多層規(guī)劃在生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流供應(yīng)鏈中的應(yīng)用

文/壽建敏 馮春新

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多層規(guī)劃在生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流供應(yīng)鏈中的應(yīng)用

文/壽建敏 馮春新

摘 要：在全球化競爭激烈的環(huán)境下，為提高冷鏈物流企業(yè)的競爭力，強(qiáng)化對(duì)供應(yīng)鏈的管理將是一種必要的趨勢。本文對(duì)生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈中的生產(chǎn)商、經(jīng)銷商及消費(fèi)者構(gòu)建了三層規(guī)劃模型，探討在合作環(huán)境下農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量、供應(yīng)商及經(jīng)銷商提供的服務(wù)水平變化對(duì)各層的影響，并利用MATLAB給出了算例及分析。分析認(rèn)為，在保證消費(fèi)者滿意度的情況下，生產(chǎn)商、經(jīng)銷商對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量及服務(wù)的把控能較大程度地影響自身利潤，且能做出最佳的生產(chǎn)、配銷及庫存決策。其中經(jīng)銷商無論是在提高還是降低產(chǎn)品質(zhì)量及服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，都比生產(chǎn)商更影響自身的收益。

關(guān)鍵詞：農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流；多層規(guī)劃；供應(yīng)鏈

隨著十三五規(guī)劃出臺(tái)對(duì)冷鏈物流行業(yè)的重視以及國家“除貧”力度的加大，各大電商紛紛瞄準(zhǔn)生鮮農(nóng)產(chǎn)品市場這塊大蛋糕，農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流已悄然興起，成為將農(nóng)村、農(nóng)業(yè)、農(nóng)民與城市、工商業(yè)、城市居民緊密聯(lián)系在一起的領(lǐng)域。農(nóng)產(chǎn)品物流，是指為了避免可食用農(nóng)產(chǎn)品的營養(yǎng)成分流失和腐爛變質(zhì)等情況發(fā)生，進(jìn)而人為采取的一種將其生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)、銷售等環(huán)節(jié)始終置于特定低溫環(huán)境下的一種供應(yīng)鏈系統(tǒng)[1]。由于供應(yīng)鏈系統(tǒng)較為復(fù)雜，一方面，在信息不對(duì)稱下，產(chǎn)品從供應(yīng)商到消費(fèi)者會(huì)經(jīng)由多級(jí)供應(yīng)商、制造商、經(jīng)銷商及零售商等多個(gè)節(jié)點(diǎn)企業(yè)，且節(jié)點(diǎn)企業(yè)的地位并不是平等的[2]；另一方面，農(nóng)產(chǎn)品由于其產(chǎn)品自身特性，在運(yùn)輸過程中較多的環(huán)節(jié)不僅造成損壞，嚴(yán)重的還導(dǎo)致價(jià)格步步升高。因而農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流遭遇著市場大、成本高、利潤薄的發(fā)展窘境。因此如何協(xié)調(diào)供應(yīng)鏈中各節(jié)點(diǎn)企業(yè)，以降低農(nóng)產(chǎn)品成本，促進(jìn)農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流業(yè)的發(fā)展顯得尤為必要。多層規(guī)劃作為一種分布式?jīng)Q策問題研究方法，是假設(shè)某決策者及其下屬有各自的決策變量和目標(biāo)函數(shù)，決策者可以通過其決策對(duì)其下屬施加影響，而下屬則有充分權(quán)限決定如何對(duì)其各自目標(biāo)進(jìn)行決策，且這些決策又將對(duì)其領(lǐng)導(dǎo)和下屬產(chǎn)生影響。由于供應(yīng)鏈整體決策呈遞階結(jié)構(gòu)，信息逐層交互，與該研究方法十分契合且在供應(yīng)鏈中的適用性已被論證、應(yīng)用[3][4][5][6]，因此本文采用多層規(guī)劃方法來研究冷鏈物流供應(yīng)鏈問題。

1.農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流各層主體設(shè)定

從完整的供應(yīng)鏈上來看，其鏈上的成員是多層次的。但冷鏈物流供應(yīng)鏈系統(tǒng)由于其產(chǎn)品的保鮮特殊性，因而在供應(yīng)鏈上節(jié)點(diǎn)企業(yè)越少越好；在目前互聯(lián)網(wǎng)+的時(shí)代，生鮮電商020模式已成為主流，如天貓、京東、一號(hào)店等電商平臺(tái)，而“菜管家”一類的專業(yè)型企業(yè)，則直接開創(chuàng)了P2B2F的模式（即農(nóng)戶+公司+消費(fèi)者）[7]，因此本文以生產(chǎn)商、經(jīng)銷商和消費(fèi)者作為研究對(duì)象，建立冷鏈物流三層規(guī)劃模型：下層為消費(fèi)者，以效用[8]最大化為目標(biāo)；中層和上層分別為經(jīng)銷商和生產(chǎn)商，兩者均以利潤最大化為目標(biāo)。由于產(chǎn)品質(zhì)量和服務(wù)水品能較大程度地影響銷售量[9]，所以需要考慮質(zhì)量和服務(wù)因素，本文用顧客滿意度模型[10]來刻畫。

2.模型參數(shù)及變量設(shè)定

表一 符號(hào)表

表二 參數(shù)表

表三 變量表

3.多層供應(yīng)鏈模型的建立

模型中，（1～1）式表示考慮產(chǎn)品質(zhì)量和服務(wù)后的生產(chǎn)商利潤表達(dá)式，CSItpdm為單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)銷商對(duì)生產(chǎn)商提供的產(chǎn)品m的滿意度指數(shù)，CSItpdmav為經(jīng)銷商對(duì)生產(chǎn)商提供的產(chǎn)品m的最低滿意度指數(shù)，CSItpdmgv為經(jīng)銷商對(duì)生產(chǎn)商提供的產(chǎn)品g的最高滿意度指數(shù)；（1～2）式為生產(chǎn)商的利潤表達(dá)式，CSItpdm為單位時(shí)間內(nèi)消費(fèi)者對(duì)經(jīng)銷商提供的產(chǎn)品g的滿意度指數(shù)，CSItpdmav為消費(fèi)者對(duì)經(jīng)銷商提供的產(chǎn)品g的最低滿意度指數(shù)，CSItpdmgv為消費(fèi)者對(duì)經(jīng)銷商提供的產(chǎn)品g的最高滿意度指數(shù)；（1～3）表示經(jīng)銷商的第t期產(chǎn)品庫存量等于第t～1期產(chǎn)品庫存量加上第t期生產(chǎn)商配送的產(chǎn)品量減第t期經(jīng)銷商配送到消費(fèi)者的產(chǎn)品數(shù)量；（1～4）為第t期經(jīng)銷商配送到消費(fèi)者的產(chǎn)品數(shù)量等于消費(fèi)者的需求量；（1～5）式為消費(fèi)者效用函數(shù)，其中αm∈（0,1）反映消費(fèi)者對(duì)第m種產(chǎn)品和購買數(shù)量的偏好，βm∈（0,1）反映消費(fèi)者對(duì)第m中產(chǎn)品滿意度的偏好（產(chǎn)品質(zhì)量和服務(wù)水平），αβm=1；Am(＞ 0)代表第m種產(chǎn)品市場成熟度對(duì)消費(fèi)者的影響，Rm(＞ 0)代表消費(fèi)者對(duì)第m種產(chǎn)品支出的敏感系數(shù)；（1～6）表示第t期生產(chǎn)商的庫存量等于第t～1期末產(chǎn)品庫存量加上第t期生產(chǎn)商生產(chǎn)的產(chǎn)品量減去第t期配送到經(jīng)銷商的產(chǎn)品數(shù)量；（1～7）表示生產(chǎn)商配送到經(jīng)銷商的產(chǎn)品數(shù)量，大于生產(chǎn)商為滿足成本需要所需的最低配送要求的產(chǎn)品數(shù)量，小于生產(chǎn)商配送設(shè)備的最大配送量；（1～8）表示生產(chǎn)商對(duì)經(jīng)銷商的產(chǎn)品價(jià)格大于生產(chǎn)商的成本價(jià)格，小于經(jīng)銷商所能接受的最高價(jià)格；（1～9）表示經(jīng)銷商配送給消費(fèi)者的產(chǎn)品數(shù)量，在成本限制下應(yīng)大于最基本的配送量，小于經(jīng)銷商配送設(shè)備的最大配送量；（1～10）為經(jīng)銷商對(duì)消費(fèi)者的產(chǎn)品價(jià)格應(yīng)大于經(jīng)銷商的成本價(jià)格，小于消費(fèi)者所能接受的最大價(jià)格；（1～11）表示生產(chǎn)商的生產(chǎn)數(shù)量由于規(guī)模、設(shè)備等限制應(yīng)小于某一最大生產(chǎn)數(shù)量；（1～12）表示生產(chǎn)商的產(chǎn)品庫存，應(yīng)小于經(jīng)銷商的庫存最大容量，大于生產(chǎn)商為保持經(jīng)銷商面臨的臨時(shí)需求所維持的最小庫存量；（1～13）表示經(jīng)銷商的庫存量，應(yīng)小于經(jīng)銷商的最大庫存容量，小于為滿足消費(fèi)者的臨時(shí)需求而維持的最低庫存量。

4.多層供應(yīng)鏈模型求解

對(duì)于多層規(guī)劃的求解方法，國內(nèi)外學(xué)者提出了不同的解法，如國外學(xué)者Bialas[11]，W.F和Falk，J.E[12]對(duì)于三層規(guī)劃問題運(yùn)用的是“Kth～BEST”算法，國內(nèi)學(xué)者則多采用模糊數(shù)學(xué)集合理論的隸屬函數(shù)來運(yùn)算，如李應(yīng)、楊善林[13]等。

本文由于模型的特殊性采用粒子群算法同時(shí)結(jié)合模糊數(shù)學(xué)方法來解答，其求解步驟如下：

步驟1 各層依據(jù)自身目標(biāo)函數(shù)和約束條件求解最優(yōu)解，并計(jì)算最低目標(biāo)滿意值，如果求解結(jié)果各層均可接受則求解過程結(jié)束，否則進(jìn)入步驟2；

步驟2 所有決策者將步驟1計(jì)算的結(jié)果作為一種隸屬函數(shù)的修正信息調(diào)整確定各自目標(biāo)隸屬函數(shù)u（ x），i=1，2，3，并且上層決策者向下層決策者提供其決策變量滿意度函數(shù)；

步驟3 求解模型（2），若所有決策者對(duì)于規(guī)劃解滿意，解題過程就此停止；否則進(jìn)入步驟4；

步驟4 若有任何一方不滿意，則此決策者或其他各方皆可以調(diào)整各自目標(biāo)隸屬函數(shù)或滿意度水平。例如第一層決策者對(duì)目標(biāo)或決策變量結(jié)果不滿意，則其調(diào)整目標(biāo)（或決策變量）隸屬函數(shù)或滿意度水平，并提供給第二層決策者；第二層決策者相應(yīng)修正自身的隸屬函數(shù)或滿意度水平，并向下層提供新的隸屬函數(shù)或值。

步驟5 求解修正后的模型，直至所得結(jié)果各方都能接受為止，否則進(jìn)入步驟4。

5.算例分析

假設(shè)有一家黃花魚生產(chǎn)商與一家經(jīng)銷商，在三個(gè)進(jìn)貨期內(nèi)銷售給一個(gè)消費(fèi)者。設(shè)定購買方對(duì)購買產(chǎn)品的各個(gè)指標(biāo)的評(píng)價(jià)總分為5分，以2.5分代表平均分（恰好滿意度水平：對(duì)銷售額無任何影響），生產(chǎn)商提供的價(jià)格為8，經(jīng)銷商提供的價(jià)格為20。假設(shè)消費(fèi)者和經(jīng)銷商購買后的滿意水平最后為1.6、2.5和4.2三種情況。當(dāng)各層模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)最低滿意度設(shè)定為0.8、0.75、0.7時(shí)，利用MATLAB我們得到各種情況如下結(jié)果：

CSI　= CSI　=1.6tpcm　tpdmCSI　= CSI　=2.5tpcm　tpdmCSI　= CSI　=4.2 tpcm　tpdm X1t3907 3554 3475 3725 3627 3423 3776 3306 3813 Y1t4000 4000 4094 4351 4187 4080 4190 4203 4440 Z1t3349 4021 3728 3360 4333 3929 3265 4889 3676 U　=36246maxU　=58943.64maxU　=93139.1 max M　=58539.04maxM　=81173.25maxM　=155898.05 max L　=60.8808141840maxL　=80.122110998maxL　=65.17865227 max Y2t1000 1137 2089 1626 2186 2004 1414 2311 2938 Z2t3383 2001 2000 1626 2186 2843 2075 2761 2000

分析三組對(duì)照數(shù)據(jù)可知，當(dāng)生產(chǎn)商提高產(chǎn)品服務(wù)和質(zhì)量水平時(shí)，隨著購買方的評(píng)價(jià)值升高，可以看到生產(chǎn)商和經(jīng)銷商的最大利潤值都有較大幅度增長。這種增長表現(xiàn)為生產(chǎn)商、經(jīng)銷商在調(diào)節(jié)各期的制造量、庫存量和進(jìn)貨量、庫存量。同時(shí)，當(dāng)產(chǎn)品服務(wù)及質(zhì)量水平變化時(shí)，會(huì)對(duì)生產(chǎn)商和經(jīng)銷商的利潤產(chǎn)生不同影響，產(chǎn)品服務(wù)及質(zhì)量水平每降低1%，生產(chǎn)商利潤減少1.11%，經(jīng)銷商利潤減少0.69%。當(dāng)產(chǎn)品質(zhì)量及服務(wù)水平每提高1%，生產(chǎn)商利潤增加0.85%，經(jīng)銷商利潤增加1.59%?？梢?，經(jīng)銷商相比于生產(chǎn)商在考慮整體最優(yōu)狀態(tài)下，無論是提高還是降低產(chǎn)品質(zhì)量及服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)都要更有收益，這一方面是因?yàn)榻?jīng)銷商相對(duì)生產(chǎn)商而言，成本要小很多；另一方面經(jīng)銷商直接和消費(fèi)者對(duì)接，對(duì)銷售利潤產(chǎn)生最直接的影響。因此，為了提升生產(chǎn)商和經(jīng)銷商的利潤水平，雙方維持良好的產(chǎn)品質(zhì)量和服務(wù)水平具有十分重要的作用，其中經(jīng)銷商尤為如此。

6.結(jié)論及建議

在全球化競爭激烈的環(huán)境下，為提升冷鏈物流各企業(yè)競爭力，強(qiáng)化對(duì)供應(yīng)鏈的管理將是一種必要的趨勢。本文利用三層規(guī)劃模型對(duì)冷鏈物流供應(yīng)鏈中的上游、中游和下游進(jìn)行了成本分析，在考慮服務(wù)和質(zhì)量因素后，生產(chǎn)商應(yīng)該不斷優(yōu)化產(chǎn)品價(jià)格、質(zhì)量和服務(wù)水平直到系統(tǒng)最優(yōu)化。通過系統(tǒng)優(yōu)化促進(jìn)冷鏈產(chǎn)品市場發(fā)展，從而促進(jìn)第三方冷鏈物流企業(yè)的發(fā)展。而經(jīng)銷商應(yīng)該維持上游提供的產(chǎn)品質(zhì)量水平，并對(duì)消費(fèi)者提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)以提高下游的滿意度。由于經(jīng)銷商在提高或降低產(chǎn)品質(zhì)量及服務(wù)水平中收益更多，因此需承擔(dān)更多的責(zé)任。在供應(yīng)鏈整體最優(yōu)狀態(tài)下經(jīng)銷商應(yīng)起主導(dǎo)作用，在生產(chǎn)商、經(jīng)銷商、消費(fèi)者三者之間構(gòu)建最直接的溝通和反饋機(jī)制，以此解決產(chǎn)品質(zhì)量及服務(wù)水平問題。

（作者單位：上海海事大學(xué)科學(xué)研究院）

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