基于生鮮品庫存模型的供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)機制研究

侯國棟　孫曉　王淑云　教授　姜櫻梅　博士生

中圖分類號：F274 文獻標(biāo)識碼：A

內(nèi)容摘要：本文基于目前我國生鮮品的庫存系統(tǒng)研究，統(tǒng)籌生產(chǎn)與消費各環(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)機制三種庫存模型下的利潤協(xié)調(diào)情況，結(jié)合算例，運用遺傳算法和Shapley值對三種模式下各成員獲利情況進行分析。研究發(fā)現(xiàn)，在變質(zhì)率為常數(shù)，生產(chǎn)率依賴于市場需求的三級供應(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及系統(tǒng)利潤最大，零售價格最低，有益于實現(xiàn)供應(yīng)鏈本身及供應(yīng)鏈與消費者的有效協(xié)調(diào)。

關(guān)鍵詞：冷鏈庫存 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，我國居民對生鮮品的需求大幅度上升，這在刺激生鮮市場發(fā)展的同時，也對生鮮食品供應(yīng)鏈的管理與優(yōu)化提出了挑戰(zhàn)。由中國統(tǒng)計局統(tǒng)計數(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0.4%、10.4%、4.4%、18%，生鮮品市場需求價值約為3.74萬億元，規(guī)模高達10448萬噸。然而，我國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到30%，這嚴(yán)重影響了我國冷鏈運輸產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，同時危害了供應(yīng)鏈運輸成員以及消費者的切身利益。

生鮮品較常溫商品最顯著的特征在于其易腐敗變質(zhì)性，這種不易長期儲存的商品特性使得生鮮供應(yīng)鏈的決策失誤將會引發(fā)更為嚴(yán)重的經(jīng)濟損失與市場風(fēng)險。在生鮮品供應(yīng)鏈的運作實踐中，因操作控制不當(dāng)造成的貨損、需求預(yù)測時的牛鞭效應(yīng)、冷鏈配送的延遲等一系列突發(fā)狀況，都會直接或者間接地使供應(yīng)鏈節(jié)點上各個成員面臨或大或小的風(fēng)險。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，而在不同企業(yè)因所處的環(huán)境與自身實際不同又會擁有不同的風(fēng)險規(guī)避能力，企業(yè)的不同儲存、運輸條件的不同勢必會影響自身乃至供應(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，通過對供應(yīng)鏈成員間物流、信息流、利潤分配協(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)的各項成本，實現(xiàn)科學(xué)決策，對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)濟意義。

本文從生鮮品的庫存模型出發(fā)，分別使用分散決策、收益共享契約和博弈論對三級生鮮品供應(yīng)鏈各級成員的最優(yōu)庫存模型進行研究，以各級成員利潤最大化為目標(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、零售價格以及各成員的利潤分配情況等。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參與者的利潤收益狀況，對于博弈論協(xié)調(diào)，在得到供應(yīng)鏈的整體利潤之后使用具有唯一解的shapley值法對三者利潤進行分配協(xié)調(diào)，可唯一決定各級成員的利潤收益。本文研究立足于零售商市場，通過零售市場中的價格決定零售商的需求量，區(qū)別于以往文獻中根據(jù)庫存模型生產(chǎn)率確定下游成員需求量，同時，以往文獻在研究時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)決策進行對比，試圖找到一種既有利于消費者，又能使供應(yīng)鏈各成員獲得更多收益的穩(wěn)定、長久的協(xié)調(diào)方式，從而減少生鮮品流通過程中不必要的縱向競爭，實現(xiàn)供應(yīng)鏈成員與消費者的共贏。

相關(guān)文獻綜述

林略等（2010）、岳柳青等（2016）眾多學(xué)者在對供應(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）在分析新鮮度對市場需求的影響時發(fā)現(xiàn)，收益共享契約在改進后方有益于企業(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現(xiàn)供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)。Peng（2013）發(fā)現(xiàn)只有配合風(fēng)險分擔(dān)契約使用，收益共享契約才能達到降低零售價格、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)部競爭，穩(wěn)定增加系統(tǒng)與成員的利潤。通過眾多學(xué)者的研究可以發(fā)現(xiàn)，博弈論對供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)具有極大幫助，但是國內(nèi)卻很少有人將博弈論運用到有關(guān)生鮮品庫存的供應(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的補貨次數(shù)為m，補貨周期T=W/m，DC對生鮮產(chǎn)品進行簡單處理后，在一個周期內(nèi)向零售商補貨n次，其補貨間隔期為T/n。其他的模型符號及含義見表1。

分散決策模型。根據(jù)模型假設(shè)，分散決策中存在一個以價格為導(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)整價格達到均衡。使用庫存模型對零售商、DC和生產(chǎn)商的庫存水平進行研究，分別得到三者在一個周期內(nèi)的總利潤：

綜上可得分散決策時的利潤函數(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)商的期望利潤模型如下：

（2）

博弈論模式下的均衡利潤分配機制。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，在長久合作中收益共享契約達成的聯(lián)盟很容易分裂，為了更好地探討三級冷鏈庫存系統(tǒng)的利潤協(xié)調(diào)問題，本文從博弈論的角度對三級生鮮供應(yīng)鏈進行協(xié)調(diào)，結(jié)合具有唯一均衡解的Shapley值法對系統(tǒng)利潤進行分配。此時，供應(yīng)鏈大聯(lián)盟的利潤模型如下：

（3）

實證分析

對于分散決策和大聯(lián)盟決策，可使用逆向回歸法對模型（1）、（3）進行求解，得到該系統(tǒng)的利潤與最優(yōu)定價；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，此處使用遺傳算法，在可行解中迭代求解利潤及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)鏈成員的利潤如表3所示。

對于收益共享契約模型，在n=1，2，…，10時，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。

為了與其他兩個模型進行對比，在博弈論模型中，n=7時的系統(tǒng)利潤進行分配得到供應(yīng)鏈各成員的唯一均衡利潤：M=993.5，D=776.2，R=487.9，此時p2=43.7。

對比發(fā)現(xiàn)，不同模型最優(yōu)利潤對應(yīng)的供貨次數(shù)相同；聯(lián)盟博弈的使用使系統(tǒng)總利潤及各成員利潤增幅較收益共享契約模式更為明顯；大聯(lián)盟博弈下的零售價格最低，對刺激市場需求、提高供應(yīng)鏈產(chǎn)品競爭力具有極大促進作用；博弈論模式下的低零售價格有利于改善消費市場環(huán)境，使消費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)鏈及零售市場的長遠發(fā)展。

結(jié)論

本文對有限期內(nèi)的由生產(chǎn)商、DC與零售商組成的三級冷鏈品系統(tǒng)協(xié)調(diào)決策模式進行深入研究，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)利潤模型。通過實例仿真發(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)總體利潤最大，供應(yīng)鏈各成員的利潤也得到大幅度提高，在該協(xié)調(diào)機制下，供應(yīng)鏈系統(tǒng)實現(xiàn)利潤上的帕累托最優(yōu)。此外，該模型可獲得較低的最優(yōu)定價，吸引更多消費者，有助于消費者市場健康發(fā)展的同時使供應(yīng)鏈系統(tǒng)獲得更大的市場份額，提升整個生鮮供應(yīng)鏈競爭力，促進冷鏈的穩(wěn)定與長久發(fā)展。在生鮮品需求大幅度增長的情況下，供應(yīng)鏈要充分利用成員間的信息交換功能，對流通途中各因素進行有效控制，更有效的協(xié)調(diào)博弈論聯(lián)盟決策。