考慮風(fēng)險規(guī)避行為的生鮮供應(yīng)鏈系統(tǒng)動態(tài)研究

李卓群，楊玉健，黃克兢

(華東交通大學(xué)交通運輸與物流學(xué)院，南昌 330006)

0 引言

生鮮產(chǎn)品在人類日常生活中不可或缺，尤其是近年來人們生活水平以及營養(yǎng)均衡意識提高，生鮮市場需求迅速上升。因此研究生鮮產(chǎn)品的供應(yīng)鏈具有現(xiàn)實意義。早期對于供應(yīng)鏈的研究大多基于理性經(jīng)濟人的假設(shè)，但近年來行為經(jīng)濟學(xué)迅速發(fā)展并滲透到供應(yīng)鏈領(lǐng)域，許多專家開始注意到非理性行為的存在，并且研究非理性行為對供應(yīng)鏈決策的影響。風(fēng)險規(guī)避是常見的決策者行為，由于生鮮產(chǎn)品的特殊性，決策者的非理性行為在生鮮供應(yīng)鏈中表現(xiàn)更甚。研究生鮮供應(yīng)鏈成員的非理性行為在供應(yīng)鏈決策中的影響對行業(yè)發(fā)展具有指導(dǎo)意義。系統(tǒng)動力學(xué)對復(fù)雜系統(tǒng)的研究具有很好的適用性，因此系統(tǒng)動力學(xué)研究具有風(fēng)險規(guī)避的零售商所在生鮮供應(yīng)鏈的表現(xiàn)具有理論價值和實際意義。

以上都是運用目標(biāo)規(guī)劃求解或博弈論的方法對理性經(jīng)濟人進行研究。國內(nèi)外對非理性行為也已經(jīng)有了大量研究。李波[7]等研究了風(fēng)險規(guī)避型制造商主導(dǎo)的雙渠道供應(yīng)鏈定價策略，結(jié)果表明，制造商具有風(fēng)險規(guī)避行為時，降低批發(fā)價，對整個供應(yīng)鏈以及零售商、消費者都是有利的。王道平[8]等應(yīng)用條件風(fēng)險價值衡量風(fēng)險規(guī)避，考慮風(fēng)險規(guī)避和質(zhì)量均衡策略對均衡的影響，設(shè)計零售商質(zhì)量控制和供應(yīng)鏈成員風(fēng)險規(guī)避背景下供應(yīng)鏈均衡網(wǎng)絡(luò)模型。Luo等[9]構(gòu)建風(fēng)險規(guī)避零售商和風(fēng)險中立供應(yīng)商組成的供應(yīng)鏈，在收益和需求不確定情況下，分析3個供應(yīng)鏈契約的作用效果，得出結(jié)論，批發(fā)價契約不能起到協(xié)調(diào)效果，回購契約和數(shù)量靈活契約可以協(xié)調(diào)供應(yīng)鏈。Shu[10]等研究了在需求和供應(yīng)不穩(wěn)定情況下風(fēng)險規(guī)避型零售商的最佳采購策略，構(gòu)建單期報童模型和多期拓展模型，均得出最佳采購量的函數(shù)表達式。Cai[11]等運用理論推導(dǎo)的方法研究了面臨供應(yīng)商產(chǎn)量損失和零售商下行風(fēng)險規(guī)避的兩級供應(yīng)鏈的采購決策。Gupta[12]等建立博弈論模型研究零售商出售兩種替代產(chǎn)品時，供應(yīng)鏈中斷情況下，風(fēng)險規(guī)避的供應(yīng)商對雙重采購決策的影響。

以上對風(fēng)險規(guī)避的研究均用博弈論或理論推導(dǎo)的方式，是對供應(yīng)鏈的靜態(tài)研究。由于供應(yīng)鏈系統(tǒng)的復(fù)雜性，很多學(xué)者已經(jīng)開始用系統(tǒng)動力學(xué)來研究供應(yīng)鏈。Mehrjoo等[13]對快時尚服裝行業(yè)進行系統(tǒng)動力學(xué)建模，分析庫存風(fēng)險、延遲風(fēng)險、預(yù)測風(fēng)險3種風(fēng)險對供應(yīng)鏈績效的影響。李旭等[14]以啤酒游戲為例，建立四級供應(yīng)鏈的系統(tǒng)動力學(xué)模型，研究系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制策略函數(shù)以及控制參數(shù)等影響因素以及改善供應(yīng)鏈庫存管理績效的解決方案。汪小京等[15]采用APIOBPCS庫存模型，建立供應(yīng)鏈的系統(tǒng)動力學(xué)模型，對比傳統(tǒng)供應(yīng)商管理庫存與第三方物流管理庫存下供應(yīng)鏈系統(tǒng)庫存水平及服務(wù)水平的變化，結(jié)果表明，第三方物流管理庫存模式能夠更好地調(diào)配物品補充庫存，顯著降低了供應(yīng)商和系統(tǒng)庫存水平，提高客戶服務(wù)水平。Bam等[16]建立一種藥物的下游供應(yīng)鏈系統(tǒng)動力學(xué)模型，模擬了141個場景，這些場景代表了供應(yīng)商特征、庫存管理策略和需求預(yù)測方法的不同組合，以識別帕累托最優(yōu)的管理策略集，從而將短缺數(shù)量和總成本共同降至最低。Botha等[17]建立汽車零部件供應(yīng)鏈的系統(tǒng)動力學(xué)模型，評估當(dāng)前最大庫存水平模型的性能，開發(fā)出比較新的目標(biāo)庫存設(shè)置方法。趙川等[18]對連鎖零售商與配送商及供應(yīng)商構(gòu)成的供應(yīng)鏈建立系統(tǒng)動力學(xué)模型，以超市銷售實際數(shù)據(jù)做基礎(chǔ)實證研究。通過敏感性分析，對庫存調(diào)節(jié)周期、配送時間、需求預(yù)測權(quán)重、安全庫存天數(shù)等參數(shù)進行改進，最終得到優(yōu)化的零售商庫存模型，實驗結(jié)果表明此模型可以降低庫存量、提高庫存周轉(zhuǎn)率，降低庫存成本。

以上關(guān)于系統(tǒng)動力學(xué)研究庫存模型以及最佳采購方式的文章，大多基于理性經(jīng)濟人的角度，而考慮了非理性行為的文章大多運用博弈論或理論推導(dǎo)的方法對供應(yīng)鏈進行了靜態(tài)研究，對于生鮮供應(yīng)鏈的研究也很少對新鮮品和打折品進行細分。本文將生鮮品細分為新鮮品和打折品，且考慮到生鮮供應(yīng)鏈的特殊性和復(fù)雜性，應(yīng)用系統(tǒng)動力學(xué)方法，建立貼近現(xiàn)實的供應(yīng)鏈模型，研究風(fēng)險規(guī)避型零售商給生鮮供應(yīng)鏈帶來的影響。

1 問題描述及模型構(gòu)建

1.1 問題描述

本文研究由風(fēng)險中性供應(yīng)商(S)和風(fēng)險規(guī)避零售商(R)組成的二級生鮮供應(yīng)鏈系統(tǒng)。生鮮品的需求對產(chǎn)品本身價格和新鮮度比較敏感，零售商運用指數(shù)平滑法對新鮮品的市場需求進行預(yù)測，再結(jié)合自身風(fēng)險感知發(fā)送訂貨量給供應(yīng)商，供應(yīng)商負責(zé)生產(chǎn)及送貨。由于生鮮品對儲存條件的要求較高，本文考慮零售商的庫存成本。假設(shè)對于保鮮期為一周的產(chǎn)品，零售商接收到第一批新鮮品，進行一周的新鮮品銷售，第二周會接收到第二批新鮮品同時將第一批轉(zhuǎn)換到打折區(qū)成為打折品。第三周接收到第三批新鮮品，同時將第二批轉(zhuǎn)換成打折品，第一批進行腐壞處理。

根據(jù)前景理論可知，人們面對收益和損失的敏感性不同。前景理論的價值函數(shù)模型為[19]

(1)

其中，α和β表示函數(shù)的凹凸程度，λ表示損失區(qū)間比收益區(qū)間的函數(shù)曲線更陡。λ>1表示損失厭惡。前景理論價值函數(shù)曲線如圖1所示。

圖1 前景理論價值函數(shù)曲線

生鮮類零售商對腐壞損失更加敏感，具有明顯的腐壞風(fēng)險規(guī)避傾向。結(jié)合前景理論價值函數(shù)，本文設(shè)定零售商對腐壞損失具有風(fēng)險感知，當(dāng)不存在腐壞損失時，風(fēng)險感知為0。因此設(shè)定零售商的風(fēng)險感知函數(shù)為

(2)

其中，y為風(fēng)險感知，x為腐壞損失，k為零售商風(fēng)險態(tài)度。

1.2 模型假設(shè)

本文主要建立包括供應(yīng)商、零售商在內(nèi)的兩級供應(yīng)鏈系統(tǒng)動力學(xué)模型，涉及以下相關(guān)因素：供應(yīng)商方面，包括生產(chǎn)量、生產(chǎn)延遲、發(fā)貨量和運輸延遲；零售商方面，包括到貨量、新鮮品庫存、新鮮品售賣量、打折區(qū)庫存、打折品售賣量以及腐壞品轉(zhuǎn)化量。

為了更好地表現(xiàn)系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、要素之間的相互關(guān)系及其動態(tài)相關(guān)行為模式，本文提出系統(tǒng)動力學(xué)模型假設(shè)：

假設(shè)1：供應(yīng)商生產(chǎn)能力和運輸能力總能夠滿足零售商需求，不考慮生產(chǎn)能力與運輸能力受限制的問題；

假設(shè)2：供應(yīng)商提供的產(chǎn)品合格率100%，不考慮物流途中損耗問題。

假設(shè)3：零售商本期不能滿足的市場需求，不計入下一期需求中，即不考慮訂單積壓。

假設(shè)4：產(chǎn)品保鮮期為1周。

1.3 腐壞損失風(fēng)險規(guī)避的零售商所在的生鮮供應(yīng)鏈模型

生鮮商品有易腐壞性，防止供應(yīng)商生產(chǎn)過多造成浪費，本文假設(shè)供應(yīng)商采用拉動式生產(chǎn)方式，即供應(yīng)商根據(jù)零售商訂單組織生產(chǎn)。具有腐壞損失風(fēng)險規(guī)避的零售商所在的生鮮供應(yīng)鏈模型如圖2所示。模型仿真周期單位為Week。每周期開始，供應(yīng)商根據(jù)上周期零售商的訂單組織生產(chǎn)、發(fā)貨；零售商收到貨物進行銷售且根據(jù)歷史銷售數(shù)據(jù)預(yù)測下期銷售，結(jié)合生產(chǎn)和運輸延遲時間計算出訂貨量，將訂單信息發(fā)送給供應(yīng)商。

圖2 風(fēng)險規(guī)避型零售商所在供應(yīng)鏈系統(tǒng)動力學(xué)模型圖

每個周期t，供應(yīng)商的活動流程為：在t周期開始，供應(yīng)商按照t-1期的零售商訂單Ot-1組織生產(chǎn)，生產(chǎn)量用Pt表示；經(jīng)過生產(chǎn)延遲時間t1，供應(yīng)商發(fā)貨，發(fā)貨量為Dt，由于運輸延遲時間t2，發(fā)貨量成為在途庫存WIPt。零售商的活動流程為：接收到貨量At，根據(jù)市場需求進行銷售，銷售期末則根據(jù)歷史銷售數(shù)及指數(shù)平滑法進行市場需求預(yù)測確定訂貨量發(fā)送給供貨商。產(chǎn)品保鮮期FT為1。若產(chǎn)品有剩余，將在下周期開始的時候進入打折區(qū)進行打折銷售。新鮮品的市場需求R1t以及打折品的市場需求R2t均與價格p和新鮮度θ有關(guān)，假設(shè)新鮮品的新鮮度為θ1，打折品的新鮮度為θ2。產(chǎn)品流動模塊圖如圖3所示。

圖3 產(chǎn)品流動模塊

流程中涉及到的公式有

Pt=Ot-1-t1

(3)

供應(yīng)商的生產(chǎn)量等于上期末零售商的訂貨量，t1為生產(chǎn)延遲；發(fā)貨量等于生產(chǎn)量，即

Dt=Pt

(4)

貨物發(fā)出成為在途庫存量，經(jīng)過運輸延遲時間，到達零售商處，成為到貨量。即

WIPt=Dt-At

(5)

At=Dt-t2

(6)

其中，t2表示運輸延遲時間。

R1t=(m*0.8-b*p)*θ1

(7)

R2t=(m*0.2-b*p*z)*θ2

(8)

其中，m為市場規(guī)模，b為價格彈性，z為打折率。新鮮品與打折品的市場規(guī)模比例為4∶1。

新鮮品銷售量和打折品銷售量分別為

S1t=min(At,R1t)

(9)

S2t=min(Trt,R2t)

(10)

其中，Trt為打折品轉(zhuǎn)化量。

Trt=At-S1t

(11)

零售商新鮮品庫存和打折品庫存分別為

IR1=At-S1t-Trt

(12)

IR2=Trt-S2t-Lt

(13)

其中，Lt為腐壞品處理量。

Lt=Trt-S2t

(14)

每周期末，零售商運用移動平均法根據(jù)歷史銷售數(shù)據(jù)進行市場需求預(yù)測，運用APIOBPCS庫存策略進行訂貨。此過程涉及公式有

xt=Lt*(w-v)

(15)

其中，xt為零售商的腐壞損失，w為單位產(chǎn)品批發(fā)價，v為腐壞品處理價。

市場需求預(yù)測FQt公式表示為

FQt=R1t*μ+(1-μ)*FQt-1+y/w

(16)

其中，μ為平滑系數(shù)，y為風(fēng)險感知，參考公式(2)。

零售商對新鮮品的期望庫存

EIt=FQt*t2

(17)

庫存調(diào)整量為

Iadjust=α*EIt

(18)

零售商期望在途庫存為

EWIPt=FQt*t1

(19)

在途庫存調(diào)整量為

WIPadjust=α*(EWIPt-WIPt)

(20)

其中，α為庫存調(diào)整系數(shù)。

零售商訂貨量為

(21)

零售商訂貨模塊的因果關(guān)系圖如圖4所示。

圖4 零售商訂貨模塊關(guān)系圖

根據(jù)零售商訂貨模型和產(chǎn)品流程建立了對腐壞損失風(fēng)險規(guī)避的零售商所在生鮮供應(yīng)鏈的系統(tǒng)動力學(xué)模型如圖2所示。

模型中常量以及零售商、供應(yīng)商和供應(yīng)鏈的利潤模塊所涉及變量的數(shù)學(xué)關(guān)系式如表1和表2所示。

表1 模型主要常量設(shè)置

表2 利潤模塊主要變量數(shù)學(xué)關(guān)系式

2 零售商風(fēng)險態(tài)度對供應(yīng)鏈系統(tǒng)的影響分析

2.1 庫存調(diào)整系數(shù)與風(fēng)險態(tài)度的關(guān)系分析

零售商對腐壞損失具有風(fēng)險感知，根據(jù)式(2)零售商風(fēng)險感知與其風(fēng)險態(tài)度相關(guān)，對于零售商風(fēng)險態(tài)度的研究范圍，從0開始，步長為1變化風(fēng)險態(tài)度系數(shù)，分析仿真結(jié)果。仿真結(jié)果中顯示零售商風(fēng)險感知隨風(fēng)險態(tài)度系數(shù)變化呈現(xiàn)規(guī)律性：風(fēng)險態(tài)度系數(shù)越高即風(fēng)險規(guī)避程度越大，風(fēng)險感知越明顯。為清晰呈現(xiàn)實驗結(jié)果，分別選取風(fēng)險態(tài)度系數(shù)0，3，6代表零售商風(fēng)險中性，零售商中度風(fēng)險規(guī)避和零售商高度風(fēng)險規(guī)避。

根據(jù)已有研究[20]，庫存調(diào)整系數(shù)會對供應(yīng)鏈系統(tǒng)性能有較大影響。為了確定合適的庫存調(diào)整系數(shù)，本文在零售商風(fēng)險態(tài)度分別為0、3、6的情況下，使得庫存調(diào)整系數(shù)α∈[0,1]，步長為0.1。觀察零售商利潤、供應(yīng)商利潤、供應(yīng)鏈利潤等指標(biāo)隨庫存調(diào)整系數(shù)變化的情況。將每次仿真實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，計算以上3個指標(biāo)每次實驗的平均值，結(jié)果如表3所示。其中，(0，R)表示：零售商風(fēng)險態(tài)度=0，R為零售商平均利潤，S為供應(yīng)商平均利潤，SC為供應(yīng)鏈平均利潤。

由表3可以看出，在風(fēng)險態(tài)度為0、3、6三種情況下，零售商平均利潤均是庫存調(diào)整系數(shù)為0的時候最高；供應(yīng)商平均利潤最高值對應(yīng)的庫存調(diào)整系數(shù)隨風(fēng)險態(tài)度增大而減小，分別為1.0，0.8，0.3；供應(yīng)鏈平均利潤最高值對應(yīng)的庫存調(diào)整系數(shù)分別為0.1，0.1，0?，F(xiàn)以供應(yīng)鏈利潤最大為目標(biāo)，后續(xù)研究中將庫存調(diào)整系數(shù)為0.1。

表3 利潤隨庫存調(diào)整系數(shù)變化圖

2.2 觀察零售商風(fēng)險態(tài)度對供應(yīng)鏈系統(tǒng)的影響

固定庫存調(diào)整系數(shù)為0.1，變化零售商風(fēng)險態(tài)度k∈{0，3，6}，其中k=0表示零售商風(fēng)險中性，k>0表示零售商風(fēng)險規(guī)避，k越大表示風(fēng)險規(guī)避程度越大。觀察不同風(fēng)險態(tài)度下供應(yīng)鏈系統(tǒng)的表現(xiàn)，可以看出零售商訂貨量、零售商新鮮品庫存、零售商利潤、供應(yīng)商利潤、供應(yīng)鏈利潤以及缺貨量均有變化：零售商訂貨量隨其風(fēng)險規(guī)避程度增大而減小，這直接導(dǎo)致供應(yīng)商利潤也隨之減??；零售商新鮮品庫存隨其風(fēng)險規(guī)避程度增大而略有下降；新鮮品缺貨量隨風(fēng)險規(guī)避程度增大而大幅度上升；零售商利潤、供應(yīng)商利潤、供應(yīng)鏈利潤均隨零售商風(fēng)險規(guī)避程度增大而下降，且結(jié)合表3中三者平均利潤表可以得知，供應(yīng)商和供應(yīng)鏈的平均利潤受到較大影響。零售商訂貨量及利潤、供應(yīng)商利潤隨零售商風(fēng)險規(guī)避態(tài)度變化情況如圖5～圖7所示。

圖5 零售商訂貨量在不同風(fēng)險態(tài)度下的對比圖

圖6 零售商利潤在不同風(fēng)險態(tài)度下的對比圖

圖7 供應(yīng)商利潤在不同風(fēng)險態(tài)度下的對比圖

3 弱化風(fēng)險規(guī)避行為影響的策略

3.1 回購契約對供應(yīng)鏈系統(tǒng)的影響

由于生鮮零售商對腐壞損失的風(fēng)險規(guī)避態(tài)度會引起其本身以及供應(yīng)商甚至整條供應(yīng)鏈利潤下降，本研究提出供應(yīng)商對零售商提供回購契約，觀察回購契約能否減輕由零售商風(fēng)險規(guī)避對供應(yīng)鏈系統(tǒng)造成的消極影響。增加回購契約之后的模型如圖8所示。對零售商而言，將原模型中的處理價v換成回購價Rp。對供應(yīng)商而言，增加了回購成本CostSRe和腐壞品處理收益IncomeSRe?；刭徠跫s下的模型增加的公式為式(22)～式(25)。

圖8 回購契約下的供應(yīng)鏈系統(tǒng)模型

Rp=p*0.2

(22)

CostSRe=Lt*Rp

(23)

IncomeSRe=vs*Lt

(24)

vS=p*0.1

(25)

把原模型和回購契約模型仿真時零售商、供應(yīng)商和供應(yīng)鏈平均利潤進行對比，如圖9所示。由圖9可以看出，對零售商和供應(yīng)鏈而言，回購契約的實施增加了他們的平均利潤；對供應(yīng)商而言，在零售商風(fēng)險中立即風(fēng)險態(tài)度為0時，實施回購契約會略降低平均利潤，而在零售商風(fēng)險規(guī)避時實施回購契約會增加供應(yīng)商平均利潤?？梢缘贸鼋Y(jié)論：回購契約通過降低零售商腐壞損失來緩解零售商的損失規(guī)避心理，從而削弱了損失規(guī)避對供應(yīng)鏈系統(tǒng)產(chǎn)生的消極影響。當(dāng)零售商風(fēng)險中立時，供應(yīng)商不愿意實施回購契約，而零售商有明顯風(fēng)險規(guī)避傾向時，供應(yīng)商提供恰當(dāng)?shù)幕刭弮r格、實施回購契約可以提高自身以及零售商和整個供應(yīng)鏈的平均利潤。

圖9 原模型和回購模型下供應(yīng)鏈系統(tǒng)平均利潤對比圖

3.2 提高新鮮度對供應(yīng)鏈系統(tǒng)的影響

除建立回購契約以外，適當(dāng)增加保鮮投入，提高生鮮品新鮮度也是生鮮零售商常用的方法。本研究在原模型基礎(chǔ)上提高新鮮度1和新鮮度2，設(shè)置公式為：新鮮度1為random normal(0.8,1,0.9,4,1)，新鮮度2為random normal(0.2,0.8,0.5,4,1)。此處不考慮提高新鮮度給零售商帶來的成本。觀察供應(yīng)鏈系統(tǒng)的變化。令原模型為情景1，提高新鮮度后的模型為情景2。得出兩種情形下零售商、供應(yīng)商、供應(yīng)鏈總利潤如圖10所示。

圖10 兩種情形下三者總利潤對比圖

由以上零售商利潤、供應(yīng)商利潤以及供應(yīng)鏈利潤在兩種情形下的對比圖可以看出，提高新鮮度后，三者都有明顯提高。說明新鮮度的提高促進市場需求，減少了零售商腐壞處理量，緩解了零售商對腐壞損失的風(fēng)險規(guī)避心理，由此對整個供應(yīng)鏈系統(tǒng)的利潤都有提高。得出結(jié)論：零售商可以衡量提高新鮮度帶來的成本和利潤，適當(dāng)增加保鮮投入，有利于自身和整個供應(yīng)鏈系統(tǒng)的發(fā)展；供應(yīng)商也可以根據(jù)提高新鮮度后的利潤增加量來分擔(dān)零售商一定比例的保鮮成本，從而鼓勵零售商增加保鮮投入，提高整體供應(yīng)鏈系統(tǒng)性能。

4 結(jié)論

本文運用系統(tǒng)動力學(xué)方法對具有腐壞損失風(fēng)險規(guī)避的零售商所在生鮮供應(yīng)鏈系統(tǒng)進行建模分析。首先模擬零售商不同程度的風(fēng)險態(tài)度對供應(yīng)鏈系統(tǒng)的影響，得出結(jié)果：風(fēng)險規(guī)避程度越大，零售商訂貨量以及零售商、供應(yīng)商、供應(yīng)鏈的利潤越小，系統(tǒng)缺貨量越多。然后提出回購契約模型，模擬結(jié)果表明，面對風(fēng)險中立的零售商，供應(yīng)商建立回購契約后利潤略降低，因此不愿意建立回購契約；而面對風(fēng)險規(guī)避的零售商，供應(yīng)商建立回購契約可以緩解零售商風(fēng)險規(guī)避帶來的消極影響，提高供應(yīng)商自身和整體供應(yīng)鏈的利潤，因此愿意建立回購契約。最后提出，零售商增加保鮮投入提高生鮮品新鮮度有利于整個供應(yīng)鏈系統(tǒng)的發(fā)展，因此供應(yīng)商可以考慮分擔(dān)一定比例的零售商保鮮成本，鼓勵零售商提高新鮮度。