚訝地結(jié)果，排放水平不受排放限額的影響可由下面解釋。在限額交易情況下，排放限制公式11，因?yàn)橐虼?，?wèn)題P3可以改寫成約束（2）（4）（5）和（6），我們可以看出最優(yōu)解總是獨(dú)立于碳限額C。這結(jié)果指出了限額交易政策的限制。在這個(gè)政策下排放限額不能用做控制排放量的直接指標(biāo)，而在嚴(yán)格排放量限額或者碳稅政策下可以。從（33），我們也可以看出碳排放量在限額交易下與稅率的碳稅情況下是一樣的。雖然在限額交易情況下通過(guò)改變碳限額來(lái)直接控制

31、碳排放是很困難，但是決策者可以間接地影響碳價(jià)格，通過(guò)影響碳的需求和供應(yīng)，因此也影響碳排放。在圖表6中，我們得出碳限額和碳價(jià)格通過(guò)簡(jiǎn)單線性的碳價(jià)格模型相互作用，導(dǎo)致下面更改的目標(biāo)函數(shù)：正如我們?cè)趫D表6中看到的，緊縮的限額導(dǎo)致更低的碳排放。并且，碳限額對(duì)成本的影響不再是單調(diào)的，碳限額最初下降是有利于公司的因?yàn)槭找媸桥c碳銷售相關(guān)的。 事實(shí)上，預(yù)測(cè)碳的市場(chǎng)動(dòng)態(tài)是很難的，內(nèi)在的不確定性和易變性使需求和供應(yīng)影響價(jià)格更加復(fù)雜。反過(guò)來(lái)，公司和決策者來(lái)評(píng)估碳排放的影響是很難的。這說(shuō)明了一個(gè)觀點(diǎn)，在限額交易和碳稅中，碳稅提供一個(gè)更簡(jiǎn)單的機(jī)制來(lái)減少碳排放，并且更快更有效。（看圖表7）觀察結(jié)果6：在限額交易情況下，一

32、個(gè)更高的碳價(jià)格導(dǎo)致更低的總成本。 正如我們?cè)趫D表8看到的，給定一個(gè)固定的碳限額，碳價(jià)格對(duì)總成本的影響不是單調(diào)的，開(kāi)始增加然后減少。當(dāng)碳價(jià)格相對(duì)低的時(shí)候，公司基本上會(huì)參與購(gòu)買碳。因此，更高的碳價(jià)格增加了碳的購(gòu)買成本。當(dāng)碳價(jià)格很高的時(shí)候，公司會(huì)參與碳的銷售，由于公司發(fā)現(xiàn)調(diào)整運(yùn)作和排放少量的碳會(huì)很有利（當(dāng)然這意味著運(yùn)作成本增加但是這個(gè)增加比從碳銷售產(chǎn)生的更高收益得到的補(bǔ)償更多）。觀察結(jié)果7：排放控制政策的類型影響著更高效能技術(shù)的收益。 這個(gè)觀察結(jié)果顯示在圖表9，表明改變能源效率的技術(shù)影響運(yùn)作成本。正如我們看到的，當(dāng)能源效率最初增加的時(shí)候，在嚴(yán)格排放限額政策下收益是更高的。收益最終呈平穩(wěn)狀態(tài)，因?yàn)槟茉?/p>

33、效率本來(lái)足以使得碳限制沒(méi)有意義。在限額交易（同樣在碳稅）的情況下存在逐漸減弱的影響，因?yàn)闇p少排放并產(chǎn)生相應(yīng)的收入總是個(gè)激勵(lì)。更高效能的技術(shù)的收益在限額抵消政策下比在限額交易政策下更低，因?yàn)楦咝芗夹g(shù)只能夠用于防止超過(guò)限額的成本。這些結(jié)果表明如果決策者的目標(biāo)部分是促進(jìn)綠色技術(shù)的采用，那么某些政策比其他的有效的多。特別得，在技術(shù)發(fā)展的初級(jí)階段，能源從技術(shù)獲利是相對(duì)適中的，那么嚴(yán)格排放限額的政策可能最有效。另一方面，如果從技術(shù)中能夠大量獲利，那么限額交易政策或碳稅政策可能在鼓勵(lì)公司采用更高效能技術(shù)方面更有效。3.3多公司合作與不合作系統(tǒng)觀察結(jié)果9：碳限制的存在增加了供應(yīng)鏈合作的價(jià)值。 圖表10和1

34、1表明改變碳限額對(duì)成本的減少百分率的影響在嚴(yán)格限額政策下由兩個(gè)公司組成的供應(yīng)鏈中完成了合作。曲線表明成本減少與每個(gè)公司有關(guān)還與整個(gè)供應(yīng)鏈有關(guān)。正如我們看到的，整個(gè)供應(yīng)鏈成本能夠通過(guò)公司合作而大幅度減少。當(dāng)然這些收益來(lái)自公司調(diào)整決策把這些決策的含義考慮進(jìn)其他公司的成本中。這些調(diào)整的好處在碳限額情況下比其他情況更重要，因?yàn)樗麄冊(cè)试S公司更加經(jīng)濟(jì)的達(dá)到這些限額（曲線的右端部分是與排放限額非常高并且合作帶來(lái)的效益不是由于排放限額的存在）。合作的效益在碳限額水平下不是單調(diào)的，當(dāng)碳限額是在中端時(shí)收益最高，當(dāng)限額非常低或非常高的時(shí)候收益就不那么多。當(dāng)限額非常低，公司沒(méi)有空間來(lái)調(diào)整他們的運(yùn)作。另一方面，當(dāng)限額非

35、常高的時(shí)候，供應(yīng)鏈不需要公司來(lái)調(diào)整，雖然合作會(huì)繼續(xù)帶來(lái)一些價(jià)值。觀察結(jié)果10：合作導(dǎo)致成本和一些公司排放量的增加。正如我們?cè)趫D表10中看到的，雖然整個(gè)供應(yīng)鏈成本在合作下會(huì)比較低，但是公司1的成本會(huì)更高。這是由于公司1在兩公司情況下滿足最終需求，調(diào)整他們的定單規(guī)模來(lái)減少公司2的成本。公司2減少的成本比公司1增加的成本要多。正如圖表12所示，這些定單規(guī)模的調(diào)整意味著排放在合作情況下也會(huì)增加，雖然總是保持在限額以內(nèi)。事實(shí)上一些公司的成本在合作情況下會(huì)增加，這就要求要以合約形式來(lái)合理地補(bǔ)償這些公司。原則上，這些補(bǔ)償總是可能的，因?yàn)楣?yīng)鏈有凈盈余。然而，怎樣分配這些盈余能夠影響長(zhǎng)期合作。在合作情況下，不

36、同公司的供應(yīng)鏈的運(yùn)營(yíng)責(zé)任也被嚴(yán)重影響。圖表13顯示，當(dāng)公司合作時(shí)，每個(gè)公司持有的庫(kù)存量怎樣受持有不同碳排放量的影響。合作持有庫(kù)存的責(zé)任轉(zhuǎn)到有更好碳效率的公司。在現(xiàn)實(shí)中，這可能要求調(diào)整供應(yīng)鏈的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)來(lái)適應(yīng)這個(gè)轉(zhuǎn)換（例如，投資一個(gè)公司的存儲(chǔ)設(shè)施）。觀察結(jié)果11：強(qiáng)制供應(yīng)鏈拓寬排放限額導(dǎo)致在更低成本下產(chǎn)出更低的排放量；還增加了合作的價(jià)值。表11表明了設(shè)置一個(gè)共享的排放限額而不是每個(gè)公司的排放限額對(duì)整個(gè)供應(yīng)鏈的影響。正如我們看到的，供應(yīng)鏈成本的減少是可觀的，特別是排放限額小的時(shí)候。一個(gè)共享限額為同一供應(yīng)鏈的公司提供了靈活性，即如果能夠從其他公司處排放量少，那么一些公司就可以排放超過(guò)個(gè)體的排放限額

37、。這就允許公司在減少他們的碳排放量上更加經(jīng)濟(jì)有效的承擔(dān)達(dá)到整體排放限額的更大的責(zé)任。正如個(gè)體排放限額，公司合作意味著一些公司的個(gè)體成本將增加。這里也是這樣，公司首先需要一個(gè)補(bǔ)償方案來(lái)支持合作。觀察結(jié)果12：合作帶來(lái)的效益能夠被實(shí)際的管理政策類型所影響。 正如圖表14中看到的，供應(yīng)鏈協(xié)同帶來(lái)的效益對(duì)正在實(shí)施的管理政策類型是很敏感的。特別得，當(dāng)有一個(gè)嚴(yán)格的限額并且這個(gè)限額是在中間的時(shí)候協(xié)同是最有利的。在限額抵消情況下的效益就小一點(diǎn)，由于公司會(huì)通過(guò)抵消購(gòu)買來(lái)選擇達(dá)到他們的碳限額。因此，有一個(gè)供應(yīng)鏈伙伴能夠幫助他們達(dá)到限額要求就不是那么重要了。在限額交易情況下，當(dāng)限額很高的時(shí)候協(xié)同是非常有利的。這種情

38、況下，協(xié)同的收益首先來(lái)自供應(yīng)鏈銷售給市場(chǎng)更多碳的能力。觀察結(jié)果13：如果不是所有的供應(yīng)鏈成員都參與，那么協(xié)同能夠增加成本和剩余公司的排放量。這種情況可能發(fā)生在很多情況。一個(gè)這樣的例子呈現(xiàn)在圖表15中，由三個(gè)公司組成的供應(yīng)鏈，其中公司2是公司1的供應(yīng)商，公司3是公司2的供應(yīng)商。公司1和2協(xié)同但是公司3自己做決策。公司3的成本比公司1和2不協(xié)同的時(shí)候高很多。在這個(gè)例子中，當(dāng)公司1和2協(xié)同的時(shí)候，從公司2到公司3的定單規(guī)模的改變導(dǎo)致公司3有更高的缺貨成本。同樣的影響在碳排放上可以觀察到。因此部分協(xié)同對(duì)沒(méi)有參與協(xié)同的公司在成本上是有損害的，對(duì)環(huán)境在碳排放上也是有損害的。4.未來(lái)研究的評(píng)論和方向在本篇文

39、章中，我們提出一系列的模型來(lái)表明怎么把碳排放考慮進(jìn)運(yùn)作模型中的。我們表明怎么樣使用相對(duì)簡(jiǎn)單的模型得到一些重要的見(jiàn)解來(lái)為運(yùn)作公司和決策者提供決策制定的信息。這些見(jiàn)解強(qiáng)調(diào)了運(yùn)作決策對(duì)碳排放的影響，并且擴(kuò)展到調(diào)整運(yùn)作方式來(lái)緩解碳排放。他們也指出運(yùn)作模型在評(píng)估不同管理政策的影響和評(píng)估投資在更加經(jīng)濟(jì)有效的技術(shù)上的收益的重要性。這些結(jié)果強(qiáng)調(diào)了運(yùn)作模型作為一個(gè)重要的角色能夠預(yù)測(cè)不同政策怎樣影響公司的“底線”和對(duì)環(huán)境的好處。模型和見(jiàn)解都表明了碳排放管理的引進(jìn)為公司提供了額外的動(dòng)力來(lái)合作和協(xié)同他們的運(yùn)作。他們還指出了對(duì)管理政策的需要對(duì)碳排放有一個(gè)整體觀點(diǎn)。正如我們?cè)诮榻B中提到的，本文我們的目標(biāo)不是提供一些特殊問(wèn)

40、題的綜合解決方法，而是強(qiáng)調(diào)問(wèn)題的廣泛性，當(dāng)碳排放考慮進(jìn)運(yùn)作決策制定中時(shí)會(huì)增加。我們得到的一些見(jiàn)解與從已經(jīng)開(kāi)始管理排放量的一些國(guó)家觀察到得相符。例如，Grubb和Brewer（2009），在最近地報(bào)告中時(shí)從EU的經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí)的，得到下面的一些觀察結(jié)果：（1）引進(jìn)限額交易系統(tǒng)已經(jīng)對(duì)碳排放有重要影響，當(dāng)2005年達(dá)到5%的減少量；（2）這個(gè)減少量已經(jīng)有有限的經(jīng)濟(jì)影響；（3）有排放限額的公司已經(jīng)能夠從限額交易系統(tǒng)中或是從排放折現(xiàn)的銷售中獲利了，排放折現(xiàn)同意成本效益排放減少方法或通過(guò)把碳成本轉(zhuǎn)給消費(fèi)者；（4）不采用普遍的排放限額，很多地方的公司特別是水泥工業(yè)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)簡(jiǎn)單并便宜的方法來(lái)大幅度減少他們的能源消耗。毋庸置疑地，除了我們模型中捕捉到得因素，還有別的因素導(dǎo)致這些觀察結(jié)果。然而，觀察結(jié)果似乎支持我們從模型中得到的一些見(jiàn)解的魯棒性。未來(lái)研究的道路很多。我們下面強(qiáng)調(diào)一些。這么做我們的目的不是提供綜合清單而是簡(jiǎn)單的強(qiáng)調(diào)能夠再