農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈仿真建模與應(yīng)用

盛強(qiáng) 趙雨 申亮

摘要：以陜西省周至縣獼猴桃產(chǎn)業(yè)為研究對象，基于系統(tǒng)動力學(xué)思想建立獼猴桃產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈模型，在Anylogic軟件環(huán)境下進(jìn)行仿真，為種植戶生產(chǎn)決策和產(chǎn)業(yè)政策設(shè)計提供指導(dǎo)。結(jié)果表明，使用激素類農(nóng)藥的果品折價系數(shù)存在臨界值，當(dāng)折價系數(shù)大于臨界值時從成本角度考慮種植戶會主動放棄使用激素類農(nóng)藥;減免分銷商稅率可以提高分銷商收益，但在小區(qū)間內(nèi)會降低供應(yīng)鏈總體收益，僅當(dāng)稅率低于區(qū)間臨界值時供應(yīng)鏈總利潤開始增加。該模型可用于同類農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈的仿真與分析。

關(guān)鍵詞：農(nóng)產(chǎn)品;系統(tǒng)動力學(xué);供應(yīng)鏈;激素類農(nóng)藥;稅率減免

中圖分類號： F323.7 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號：1002-1302（2019）02-0333-04

農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈?zhǔn)寝r(nóng)產(chǎn)品從生產(chǎn)到消費過程中各個環(huán)節(jié)所涉及的物流、資金流、信息流的整合，是一個復(fù)雜的社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)[1]。在實現(xiàn)價值增值的過程中，生產(chǎn)商、分銷商、消費者以及政府必須相互協(xié)調(diào)、配合才可以實現(xiàn)供應(yīng)鏈利益最大化以及經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[2]。陜西省周至縣是全國最大的獼猴桃生產(chǎn)基地，目前已達(dá)到年產(chǎn)獼猴桃45萬t左右，是當(dāng)?shù)氐闹е援a(chǎn)業(yè)[3]，調(diào)研發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)氐墨J猴桃產(chǎn)業(yè)仍處于市場自發(fā)集成的農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈模式，這種模式可以實現(xiàn)商流和物流功能，但缺乏長期合作的互信基礎(chǔ)，存在交易風(fēng)險，生產(chǎn)決策較盲目[4]。我國農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈正處在轉(zhuǎn)型發(fā)展的關(guān)鍵時期，深入研究農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈，為種植戶提供生產(chǎn)決策指導(dǎo)，為政府制定產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策提供支撐，對促進(jìn)地區(qū)農(nóng)業(yè)、農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有十分重要的意義，也是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的重要保證。

1 農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈仿真研究現(xiàn)狀

隨著我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的不斷發(fā)展，許多學(xué)者開始關(guān)注我國農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈相關(guān)的研究，相關(guān)研究大體可分為供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)機(jī)制和供應(yīng)鏈主體博弈2類。供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)機(jī)制研究方面，莊晉財?shù)葟奈覈r(nóng)產(chǎn)品流通的實際情況出發(fā)，提出建設(shè)以農(nóng)產(chǎn)品批發(fā)市場為核心的信息平臺是構(gòu)建農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈的有效路徑[5]。楊金海等探討農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈?zhǔn)д{(diào)的成因和后果，并從政府調(diào)控的角度提出協(xié)調(diào)農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈的政策措施[6]。曹武軍等針對生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈系統(tǒng)成員合作關(guān)系不穩(wěn)定，提出農(nóng)產(chǎn)品三級供應(yīng)鏈的兩部收費制度[7]。孫亮等基于Petri網(wǎng)建立不確定市場條件下農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈模型，得出農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈庫存和利潤變化的定性關(guān)系[8]。供應(yīng)鏈主體博弈方面，陳化飛建立綠色農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈上政府、企業(yè)和消費者間的博弈模型，研究不同情況下供應(yīng)鏈主體的動態(tài)收益，并提出綠色農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈建設(shè)的對策和建議[9]。白世貞等研究雙渠道下農(nóng)資供應(yīng)鏈各個節(jié)點成員的利益及供應(yīng)鏈整體利益，指導(dǎo)農(nóng)資企業(yè)減少成本，提高競爭優(yōu)勢[10]。孫文清運用系統(tǒng)動力學(xué)理論構(gòu)建CPFR模式下的三級農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈模型，證明牛鞭效應(yīng)現(xiàn)象可以消除[11]。徐升華等建立農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈知識共享系統(tǒng)的動力學(xué)模型，證明系統(tǒng)動力學(xué)方法能夠有效分析農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈知識共享系統(tǒng)[12]。

綜上，盡管農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈的研究已經(jīng)取得了一些成果，但這些研究多采用理論詮釋，由于農(nóng)產(chǎn)品種類眾多，各地特色農(nóng)產(chǎn)品在產(chǎn)量、產(chǎn)值、政府相關(guān)扶持政策方面差異較大，相關(guān)理論研究對于生產(chǎn)實際的指導(dǎo)意義不強(qiáng)，缺乏可操作性。本試驗以實證研究為基礎(chǔ)，以陜西省周至縣獼猴桃產(chǎn)業(yè)為案例，將政府作為農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈中的一員，應(yīng)用系統(tǒng)動力學(xué)思想提出一種農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈仿真和分析方法，為種植戶生產(chǎn)決策和產(chǎn)業(yè)政策設(shè)計提供指導(dǎo)，同時也為相關(guān)農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈的研究提供借鑒。

2 獼猴桃種植戶生產(chǎn)決策模型

種植戶是獼猴桃產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈中的“生產(chǎn)商”，在生產(chǎn)過程中以自身收益最大化為目標(biāo)，須要對品種選擇和激素類藥品使用等進(jìn)行決策，而種植戶的收益同時受產(chǎn)量和收購價格2個因素影響。根據(jù)周至縣統(tǒng)計局、果業(yè)發(fā)展管理局?jǐn)?shù)據(jù)公告得到2004—2016年該縣獼猴桃產(chǎn)量、種植面積、平均售價、生產(chǎn)投入等核心變量數(shù)據(jù)（表1）。

2.1 產(chǎn)量和收購價格分析

調(diào)研發(fā)現(xiàn)獼猴桃的產(chǎn)量受種植密度和管理投入等因素影響，周至縣獼猴桃種植均采用密度為3 m×4 m的“T”形架，種植密度穩(wěn)定在1 275～1 440株/hm2，產(chǎn)量較理想[3]。根據(jù)柯布-道格拉斯生產(chǎn)函數(shù)，建立產(chǎn)量與化肥量、用工數(shù)、農(nóng)藥投入和其他費用的函數(shù)M=μCαLβSγFη，其中M表示 1 hm2 產(chǎn)量;C表示肥料投入;L表示農(nóng)藥投入;S表示雇工投入;F表示其他投入。α、β、γ、η表示各種投入的彈性系數(shù);μ表示氣候自然災(zāi)害等隨機(jī)因素影響[13]。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸建立生產(chǎn)關(guān)系函數(shù)。

lnM=4.923+0.172lnC-0.337lnL+0.381lnS+0.158lnF。

函數(shù)的R2為0.926，顯著性良好，DW統(tǒng)計量1.893，不存在自相關(guān)。分析發(fā)現(xiàn)雇工投入彈性系數(shù)最高，說明勞動力投入對產(chǎn)量影響較顯著;農(nóng)藥投入彈性系數(shù)為負(fù)，說明農(nóng)藥過度投入對產(chǎn)量有負(fù)增長作用，同時也驗證了在獼猴桃種植過程中，對農(nóng)藥的濃度及使用頻率較敏感。

調(diào)查還發(fā)現(xiàn)獼猴桃的收購價格受供需比和生產(chǎn)成本影響，因此建立模型P=αD+βE+λ，其中，P表示獼猴桃收購價格;D表示供需比;E表示生產(chǎn)成本;α、β表示彈性系數(shù);λ表示政策等隨機(jī)因素的影響。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸建立生產(chǎn)成本函數(shù)。

P=8.352D+0.002E-6.867。

函數(shù)的R2為0.970，顯著性良好，DW統(tǒng)計量2.358，不存在自相關(guān)。分析發(fā)現(xiàn)供需比對價格的影響遠(yuǎn)大于生產(chǎn)成本，符合實際情況。

2.2 種植戶決策分析

激素類農(nóng)藥在我國獼猴桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展的特定時期內(nèi)較普遍，但隨著對食品質(zhì)量安全的要求越來越高，從2006年起國家層面開始逐漸禁止使用相關(guān)的農(nóng)業(yè)投入品，2014年5月陜西省頒布《陜西省果業(yè)條例》，禁止使用相關(guān)的農(nóng)業(yè)投入品，2015年陜西省果業(yè)管理局頒布《獼猴桃膨大劑禁用行動方案》，明確禁止獼猴桃種植戶使用膨大劑，但由于歷史原因以及種植戶對收益的追求，使用膨大劑的情況在短期內(nèi)很難杜絕。

目前陜西省周至縣種植的獼猴桃品種共有十余種，根據(jù)推廣時間、收購價格、自然產(chǎn)量等大體可分為2類（表2）。近兩年市場反饋信息顯示，翠香、徐香、紅陽等新品種使用膨大劑的現(xiàn)象難以杜絕，雖然膨大劑的使用會使收購價格出現(xiàn)20%～40%的下降，但單位產(chǎn)量會增加約30%，因此種植戶在種植過程中主要面臨品種選擇和膨大劑使用2個方面的決策問題。

2.3 種植戶生產(chǎn)決策建模

種植戶總收益為A類和B類品種的收益之和，影響A品種收益的因素有單位生產(chǎn)成本、單位收益、膨大劑使用比例、價格受膨大劑的影響系數(shù)，影響B(tài)品種收益的因素有單位生產(chǎn)成本和收益。設(shè)計3個變量，即A品種比例X∈（0，1）;A品種膨大劑使用比例Y∈（0，1）;膨大劑折價系數(shù)Z∈（0.2，0.4）。則種植戶決策模型的因果關(guān)系見圖1，種植戶生產(chǎn)決策結(jié)構(gòu)模型見圖2。

系統(tǒng)模型中各參數(shù)函數(shù)關(guān)系如下：（a）總利潤=X×A品種單位收益+（1-X）×B品種單位收益;（b）單位收益=單位收入-單位投入;（c）A品種單位收益=0.98×自然產(chǎn) 量× 參考價格×（1-Y）+0.95×膨大劑作用后產(chǎn)量× 膨大

劑作用后價格，0.98和0.95為調(diào)查獲得的自然損耗系數(shù);（d）膨大劑作用后價格=參考價格×（1-Z）;（e）膨大劑作用后產(chǎn)量=膨大劑增長比例×自然產(chǎn)量×膨大劑使用的比例;（f）B品種單位收益=0.98×自然產(chǎn)量×參考價格;（g）單位投入=人工成本+膨大劑成本+肥料費用+種植費用，B品種無膨大劑成本項;（h）膨大劑成本=膨大劑費用×Z。其中X為A品種種植比例;Y為A品種膨大劑使用比例;Z為膨大劑折價系數(shù)。

2.4 仿真結(jié)果與分析

農(nóng)戶的收益由A、B品種的收益組成，其中B品種收益與膨大劑使用比例Y和果品折價系數(shù)Z無關(guān)，因此重點分析Y、Z對A品種收益的影響。假定A、B品種種植比例相等，即X=0.5時，通過調(diào)整模型中Y、Z變量，得到種植戶A品種利潤變化情況（僅取代表性數(shù)值）（表3），可見當(dāng)折價系數(shù)Z=0.221 42時，種植戶A品種的收益與膨大劑使用比例Y無關(guān)，當(dāng)Z>0.221 42時，種植戶A品種的收益隨膨大劑使用比例增加而減少，說明當(dāng)折價系數(shù)大于 0.221 42 時，種植戶會從成本角度主動放棄使用膨大劑。

按照相同方法可仿真出不同種植比例時折價系數(shù)Z的臨界值（表4）。說明激素類農(nóng)藥使用后的果品折價系數(shù)存在臨界值，當(dāng)折價系數(shù)大于臨界值時，從成本角度考慮種植戶會主動放棄激素類農(nóng)藥的使用。因此，政府可以通過對折價系數(shù)的宏觀調(diào)控來推進(jìn)激素類農(nóng)藥禁用的相關(guān)條例和法規(guī)。

3 獼猴桃產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈模型

3.1 分銷商和冷庫商子系統(tǒng)建模

目前周至縣獼猴桃的經(jīng)銷方式主要依靠經(jīng)銷商上門收購，經(jīng)銷商會考慮市場供需情況等因素選擇租賃冷藏庫儲藏部分果品，將其余部分直接銷售。近年來隨著市場環(huán)境和冷庫租賃市場的波動，供應(yīng)鏈的整體利潤也在不斷發(fā)生變化。

分銷商和冷庫運營商均為獨立的經(jīng)濟(jì)體，都以自身收益最大化為目標(biāo)。影響分銷商收入的因素為收購量和銷售價格，影響分銷商成本的因素為收購價格、收購量和其他費用（圖3），影響冷庫運營商收入的因素為冷藏量和單位租金，影響冷庫運營商成本的因素為冷庫運營成本、單位租賃成本和冷藏量（圖4），其中收購量和冷藏量之和為獼猴桃年產(chǎn)量。

3.2 獼猴桃供應(yīng)鏈系統(tǒng)建模

獼猴桃產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈中種植戶、經(jīng)銷商、冷藏庫運營商之間緊密聯(lián)系且互相影響，同時又都受政府產(chǎn)業(yè)政策、市場供需等因素影響，因此在仿真模型中增加2個“事件類”控件，分別為政府補(bǔ)貼和所得稅，反映政策性補(bǔ)貼對農(nóng)戶收益的影響和稅率對分銷商收益的影響。建立獼猴桃供應(yīng)鏈系統(tǒng)動力學(xué)模型（圖5）。

系統(tǒng)模型中各參數(shù)函數(shù)關(guān)系如下：（a）種植戶經(jīng)營收 益=（單位收入-單位投入）×種植面積;（b）單位收入=獼猴桃單位產(chǎn)量×收購價格+政府投入品補(bǔ)貼;（c）單位投 入= 肥料投入+用工數(shù)+農(nóng)藥投入+其他投入;（d）收購價格=8.352×供需比+0.002×單位投入-6.867;（e）總產(chǎn) 量= 獼猴桃單位產(chǎn)量×種植面積;（f）獼猴桃單位產(chǎn)量=4.923+0.158lnC-0.337lnL+0.381lnS+0.172lnF;（g）分銷商經(jīng)營收益=分銷商利潤-分銷商所得稅;（h）分銷商利潤=分銷商收入-分銷商成本費用;（i）分銷商收入=收購 量× 零售價格;（j）分銷商所得稅=分銷商利潤×0.13;（k）零售價格=收購價格×1.2;（l）分銷商成本費用=收購價 格× 收購量+分銷商其他投入;（m）冷藏庫收益=冷藏庫儲存收入-冷庫儲存成本;（n）冷藏庫儲存成本=儲藏量×（儲藏成本單價+收購價格）;（o）冷藏庫儲存收入=儲藏量×儲藏后售價;（p）儲藏后售價=零售價格×N（N指風(fēng)險系數(shù)，為0.8～1.2隨機(jī)分布函數(shù)）。

3.3 模型檢驗

通過模型仿真獼猴桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，將仿真結(jié)果與真實狀況相比較，進(jìn)行歷史檢驗反映模型是否能反映系統(tǒng)的主要特征，模型驗證區(qū)間為2005—2016年，檢驗數(shù)據(jù)為單位產(chǎn)量和收購價。由圖6、圖7可知， 單位產(chǎn)量誤差均值為7.53%，收購價格誤差均值為11.35%，由于2006年國家出臺了《農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全法》導(dǎo)致2007—2010年的產(chǎn)量和收購價格明顯降低。同時進(jìn)行后驗差檢驗，后驗差比值C=0.32<0.35，小誤差頻率P=1>0.95，模型預(yù)測結(jié)果合格。

3.4 仿真結(jié)果與分析

通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)分銷商繳納增值稅稅率為13%，為增加自身收益分銷商傾向于把獼猴桃儲藏一段時間后銷售，但冷藏銷售存在一定的市場風(fēng)險，同時也對供應(yīng)鏈整體收益帶來影響。為進(jìn)一步研究稅率與供應(yīng)鏈總收益間的關(guān)系，按不同分銷商稅率運行模型，得到2005—2020年供應(yīng)鏈總收益和年均收益值，以不同稅率下供應(yīng)鏈年均收益繪制折線（圖8）。

由圖8可知，當(dāng)分銷商稅率為13%～11.5%時，供應(yīng)鏈總利潤相比13%稅率時有所下降，隨著稅率進(jìn)一步降低，供應(yīng)鏈總利潤才開始逐漸增加。說明對農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈單一主體的減免稅收政策提高了單一主體的收益，但在特定范圍內(nèi)時會降低供應(yīng)鏈整體收益。因此，在政策制定過程中應(yīng)對供應(yīng)鏈總利潤進(jìn)行必要的分析與預(yù)判，避免出現(xiàn)“因小失大”的情況。

4 結(jié)論

通過建立獼猴桃產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈模型為種植戶提供生產(chǎn)決策指導(dǎo)，為政府制定產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策提供支撐。研究結(jié)果表明，使用激素類農(nóng)藥的果品折價系數(shù)存在臨界值，在禁止使用激素類農(nóng)藥相關(guān)政策落實效果不理想時，政府可以通過干預(yù)果品折價系數(shù)讓種植戶主動放棄使用激素類農(nóng)藥;在制定農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策時，不能僅考慮各主體的收益，應(yīng)以供應(yīng)鏈總體收益為增加目標(biāo)，以周至縣獼猴桃產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈為例，減免分銷商稅率雖可提高分銷商收益但會降低供應(yīng)鏈總體收益，僅當(dāng)稅率低于11.5%時供應(yīng)鏈總利潤才開始增加。

農(nóng)產(chǎn)品由于產(chǎn)地、產(chǎn)量、產(chǎn)值的差異，在稅收政策及補(bǔ)貼政策上很難互相借鑒，各地政府在制定產(chǎn)業(yè)政策時往往缺乏理論依據(jù)，本研究提出的農(nóng)產(chǎn)品系統(tǒng)動力學(xué)模型及分析方法能夠用于同類農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈的仿真與分析，為種植戶提供生產(chǎn)決策指導(dǎo)，為政府制定產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策提供支撐。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃桂紅，賈仁安. 基于動態(tài)反饋分析的農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈整合實證研究[J]. 系統(tǒng)工程，2008，26（8）：17-21.

[2]姜天瑞，張一豪，劉永悅，等. 農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈中農(nóng)民合作社的助農(nóng)增收效應(yīng)——以黑龍江省240個農(nóng)戶為例[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，45（3）：258-262.

[3]劉 旭. 陜西省獼猴桃產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究[D]. 楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2014.

[4]冷志杰. 基于農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈集成機(jī)制的大豆供應(yīng)鏈集成對策研究[J]. 復(fù)旦學(xué)報（自然科學(xué)版），2007，46（4）：481-488.

[5]莊晉財，黃群峰. 供應(yīng)鏈視角下我國農(nóng)產(chǎn)品流通體系建設(shè)的政策導(dǎo)向與實現(xiàn)模式[J]. 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)問題，2009（6）：98-103.

[6]楊金海，劉純陽，向林峰. 農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈?zhǔn)д{(diào)與政府調(diào)控[J]. 農(nóng)村經(jīng)濟(jì)與科技，2007（1）：77-78.

[7]曹武軍，邢曉飛，陳志斐. 基于兩部收費制的生鮮農(nóng)產(chǎn)品三級供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，45（11）：259-264.

[8]孫 亮，王曉原，于少偉，等. 不確定市場環(huán)境下農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈建模與仿真分析[J]. 農(nóng)機(jī)化研究，2011（9）：27-31.

[9]陳化飛. 低碳經(jīng)濟(jì)下綠色農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈主體博弈[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，45（14）：293-296.

[10]白世貞，丁小洲. 雙渠道下農(nóng)資供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)的Stackelberg博弈研究[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，45（3）：254-257.

[11]孫文清. 農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈參數(shù)對牛鞭效應(yīng)和成本影響的仿真[J]. 統(tǒng)計與決策，2017（13）：52-55.

[12]徐升華，徐生菊. 農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈知識共享系統(tǒng)的動力學(xué)建模與仿真[J]. 合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2013，36（11）：1381-1387.

[13]林燕燕，王維新. C-D生產(chǎn)函數(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)貢獻(xiàn)率測算中的應(yīng)用[J]. 農(nóng)機(jī)化研究，2005（4）：207-208.