摘要:区块链技术的应用,可以减小交易时间的敏感程度对低碳供应链决策的消极影响;两种补贴方式对企业绿色努力均有促进作用,大多情况下技术补贴优于数量补贴,与是否应用区块链技术无关;当区块链技术与补贴政策同时应用于低碳供应链中,可以更好地发挥补贴机制的激励作用;当区块链技术成本小于一定阈值时,低碳供应链应用区块链技术可以提高产品绿色度和供应链各成员利润,而且区块链技术成本阈值在技术补贴下最大,还发现区块链技术成本与消费者对产品不信任程度呈反比关系。
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一、引言
作为数字经济重点支撑技术之一的区块链技术(BT),已经列入“十四五”规划和2023年远景目标纲要的国家规划。针对传统供应链仍存在信息不对称、产品质量把控难、交易流程繁琐及消费需求难精准定位等问题,将具有独特价值的区块链技术应用于低碳供应链中,有利于多措并举推动企业绿色创新和转型升级,更好地实现经济效益和环境绩效。
低碳技术研发的投入成本较高、研发难度较大,企业不仅经济效益受到影响,创新研发的积极性也可能减弱。因此,政府推出低碳补贴政策,以缓解企业研发压力和提升企业减排水平,且补贴方式有多种,如碳税、碳限额、碳交易及碳补偿等政策。Meng等(2021)构建有无政府补贴两种情形下创新补贴和数量补贴双渠道低碳供应链模型,探讨两种不同补贴政策对低碳供应链运营的作用机制,进而论证供应链各成员利润取决于政府补贴的数额,针对企业提出相应管理启示[1]。Su等(2020)基于不同权力结构和不同补贴方式构建绿色供应链定价决策模型,探究不同情形下绿色供应链的最优决策,分析补贴系数对最优决策的影响[2]。王道平等(2024)基于政府补贴政策,将持股合作战略引入供应链中,建立微分博弈模型并求解,分析持股比例和消费者偏好对产品定价、补贴政策及各成员利润的影响[3]。
随着区块链技术的兴起,已经广泛应用于各行各业,如金融业、建筑业、农业、医疗行业及制造企业等。Omar等(2022)根据区块链技术具有供应链利益相关者之间透明、安全及信息交互的特点,解决在医疗保健行业应急准备、风险缓解及供应链管理方面的系统漏洞问题[4]。谭春桥等(2022)从效用函数角度,将区块链技术引入疫苗供应链中,分析区块链的溯源防伪技术对供应链的利润、消费者效用及社会福利的影响,发现溯源防伪技术的固定费用与企业、与平台之间的合作有关联[5]。Zhong等(2023)构建一个制造商和两个零售商(线上和线下)的双渠道供应链模型发现,制造商愿意采用BT来展示产品信息,线下零售商和消费者都能从中获得收益;同时,比较两种补贴政策,表明创新补贴比数量补贴能实现更好的社会福利[6]。Song等(2023)基于区块链技术和政府补贴,构建在不同情形下两家制造商竞合关系的低碳供应链博弈模型,考虑消费者信息信任和绿色偏好对产品绿色度、产品价格和低碳供应链各主体利润最优运作决策影响发现,区块链技术的应用,取决于技术研发难度和政府补贴类型[7]。林强等(2024)根据区块链信息传递的功能,引入绿色产品潜在市场规模削弱因子和产品绿色度对需求产生积极影响的折扣因子,分析实施区块链前后两种情形下低碳供应链的决策,并从环境价值和经济价值两个角度,分析应用区块链的成本条件[8]。邹梓琛等(2023)从产品差异化角度,构建应用区块链前后的效用函数,分析低碳供应链各成员的决策、收益情况,以及区块链应用条件[9]。王心等(2024)引入区块链技术,从不同权力结构角度分析低碳供应链的减排水平和产品定价决策,并借助区块链技术的智能合约特性得出产品的最优批发价,发现零售商主导下智能合约可以改善低碳供应链的利润[10]。
由已有文献可知,研究将区块链技术和政府补贴综合应用到低碳供应链的学者较少,且考虑传统供应链存在产品信息不对称和产品交易时间冗长的问题。因此,本研究以政府补贴为切入点,考虑制造商和零售商均引入区块链技术情形,构建应用区块链技术前后不同补贴情形下低碳供应链博弈模型,分析消费者对产品信息不信任程度、对交易时间敏感系数,以及政府补贴类型对低碳供应链产品绿色度、价格和各成员利润的影响,进一步探究低碳供应链各成员愿意应用区块链技术的成本条件。
二、模型描述与假设
构建一家上游制造商和一家下游零售商组成的两级低碳供应链。其中,制造商占据主导地位,假设制造商以生产成本c和产品绿色度e生产低碳产品,再以批发价格ω出售给零售商,随后零售商以市场价格p销售给消费者,即“传统低碳供应链”。政府搭建区块链技术平台为企业和消费者提供可追溯和可视化、优化交易流程等服务[11-12],但企业需有偿应用区块链技术;消费者借助区块链技术查询产品原材料、性能及产品绿色度等相关信息,熟知产品信息,增加绿色消费需求。与此同时,政府借助区块链技术平台对企业碳排放和产品质量等进行监控和管理,也增加消费者对产品的信任,即“区块链技术赋能低碳供应链”。
本研究模型涉及的参数如下:
假设1:未实施区块链技术时,产品的需求函数为:qT=a-bp-βt+(1-θ)λe。其中,a表示市场的潜在需求量;b表示消费者对低碳产品价格的敏感系数;β表示消费者对产品交易时间的敏感系数;t表示未实施区块链技术时产品交易时间;θ表示消费者对产品绿色度信息不信任程度;λ表示消费者对产品绿色度的敏感系数。若上下游企业应用区块链技术,产品交易时间为T,且T<t;此外,消费者实现产品原材料追溯、质量监控和绿色度信息查询,因此θ=0,即消费者对产品的绿色度信息充分信任,则qB=a-bp-βT+λe。
假设2:为加快实现“双碳”目标,制造商通过投入资金研发低碳产品并提高产品绿色度,研发成本I是关于产品绿色度的函数:,k表示产品绿色度的研发成本系数。
假设3:当实施区块链技术时,上下游企业均承担区块链技术单位应用成本cb(不失一般性,c<cb)。
三、模型构建
(一)传统低碳供应链模型
1. 无政府补贴情形
由上游制造商和下游零售商组成两级低碳供应链。制造商作为stackelberg博弈中的领导者,优先确定产品批发价ω和产品绿色度e,随后,零售商作为跟随者根据ω和e确定产品价格p。制造商和零售商的收益函数为:
通过逆向归纳法求解上述模型,对式(2)的p求一阶偏导并求解,令,有公式如下:
将式(3)代入式(1)中,πTr是关于ω和e的海赛矩阵,且其一阶顺式主子式H1=-k<0,二阶顺式主子式H2=4kb-λ2(1-θ)2>0,因此,可判定H为负定,则式(1)的极大值存在,令其一阶条件为0,即,求得函数均衡解如下:
将式(3)~式(5)代入q、πmT和πrT中,求得需求量、制造商和零售商利润的均衡解分别为:
“双碳”补贴政策不仅鼓励企业在生产经营中注重可持续性,提高产业结构的绿色度,而且激励企业投资绿色技术,推动科技创新,提升我国在环保领域的国际竞争力。
2. 技术补贴情形
本研究的技术补贴则为政府对制造商投资的绿色努力成本k进行补贴。基于技术补贴情形,假设政府提供技术补贴比例为γ,制造商获得补贴。此时,制造商和零售商的收益函数分别为:
通过逆向归纳法求解上述模型,对式(11)的p求一阶偏导并求解,令,解得最优销售价格为:
将式(12)代入式(10)中,πrTI是关于和的海赛矩阵,且其一阶顺式主子式H1=-k(1-γ)<0,二阶顺式主子式H2=4kb(1-γ)-λ2(1-θ)2>0,因此,可判定H为负定,则式(10)的极大值存在,令其一阶条件为0,求得函数均衡解如下:
将式(12)~式(14)代入q、πmTI和πrTI中,求得需求量、制造商和零售商利润的均衡解分别为:
3. 产量补贴情形
本研究产量补贴则为政府对制造商生产的单位产品成本c进行补贴。基于产量补贴情形,假设政府提供产量补贴比例为s,制造商获得sc补贴。此时,制造商和零售商的收益函数分别为:
通过逆向归纳法求解上述模型,对式(20)的p求一阶偏导并求解,令,解得最优销售价格为:
将式(21)代入式(19)中,πmTQ是关于ω和e的海赛矩阵,且一阶顺式主子式H1=-k<0,二阶顺式主子式H2=4kb-λ2(1-θ)2>0。因此,可判定H为负定,则式(19)的极大值存在,令其一阶条件等于为0,求得函数均衡解如下:
将式(22)~式(24)代入q、πmTQ和πrTQ中,求得需求量、制造商和零售商利润的均衡解分别为:
命题1:在传统低碳供应链下,无论是否实施政府补贴,低碳供应链各成员决策与消费者对产品信息不信任程度θ呈反比关系,即产品绿色度信息不信任程度越大,产品批发价、绿色度、价格和各成员利润等均衡解越小。
命题1表明,消费者对产品信息不信任程度,会影响低碳供应链各成员的决策。在传统低碳供应链下,企业之间仅能通过传统方式传递信息,而消费者获取的产品信息无法求证其准确性,存在信息不对称和信息偏差的问题。当消费者对产品绿色度信息不信任程度越大,消费需求随之下降,则零售商通过降低产品价格以满足自身利润最大化,制造商通过降低产品绿色度节约成本,造成双方利润均下降。
命题2:在传统低碳供应链下,比较有无补贴策略情形下制造商和零售商的利润。政府补贴情形下的制造商利润优于无政府补贴情形。当时,技术补贴情形下制造商利润高于数量补贴情形,即πmTI>πmTQ;当θ″<θ<1时,数量补贴情形下制造商利润高于技术补贴情形,即πmTI<πmTQ;零售商利润在技术补贴情形下最高,即πrTI>πrTQ。
命题2表明,当消费者对产品信息不信任的程度较低时,制造商利润在技术补贴情形下比数量补贴情形下更高,说明技术补贴对制造商产品绿色度研发的激励效果显著;随着消费者对产品信息不信任的程度逐渐增大,消费者购买需求也会随之下降,此时制造商通过数量补贴方式可获得激励效果。而零售商始终在技术补贴情形下获利最多,优于数量补贴情形,优于无补贴情形。
(二)区块链技术赋能低碳供应链模型
区块链的透明性和不可纂改性,使得有关部门可以对假冒企业及经营不合规企业进行有效监督;区块链的信息共享可实时反映到供应链各成员,企业及时接收需求变动、物流运输等信息,缩短招标采购和合同签订的交易时间,提高供应链链条效益;区块链的信息真实性,可使消费者准确捕获产品原材料、质量等信息,根据消费需求精准定位产品,提升购物体验。
1. 无政府补贴情形
由上游制造商和下游零售商组成两级低碳供应链,且上下游企业均应用区块链技术。制造商作为stackelberg博弈模型中领导者,优先确定产品批发价ω和产品绿色度e,随后,零售商作为跟随者根据ω和e确定产品价格p。制造商和零售商的收益函数为:
通过逆向归纳法求解上述模型,对式(29)的p求一阶偏导并求解,令,解得最优销售价格为:
将式(30)代入式(29)中,同上述方法,求得函数均衡解如下:
将式(31)~式(33)代入q、πmB和πrB中,求得需求量、制造商和零售商利润的均衡解分别为:
2. 技术补贴情形
基于技术补贴情形,假设政府提供技术补贴比例为γ,制造商获得补贴。此时,制造商和零售商的收益函数分别为:
通过逆向归纳法求解上述模型,对式(38)的p求一阶偏导并求解,令,解得最优销售价格为:
将式(39)代入式(37)中,同上述方法,求得函数均衡解如下:
将式(40)~式(42)代入q、πmBI和πrBI中,求得需求量、制造商和零售商利润的均衡解分别为:
3. 数量补贴情形
基于产量补贴情形,假设政府提供产量补贴比例为s,制造商获得sc补贴。此时,制造商和零售商的收益函数分别为:
通过逆向归纳法求解上述模型,对式(47)的求p一阶偏导并求解,令,解得最优销售价格为:
将式(48)代入式(46)中,同上述方法,求得函数均衡解如下:
将式(49)~式(51)代入q、πmBQ和πrBQ中,求得需求量、制造商和零售商利润的均衡解分别为:
命题3:区块链技术的应用会增加额外的单位技术成本,制造商和零售商的均衡解与区块链单位应用成本cb呈反比关系(区块链技术单位应用成本,对实施补贴情形下低碳供应链均衡结果的影响效果相同,不再赘述及证明)。
命题3表明,当应用区块链技术时,制造商和零售商会额外增加单位应用成本,单位应用成本的增加对产品批发价和绿色度及销售价格会产生消极作用,由于消费者均是低碳产品的追求者,产品需求量明显降低;零售商为弥补自身利润而提高产品销售价格,但仍削弱了制造商和零售商的利润。虽然区块链技术能提升消费者对产品的信任度,但企业仍需要考虑额外应用成本的增加是否能给自身带来更大收益。
命题4:在区块链赋能低碳供应链模型中,产品批发价ω、产品绿色度e、产品价格p、需求量q及供应链各成员利润πmB、πrB,均与产品交易时间的敏感系数β呈反比关系,与命题1的结论相似,且高于传统低碳供应链情形。
命题4表明,在应用区块链技术情形下,产品交易时间的敏感系数对低碳供应链各成员决策呈负相关,有消极作用。相较于未应用区块链技术情形下有明显的改善,优化了交易流程,节省了交易时间,说明区块链技术的应用将会给低碳供应链条带来效益。由于制造商不仅承担绿色努力成本,还增加区块链单位应用成本,降低了自身的利润。
四、应用区块链技术前后低碳供应链决策结果比较分析
虽然制造商和零售商应用区块链技术可以实现信息公开透明、优化流程效率及提升消费信任,但需要额外支付一定的区块链技术单位应用成本。上下游企业是否愿意应用区块链技术,不仅取决于区块链技术所带来的收益,也取决于区块链技术成本。因此,将讨论制造商和零售商愿意应用区块链技术的成本条件。
推论1:不同补贴政策下,比较应用区块链前后的产品绿色度,可知:在无政府补贴情形下,当0<cb<ceT时,eB>eT;当cb>ceT时,eB<eT。在技术补贴情形下,当0<cb<ceI时,eBI>eTI;当cb>ceI时,eBI<eTI。在数量补贴情形下,当0<cb<ceQ时,eBQ>eTQ;当cb>ceQ时,eBQ<eTQ。且ceI>ceQ>ceT。
推论1表明,在3种不同情形下,均存在一个区块链技术成本条件。当区块链技术单位应用成本小于一定阈值时,区块链技术下的产品绿色度高于未应用区块链技术情形。在3种情形下的比较可知,实施技术补贴情形下区块链技术成本条件最大,未实施补贴情形下最小,说明技术补贴在区块链技术下提高产品绿色度的可能性更大。
推论2:不同补贴政策下,比较应用区块链前后的产品批发价,可知:在无政府补贴情形下,当时cb>0,pB>pT;ωB>ωT。在技术补贴情形下,当cb>0时,pBI>pTI;当0<cb<cωI时,ωBI>ωTI;当cb>cωI时,ωBI<ωTI。在数量补贴情形下,当cb>0时,pBQ>pTQ;当0<cb<cωQ时,ωBQ>ωTQ;当cb>cωQ时,ωBQ<ωTQ。且cωQ>cωI。
推论2表明,无论是否实施政府补贴,只要应用区块链技术时单位成本大于零,都可以提高产品价格。在无政府补贴情形下,应用区块链技术单位成本只要大于零,将会提高产品批发价;在实施政府补贴情形下区块链技术单位成本存在不同的阈值,且实施数量补贴情形高于技术补贴情形,说明产品批发价在数量补贴情形下得到提高的可能性较大。
推论3:不同补贴政策下,比较应用区块链前后的制造商利润,可知:在无政府补贴情形下,当0<cb<cTπm时,πmB>πmT;当cb<cTπm时,πmB<πmT。在技术补贴情形下,当0<cb<cIπm时,πmBI>πmTI;当cb>cIπm时,πmBI<πmTI。在数量补贴情形下,当0<cb<cQπm时,πmBQ>πmTQ;当cb>cQπm时,πmBQ<πmTQ。且cIπm>cQπm>cTπm。
推论4:不同补贴政策下,比较应用区块链前后的零售商利润,可知:在无政府补贴情形下,当0<cb<cTπr时,πmB>πmT;当cb>cTπr时,πmB<πmT。在技术补贴情形下,当0<cb<cIπr时,πmBI>πmTI;当cb>cIπr时,πmBI<πmTI。在数量补贴情形下,当0<cb<cQπr时,πmBQ>πmTQ;当cb>cQπr时,πmBQ<πmTQ。且c Iπm>c Qπm>c Tπm。
推论3和推论4表明,改善制造商或零售商的利润,与区块链技术单位成本的一定阈值有关。在3种不同情形下,均存在一定阈值使应用区块链技术下制造商或零售商利润高于未应用区块链技术情形,且技术补贴同时应用,可以更好提高制造商或零售商利润,也说明在此情形下,制造商或零售商利润增加的可能性更大。
五、数值算例
本研究从理论上分析了应用区块链技术前后和实施不同补贴方式情形下,消费者对产品信息不信任程度、产品交易时间敏感系数,以及应用区块链技术产生单位成本对低碳供应链最优决策的影响,并讨论供应链各企业愿意应用区块链技术单位成本条件。利用Matlab软件对上述决策结果进行数值分析,假设模型中相关参数如下:
(一)消费者对产品信息不信任程度对低碳供应链决策影响
有无补贴情形下消费者对产品信息不信任程度,对产品批发价、绿色度、价格和需求量的影响,如图1所示:
图1 有无补贴情形下消费者对产品信息不信任程度对产品批发价、绿色度、价格和需求量的影响
由图1可知,无论是否实施政府补贴,产品批发价、绿色度、价格及需求量,受消费者对产品信息不信任的程度影响,随着θ的增大而减小,与命题1和命题2的结论一致。提供技术补贴情形下的决策优于其他情形,技术补贴下的产品绿色度随着θ的增大下降速度也加快,虽然补贴激励了企业提升绿色努力,但是不能消除消费者对产品信息的疑虑,需求量的减少导致绿色努力下降。
零售商根据制造商制定的批发价确定产品的销售价格,由于技术补贴的激励效果明显,制造商投入绿色研发的成本较高,因此,批发价和产品价格最高;未实施补贴和数量补贴情形下的产品绿色度水平接近,数量补贴足以弥补制造商的绿色努力成本,因此,未实施补贴情形下的批发价和价格略高于数量补贴情形。
有无补贴情形下消费者对产品信息不信任程度,对制造商利润和零售商利润的影响,如图2所示:
图2 有无补贴情形下消费者对产品信息不信任程度对制造商利润和零售商利润的影响
由图2可知,3种不同情形下,制造商和零售商的利润均随着θ的增大而下降。而制造商利润变化与补贴方式和消费者对产品信息不信任程度有关,当θ较小时,技术补贴情形下制造商利润最高,随着θ逐渐增大,消费者的需求降低,制造商利润进而下降,低于数量补贴情形下制造商利润。
(二)消费者对产品交易时间敏感系数对低碳供应链决策影响
区块链技术前后无补贴情形下,消费者对产品交易时间敏感系数对低碳供应链决策影响,如图3所示:
图3 区块链技术前后无补贴情形下消费者对产品交易时间敏感系数对低碳供应链决策影响
图3表示,基于无政府补贴情形下,比较应用区块链技术前后两种情形下低碳供应链各成员决策(两种补贴情形的结论同理)。产品的批发价、绿色度、价格及需求量,随消费者对交易时间的敏感系数的增加而减少,且应用区块链技术情形下的决策更优。从图3(e)可知,制造商和零售商的利润与β呈反比,但制造商在传统低碳供应链情形下收益更佳,因为区块链技术的应用使企业增加额外成本,加大了研发压力。亦可看出,β对低碳供应链决策的影响幅度较小,但区块链技术的应用对低碳供应链仍起到积极作用。
区块链技术前后技术补贴情形下绿色努力程度对制造商或零售商利润影响,如图4所示:
图4 区块链技术前后技术补贴情形下绿色努力程度对制造商或零售商利润影响
由图4可知,当0.3<k≤0.6时,实施技术补贴和应用区块链情形下制造商利润高于仅实施技术补贴情形,且高于仅应用区块链技术情形;当k>0.6时,仅应用技术补贴难以弥补制造商因提高产品绿色度产生的成本,制造商的利润低于未实施补贴情形。零售商利润在实施技术补贴和应用区块链情形下,始终高于其他两种情形,表明技术补贴对低碳供应链各企业利润起到积极作用,并且技术补贴与区块链技术同时实施情形下,可以产生“1+1>2”的效果。区块链技术前后数量补贴情形下,绿色努力程度对制造商或零售商利润影响,如图5所示:
图5 区块链技术前后数量补贴情形下绿色努力程度对制造商或零售商利润影响
由图5可知,当0.3<k≤0.6时,实施数量补贴和应用区块链情形下制造商利润最优,数量补贴可以抵消绿色努力成本;随着k增大,仅实施数量补贴无法弥补绿色努力成本的增加,使其利润降低;当k>0.75时,绿色努力成本的增加,以及应用区块链技术额外成本的增多,使数量补贴的激励作用削弱,低于传统低碳供应链情形。零售商利润在实施数量补贴情形获利效果更佳,且实施数量补贴和区块链技术情形下零售商获利效果最佳。
由图4、图5可知,无论哪种补贴方式,绿色努力程度与低碳供应链各企业利润均呈反比关系,表明绿色努力成本越高,制造商和零售商收益状况受到抑制;还可看出,仅实施技术或数量补贴情形与仅应用区块链技术情形的变化趋势几乎重合,说明企业选择其中任一种方式产生的激励效果相似。
(三)区块链技术应用成本与消费者对产品信息不信任程度的关系
区块链单位技术成本,影响低碳供应链各主体应用区块链情况。从前文理论分析发现,区块链单位技术成本与消费者对产品信息不信任程度有关。基于此,通过数值分析来讨论两者之间的关系。消费者对产品信息不信任程度对区块链技术应用成本的影响,如图6所示:
图6 消费者对产品信息不信任程度对区块链技术应用成本的影响
由图6可看出,区块链单位技术成本受消费者对产品信息不信任程度强弱影响,呈正比关系。产品绿色度、制造商及零售商利润在技术补贴情形下,区块链单位技术成本高于数量补贴和无补贴情形,表明技术补贴情形下提升产品绿色度、提高各企业收益的可能性最大;而产品批发价在数量补贴情形下得到提高的可能性更大。
六、结论
无论是否采用区块链技术,消费者对产品信息不信任程度和消费者对产品交易时间敏感系数,与产品绿色度、产品价格及利润等决策呈反比关系。由于区块链技术是实现供应链缩短交付周期和信息透明的新基建,消费者对产品信息完全信任,以及产品交易时间敏感程度,对低碳供应链决策的负向影响将减弱,说明区块链技术应用于低碳供应链中,有助于提升企业流程效率及增加消费者信任,进而提高低碳需求。
不同补贴政策下,仅当区块链技术成本大于一定阈值时,低碳供应链各主体才愿意应用区块链技术,制造商才能提高产品绿色度,各主体才能提升自身利润,且在技术补贴情形下,获得更大收益的可能性更高;区块链技术成本与消费者对产品信息不信任程度呈正比关系。这说明,企业不仅要考虑区块链技术所带来的收益,还要充分考虑区块链技术应用的可行性和必要性,如技术成本、技术难度或市场需求等方面。
补贴政策是激励企业低碳发展的良好机制,不仅能提高产品绿色度,还能提高各主体利润。当区块链技术与补贴机制同时应用于低碳供应链中,就实现了“1+1>2”的效果,且技术补贴优于数量补贴。企业与政府之间合作,不断壮大低碳产品市场的同时,提升消费者低碳需求偏好,引导全社会树立低碳消费理念,为企业数字低碳转型提供动力。
本研究以政府补贴为主线,研究制造商和零售商两个主体应用区块链技术情形,对低碳供应链绿色度、定价及利润的影响。所以,本研究仅考虑了供应链主体均应用区块链技术情形,未考虑分别应用区块链时供应链决策对其如何影响;而技术成本的投资作为企业发展的难题之一,也应考虑技术成本分担或收益共享等分配方式,对供应链是否有激励作用。
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文章来源:刘诗祺,赵礼强.考虑区块链技术和政府补贴下低碳供应链的决策研究[J].经营与管理,2024,(12):152-161.
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创刊时间:1995年
发行周期:月刊
期刊开本:大16开
见刊时间:一年半以上
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