基于生鮮品庫(kù)存模型的供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)機(jī)制研究

侯國(guó)棟　孫曉　王淑云　教授　姜櫻梅　博士生

中圖分類號(hào)：F274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

內(nèi)容摘要：本文基于目前我國(guó)生鮮品的庫(kù)存系統(tǒng)研究，統(tǒng)籌生產(chǎn)與消費(fèi)各環(huán)節(jié)，創(chuàng)新分析分散決策、收益共享契約和博弈論協(xié)調(diào)機(jī)制三種庫(kù)存模型下的利潤(rùn)協(xié)調(diào)情況，結(jié)合算例，運(yùn)用遺傳算法和Shapley值對(duì)三種模式下各成員獲利情況進(jìn)行分析。研究發(fā)現(xiàn)，在變質(zhì)率為常數(shù)，生產(chǎn)率依賴于市場(chǎng)需求的三級(jí)供應(yīng)鏈中，使用大聯(lián)盟博弈所獲得的均衡解最優(yōu)且系統(tǒng)最為穩(wěn)定，該模式下各成員利潤(rùn)及系統(tǒng)利潤(rùn)最大，零售價(jià)格最低，有益于實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈本身及供應(yīng)鏈與消費(fèi)者的有效協(xié)調(diào)。

關(guān)鍵詞：冷鏈庫(kù)存 協(xié)調(diào) 博弈論 收益共享契約 Shapley值

引言

近年來，受生活水平與生活質(zhì)量的影響，我國(guó)居民對(duì)生鮮品的需求大幅度上升，這在刺激生鮮市場(chǎng)發(fā)展的同時(shí)，也對(duì)生鮮食品供應(yīng)鏈的管理與優(yōu)化提出了挑戰(zhàn)。由中國(guó)統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得知，2014年肉禽類、蛋類、水產(chǎn)品、新鮮果蔬同比分別增長(zhǎng)0.4%、10.4%、4.4%、18%，生鮮品市場(chǎng)需求價(jià)值約為3.74萬億元，規(guī)模高達(dá)10448萬噸。然而，我國(guó)生鮮品在流通中的總體損耗卻極其嚴(yán)重，約為生鮮品流通數(shù)量的10%-30%，水果蔬菜一類的損耗率就達(dá)到30%，這嚴(yán)重影響了我國(guó)冷鏈運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，同時(shí)危害了供應(yīng)鏈運(yùn)輸成員以及消費(fèi)者的切身利益。

生鮮品較常溫商品最顯著的特征在于其易腐敗變質(zhì)性，這種不易長(zhǎng)期儲(chǔ)存的商品特性使得生鮮供應(yīng)鏈的決策失誤將會(huì)引發(fā)更為嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失與市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)。在生鮮品供應(yīng)鏈的運(yùn)作實(shí)踐中，因操作控制不當(dāng)造成的貨損、需求預(yù)測(cè)時(shí)的牛鞭效應(yīng)、冷鏈配送的延遲等一系列突發(fā)狀況，都會(huì)直接或者間接地使供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)上各個(gè)成員面臨或大或小的風(fēng)險(xiǎn)。加之生鮮產(chǎn)品的腐敗變質(zhì)特性使得企業(yè)需要承擔(dān)更多風(fēng)險(xiǎn)，而在不同企業(yè)因所處的環(huán)境與自身實(shí)際不同又會(huì)擁有不同的風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避能力，企業(yè)的不同儲(chǔ)存、運(yùn)輸條件的不同勢(shì)必會(huì)影響自身乃至供應(yīng)鏈的最優(yōu)決策。因此，如何平衡生鮮供應(yīng)鏈上各方利益關(guān)系，通過對(duì)供應(yīng)鏈成員間物流、信息流、利潤(rùn)分配協(xié)調(diào)的研究，降低生鮮品流通過程中的產(chǎn)品的損耗率、減少冷鏈流通環(huán)節(jié)的各項(xiàng)成本，實(shí)現(xiàn)科學(xué)決策，對(duì)于保障成員間互利共贏、持續(xù)合作、穩(wěn)定發(fā)展具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。

本文從生鮮品的庫(kù)存模型出發(fā)，分別使用分散決策、收益共享契約和博弈論對(duì)三級(jí)生鮮品供應(yīng)鏈各級(jí)成員的最優(yōu)庫(kù)存模型進(jìn)行研究，以各級(jí)成員利潤(rùn)最大化為目標(biāo)，分別得到不同模式下供應(yīng)鏈成員的最優(yōu)決策，包括最優(yōu)訂貨量、零售價(jià)格以及各成員的利潤(rùn)分配情況等。其中分散決策和收益共享契約兩種模式能夠直接反映出各級(jí)參與者的利潤(rùn)收益狀況，對(duì)于博弈論協(xié)調(diào)，在得到供應(yīng)鏈的整體利潤(rùn)之后使用具有唯一解的shapley值法對(duì)三者利潤(rùn)進(jìn)行分配協(xié)調(diào)，可唯一決定各級(jí)成員的利潤(rùn)收益。本文研究立足于零售商市場(chǎng)，通過零售市場(chǎng)中的價(jià)格決定零售商的需求量，區(qū)別于以往文獻(xiàn)中根據(jù)庫(kù)存模型生產(chǎn)率確定下游成員需求量，同時(shí)，以往文獻(xiàn)在研究時(shí)很少將合作博弈引入生鮮品供應(yīng)鏈中，本文將生鮮品供應(yīng)鏈在博弈論模式、分散決策、收益共享契約模式下的最優(yōu)決策進(jìn)行對(duì)比，試圖找到一種既有利于消費(fèi)者，又能使供應(yīng)鏈各成員獲得更多收益的穩(wěn)定、長(zhǎng)久的協(xié)調(diào)方式，從而減少生鮮品流通過程中不必要的縱向競(jìng)爭(zhēng)，實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈成員與消費(fèi)者的共贏。

相關(guān)文獻(xiàn)綜述

林略等（2010）、岳柳青等（2016）眾多學(xué)者在對(duì)供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)研究中發(fā)現(xiàn)，收益共享契約能夠在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)生鮮品供應(yīng)鏈的三方共贏，但也有學(xué)者指出，該契約的有效性與穩(wěn)定性存在一定局限性。顏波等（2014）在分析新鮮度對(duì)市場(chǎng)需求的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，收益共享契約在改進(jìn)后方有益于企業(yè)的共贏。魏光興和徐桂霄（2016）發(fā)現(xiàn)只有將偏好程度維持在一定范圍內(nèi)，收益共享契約才能實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)。Peng（2013）發(fā)現(xiàn)只有配合風(fēng)險(xiǎn)分擔(dān)契約使用，收益共享契約才能達(dá)到降低零售價(jià)格、刺激需求的目的。

為了有效避免收益共享契約的局限性，一些學(xué)者將博弈論引入供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)中，試圖尋找更為穩(wěn)定有效的協(xié)調(diào)方式。劉琦鈾等（2016）在研究中發(fā)現(xiàn)使用靜態(tài)博弈有助于控制價(jià)格，維持收益共享契約協(xié)調(diào)的穩(wěn)定性。Rodrigo（2014）、FU（2013）等發(fā)現(xiàn)博弈論的使用可以有效減少系統(tǒng)內(nèi)部競(jìng)爭(zhēng)，穩(wěn)定增加系統(tǒng)與成員的利潤(rùn)。通過眾多學(xué)者的研究可以發(fā)現(xiàn)，博弈論對(duì)供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)具有極大幫助，但是國(guó)內(nèi)卻很少有人將博弈論運(yùn)用到有關(guān)生鮮品庫(kù)存的供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)中。

模型構(gòu)建

在有限期W內(nèi)，生產(chǎn)商向DC的補(bǔ)貨次數(shù)為m，補(bǔ)貨周期T=W/m，DC對(duì)生鮮產(chǎn)品進(jìn)行簡(jiǎn)單處理后，在一個(gè)周期內(nèi)向零售商補(bǔ)貨n次，其補(bǔ)貨間隔期為T/n。其他的模型符號(hào)及含義見表1。

分散決策模型。根據(jù)模型假設(shè)，分散決策中存在一個(gè)以價(jià)格為導(dǎo)向的兩層斯坦伯格主從博弈，生產(chǎn)商和DC及DC和零售商依次通過調(diào)整價(jià)格達(dá)到均衡。使用庫(kù)存模型對(duì)零售商、DC和生產(chǎn)商的庫(kù)存水平進(jìn)行研究，分別得到三者在一個(gè)周期內(nèi)的總利潤(rùn)：

綜上可得分散決策時(shí)的利潤(rùn)函數(shù)模型為：

（1）

收益共享契約協(xié)調(diào)模型。設(shè)零售商與DC、DC與生產(chǎn)商間的收益共享系數(shù)分別為1、2（1<1<1，0<2<1） ，在收益共享契約下，1、2的值服從（0，1）均勻分布，假定零售商、DC分別為1、2的主導(dǎo)者，則零售商、DC、生產(chǎn)商的期望利潤(rùn)模型如下：

（2）

博弈論模式下的均衡利潤(rùn)分配機(jī)制。收益共享系數(shù)的確定依賴于生產(chǎn)商、DC及零售商的談判能力，在長(zhǎng)久合作中收益共享契約達(dá)成的聯(lián)盟很容易分裂，為了更好地探討三級(jí)冷鏈庫(kù)存系統(tǒng)的利潤(rùn)協(xié)調(diào)問題，本文從博弈論的角度對(duì)三級(jí)生鮮供應(yīng)鏈進(jìn)行協(xié)調(diào)，結(jié)合具有唯一均衡解的Shapley值法對(duì)系統(tǒng)利潤(rùn)進(jìn)行分配。此時(shí)，供應(yīng)鏈大聯(lián)盟的利潤(rùn)模型如下：

（3）

實(shí)證分析

對(duì)于分散決策和大聯(lián)盟決策，可使用逆向回歸法對(duì)模型（1）、（3）進(jìn)行求解，得到該系統(tǒng)的利潤(rùn)與最優(yōu)定價(jià)；因收益共享契約模型的復(fù)雜性，無法直接求出準(zhǔn)確的最佳利潤(rùn)，此處使用遺傳算法，在可行解中迭代求解利潤(rùn)及p2的最優(yōu)值。

算例假設(shè)周期T=7，分別選取n=1，2，…，10，α=400，β=8，其他參數(shù)值如表2所示。

經(jīng)計(jì)算可得，分散決策的最優(yōu)訂貨次數(shù)n=7。其最佳訂貨量、生產(chǎn)率、供應(yīng)鏈成員的利潤(rùn)如表3所示。

對(duì)于收益共享契約模型，在n=1，2，…，10時(shí)，使用遺傳算法求解式（2）得到最佳訂貨次數(shù)：n=7，其他參數(shù)值如表4所示。

為了與其他兩個(gè)模型進(jìn)行對(duì)比，在博弈論模型中，n=7時(shí)的系統(tǒng)利潤(rùn)進(jìn)行分配得到供應(yīng)鏈各成員的唯一均衡利潤(rùn)：M=993.5，D=776.2，R=487.9，此時(shí)p2=43.7。

對(duì)比發(fā)現(xiàn)，不同模型最優(yōu)利潤(rùn)對(duì)應(yīng)的供貨次數(shù)相同；聯(lián)盟博弈的使用使系統(tǒng)總利潤(rùn)及各成員利潤(rùn)增幅較收益共享契約模式更為明顯；大聯(lián)盟博弈下的零售價(jià)格最低，對(duì)刺激市場(chǎng)需求、提高供應(yīng)鏈產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力具有極大促進(jìn)作用；博弈論模式下的低零售價(jià)格有利于改善消費(fèi)市場(chǎng)環(huán)境，使消費(fèi)者用更少的成本獲得高質(zhì)產(chǎn)品。可見，與收益共享契約相比，博弈論協(xié)調(diào)可提高供應(yīng)鏈系統(tǒng)的有效性和穩(wěn)定性，更適合生鮮供應(yīng)鏈及零售市場(chǎng)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

結(jié)論

本文對(duì)有限期內(nèi)的由生產(chǎn)商、DC與零售商組成的三級(jí)冷鏈品系統(tǒng)協(xié)調(diào)決策模式進(jìn)行深入研究，分別構(gòu)建分散決策、含收益共享契約的決策及博弈論聯(lián)合決策三種模式下的系統(tǒng)利潤(rùn)模型。通過實(shí)例仿真發(fā)現(xiàn)，大聯(lián)盟博弈協(xié)調(diào)的三方?jīng)Q策所獲得的系統(tǒng)總體利潤(rùn)最大，供應(yīng)鏈各成員的利潤(rùn)也得到大幅度提高，在該協(xié)調(diào)機(jī)制下，供應(yīng)鏈系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)上的帕累托最優(yōu)。此外，該模型可獲得較低的最優(yōu)定價(jià)，吸引更多消費(fèi)者，有助于消費(fèi)者市場(chǎng)健康發(fā)展的同時(shí)使供應(yīng)鏈系統(tǒng)獲得更大的市場(chǎng)份額，提升整個(gè)生鮮供應(yīng)鏈競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)冷鏈的穩(wěn)定與長(zhǎng)久發(fā)展。在生鮮品需求大幅度增長(zhǎng)的情況下，供應(yīng)鏈要充分利用成員間的信息交換功能，對(duì)流通途中各因素進(jìn)行有效控制，更有效的協(xié)調(diào)博弈論聯(lián)盟決策。