基于Shapley值法的港口冷鏈物流投資分析方法

楊　勇，董　娜，盧爾賽（交通運(yùn)輸部科學(xué)研究院，北京 100029）

基于Shapley值法的港口冷鏈物流投資分析方法

楊勇，董娜，盧爾賽
（交通運(yùn)輸部科學(xué)研究院，北京 100029）

從客戶的角度出發(fā)，旨在建立一套與投資額度、客戶滿意程度相關(guān)聯(lián)的港口冷鏈物流投資分析方法，為決策者在財(cái)務(wù)分析之外提供另一個(gè)分析視角。將港口冷鏈物流劃分為冷藏存儲(chǔ)、冷藏加工、冷藏運(yùn)輸、客戶服務(wù)4個(gè)環(huán)節(jié)。首先利用層次分析法確定各個(gè)環(huán)節(jié)在整條供應(yīng)鏈的權(quán)重，然后引入效用理論確定各個(gè)環(huán)節(jié)投資產(chǎn)生的效用，通過Shapley值法實(shí)現(xiàn)了各個(gè)環(huán)節(jié)在整條供應(yīng)鏈權(quán)重和各個(gè)環(huán)節(jié)投資效用的有機(jī)結(jié)合，使得發(fā)展瓶頸隨投資的變動(dòng)而改變，從而更加符合實(shí)際情況。通過實(shí)例分析，此方法能夠充分考慮投資效用的影響，也能夠減少專家打分等定性方法產(chǎn)生的主觀偏差。

港口；冷鏈物流；客戶滿意度；效用；Shapley值；層次分析法

0　引言

隨著我國農(nóng)產(chǎn)品儲(chǔ)藏保鮮技術(shù)迅速發(fā)展，冷鏈運(yùn)輸發(fā)展環(huán)境和條件不斷改善，農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流得到較快發(fā)展。近年來，我國的生鮮農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量快速增長，蔬菜產(chǎn)量約占全球總產(chǎn)量的60%，水果和肉類產(chǎn)量占30%，禽蛋和水產(chǎn)品產(chǎn)量占40%，每年約有4億t生鮮農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)入流通領(lǐng)域，冷鏈運(yùn)輸比例逐步提高。據(jù)測算，2012年中國冷鏈需求已達(dá)8 211.2萬t，果蔬、肉類、水產(chǎn)品的冷藏運(yùn)輸率已達(dá)到15%、30%和40%。與逐步擴(kuò)大的冷鏈物流需求量相比，冷鏈物流供給發(fā)展相對滯后，不僅在規(guī)模上存在缺口，在質(zhì)量上也存在差距，需要加大投資力度[1]。

而在投資決策分析方面，已有的研究大多從財(cái)務(wù)分析著手，通過比較分析、趨勢分析、因素分析、比率分析、現(xiàn)金流量分析、同型分析、結(jié)構(gòu)分析等手段，確定最終的決策方案。從財(cái)務(wù)分析進(jìn)行評價(jià)能夠明確地預(yù)估投資項(xiàng)目在財(cái)務(wù)方面是否可行，但由于是從經(jīng)營者自身的角度出發(fā)，對客戶的感知、投資效果的考慮相對薄弱[2]。同時(shí)，考慮到港口冷鏈物流總體仍處于起步期，大多港口投資時(shí)沒有歷史運(yùn)營數(shù)據(jù)作為參考，不能從內(nèi)部找出短板以確定投資環(huán)節(jié)。因此，本文以客戶感知的服務(wù)效用為衡量標(biāo)準(zhǔn)，按4個(gè)環(huán)節(jié)對冷鏈物流投資效用進(jìn)行評估，并且結(jié)合財(cái)務(wù)分析手段，進(jìn)而找出最佳的投資環(huán)節(jié)。

1　港口冷鏈物流業(yè)務(wù)分析

港口是區(qū)域冷鏈貨物進(jìn)出口的集散中心，處于整個(gè)冷鏈物流網(wǎng)絡(luò)的始點(diǎn)和終點(diǎn)，其冷鏈物流處于物流鏈的上端，不涉及末端配送及銷售環(huán)節(jié)[3]。其組成部分冷庫和分撥中心在空間上是一體的，共同組成了冷鏈物流中心，是整個(gè)業(yè)務(wù)流程的核心。同時(shí)，業(yè)務(wù)流程中包括進(jìn)出口業(yè)務(wù)，與一般的冷鏈物流業(yè)務(wù)流程有所差異[4]（見圖1）。

圖1　港口冷鏈物流運(yùn)作一般流程

由于集疏港和通關(guān)業(yè)務(wù)需要，冷藏儲(chǔ)存環(huán)節(jié)的重要性更加突出。在缺少冷庫存儲(chǔ)的情況下，冷藏存儲(chǔ)環(huán)節(jié)主要是由冷藏貨柜和港口冷藏箱堆場來完成。目前針對冷藏貨物的加工服務(wù)業(yè)務(wù)暫未開展，針對貨物開展的流通加工業(yè)務(wù)是拆拼箱作業(yè)。冷藏運(yùn)輸環(huán)節(jié)是以集卡配冷藏貨柜方式的大批量運(yùn)輸，不涉及門到門的配送服務(wù)。港口針對的客戶主要為大型批發(fā)商或者工廠類的貨主，雖然不涉及末端銷售環(huán)節(jié)，但是仍存在客戶溝通以及信息服務(wù)，故用客戶服務(wù)環(huán)節(jié)替代冷藏銷售環(huán)節(jié)。因此，參照一般冷鏈物流的營運(yùn)環(huán)節(jié)，港口冷鏈物流的流程可劃分為冷藏存儲(chǔ)、冷藏加工、冷藏運(yùn)輸及客戶服務(wù)4個(gè)環(huán)節(jié)[5]。

2　投資分析方法

2.1投資分析思路

港口冷鏈物流是一個(gè)系統(tǒng)工程，各個(gè)環(huán)節(jié)的局部最優(yōu)并不能帶來整體最優(yōu)。引入各個(gè)環(huán)節(jié)對整體提升作用的投資效用權(quán)重，一定程度上能為管理者的投資決策提供全局視野。具體的決策步驟如下：

（1）通過數(shù)據(jù)收集，分析計(jì)算出現(xiàn)狀下各個(gè)環(huán)節(jié)的投資效用權(quán)重，從而判斷出瓶頸，確定投資標(biāo)的并分析其投資的必要性；

（2）對備選投資方案集進(jìn)行效用評估，計(jì)算出各個(gè)方案實(shí)施后各個(gè)環(huán)節(jié)的投資效用權(quán)重，比較得出最優(yōu)方案；

（3）對選擇的方案進(jìn)行財(cái)務(wù)分析，若財(cái)務(wù)分析可行，則采取該方案；若財(cái)務(wù)分析不可行，在備選方案中去掉該方案，回到步驟（2），重復(fù)進(jìn)行，直到選擇出最優(yōu)結(jié)果。

理想狀態(tài)下，解決瓶頸應(yīng)該是類似于網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃圖的優(yōu)化過程：①投資薄弱環(huán)節(jié)，即投資效用權(quán)重最大的環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)的投資效用權(quán)重降低，其余環(huán)節(jié)的投資效用上升；追加投資直到該環(huán)節(jié)與其余某一個(gè)環(huán)節(jié)的投資效用權(quán)重相同，即瓶頸環(huán)節(jié)變?yōu)閮蓚€(gè)或者更多；②同時(shí)投資多個(gè)瓶頸環(huán)節(jié)，直到有新的瓶頸環(huán)節(jié)加入；③重復(fù)前一步驟，直到所有環(huán)節(jié)的投資效用權(quán)重都相同，即不再存在瓶頸環(huán)節(jié)。

在實(shí)際操作中，考慮到建設(shè)周期等因素，不可能頻繁地對各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行間斷性的投資。而最終結(jié)果將是各個(gè)環(huán)節(jié)的投資效用權(quán)重相同，因此認(rèn)為，實(shí)施后瓶頸環(huán)節(jié)的效用權(quán)重越接近，但不小于所有效用權(quán)重中的最小值，則該方案越優(yōu)于其他方案。具體思路如圖2所示。

圖2　基于效用評價(jià)的投資分析思路圖

2.2冷鏈物流的服務(wù)評價(jià)指標(biāo)體系

基于客戶滿意的物流服務(wù)質(zhì)量評價(jià)體系一般用9個(gè)指標(biāo)來評價(jià)物流服務(wù)質(zhì)量：人員溝通質(zhì)量、信息質(zhì)量、訂購過程、貨品精確率、貨品完好程度、貨品質(zhì)量、誤差處理、時(shí)間性[6]。冷鏈物流和普通物流相比要求更高，尤其為保證貨物品質(zhì)需要極高的組織協(xié)調(diào)性[7]。港口冷藏貨物基本上是大批量運(yùn)輸，主要目的是為集疏港，故而運(yùn)輸上不考慮配送，業(yè)務(wù)以存儲(chǔ)環(huán)節(jié)為主?？紤]到涉及通關(guān)，存儲(chǔ)環(huán)節(jié)中的便利也至關(guān)重要。借鑒傳統(tǒng)的基于客戶滿意的物流服務(wù)質(zhì)量評價(jià)體系[8]，建立適合港口冷鏈物流的服務(wù)評價(jià)指標(biāo)體系[9]，如表1所示。

表1　港口冷鏈物流服務(wù)指標(biāo)體系

表1（續(xù)）

利用AHP層次分析法、德爾菲法[10]，計(jì)算出4個(gè)環(huán)節(jié)對整條供應(yīng)鏈的貢獻(xiàn)權(quán)重分別為：冷藏儲(chǔ)存0.596 4、冷藏加工0.232 6、冷藏運(yùn)輸0.106 1、客戶服務(wù)0.064 9。將計(jì)算所得的權(quán)重?cái)?shù)填入評估模型，如圖3所示。

2.3各環(huán)節(jié)效用評估

本文中通過調(diào)查問卷形式，采用對比提問法來確定效用曲線[11]。假設(shè)決策者面臨兩種方案選擇A1、A2。A1表示可無任何風(fēng)險(xiǎn)地獲得一筆金額x1；A2表示以概率p得到一筆金額x2，或者以概率1-p損失金額x3，且x1>x2>x3。令U（x1）表示金額x1的效用值。若在某些條件下，決策者認(rèn)為方案A1、A2等價(jià)，則可表示為：

依據(jù)港口冷鏈物流流程的冷藏存儲(chǔ)、冷藏加工、冷藏運(yùn)輸、客戶服務(wù)4個(gè)環(huán)節(jié)，分別對應(yīng)冷庫投資、人員投入、車輛投入、信息系統(tǒng)投資。基于效用理論，建立投資額和客戶感知的服務(wù)質(zhì)量效用之間的效用曲線。一共發(fā)出50份效用調(diào)查問卷，收回43份。從最大可能性角度思考，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。

表2　效用詢問結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

圖3　冷鏈物流服務(wù)評估體系及其權(quán)重

通過計(jì)算機(jī)擬合出趨勢圖，得到冷藏存儲(chǔ)的投資效用曲線y1=0.4008ln(x+9000)-3.3645，R2=0.9909；冷藏加工的投資效用曲線y2=-5×10-10x3+1×10-6x2+ 0.0003x+0.016，R2=0.9995；冷藏運(yùn)輸?shù)耐顿Y效用曲線y3=0.0006(x+200)-0.0118，R2=0.9821；客戶服務(wù)的投資效用曲線y4=0.3147ln(x+200)-1.4373，R2=0.9919。

2.4基于Shapley值法的效用評價(jià)

本文中，把當(dāng)前投資產(chǎn)生的效用看作合作的“總收益”。因?yàn)樾в脕碜杂诳蛻舻母兄?，效用越大，越缺乏投資的必要，即效用值越大，邊際效用越小。因此計(jì)算出的權(quán)重值與效用值負(fù)相關(guān)。把這個(gè)“總收益”向各個(gè)業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)進(jìn)行分配，利用分配的結(jié)果來確定出基于效用的各個(gè)環(huán)節(jié)的投資權(quán)重。Shapley分配公式為：

式中：N代表n個(gè)局中人的集合；S為其的任一子集且對應(yīng)一個(gè)實(shí)值函數(shù)V(S)；|S|為子集S中的局中人數(shù)目，根據(jù)Shapley值法，得出各環(huán)節(jié)i的效用權(quán)重計(jì)算公式：

設(shè)：

可將公式（3）簡化為：

得出當(dāng)前效用權(quán)重后，與層次分析模型的固定權(quán)重求積，再歸一化處理，即得出隨著投資效用變化而變化的各個(gè)環(huán)節(jié)的投資權(quán)重。計(jì)算公式為：

3　實(shí)例分析

某港口計(jì)劃提升其冷鏈物流的服務(wù)水平，擬對冷藏存儲(chǔ)環(huán)節(jié)進(jìn)行投資，有3種方案可以選擇，3種方案均財(cái)務(wù)可行：A方案，建設(shè)大型專業(yè)化冷庫，項(xiàng)目投資22 200萬元；B方案，建立中型專業(yè)化冷庫，項(xiàng)目投資16 300萬元；C方案，建立小型專業(yè)化冷庫，項(xiàng)目投資9 710萬元。運(yùn)用本文的方法對該港口投資行為進(jìn)行分析。

3.1投資環(huán)節(jié)準(zhǔn)確性分析

根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果，通過效用曲線得出4個(gè)環(huán)節(jié)的投資效用為0.25、0.02、0.108、0.23。設(shè)立集合N=｛1，2，3，4｝，代表4個(gè)可投資環(huán)節(jié)，計(jì)算出各個(gè)子集貢獻(xiàn)度如表3所示。

表3　Shapley值法子集

利用公式（4）計(jì)算得出：E1=0.2415，E2= 0.0817，E3=0.1442，E4=0.2276。進(jìn)而利用公式（5）得：W效1=0.22，W效2=0.29，W效3=0.27，W效4= 0.23。代入公式（6），得到目前各環(huán)節(jié)的投資權(quán)重為：W1=0.54，W2=0.28，W3=0.12，W4=0.06，判斷出投資存儲(chǔ)環(huán)節(jié)是最為恰當(dāng)?shù)摹?/p>

3.2投資方案選擇

3.2.1A方案的投資效用評價(jià)

投資22 200萬元后，依據(jù)效用曲線，代入y1= 0.4008ln(x+9000)-3.3645，計(jì)算得到投資后倉儲(chǔ)環(huán)節(jié)的效用為0.783。其余的環(huán)節(jié)未投資，效用不變。通過Shapley值法計(jì)算效用貢獻(xiàn)度，如表4所示。

表4　A方案的Shapley值法子集

同理得出 E2=-0.0441， E3=0.0184， E4= 0.1017，計(jì)算得出當(dāng)前效用權(quán)重為：W效1=0.045，W效2=0.36，W效3=0.322，W效4=0.273。代入公式（6），求得當(dāng)前各環(huán)節(jié)的投資權(quán)重如表5所示。投資后，冷藏存儲(chǔ)的投資權(quán)重從先前的0.54下降到0.165，比最小值0.109相差0.56，接近但不小于所有效用權(quán)重中的最小值。表明采用方案A后，存儲(chǔ)環(huán)節(jié)得以改善，冷藏加工成為新的瓶頸環(huán)節(jié)。

表5　A方案投資后4環(huán)節(jié)的投資效果表

3.2.2B方案的投資效用評價(jià)

投資16 300萬元后，依據(jù)效用曲線，代入y1= 0.4008ln(x+9000)-3.3645，計(jì)算得到投資后倉儲(chǔ)環(huán)節(jié)的效用為0.699。其余的環(huán)節(jié)未投資，效用不變。計(jì)算得出當(dāng)前效用權(quán)重為：W效1=0.0484，W效2=0.361，W效3=0.321，W效4=0.269。求得當(dāng)前各環(huán)節(jié)的投資權(quán)重如表6所示。投資后，冷藏存儲(chǔ)的投資權(quán)重從先前的0.54下降到0.176，與最小值0.106相差0.7，接近但不小于所有效用權(quán)重中的最小值。表明采用方案A后，存儲(chǔ)環(huán)節(jié)得以改善，冷藏加工成為新的瓶頸環(huán)節(jié)。

表6　B方案投資后4環(huán)節(jié)投資的效果表

3.2.3C方案的投資效用評價(jià)

投資9 710萬元后，依據(jù)效用曲線，代入y1= 0.4008ln(x+9000)-3.3645，計(jì)算得到投資后倉儲(chǔ)環(huán)節(jié)的效用為0.578。其余的環(huán)節(jié)未投資，效用不變。計(jì)算得出當(dāng)前效用權(quán)重為：W效1=0.053，W效2= 0.364，W效3=0.32，W效4=0.263。求得當(dāng)前各環(huán)節(jié)的投資權(quán)重如表7所示。投資后，冷藏存儲(chǔ)的投資權(quán)重從先前的0.54下降到0.188，與最小值0.102相差0.86，接近但不小于所有效用權(quán)重中的最小值。表明采用方案A后，存儲(chǔ)環(huán)節(jié)得以改善，冷藏加工成為新的瓶頸環(huán)節(jié)。

表7　C方案投資后四環(huán)節(jié)投資的效果表

3.2.4方案選擇

由于0.56<0.7<0.86，表明方案A實(shí)施后瓶頸環(huán)節(jié)的效用權(quán)重最接近、但不小于所有效用權(quán)重中的最小值，并且方案A的財(cái)務(wù)評價(jià)可行，因此認(rèn)為A方案，即該港口投資22 200萬元建設(shè)專業(yè)化冷庫是投資決策的優(yōu)選方案。

4　結(jié)語

港口冷鏈物流處于國內(nèi)冷鏈物流網(wǎng)絡(luò)的起止端，其冷鏈物流的發(fā)展水平對整個(gè)冷鏈物流網(wǎng)絡(luò)的影響深遠(yuǎn)。本文從客戶的角度出發(fā)，建立了一套基于客戶滿意度的服務(wù)質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)體系，尋找的發(fā)展瓶頸與投資額度相互關(guān)聯(lián)，從而更加符合實(shí)際情況，對于實(shí)際操作有一定參考價(jià)值。但本文中的方法是從整體考慮，比較適合注重長期整體收益的投資決策，對于短期、局部的投資指導(dǎo)作用不明顯。

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Investment Analysis Method of Port′s Cold Chain Logistics Based on Shapley Value

YANG Yong,DONG Na,LU Er-sai
(China Academy of Transportation Sciences,Beijing 100029,China)

From the perspective of customers,an investment analysis method of port′s cold chain logis?tics was proposed,which was related with the amount of investment and customer satisfaction,in order to provide another analysis perspective for decision maker besides the financial analysis.The port′s cold chain logistics was divided into four links:storage,processing,transportation and customer service.First?ly,the weight of each link was determined by using analytic hierarchy process.Secondly,the investment utility of each link was determined through the introduction of the utility theory.Then,the organic combi?nation of the weight and investment utility of each link was implemented by the Shapley value method. In this case,it was more in line with the actual that the bottleneck of the development did evolve when investment changed.Through the analysis of examples,the influence of investment utility was fully con?sidered,and the subjective bias such as the expert scoring methods was avoided.

port;cold chain logistics;customer satisfaction;utility;Shapley value;analytic hierar?chy process

U692

A

2095-9931（2015）02-0053-05

10.16503/j.cnki.2095-9931.2015.02.010

2014-12-31

楊勇（1986—），男，四川德陽人，工程師，碩士，主要從事交通運(yùn)輸及物流領(lǐng)域的規(guī)劃和政策方面的研究工作。E-mail:young_5@163.com。