生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈RFID技術(shù)投資決策及協(xié)調(diào)

楊 亞范體軍張 磊

(1.華東理工大學(xué)商學(xué)院,上海200237；2.青海大學(xué)財經(jīng)學(xué)院,青海西寧810016)

1 引 言

盡管我國是生鮮農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)和消費(fèi)大國,但是生鮮農(nóng)產(chǎn)品在生產(chǎn)、加工及運(yùn)輸?shù)裙?yīng)鏈運(yùn)作環(huán)節(jié)損耗驚人.據(jù)報道,我國蔬菜和水果采摘后的平均損耗率高達(dá)25%～30%,其經(jīng)濟(jì)損失每年超過1 000億元,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于西方發(fā)達(dá)國家5%左右的損耗率[1].這些損失直接影響我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展.

面對這些問題,我國政府高度重視.2004年至2015年中共中央“一號文件”連續(xù)鎖定“三農(nóng)問題”.同時各大部委也發(fā)文制定相應(yīng)的改革措施.事實上,盡管有政府政策的支持,但區(qū)別于其它產(chǎn)品供應(yīng)鏈,生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈具有自身的典型特征,如:生產(chǎn)的季節(jié)性和周期性、流通的易腐性和鮮活性、消費(fèi)的時效性和品質(zhì)性.正是這些特征導(dǎo)致生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈運(yùn)作的復(fù)雜性和困難性.特別是,上游生產(chǎn)商隱瞞生鮮農(nóng)產(chǎn)品新鮮度信息等會造成上下游之間的協(xié)調(diào)困難,加劇耗損,進(jìn)而導(dǎo)致生鮮農(nóng)產(chǎn)品高比例損失.為此,如何有效降低生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)的損失成為亟待解決的問題.

隨著無線射頻識別(簡稱RFID)技術(shù)這一物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)的發(fā)展,明康匯、光明集團(tuán)等農(nóng)產(chǎn)品龍頭企業(yè)已開始在旗下相關(guān)產(chǎn)品中使用RFID標(biāo)簽,通過對標(biāo)簽信息的實時采集、傳輸和讀取不僅可以促進(jìn)生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈中的信息共享；而且大大改善了生鮮農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、運(yùn)輸、倉儲等環(huán)節(jié)的運(yùn)作效率,縮短流通周期,減少了產(chǎn)品新鮮程度損失[2].

然而,盡管RFID技術(shù)在生鮮農(nóng)產(chǎn)品行業(yè)有廣泛的應(yīng)用前景,并且在部分農(nóng)產(chǎn)品龍頭企業(yè)已有應(yīng)用,但這種技術(shù)并沒能在生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈行業(yè)普及和推廣,最主要的原因是相較于價值較低的生鮮農(nóng)產(chǎn)品,RFID投資成本較高.更重要的是,RFID技術(shù)的投入會改變生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈原有的成本和收益結(jié)構(gòu)[3],因此,迫切需要研究生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈投資RFID技術(shù)能否受益及如何協(xié)調(diào)投資RFID技術(shù)后的生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈?zhǔn)找?

許多學(xué)者對生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈及RFID技術(shù)的供應(yīng)鏈應(yīng)用進(jìn)行了研究.在生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈方面,Akkerman等[4]對生鮮產(chǎn)品供應(yīng)鏈及其動力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了綜述.Rong等[5]對生鮮產(chǎn)品的生產(chǎn)和分銷建模,研究生鮮產(chǎn)品質(zhì)量和成本.文獻(xiàn)[6,7]考慮不利天氣對農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的影響,研究兩級農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)及相關(guān)契約.林略等[8]從契約角度研究生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈協(xié)調(diào).熊峰等[9]對生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈關(guān)系契約的穩(wěn)定性進(jìn)行研究.但他們的研究較少考慮RFID技術(shù)的引入對生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈的影響.在RFID技術(shù)的供應(yīng)鏈應(yīng)用方面,大多針對制造業(yè)供應(yīng)鏈,認(rèn)為RFID技術(shù)的應(yīng)用可以提高供應(yīng)鏈庫存的準(zhǔn)確性[10],解決庫存錯放問題[11],降低庫存損耗[12].并考慮RFID技術(shù)可實現(xiàn)供應(yīng)鏈中信息共享,壓縮供應(yīng)鏈提前期[13,14],對收益及RFID成本分?jǐn)傔M(jìn)行了分析[10,15].圍繞RFID技術(shù)在生鮮農(nóng)產(chǎn)品方面應(yīng)用的研究大多集中于對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和運(yùn)作效率的提高.如Wang等[16]研究生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈基于RFID獲取實時信息進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控.Karlsen等[17]研究基于RFID標(biāo)簽進(jìn)行生鮮產(chǎn)品信息跟蹤和追溯的關(guān)鍵追溯點(diǎn).Jedermann等[18]對RFID標(biāo)簽的數(shù)量和布局位置進(jìn)行研究.盡管有少量學(xué)者考慮生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈RFID應(yīng)用的收益,如Zhang等[2]將RFID技術(shù)作為新興技術(shù)引入到生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈中,研究相應(yīng)成本效益.李琳等[19]研究RFID應(yīng)用對生鮮農(nóng)產(chǎn)品流通中雙重?fù)p耗的影響并構(gòu)建收益模型.但他們的研究較少考慮生鮮農(nóng)產(chǎn)品信息非對稱性,特別是更少考慮上游生產(chǎn)商隱瞞生鮮農(nóng)產(chǎn)品的新鮮度信息.而事實上,新鮮度信息是影響生鮮農(nóng)產(chǎn)品市場需求和零售商訂貨的重要信息,上下游新鮮度信息不對稱造成上下游企業(yè)之間的協(xié)調(diào)困難,加劇供應(yīng)鏈耗損.

為此,本文考慮新鮮度信息不對稱下生產(chǎn)商隱瞞新鮮度信息的情況,使用單周期報童模型分別構(gòu)建集中型和分散型供應(yīng)鏈RFID技術(shù)應(yīng)用前后的利潤模型,得到投資技術(shù)的標(biāo)簽成本閾值,并提出RFID技術(shù)投資下供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)的回購契約形式.

2 集中型供應(yīng)鏈RFID技術(shù)投資決策分析

考慮到生鮮農(nóng)產(chǎn)品信息非對稱性,特別是上游生產(chǎn)商隱瞞生鮮農(nóng)產(chǎn)品的新鮮度信息,將市場上生產(chǎn)某一類生鮮農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)商作為整體,建立一個生產(chǎn)商和一個零售商組成的生鮮農(nóng)產(chǎn)品二級供應(yīng)鏈.生產(chǎn)商供應(yīng)一種單位成本為c、新鮮度為θ的生鮮農(nóng)產(chǎn)品,并根據(jù)產(chǎn)量和零售商可能的訂貨量決定批發(fā)價格w；零售商綜合考慮生產(chǎn)商信息和市場需求決定訂購q數(shù)量的農(nóng)產(chǎn)品,并以固定價格p在市場出售(圖1).簡化起見,不考慮缺貨損失,且生鮮農(nóng)產(chǎn)品的殘值為0.

圖1 生鮮農(nóng)產(chǎn)品二級供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Two-tier fresh agricultural supply chain system structure

生產(chǎn)商和零售商就批發(fā)價及訂貨量展開Stackelberg博弈.將決定產(chǎn)量的生產(chǎn)商作為博弈的領(lǐng)導(dǎo)者,零售商則為跟隨者.相關(guān)假設(shè)如下:

2)需求受新鮮度影響.當(dāng)需求不確定時,定義擴(kuò)展乘積形式的需求函數(shù)[20]D=θ(t)d,0≤θ(t)≤1,其中D為實際的顧客需求,d為新鮮度為1時的顧客隨機(jī)需求,f(·)和F(·)分別為隨機(jī)需求d的密度函數(shù)和分布函數(shù).

3)生產(chǎn)商是生鮮農(nóng)產(chǎn)品的供應(yīng)者,具有準(zhǔn)確的新鮮度信息.這一信息在供應(yīng)鏈雙方之間不對稱時,生產(chǎn)商為了自身利益會向零售商隱瞞真實信息,公布出產(chǎn)時間為λt,0≤λ≤1.λ為隱瞞系數(shù),其值越小隱瞞程度越大.應(yīng)用RFID技術(shù)可消除新鮮度信息不對稱性的影響.

4)投資RFID技術(shù)的固定成本(如讀寫器及軟件系統(tǒng)等)隨技術(shù)的使用逐步稀釋.因此,僅考慮RFID標(biāo)簽成本這個變動成本,記為,且由生產(chǎn)商和零售商共同承擔(dān),其中生產(chǎn)商承擔(dān)比例為α,0≤α≤1.投資RFID技術(shù)后供應(yīng)鏈流通周期縮短,生鮮農(nóng)產(chǎn)品出產(chǎn)時間由t縮短到,有θ()＞θ(t).為保證生產(chǎn)商和零售商都有利可圖,假設(shè)c+α＜w＜p-(1-α).

其它參數(shù)設(shè)定見表1.

表1 參數(shù)設(shè)定Table 1 Setting of the model parameters

為了探究更多性質(zhì)但不影響結(jié)果的有效性,假設(shè)d服從均勻分布U[a,b].則集中型供應(yīng)鏈未投資RFID技術(shù)的供應(yīng)鏈總利潤為

其中γ=bp/(b-a)-c且γ＞0.

投資RFID技術(shù)后,供應(yīng)鏈總利潤變?yōu)?/p>

同樣,可得投資技術(shù)后的最優(yōu)訂貨量和供應(yīng)鏈最優(yōu)利潤分別為

定理1集中型供應(yīng)鏈下,有如下結(jié)果:

證明1)設(shè)=θ()(bp-(c+)(b-a))/(θ(t)(bp-c(b-a))),其中0＜＜γ.可得

證畢.

由定理1可知,投資RFID技術(shù)帶來新的成本,但卻可以縮短農(nóng)產(chǎn)品出產(chǎn)時間,二者之間的關(guān)系決定了集中型供應(yīng)鏈投資RFID技術(shù)后訂貨量的變化；并找到一個集中型供應(yīng)鏈投資技術(shù)的條件,即標(biāo)簽成本要小于閾值γ(1-η),且此條件下訂貨量也增加.而當(dāng)γ(1-η)≤(1-η2)時,注意到投資技術(shù)只是增加訂貨量并未提高供應(yīng)鏈利潤.

3 分散型供應(yīng)鏈RFID技術(shù)投資決策分析

分散型供應(yīng)鏈雙方各自決策,新鮮度信息在上下游之間不對稱,生產(chǎn)商存在隱瞞新鮮度的情況.首先,建立未投資RFID技術(shù)時新鮮度信息對稱下的基本模型.

3.1 新鮮度信息對稱下的供應(yīng)鏈基本模型

該情況下生產(chǎn)商利潤為

零售商利潤為

易知在

處零售商收益最大.

將式(9)代入式(7),可求得生產(chǎn)商的最優(yōu)批發(fā)價為

將式(10)代入式(9)、式(7)和式(8),得到零售商最優(yōu)訂貨量及供應(yīng)鏈雙方的最優(yōu)利潤分別為

3.2 新鮮度信息不對稱下的供應(yīng)鏈模型

新鮮度信息不對稱下生產(chǎn)商隱瞞新鮮度信息,公布農(nóng)產(chǎn)品出產(chǎn)時間為λt,0≤λ≤1.此時新鮮度函數(shù)為θ(λt)=1-λ2t2/T2,0 ≤t≤T.

生產(chǎn)商利潤為

零售商不知道生產(chǎn)商隱瞞新鮮度信息,其決策利潤函數(shù)是

但實際利潤應(yīng)為

對于生產(chǎn)商給定的批發(fā)價格和新鮮度信息,由式(12)可得零售商決策的最優(yōu)訂貨量為

將式(13)代入式(11)得到生產(chǎn)商最優(yōu)批發(fā)價格

這一批發(fā)價格和新鮮度信息對稱下的批發(fā)價格相同,并可得出零售商最優(yōu)訂貨量及供應(yīng)鏈雙方的最優(yōu)利潤分別為

由θ(t)＜θ(λt)知,從而.即隱瞞新鮮度信息使得供應(yīng)鏈訂貨量增加,生產(chǎn)商利潤增加,而零售商利潤減少.

3.3 RFID技術(shù)投資下的供應(yīng)鏈模型

分散型供應(yīng)鏈投資RFID技術(shù),生鮮農(nóng)產(chǎn)品出產(chǎn)時間縮短到,且可實現(xiàn)信息共享.生產(chǎn)商及零售商利潤分別為

同前,可得到生產(chǎn)商最優(yōu)批發(fā)價格為

零售商最優(yōu)訂貨量及雙方最優(yōu)利潤分別為

對比技術(shù)投資前后供應(yīng)鏈訂貨量和利潤的表達(dá)式,有如下結(jié)論.

定理2分散型供應(yīng)鏈下,有下列結(jié)果:

3)投資技術(shù)后供應(yīng)鏈雙方的最優(yōu)利潤與分擔(dān)系數(shù)α無關(guān),供應(yīng)鏈投資RFID技術(shù)的條件為

表2 分散型供應(yīng)鏈訂貨量比較Table 2 Comparison of decentralized supply chain order quantity

易知c3＜c4.當(dāng)0＜＜c3時,生產(chǎn)商投資技術(shù)受益.

表3 分散型供應(yīng)鏈生產(chǎn)商利潤比較Table 3 Comparison of decentralized supply chain producer profit

表4 分散型供應(yīng)鏈零售商利潤比較Table 4 Comparison of decentralized supply chain retailer profit

證畢.

由定理2可知,1)分散型供應(yīng)鏈下,RFID標(biāo)簽成本在供應(yīng)鏈雙方之間的分擔(dān)只影響最優(yōu)批發(fā)價格.2)當(dāng)新鮮度信息不對稱時,零售商會增加不必要的訂貨量且利潤降低,而投資RFID技術(shù)可消除信息不對稱的影響,此時零售商的訂貨量大小則取決于標(biāo)簽成本的大小.3)分散型供應(yīng)鏈?zhǔn)欠裢顿YRFID技術(shù),主要瓶頸為生產(chǎn)商,只要生產(chǎn)商愿意投資技術(shù),零售商也會受益.因此,當(dāng)零售商應(yīng)用RFID技術(shù)能獲得較大收益時,可采取補(bǔ)貼生產(chǎn)商的方式,促使其投資技術(shù).4)θ(λt)和θ()越接近,c3越小.投資RFID技術(shù)后,生鮮農(nóng)產(chǎn)品出產(chǎn)時間越能縮短,標(biāo)簽成本允許的上界越大.5)新鮮度信息共享程度越高的供應(yīng)鏈,其標(biāo)簽成本上界越大.對于生產(chǎn)商來說,其越無法隱瞞新鮮度信息,越愿意投資RFID技術(shù).6)投資RFID技術(shù)后的供應(yīng)鏈訂貨量及各方利潤分別是

4 基于RFID技術(shù)投資的契約協(xié)調(diào)

投資RFID技術(shù)后,供應(yīng)鏈各方成本和收益結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,考慮用契約進(jìn)行協(xié)調(diào).針對銷售季節(jié)性強(qiáng)、需求不確定導(dǎo)致訂貨量與實際需求不匹配、期末殘值較低的供應(yīng)鏈時,實踐中常見的契約類型為回購契約[21].且該種契約不會額外增加管理成本,并能夠協(xié)調(diào)和靈活分配利潤,本文也使用回購契約進(jìn)行RFID技術(shù)應(yīng)用后的供應(yīng)鏈協(xié)調(diào).

將這一訂貨量與集中型供應(yīng)鏈投資RFID后的最優(yōu)訂貨量比較,令,得c+α,此時達(dá)到協(xié)調(diào).有如下結(jié)論.

定理3投資RFID后的分散型供應(yīng)鏈可由回購契約進(jìn)行協(xié)調(diào),契約形式為

其中α為生產(chǎn)商的RFID標(biāo)簽成本承擔(dān)比例,0≤α≤1,β為利潤分配系數(shù),(1-α)/(c+)＜β≤1,生產(chǎn)商與零售商通過談判可進(jìn)行利潤分配.

證明

因為c+-p＜0,所以有β＞(1-α)/(c+-p),且右邊的部分是負(fù)值.又0＜β≤1,綜上,可得到利潤分配系數(shù)的范圍應(yīng)為(1-α)/(c+)＜β≤1.分配系數(shù)的范圍與標(biāo)簽成本分擔(dān)系數(shù)α有關(guān).

證畢.

5 算例分析

設(shè)有某生鮮農(nóng)產(chǎn)品的二級供應(yīng)鏈,產(chǎn)品單位成本c=1元,單位零售價格p=7元,生命周期T=18d,送達(dá)到零售商處的實際出產(chǎn)時間為t=8d.當(dāng)新鮮度為1時,該產(chǎn)品單位時間的顧客需求量在[1 000,3 000]kg間隨機(jī)等概率取值.

圖2描繪了相關(guān)參數(shù)變化對集中型供應(yīng)鏈訂貨量及總利潤的影響

圖2 相關(guān)參數(shù)變化對集中型供應(yīng)鏈訂貨量及總利潤的影響Fig.2 The impact of parameters change on order quantity and total profit in centralized supply chain

標(biāo)簽成本分擔(dān)系數(shù)不同時,RFID標(biāo)簽成本變化對批發(fā)價格影響不一致,如圖3.α＞0.5時,最優(yōu)批發(fā)價格變大,且隨著RFID標(biāo)簽成本的增加而增加；α＜0.5時,最優(yōu)批發(fā)價格變小,且隨RFID標(biāo)簽成本的增加而減少.

圖3 RFID標(biāo)簽成本變化對分散型供應(yīng)鏈批發(fā)價格的影響Fig.3 The impact of RFID tag cost change on wholesale price in decentralized supply chain

RFID標(biāo)簽成本變化對分散型供應(yīng)鏈訂貨量和成員利潤的影響如圖4所示.

圖4 RFID標(biāo)簽成本變化對分散型供應(yīng)鏈訂貨量和成員利潤的影響Fig.4 The impact of RFID tag cost change on order quantity and member’s profit in decentralized supply chain

由圖4,分散型供應(yīng)鏈投資RFID技術(shù),標(biāo)簽成本越大,零售商訂貨量越小,生產(chǎn)商和零售商的利潤也將越小.并且在新鮮度信息對稱和不對稱情形下,分別存在一個RFID技術(shù)投資的閾值.且供應(yīng)鏈上下游可接受的技術(shù)標(biāo)簽成本投資區(qū)間并不一致.

隱瞞系數(shù)變化下的生產(chǎn)商利潤見圖5.圖5表明,隱瞞新鮮度信息使得生產(chǎn)商利潤增加,隱瞞程度越大,生產(chǎn)商利潤越高.但當(dāng)供應(yīng)鏈信息共享程度較高(λ＞0.8)時,生產(chǎn)商反而通過投資RFID技術(shù)可獲得更多收益,生產(chǎn)商更傾向投資技術(shù).

圖5 生產(chǎn)商利潤與隱瞞系數(shù)的關(guān)系Fig.5 The relationship between producer profit and concealment coefficient

回購契約中的利潤分配系數(shù)變化對供應(yīng)鏈各方利潤及各價格的影響如圖6所示.

圖6 回購契約中的利潤分配系數(shù)變化對供應(yīng)鏈各方利潤及各價格的影響Fig.6 The impact of profit distribution coefficient change on profits and prices under buyback contract

由圖6可知,回購契約可協(xié)調(diào)RFID技術(shù)投資后的分散型供應(yīng)鏈.隨著利潤分配系數(shù)的增加,批發(fā)價格和回購價格均降低,生產(chǎn)商利潤減少,零售商利潤增加.可通過調(diào)節(jié)利潤分配系數(shù)進(jìn)行成員間利潤分配.契約中對利潤分配系數(shù)進(jìn)行了控制,存在實施契約的利潤分配系數(shù)范圍,只有0.17＜β≤1(取α=0.4)時,.

6 結(jié)束語

本文考慮RFID技術(shù)應(yīng)用能解決生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈新鮮度信息不對稱問題,并縮短農(nóng)產(chǎn)品出產(chǎn)時間,提高農(nóng)產(chǎn)品新鮮度.運(yùn)用報童模型、博弈論、優(yōu)化理論和供應(yīng)鏈契約理論,建立集中和分散型供應(yīng)鏈下RFID技術(shù)投資模型,研究RFID技術(shù)投資決策及協(xié)調(diào)契約.特別地,本文引入了一個與農(nóng)產(chǎn)品出產(chǎn)時間相關(guān)的新鮮度函數(shù),將需求與新鮮度函數(shù)相關(guān).這樣生鮮農(nóng)產(chǎn)品上下游信息非對稱性的價值能夠有效揭示,進(jìn)而能夠進(jìn)行RFID投資價值的分析和比較；隱瞞新鮮度信息的情況也可以用新鮮度函數(shù)進(jìn)行表示,方便模型的計算及性質(zhì)分析.

在模型性質(zhì)分析中,著重對比RFID技術(shù)投資前后的訂貨量及利潤.對于集中型供應(yīng)鏈,RFID標(biāo)簽成本越低,供應(yīng)鏈訂貨量和利潤越大.并且存在一個標(biāo)簽成本與技術(shù)采用后出產(chǎn)時間的關(guān)系閾值,當(dāng)標(biāo)簽成本小于這個閾值時,供應(yīng)鏈投資RFID技術(shù)受益.對于分散型供應(yīng)鏈,是否投資RFID技術(shù)主要在于標(biāo)簽成本是否被生產(chǎn)商接受.而零售商若采用RFID技術(shù)能獲較大利益時,可采取補(bǔ)貼生產(chǎn)商的方式,進(jìn)行RFID技術(shù)推廣.

最后,本文僅考慮簡化的兩階段生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈,且假設(shè)上游企業(yè)為博弈的領(lǐng)導(dǎo)者,并且將產(chǎn)品的價格假設(shè)為一個固定值,而更為現(xiàn)實的情況則是生鮮農(nóng)產(chǎn)品價格與產(chǎn)品新鮮度密切相關(guān).進(jìn)一步的研究可以考慮下游企業(yè)為博弈領(lǐng)導(dǎo)者的情況,以及在需求與新鮮度相關(guān)的基礎(chǔ)上,加入價格變動的影響.