隨機需求下考慮綠色度的農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)機制研究

陳天文

(鹽城工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院;鹽城產(chǎn)教融合發(fā)展研究中心,江蘇 鹽城 224000)

一、引言

2020年9月,國家主席習(xí)近平在第75屆聯(lián)合國大會上宣布:“中國將提高國家自主貢獻力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值,努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和?！痹陔p碳目標(biāo)下,構(gòu)建并逐步優(yōu)化農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈,是健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展生產(chǎn)體系的必然要求。2022年4月《關(guān)于開展2022年農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化創(chuàng)建工作的通知》中要求,推動投入品應(yīng)用綠色化,開展綠色種養(yǎng)生態(tài)循環(huán)試點,打造生態(tài)農(nóng)場;有條件的示范區(qū)建設(shè)國家農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展先行區(qū),示范引領(lǐng)農(nóng)業(yè)全面綠色轉(zhuǎn)型。2022年,國家農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、財政部等部門多次就農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)、綠色種養(yǎng)、農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展等方面進行發(fā)文指導(dǎo)。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展,人們對農(nóng)產(chǎn)品的新鮮、綠色和環(huán)保都有了更高的要求,國家環(huán)保政策要求和生產(chǎn)企業(yè)環(huán)保意識也隨之提升。

隨著人們生活水平的提高,食品安全問題頻頻曝出,越來越多的消費者開始注重農(nóng)產(chǎn)品的綠色度。在大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)持續(xù)賦能下,直播電商給農(nóng)產(chǎn)品帶來新的機遇和挑戰(zhàn),農(nóng)產(chǎn)品的需求變得越來越復(fù)雜和多變?！半p重邊緣化”[1]和“牛鞭效應(yīng)”[2]的存在迫切需要協(xié)調(diào)供應(yīng)鏈中的每個成員。研究供應(yīng)鏈契約設(shè)計機制對供應(yīng)鏈成員綠色行為選擇的作用,有利于促進農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展,加強企業(yè)對環(huán)境與資源的關(guān)注,進一步推進生態(tài)文明建設(shè)。

不同于以往的研究,本文根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)分散、流通鏈條缺乏協(xié)調(diào)、綠色研發(fā)成本高、需求不確定性大的現(xiàn)狀,以農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈為研究對象,考慮需求不確定性下的農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈,通過研究農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈契約協(xié)調(diào)機制,促進供應(yīng)鏈成員綠色行為選擇,以期為農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)商和零售商發(fā)展綠色農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈提供對策建議。

二、相關(guān)研究綜述

本文所涉及的前期研究成果主要包括綠色生產(chǎn)、農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈和供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)三個方面。

(一)綠色生產(chǎn)

利用科學(xué)的、可持續(xù)的綠色先進生產(chǎn)技術(shù)不斷優(yōu)化農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品質(zhì)量層次,不僅可以幫助生產(chǎn)商節(jié)約生產(chǎn)成本,還可以提高農(nóng)產(chǎn)品的綠色度,對消費者的需求和生產(chǎn)者的生產(chǎn)都有著正向的作用。針對農(nóng)作物秸稈綜合利用提出完善利用方式,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中利用廢棄農(nóng)作物秸稈,將其變廢為寶,不僅有效處理秸稈,而且還為農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)提供有效基質(zhì)[3]。農(nóng)產(chǎn)品在種養(yǎng)殖過程中可以通過輪作、套作、共作等方式,使得土地有效利用,采取綠色種養(yǎng)殖技術(shù),提高產(chǎn)品質(zhì)量,促進農(nóng)產(chǎn)品增收[4]。目前應(yīng)用廣泛的稻魚、稻蝦、稻蟹共作,不僅提高水稻和水產(chǎn)品(魚、蝦、蟹)的產(chǎn)量和品質(zhì),而且可有效減少使用農(nóng)藥化肥、減少病蟲害的發(fā)生,真正達到綠色、環(huán)保、有機三者合一的生產(chǎn)效果[5-7]。

(二)農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈

農(nóng)產(chǎn)品具有生產(chǎn)提前期長、生命周期短、需求不確定性大、期末待售產(chǎn)品殘值低等特性,在農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈的協(xié)調(diào)和管理中必須考慮這些因素。Li等[8]應(yīng)用多項logit模型來區(qū)分中國菜農(nóng)的生產(chǎn)不確定性、環(huán)境不確定性和銷售不確定性。王紅春等[9]研究直播電商農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈中,政府補貼對于農(nóng)戶和直播商戶決策的影響?；艏t等[10]研究需求受銷售努力和價格影響的農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈,通過銷售努力提高銷售量,從而將產(chǎn)品在短時間內(nèi)銷售給消費者。Shi和Wang[11]建立了一個農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈模型,解釋了產(chǎn)量和需求的隨機性如何影響供應(yīng)鏈成員的利潤和整個供應(yīng)鏈的績效。

(三)供應(yīng)鏈契約

供應(yīng)鏈契約可以有效地解決供應(yīng)鏈管理中“雙重邊際”的問題,近年來供應(yīng)鏈契約引起越來越多的學(xué)者關(guān)注。Pasternack[12]于1985年首次提出供應(yīng)鏈契約的概念,提出了兩種退貨契約策略來協(xié)調(diào)供應(yīng)鏈,即以部分價格退回所有產(chǎn)品或以全價退回部分產(chǎn)品。供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)契約提出后,很多學(xué)者對供應(yīng)鏈契約協(xié)調(diào)展開了大量研究。Cachon[13]將“協(xié)調(diào)”定義為“供應(yīng)鏈優(yōu)化中的納什均衡”,即企業(yè)不存在偏離現(xiàn)有行為的利潤動機。Zhong等[14]提出了一種基于收益共享契約的補貼機制,以改善供應(yīng)鏈績效并證明帕累托改進集的存在。張驥驤和朱晨[15]分析政府多政策情形下第三方回收模式閉環(huán)供應(yīng)鏈的協(xié)調(diào)問題,考慮政府多政策以及零售商主導(dǎo),設(shè)計利潤共享—費用分擔(dān)契約和授權(quán)—最優(yōu)回收數(shù)量契約,并比較分析各情形下的供應(yīng)鏈最優(yōu)定價決策和利潤。

目前,國內(nèi)外學(xué)界對供應(yīng)鏈運營中需求受哪些關(guān)鍵因素的影響仍未達成共識,對于在農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈環(huán)境下的成員間的合作與協(xié)調(diào)問題仍顯相對缺乏。越來越多的研究者已經(jīng)認識到綠色生產(chǎn)對于提升企業(yè)的環(huán)境管理水平和商業(yè)競爭能力的重要性。本文建立了一個基于報童模型的兩階段供應(yīng)鏈,并分析供應(yīng)鏈在集中、分散和協(xié)調(diào)模式下,使供應(yīng)鏈的預(yù)期利潤最大化的產(chǎn)品訂購量和產(chǎn)品綠色度。發(fā)現(xiàn)單一收益共享契約無法協(xié)調(diào)供應(yīng)鏈。設(shè)計收益共享—綠色成本共擔(dān)聯(lián)合契約,以協(xié)調(diào)農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈,實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)商和零售商的長效共贏。

三、模型描述和假設(shè)

決策變量:

q:零售商訂購的產(chǎn)品數(shù)量;e:農(nóng)產(chǎn)商生產(chǎn)產(chǎn)品的綠色度。

參數(shù):

(一)集中決策模型

將供應(yīng)鏈視為一個整體,在集中式模型中,零售商和農(nóng)產(chǎn)商的決策以供應(yīng)鏈利潤最大化為目標(biāo)。零售商從農(nóng)產(chǎn)商處購買商品的過程被視為供應(yīng)鏈內(nèi)利潤的轉(zhuǎn)移,這只影響供應(yīng)鏈中每個成員的利益,對整個供應(yīng)鏈的利潤沒有影響。供應(yīng)鏈的預(yù)期利潤函數(shù)可以表示為:

∏sc(q,e)=pE[min(q,r(e)+ε)]+vE[(q-(r(e)+ε))+]-gE[((r(e)+ε)-q)+]-cq-c(e)

(1)

其中,pE[min(q,r(e)+ε)]是銷售收入、vE[(q-(r(e)+ε))+]是銷售期結(jié)束時未售出產(chǎn)品的剩余價值、gE[((r(e)+ε)-q)+]為由未滿足的市場需求造成的損失、cq為農(nóng)產(chǎn)商的生產(chǎn)成本,c(e)為綠色生產(chǎn)的研發(fā)成本。

公式(1)可以轉(zhuǎn)化為:

(2)

關(guān)于∏sc(q,e)的一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù):

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

∏sc(q,e)的Hessian矩陣為:

(8)

(9)

將(8)(9)代入公式(2),可獲得集中供應(yīng)鏈中的最大總利潤:

(10)

(二)分散決策模型

在分散模型中,農(nóng)產(chǎn)商和零售商是兩個獨立的個體,農(nóng)產(chǎn)商以w的價格向零售商批發(fā)產(chǎn)品。在進行決策時,農(nóng)產(chǎn)商和零售商都考慮自身利益的最大化,而不考慮供應(yīng)鏈的群體利益。農(nóng)產(chǎn)商和零售商的預(yù)期利潤如下:

∏m(e)=(w-c)q-c(e)

(11)

∏r(q)=pE[min(r(e)+ε)]-wq+vE[(q-(r(e)+ε))+]-gE[((r(e)+ε)-q)+]

(12)

建立Stackelberg博弈模型,農(nóng)產(chǎn)商是領(lǐng)導(dǎo)者,零售商是追隨者。零售商首先決定訂購數(shù)量響應(yīng)函數(shù),農(nóng)產(chǎn)商根據(jù)訂購數(shù)量響應(yīng)函數(shù)確定農(nóng)產(chǎn)品的綠色度。

1.零售商決策模型

在公式(12)中,pE[min(r(e)+ε)]是銷售收入、wq是農(nóng)產(chǎn)商批發(fā)產(chǎn)品的成本、vE[(q-(r(e)+ε))+]是銷售期結(jié)束時未售出產(chǎn)品的剩余價值、gE[((r(e)+ε)-q)+]為未滿足市場需求造成的損失。公式(12)被轉(zhuǎn)換為:

∏r(q)=(p-v+g)S(q,e)+(v-w)q-g(u+re)

(13)

得到∏r(q)的一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù):

(14)

(15)

因此,公式(13)具有唯一的最優(yōu)解:

(16)

2.農(nóng)產(chǎn)商決策模型

在公式(11)中,wq是農(nóng)產(chǎn)商的銷售利潤、cq是農(nóng)產(chǎn)商的生產(chǎn)成本、c(e)為綠色生產(chǎn)的研發(fā)成本、公式(11)被轉(zhuǎn)換為:

(17)

得到∏m(e)的一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù):

(18)

(19)

因此,公式(17)具有唯一的最優(yōu)解:

(20)

將(20)代入公式(16)可得:

(21)

(22)

(23)

3.分散和集中模式比較

顯然,在分散模型中,零售商和農(nóng)產(chǎn)商在決策時都只考慮自己的利益。零售商訂購的數(shù)量少于實際使供應(yīng)鏈利潤最大化的數(shù)量。同時,農(nóng)產(chǎn)商生產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品的綠色度也低于最優(yōu)值。在分散模式下,供應(yīng)鏈的整體利潤將下降,這是雙重邊際化的結(jié)果。

集中模型中零售商訂購的數(shù)量比分散模型中的多,這表明零售商傾向于訂購較少的產(chǎn)品,以抵抗不確定市場需求的影響,從而降低市場需求低于預(yù)期導(dǎo)致大量產(chǎn)品積壓的風(fēng)險。同時,農(nóng)產(chǎn)商傾向于生產(chǎn)較低綠色度的產(chǎn)品,從而避免投入較高的綠色生產(chǎn)研發(fā)成本。

綜上所述,供應(yīng)鏈可以在集中式模式中實現(xiàn)更高水平的利潤。農(nóng)產(chǎn)商和零售商是獨立的個體,在分散模型中,有必要設(shè)定一定的協(xié)調(diào)契約以使其總利潤最大化。同時,農(nóng)產(chǎn)商和零售商都能夠通過協(xié)調(diào)契約獲得比以前更多的利潤,從而激勵農(nóng)產(chǎn)商和零售商遵守契約,形成長效共贏的合作關(guān)系。

四、供應(yīng)鏈契約協(xié)調(diào)機制

(一)收益共享契約

供應(yīng)鏈?zhǔn)找婀蚕砥跫s是零售商將在銷售期結(jié)束時給予農(nóng)產(chǎn)商一定比例的銷售收入,農(nóng)產(chǎn)商承諾給予零售商較低的批發(fā)價格,以激勵零售商訂購更多商品,從而改進供應(yīng)鏈運作績效的一種協(xié)調(diào)方式,國內(nèi)常用的特許經(jīng)營模式就是收益共享契約的典型案例。

假設(shè)零售商給農(nóng)產(chǎn)商的銷售收入份額為φ,φ∈(0,1),農(nóng)產(chǎn)商給零售商的批發(fā)價格為w,零售商和農(nóng)產(chǎn)商的利潤函數(shù)表示為:

(24)

(25)

(26)

(27)

(28)

(29)

(二)收益共享—綠色成本共擔(dān)契約

基于傳統(tǒng)協(xié)調(diào)供應(yīng)鏈的收益共享契約,建立適合協(xié)調(diào)農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈的“收益共享—綠色成本共擔(dān)”契約。該契約不僅強調(diào)零售商以φ比例共享零售商的銷售收入,同時為激勵農(nóng)產(chǎn)商積極生產(chǎn)綠色度較高的農(nóng)產(chǎn)品,還強調(diào)零售商以1-τ比例承擔(dān)農(nóng)產(chǎn)商的投入綠色生產(chǎn)的研發(fā)成本,其中τ∈(0,1)。

(30)

(31)

此處零售商和農(nóng)產(chǎn)商斯坦伯格均衡解的求法與上述分散模型相同,同理可得零售商和農(nóng)產(chǎn)商在收益共享—綠色成本共擔(dān)契約下的最優(yōu)決策如下:

(32)

(33)

(34)

(35)

求解公式(34)(35)可得:

(36)

w=c+φ(v-c)

(37)

五、算例分析

為進一步研究和驗證收益共享—綠色成本共擔(dān)契約協(xié)調(diào)模型的可行性,以及供應(yīng)鏈中不確定性對利潤和決策的影響,下面借助Matlab進行數(shù)值模擬分析。參考實際農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)如表1所示。

表1 數(shù)值假設(shè)

(一)決策和聯(lián)合契約下的利潤

在集中式模型中,當(dāng)決策(q=7183,e=18)時,供應(yīng)鏈的預(yù)期利潤達到最大值43112.33。在分散決策模型中,當(dāng)決策(q=5523,e=6)時,零售商和農(nóng)產(chǎn)商的利潤值都達到最大,供應(yīng)鏈的預(yù)期利潤為40827.09。顯然,分散模型中零售商的訂購量、農(nóng)產(chǎn)商產(chǎn)品的綠色度和供應(yīng)鏈的總利潤都低于集中決策模式,所以,對供應(yīng)鏈進行協(xié)調(diào)十分必要。通過收益共享—綠色成本共擔(dān)契約(φ=0.35)進行協(xié)調(diào),農(nóng)產(chǎn)商先以2.7的批發(fā)價將產(chǎn)品銷售給零售商促使零售商訂購更多的產(chǎn)品,零售商在產(chǎn)品銷售后將35%的銷售收入給農(nóng)產(chǎn)商,同時,為提高產(chǎn)品的綠色度,零售商承擔(dān)65%的綠色生產(chǎn)研發(fā)成本,減輕農(nóng)產(chǎn)商綠色研發(fā)成本的壓力,促使農(nóng)產(chǎn)商生產(chǎn)綠色度更高的農(nóng)產(chǎn)品。結(jié)果顯示,通過契約對供應(yīng)鏈進行協(xié)調(diào),可以提高產(chǎn)品訂購量和綠色度,農(nóng)產(chǎn)商和零售商做出和集中模式相同的決策,并且供應(yīng)鏈利潤達到系統(tǒng)最優(yōu)值。不同決策模式最優(yōu)結(jié)果如表2所示。

表2 不同決策模式最優(yōu)結(jié)果對比

(二)協(xié)調(diào)系數(shù)對供應(yīng)鏈的影響

圖1 協(xié)調(diào)系數(shù)對利潤的影響

3.契約不確定性對供應(yīng)鏈的影響

如圖2所示,在集中式模型和分散模型中,訂購量都隨著需求不確定性的增加而增加,說明需求不確定性越大,零售商越需要增加訂購量來抵抗需求不確定性帶來的風(fēng)險。分散模型中訂購量決策小于集中模型下的訂購量,這表明在沒有協(xié)調(diào)契約的分散模型下,供應(yīng)鏈的總利潤不能達到最優(yōu)。在分散模型中,由于農(nóng)產(chǎn)商沒有共擔(dān)需求不確定的風(fēng)險,零售商在兩種模式下訂購量的差距越來越大,說明需求不確定性越大,越需要對供應(yīng)鏈進行協(xié)調(diào),使供應(yīng)鏈成員通力合作,共享利益、共擔(dān)風(fēng)險。

圖2 需求不確定性對訂購數(shù)量決策的影響

由圖3可知,隨著需求的不確定性的增加,供應(yīng)鏈整體的利潤下降。分散模型中供應(yīng)鏈的總利潤下降的速度比集中決策模式下降得快,說明分散決策模式抵抗需求不確定風(fēng)險的能力低于集中決策模式。在分散模型中,農(nóng)產(chǎn)商的利潤隨著需求不確定性的增加而減少,零售商的利潤不受需求不確定性的影響,反而會因為農(nóng)產(chǎn)商訂購量的增加而提高。

圖3 需求不確定性對利潤的影響

六、結(jié)論

針對農(nóng)產(chǎn)品的特點,本文建立了一個單周期的農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈模型,采用博弈論和運籌學(xué)理論對農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈建立數(shù)學(xué)模型,分析了集中決策和分散決策模式下零售商的訂購數(shù)量和農(nóng)產(chǎn)商產(chǎn)品綠色度的決策。設(shè)計收益共享—綠色成本共擔(dān)契約協(xié)調(diào)供應(yīng)鏈各成員之間的關(guān)系,進一步研究了不同決策模式下供應(yīng)鏈決策和利潤的結(jié)果、協(xié)調(diào)系數(shù)對供應(yīng)鏈的影響以及需求不確定性對供應(yīng)鏈利潤和決策的影響,證明了收益共享—風(fēng)險共擔(dān)契約實現(xiàn)“共贏”的可行性。

收益共享—綠色成本共擔(dān)契約使零售商分享銷售收益,分擔(dān)綠色研發(fā)成本,同時也使農(nóng)產(chǎn)商分擔(dān)部分需求不確定的風(fēng)險,促使農(nóng)產(chǎn)商和零售商通力合作,農(nóng)產(chǎn)商、零售商和供應(yīng)鏈整體的利潤均得到增加,進而為消費者提供更加健康環(huán)保的綠色農(nóng)產(chǎn)品,實現(xiàn)“共贏”目標(biāo)。