基于供應鏈和可拓物元模型的乳制品企業食品質量安全風險預警研究

曾欣平，呂 偉，劉 丹

(1.武漢理工大學中國應急管理研究中心,湖北 武漢 430070；2.安全預警與應急聯動技術湖北省協同創新中心,湖北 武漢 430070)

隨著我國經濟社會的發展和人民生活水平的不斷提升，人們對乳制品的消費需求迅速增長，使得我國乳制品行業得到了飛速發展，成為我國食品制造業的支柱產業之一。在行業迅速發展的同時，一些企業因為只重產量而忽視了質量管控，導致諸如“三聚氰胺”、“黃曲霉毒素”、“無抗奶”、“結核奶”等乳制品質量安全事件頻發，嚴重沖擊了國產乳制品市場[1]。乳制品生產企業作為行業的主體對保障乳制品質量安全有關鍵作用，如何加強對乳制品質量安全風險的識別，提高乳制品生產企業食品質量安全風險控制能力，已成為保障我國乳制品行業健康發展迫切需要解決的問題[2]。

提高乳制品生產企業食品質量安全風險控制能力，關鍵要點在于提前識別風險，并對可能出現的風險進行評估預警。而目前專門針對乳制品企業食品質量安全進行研究的學者較少，大部分專家都是針對食品質量安全的風險評估和預警展開研究，并以某類食品或食品加工企業為研究對象進行分析。因此，本文首先通過搜集乳制品質量安全風險評估預警的文獻資料來選取合理可靠的評估方法，進而以乳制品企業為研究對象在企業中展開實地調研搜集相關數據來進行數據分析。當前，國內外學者針對乳制品生產企業食品質量安全風險評估與預警的研究主要集中在三個方面。一是乳制品生產企業食品質量安全風險評估預警指標體系的構建。如李佳潔等[3]通過對北京市食品冷鏈物流的定量分析，建立了對應的物流發展影響因素指標體系，然后運用FAHP方法確定了指標體系中各項指標的權重；安裙[4]通過對乳品企業的原料生產、加工、運輸流通和消費各個環節中多項檢測數據進行分析與整理，構建了乳品質量安全評估指標體系；劉於勛[5]基于食品數量安全、質量安全和可持續安全三項準則建立了食品安全綜合評價指標體系，并采用灰色關聯分析法對食品安全現狀做出了較為客觀、合理的綜合評價；陳秋玲等[6]在食品產業鏈的基礎上先建立了食品安全風險評價指標，再基于突變模型對食品的生產、流通和消費環節的風險度分別進行測度，從而得出我國近年來食品安全的總風險度；鐘來元等[7]從明確警情、尋找警源、分析警兆、預報警度和排警過程構建了區域綜合食品安全風險預警指標體系，包括食物數量安全指標體系、食物質量安全指標體系和食物可持續供給安全指標體系。二是乳制品生產企業食品質量安全預警系統的設計。如唐曉純等[8]基于食品安全防控的目標，將食品安全預警體系劃分為信息源系統、預警分析系統、反應系統、快速反應系統；Liu等[9]采用三層BP神經網絡建立了食品安全風險評估與早期預警系統；李彬等[10]以地級市作為主要研究對象，根據食品安全狀況和人員配備等具體情況，通過信息采集、預警分析、構建預警反應預案三個階段構建了地市級政府的食品安全預警系統。三是乳制品生產企業食品質量安全風險預警模型的構建。如Deng等[11]將食品安全風險評估模型看成一個多屬性決策問題，引入模糊集理論和Dernpster-Shafer證據理論，在兩者相結合的框架下構建了糧食安全風險評估預測模型；Zhu等[12]將支持向量機(SVM)應用于食品安全風險評估與預測領域，并在SVM基礎上建立了食品安全風險評估預警模型；張靜嫻[13]構建了基于決策樹的農產品安全風險評估模型，可適用于大樣本下食品安全的風險預測；張守文[14]通過對歐美食品安全監管體制的分析研究，指出由分散監管到統一監管再到預警模式是歐美發達國家食品安全監管模式的主要形式，并在此基礎上建立了一套不斷改進的食品安全風險預警模型；曹秋勤[15]以SVM分類算法為理論依據，根據蔬菜種植地區的農藥殘留和土壤重金屬綜合污染指數兩個方面建立基于SVM的蔬菜質量安全預測及溯源模型，并通過實例證明了該模型的可行性。

上述研究成果為我國乳制品生產企業食品質量安全評估與預警的實踐提供了良好的理論基礎和方法依據。但是，目前針對乳制品這類特定食品安全的風險評估與預警研究還鮮有涉及，因此本文以乳制品質量安全風險為研究對象，基于供應鏈的主要環節，從原材料采購、生產加工、流通儲藏三大環節設計評估預警指標體系，建立了基于可拓理論的乳制品生產企業食品質量安全風險評估預警模型，并通過案例應用的對比分析，對模型進行了驗證。

1 乳制品生產企業食品質量安全風險評價指標體系的構建

1.1 評價指標的確立

由于影響乳制品生產企業食品質量安全的風險因素較多，風險評價指標的選取成為乳制品企業食品質量安全風險評估的關鍵，僅從乳制品企業生產的單個環節或者片面因素考慮都會直接影響乳制品企業食品質量安全風險評估模型建立的科學性和合理性。然而，由于受到各種客觀條件的制約，也不能選取影響乳制品生產企業食品質量安全的所有評價指標進行風險評估。本文從乳制品生產經營領域的實地考察入手，結合乳制品供應鏈管理的實際情況，從原材料采購、生產加工和流通儲藏這三個影響乳制品企業食品質量安全的重要環節來展開分析。根據乳制品安全事故報告和食品安監局相關資料，通過實地考察與調研，構建了一條從奶場到餐桌的乳制品供應鏈，見圖1。根據此供應鏈的關鍵環節，篩選出9個影響乳制品生產企業食品質量安全的代表性風險因素，質量安全的代表性風險因素，例如：在原材料采購環節，主要是飼料抽檢合格率、獸藥抽檢合格率、取奶設備合格率三個方面影響原材料采購安全；在生產加工環節，主要是加工工藝合格率、包裝材料合格率、封裝環境合格率三個方面影響乳制品生產加工安全；在流通儲藏環節，主要是儲藏技術標準、運輸技術標準、存貨周轉天數三個方面影響乳制品流通儲藏安全。因此，本文根據以上9個指標建立了乳制品生產企業食品質量安全風險評價指標體系，見圖2。

圖1 乳制品生產企業供應鏈環節Fig.1 Dairy supply chain

圖2 乳制品生產企業食品質量安全風險評價指標體系Fig.2 Index system of quality and safety risk assessment for dairy products

1.2 評價等級的設定

按照國家、乳制品行業和地方規定的食品安全標準，參考相關研究文獻和食品安全網站，本文確定了乳制品生產企業食品質量安全風險預警各項指標對應的等級閾值，見表1。

表1 乳制品生產企業食品質量安全風險預警指標的閾值

在確定各風險因素的預警等級之后，需要對各評價指標的單位、屬性導向、評價性質進行歸納才能使它們之間具有可比性。因此在確定各評價指標的實際值后，還需要對它們進行歸一化處理，本文依照風險評估的特點，采用0～1區間域變換法對指標進行歸一化處理，具體計算公式如下：

對于成本型即指標值越小越好的指標，有：

(1)

對于效益型即指標值越大越好的指標，有：

(2)

將表1中的所有評價指標值經標準化處理后，得到乳制品生產企業食品質量安全風險評價等級，見表2。

表2 乳制品生產企業食品質量安全風險預警等級

2 基于可拓物元的乳制品生產企業食品質量安全風險預警模型的建立

2.1 可拓學思想

可拓學是一門通過探索事物開拓的規律及可拓性來解決矛盾問題，且集數學、系統和思維科學的交叉學科[16]。可拓數學是建立在可拓集合基礎之上，與經典數學和模糊數學不同，它從事物的數量和空間形式同時出發，不僅考慮了事物的量，也估計了事物的本質，不僅研究質與量相結合的物元，還研究生活中存在的大量矛盾問題。物元是描述事物的基本元，其表現形式都是通過有序的三元組R=(N，C，V)來表達的。其中，N，C，V稱為物元的三要素，N表示事物，C表示特征的名稱，V表示物元N關于特征C所取的量值范圍。

2.2 確定模型的經典域

設待評價對象的安全程度可分為n個標準模式或等級N1,N2,…,Nn，則第j個等級的經典域為

(3)

式中:Nj表示第j個等級的物元；C為物元的特征集；Ci表示等級Nj的第i個特征即評價指標，i=1,2,…,n；區間Vji=〈vjmini,vjmaxi〉表示Nj的特征Ci的量值范圍，也就是各等級相關特征的數值范圍，即經典域。

2.3 確定模型的節域

用p表示待評價對象等級的全體，Rp?Rj，則稱Vpi=〈ap1,bp2〉為物元N關于特征Ci所取量值的節域，表示如下：

(4)

2.4 確定待評價物元

待評價物元是指通過實地調查以及軟件解譯獲得的各個評價指標的量值所組成的數組。若用Ne表示待評價對象的物元，Vei表示待評價物元Ne關于特征Ci的特征值，則待評價物元有關各特征的檢測數據及物元模型Re可表示如下：

(5)

2.5 計算安全等級的關聯度

對待評價對象Pi，首先用必要特征Ck的量值Vik評價。如果Vik?Vjk，則認為評價對象Pi不滿足“非滿足不可的條件”，不予評價；反之，則計算待評價對象關于各安全等級的關聯度。

通常，第i個評價指標經典域屬于第j個安全等級的關聯函數為

(6)

式中:Kj(vi)為各評價指標關于安全等級的關聯度；vi為評價指標的實際數值；|Vij|為經典域區間長度；ρ(vi,Vij)為點vi與有限區間Vij=〈aij,bij〉的距；ρ(vi,Vip)為點vi與有限區間Vip=〈aip,bip〉的距。

距的計算公式為

(7)

式中：Vij=〈aij,bij〉為經典域；Vip=〈aip,bip〉為節域。

2.6 確定評價指標的權重系數

權重系數是用來判斷各個評價指標重要性的相關系數，可通過主觀賦權法、客觀賦權法、組合賦權法等方法確定，目前常用的是層次分析法和專家打分法，但是采用這兩種方法會導致專家的主觀性過大，不同專家給出的結果可能大相徑庭，不能保證評價結果的客觀性。由于熵權法的信息均來自于客觀數據，能夠較好地保證評估結果的客觀性和準確性。故本文采用熵權法來確定各評價指標的權重。其基本步驟如下:

(1) 對m個評價對象及每個對象的n個評價指標數據，構建歸一化矩陣R=(xli)m×n，其中xli為第l個評價對象對于第i個評價指標的評價值(l=1,2,…,m；i=1,2,…,n)；

(2) 利用下式求因素熵Hi：

(8)

(3) 利用下式求熵權Wi：

(9)

2.7 乳制品企業食品質量安全等級的評定

關聯函數K(x)的數值表示待評價對象符合乳制品企業食品質量安全級別的隸屬程度。待評價對象R0關于安全等級j的關聯度為

(10)

如果R0符合下式:

(11)

則評定待評價對象R0屬于安全等級j。

3 實例應用與分析

3.1 企業概況

本文選取武漢市A、B、C、D、E、F、G、H 8家乳制品生產企業作為評價對象，通過對這些企業的實地調查，收集了企業歷年相關的有效數據，以及經企業技術部門、質量管理部門相關專家的權威分析，得到8家乳制品生產企業2016年食品質量安全評價指標數據，見表3。通過定量評價這些乳制品企業食品質量的安全狀況，來檢驗本文建立的乳制品生產企業食品安全風險預警模型的有效性，并利用該模型對各企業2016年食品質量安全狀態和發展趨勢進行了預警分析，明確相關企業在技術或者管理上存在的不足，進而指導乳制品生產企業做好安全監控和風險管理工作。

表3 8家乳制品生產企業2016年食品質量安全評價指標值

對表3數據進行歸一化處理，得到各評價指標的歸一化值，詳見表4。

表4 8家乳制品生產企業2016年食品質量安全評價指標歸一化值

3.2 企業食品質量安全風險評估

3.2.1 構造相關物元

構造關于該8家乳制品生產企業的經典域物元、節域物元。乳制品生產企業食品質量安全風險經典域物元有無警物元R1、輕警物元R2、中警物元R3、重警物元R4,節域物元為Rp。這里選擇A、B兩個乳制品生產企業為例，列出其待評價物元如下：

其余企業的待評價物元同理可得到。

3.2.2 計算各評價指標的權重

根據公式(8)和(9)，可計算得到各評價指標的權重系數，見表5。經計算，可得到評價指標的權重向量為W=(0.112 7,0.101 9,0.097 1,0.115 9,0.103 6,0.131 1,0.134 1,0.085 6,0.118 0)。

表5 8家乳制品生產企業食品質量安全評價指標的權重系數

3.2.3 乳制品企業食品質量安全等級的判定

通過已經確定的企業相關物元，利用公式(6)、(11)和上述已經確定的評價指標權重系數的集合，可計算得到各乳制品企業關于不同評價等級的關聯度，見表6。

由表6和公式(11)可知，8家乳制品生產企業的食品質量安全分別處于無警、輕警、無警、無警、輕警、中警、輕警、無警狀態。

表6 8家乳制品生產企業食品質量安全風險預警評價

3.3 結果分析

根據表6可知，8家乳制品生產企業關于無警(等級Ⅰ)的關聯度大小排序為：KF(R0)

另外，F企業關于4個安全等級的關聯度排序為：KFⅢ(R0)>KFⅡ(R0)>KFⅠ(R0)>KFⅣ(R0)，這不僅表明F企業在中警等級的關聯度最大，當前處于中警狀態，而且F企業在輕警區間的關聯度第二大，表明F企業有從中警向輕警狀態過渡的趨勢，通過實地調查發現該企業正在進行改良中。同理，可以判定并比較其他各企業及各項評價指標的安全狀態。通過實地調研可知，本文的評估結果與實際情況基本相符。可見，基于供應鏈和可拓物元模型對乳制品生產企業食品質量安全風險預警評估是科學、合理、可行的，從而驗證了模型的可靠性和可行性。

4 結 論

基于供應鏈和可拓物元模型的乳制品生產企業食品質量安全風險預警模型是供應鏈管理和可拓決策理論的有機結合，對提高乳制品企業食品質量安全預警能力、定量評價乳制品生產企業食品質量安全狀態并有效預警與實施乳制品企業食品質量安全全過程監管具有重要的現實意義：

(1) 立足供應鏈視角建立企業風險預警模型，能有效地克服針對單一生產環節風險預警的片面性，進而能夠用系統的思想對影響企業食品質量安全的流程及系統要素進行綜合考察。

(2) 基于可拓學思想的食品質量安全風險預警模型，可以針對企業食品質量安全的單個影響因素進行單指標安全預警分析，也可以對多因素進行多尺度綜合評價分析，用來定量評判企業食品質量安全預警狀態，動態預測企業食品質量安全狀態的發展和變化趨勢。

(3) 通過該模型確定的企業食品質量安全預警狀態，可為企業食品質量安全預警以及監管部門有效地防范和控制企業食品質量安全提供決策依據。此外，還可以基于供應鏈視角構建由企業食品質量安全監控、信用監管和逆向追溯等子系統構成的企業食品質量安全監管體系，用來預防和控制食品安全，改善和提高食品質量。