考慮抗風險努力貢獻度的生鮮農產品運輸損耗控制

付 焯，嚴余松，岳 昊，吳 剛

(1.西南交通大學 交通運輸與物流學院,四川 成都 611759;2.綜合交通運輸智能化國家地方聯合工程實驗室,四川 成都 611759;3. 北京交通大學 交通運輸學院,北京 100044)

0 引言

物流損耗是產品從產地轉向消費市場變質損壞產生的物理性損耗[1]。據資料統計，2018年我國肉類、水產品損耗率約在10%左右，而發達國家的損耗率則控制在5%以內[2]。生鮮農產品從產地到銷地位移的需求，主要依托集成物流服務供應商的物流服務供應鏈(Logistics Service Supply Chain, LSSC)來完成。一般物流運輸服務供應商完成物流服務的質量，是基于自己與其他參與者達成的利潤契約分配，對服務過程潛在的風險進行控制，但由于雙重邊際效應下，不同節點主體對于損耗風險防范的努力程度并不完全相同，物流供應商通常會投入較低的抗損耗風險努力以減少支出成本來獲得更大收益，從而造成供應鏈預警風險發生的控制能力不足，增加產品運輸中損耗的概率。風險共擔與收益共享是解決物流服務供應鏈運作風險的有效方法之一[3]。因此，為控制生鮮農產品運輸損耗，需要研究如何設立抗風險努力機制，促使物流服務供應商主動提高自身防范風險的努力水平，以此來減少運輸過程中產生損耗發生的概率。

供應鏈風險控制研究，主要圍繞供應鏈的參與者在契約約束和激勵機制下如何增強抗風險的魯棒性研究，以及供應鏈的參與者對風險識別能力與風險態度如何影響物流損耗與利潤研究。Zavanella[4]分析了單供應商和買方系統中生鮮產品的運輸規劃問題，制定出在規定時間內生產、供應和運輸的計劃使總成本最小化；陳菊紅等[5]借鑒金融工程中的Downside-risk度量方法，在風險中性狀態時供應商和零售商契約約束下的合作問題；凌六一等[6]利用單位價格補貼的機制，研究了農產品供應鏈中的供應鏈和制造商在隨機需求和產出情況下，不同風險共擔的合同對投入農資的意愿和整個供應鏈利潤的影響。鄢飛等[7]研究公平偏好對物流服務供應鏈的影響，認為橫向公平偏好可以調動物流服務商工作的努力水平，從而提供物流服務水平。付焯等[8-9]提出物流作業非標準、物流組織管理低效、物流要素保障弱化、以及節點間的風險傳遞等是生鮮農產品流通損耗風險源形成的關鍵因素，構建了生鮮農產品供應鏈物流風險的傳遞模型，研究在鏈式供應鏈單向傳遞情況下風險值測算，從而分析控制風險傳遞的關鍵節點；顏波等[10]應用OWA算子篩選出供應鏈面臨的主要風險指標并排序，通過建立風險擴散收斂模型找出衡量風險波動的定量指標；劉偉華等[11]建立了以物流服務集成商為主導的Stackelberg主從博弈模型，結合收益共享契約機制，對隨機需求環境下供應鏈收益共享契約中的收益共享系數進行準確確定；李劍鋒等[12]分別以集成商、供應商和供應鏈3種模式建立風險規避模型，研究發現在集成商風險規避的條件下物流服務供應鏈無法實現協調，可通過設立期權機制可以分散供應鏈的風險；LIU等[13-14]基于二級物流服務供應鏈中成員在不同風險態度下對物流服務完成質量的影響，提出在不同風險態度下最優的風險合作契約。Choi等[15]分析風險管理在物流系統中服務風險分析，發現第三方物流與用戶間的關系會對其他風險產生強烈的影響。邢鵬等[16]研究了供應中斷情況下，監督努力水平與訂單分配比例對物流服務質量控制的影響關系。晚春東等[17]論證了食品供應鏈中生產商對原材料供應商的有效抽檢，一定程度可以代替政府監管，保證食品質量安全。Huang等[18]研究第四方物流與第三方物流間如何保障物流服務外包質量問題，發現合作議價能夠發揮最大努力水平，保證外包的高質量交付。張川等[19]將商業銀行對風險容忍概念引入供應鏈利潤分析，研究風險容忍系數與零售商和供應商最優定價與訂貨決策。

綜上所述，現有研究主要關注以供應鏈利潤最大化作為目標，通過供需角度設立不同收益契約合同，來約束供應鏈成員實現“風險共擔、利益共享”。但從物流服務質量的角度，為保障生鮮產品質量、減少產品運輸過程的損耗，需要物流服務者積極主動地管控本環節的各種風險，在運輸流通過程中識別各種風險、不藏匿轉嫁剩余風險等行為。因此，文章從提高物流服務者主體抗風險能力的視角考慮，通過增加風險控制獎懲機制來提升主體抗風險的努力程度，減少流通過程中的物流損耗。

1 研究假設

文章以一個生鮮農產品LSSC為研究對象，即包括批發商(S)、物流集成商(W)和物流分包商(V)3個主體形成的三級供應鏈，研究三階段單周期模型。物流分包商(V)僅接受上游物流集成商的訂單，主要承擔產品的支線運輸，實現農產品從田間到物流配送中心的分散到集中的運輸過程；物流集成商(W)接受上游多家批發商的物流需求，主要承擔產品的干線集中運輸，實現生鮮農產品從集中到配送的過程；批發商(S)是購買運輸服務的主體，僅從物流集成商處購買物流服務。該LSSC具備兩個特性：一是提供物流服務不可存儲，二是批發商作為與客戶直接接觸的主體，具有主導地位。對于批發商而言，按照市場價格p進行銷售，擁有一個連續的、非負的市場需求隨機變量X，并且已知其需求的分布函數F(X)，是連續的、可逆且可導的，f(x)為其對應的概率密度函數。在產品的運輸過程中批發商僅依靠物流集成商提出ka的運輸服務價格，完成協議運量Q；物流集成商又以kb的運輸服務價格外包給物流分包商，由分包商完成協議運量Q。由于生鮮產品的特性，產品在運輸服務過程中容易產生損耗，物流集成商在給批發商提供物流服務過程中完成實際運量比例為a，物流分包商在給物流集成商提供物流服務過程中完成實際運量比例為b。

文章假設(1)僅考慮單品種鏈式生鮮農產品LSSC，且均為單一節點，理性決策；(2)物流集成商作為批發商的物流服務提供者，批發商與物流分包商之間沒有交叉業務產生；(3)僅考慮在分散決策下流通過程中的損耗問題，同時對于損耗產品的殘值忽略不計。文章中使用的變量如表1所示。

表1 變量定義Tab.1 Variable definitions

2 模型的構建

2.1 抗損耗風險控制共擔機制

批發商、物流集成商和物流分包商在風險控制約束下，三者形成風險共擔機制，以供應鏈利潤最大化為目標確定協議運量。S(Q)為運達量為Q時的期望銷售量，S(Q)=E[min(Q,X)]，即

(1)

在抗損耗風險努力下供應鏈中各成員的收益函數分別為：

物流分包商利潤：

π′v=kbbQ-cvQ-H(kb)(Q-bQ)。

(2)

式中，第1部分為其提供物流服務收益；第2部分為自己在本階段的物流服務成本；第3部分為未努力控制損耗造成產品損失下，向集成商所支付的懲罰成本。

物流集成商利潤：

π′w=kaabQ-kbbQ-cwbQ-V(ka)(Q-abQ)+

H(kb)(Q-bQ)，

(3)

式中，kaabQ為其提供的物流服務收益；cwbQ為自己在本階段的物流服務成本，V(ka)(Q-abQ)為未努力控制損耗造成產品損失下，向批發商所支付的懲罰成本。

批發商利潤：

π′s=ps(abQ)-kaabQ+V(ka)(Q-abQ),

(4)

式中ps(abQ)為批發商市場銷售期望利潤。

2.2 抗損耗風險貢獻的控制策略

在抗損耗風險貢獻評價機制下，設立風險控制單位懲罰成本V(ka)與H(kb)。V(ka)為物流集成商超出批發商合同規定損耗率時要求下補償給批發商的單位懲罰成本，其值與物流集成商自身風險控制努力呈負相關，與批發商的提供的物流服務價格ka呈正相關。

(5)

式中，L(w)為物流集成商在風險損耗控制中的抗風險的努力能力；g1為物流集成商對風險的敏感系數，g1≥1。

H(kb)為物流分包商超出物流集成商合同規定損耗率時要求補償給物流集成商的單位懲罰成本，其值與物流承包方的自身風險控制努力呈負相關，與物流集成商的提供的物流服務價格kb呈正相關。

(6)

式中，L(v)為物流分包商在風險損耗控制中的努力貢獻度；g2為物流分包商對風險的敏感系數，g≥1。

2.3 抗損耗風險貢獻評價機制

作為分散決策下的理性經濟者，為追求自身利益最大化，不同主體對損耗風險防范的努力程度并不完全相同。抗損耗風險貢獻評價機制建立在節點主體是否選擇合作且主動承擔風險的一種評價形式。只有積極管控本環節的風險才能避免損耗的轉嫁，就有可能實現整個供應鏈損耗的減少，提高整體收益的穩定性。對于抗損耗風險貢獻度從3個方面體現：一是主體是否主動積極識別風險，二是主體是否積極采取風險控制措施，三是是否藏匿和轉嫁風險。

(1)主動識別風險評價

一般情況下對于風險可以采取預警手段，對于容易產生風險的要素識別具有提前預警性。但是，由于風險要素的數目客觀上難以確定，對于評價也相對困難。假設主體在風險預警中主動識別并進行紀錄的風險因素為ri個，但在物流服務完成時，如果還存在有r′i個風險因素沒有并識別和有效控制，則該主體在供應鏈中主動積極識別風險因素的評價等級為：

(7)

式中，LRF(i)就是主體i主動識別風險因素的努力評價等級，LRF(i)∈[0,1]，且當LRF(i)=1時，表示主體識別了所有風險因素。

(2)主動控制風險評價

對于采取措施進行風險控制的情況，可以通過是否存在風險識別后下游節點是否存在上游節點傳遞到下游節點的情況。假設ei為主體i識別風險因素超出下游節點可以接受的風險水平且被有效控制的風險的數目，那么ei≤ri。然而，在物流服務交付時，被界定為未有效控制且超過下游節點能夠接受風險水平的風險的數目e′i，那么e′i≥r′i。因為e′i中可能包含ri中風險等級發生變化的風險因素。則有主體在本環節風險控制的評價等級為：

(8)

式中，LCF(i)就是主體i主動積極采取措施控制本環節的風險努力等級，LCF(i)∈[0,1]，且當LCF(i)=1時，表示所有的風險都能夠被控制在可接受水平。

(3)藏匿和轉嫁風險的懲罰

在供應鏈風險控制中，主體i所在環節會有r′i個風險未被識別，e′i個風險未得到有效控制。此時主體i在識別的本環節風險中存在由于風險控制成本較高，不愿主動有效控制，在未被下游主體或者整個鏈條監控者所發現情況下，將風險進行藏匿或者傳遞給下游主體，如果這一行為在后期被識別后，應該對此行為進行懲罰。因此設立懲罰因子δi，假設主體i在本環節中存在有zi個風險后期被認定為藏匿或轉嫁，則其藏匿風險和轉嫁懲罰因子為：

(9)

2.4 抗損耗風險努力貢獻度

在供應鏈中每個主體所處的位置不同，處于供應鏈前端的主體控制風險越重要，因為越靠前控制風險可以有效避免風險進一步傳遞。因此，對于供應鏈中越靠前的主體，倘若抗風險積極則給予更大的獎勵，反之如果存在風險傳遞行為，則給予更大的懲罰。假設供應鏈共有n個物流服務環節，如果主體i在整個環節的排序為j(1≤j≤n)，則主體i在物流供應鏈中傳遞風險的加重懲罰因子為εi，則有：

(10)

(11)

通過優先控制獎懲因子的設立，使得供應鏈中前端主體積極控制風險，即使產生風險后也能有效進一步避免傳遞。

通過對主體是否主動積極識別風險、采取風險控制措施、藏匿和轉嫁風險的狀況，可以得到主體i在物流服務過程中，抗風險的努力貢獻度：

L(i)=(1+φi)(1-δi)LRF(i)LCF(i)-(1+εi)

[1-(1-δi)LRF(i)LCF(i)],

將式(7)～(9)代入則有：

(12)

3 抗損耗風險努力下的物流效率

無抗損耗風險努力機制下，供應鏈中3者均以各自利潤最大化作為目標，3者各自的利潤函數為：πs=ps(abQ)-kaabQ，πw=kaabQ-kbbQ-cwbQ和πv=kbbQ-cvQ。

在此模式下，作為物流分包商在盈虧分析點上，即利潤為0的情況下，運量完成比的最低值為：bmin=cv/kb；作為物流集成商在零利潤的情況下，運量完成比的最低值為：amin=(kb+cw)/ka。

采用逆向歸納法，當批發商在給定物流集成商服務價格下，產生其利潤函數最大的運量Qmax，其次物流集成商按照Qmax的協議運量外包給物流分包商。依據報童理論可知批發商最優協議運量Qmax為：

(13)

抗損耗風險努力機制下，對于風險控制下的a′min與b′min值的大小和風險控制單位懲罰成本V(ka)，H(kb)相關，物流集成商和物流承包方需要通過提高自身抗風險努力貢獻度，才不會導致生鮮產品在物流過程風險轉嫁行為，盡可能地減少損耗率。此時，作為物流分包商在盈虧分析點上，即利潤為0的情況下，運量完成比的最低值為：b′min=(cv+H(kb))/(kb+H(kb))；物流集成商在零利潤的情況下，運量完成比的最低值為：

在此風險控制下，利潤函數最大時的協議運量為Q′max，則有：

(14)

4 研究結論

結論1 物流分包商和物流集成商完成運輸最低保障率和批發商期望利潤最大下的協議運量，在抗損耗努力控制下均有提升。滿足以下關系：

b′min>bmin，a′min>amin，Q′max>Qmax。

結論2 在抗損耗風險控制決策下，當給定協議運量Q，物流分包商和物流集成商的利潤隨著運量完成比a，b的提升，利潤增長較無此決策下提升速率更快；而且，隨著抗風險努力貢獻度L(W)，L(V)的提升，利潤增長更多。

證明：在無風險控制下物流分包商的利潤增長Δπv=kb·(b′-b)Q，b′為提升后的運量完成比，在風險控制機制下物流分包商的利潤增長為Δπ′v=kb·(b′-b)Q+(b′-b)Q·kb/g2L(v)。顯然在抗損耗風險控制下，物流分包商更愿意主動提升物流服務的物流效率。物流集成商同理可得。證畢。

綜上，抗損耗風險控制機制能夠促進物流集成商和分包商積極完成生鮮產品運輸的過程，減小損耗率的產生，進而滿足批發商對生鮮產品實際需求，減少因為損耗帶來的缺貨成本。

5 算例分析

為更好驗證抗損耗風險共擔機制對于運輸損耗控制的作用，本節給出數值算例，對模型做進一步的說明。首先，考慮物流集成商存在多個物流分包情形，因此對于風險的敏感取值上，物流集成商高于物流分包商，為更好顯示成果此處取兩者倍數分析；其次，結合當下生鮮產品損耗率，對抗損耗風險努力評價的3個方面，分別依次以不同評價等級下降5%，對應減少努力程度10%的數值，作為抗損耗努力下降的情形分析；再次，基于重點分析努力貢獻度影響，對物流運輸單位成本，兩者取相同值。

假設某種生鮮農產品供應鏈的產品隨機需求X服從概率密度函數為f(x)=1/D的均勻分布，D=100，其他相關參數為如下：p=10,ka=6,kb=4，物流集成商和物流分包方的單位物流運輸成本為cw=1,cv=1，對風險的控制的敏感參數g1=2,g1，{LRF,LCF,δ}={(1,1,0),(0.95,1,0),(0.9,1,0),(0.9,1,0.05),(0.9,0.95,0.05),(0.9,0.9,0.05)}。

表2 不同努力貢獻度下的最低物流效率Tab.2 The lowest logistics efficiency with different contributions

從表2中可以看出，基于抗風險努力貢獻下，物流集成商和物流分包商在不虧損的條件下需要完成的運量完成比最小值要比無抗風險努力時更高，物流集成商最大損耗率從0.17降低為0.156，物流分包商最大損耗率從0.75降低為0.429。而且，當努力貢獻程度越低，運量完成比例要求越高。

從表3中可以看出，在努力貢獻度不變的情況下，風險控制下的批發商，物流集成商和物流分包商隨著物流效率比例的提升，利潤都增加，且在抗損耗努力風險控制下，獲得與無努力貢獻相近利潤下需要提供更高的物流效率。隨著物流效率比例的增加，物流集成商和物流分包商利潤增長數量較無努力風險控制下的數量更多，批發商因為物流效率上升后獲得利潤值較無風險控制下更多。

表3 同一努力貢獻度下不同物流效率的收益對比Tab.3 Comparison of benefits of different logistics efficiencies with same effort contribution

從表4中可以看出，在物流效率不變的情況下(ab=0.9)，在抗損耗努力風險控制下，物流集成商和物流分包商隨著努力貢獻度的遞增，利潤數量也隨著遞增，說明對風險抵抗能力增加能夠獲得更高的利潤。另一方面，批發商會將部分利潤轉移給物流集成商和物流分包商，以此來提升整體對風險的控制，轉移的利潤越大，對于激勵物流集成商和物流分包商對風險控制的努力程度越大。

表4 不同努力貢獻度下同一物流效率的收益對比Tab.4 Comparison of benefits of same logistics efficiency with different effort contributions

6 結論

文章通過設立抗損耗風險控制機制，研究了生鮮農產品物流服務供應鏈中運輸損耗風險控制問題，分析了物流服務供應商抗損耗風險的努力程度對降低物流服務中的運輸損耗的影響作用。

(1)抗損耗風險控制共擔機制，能夠激發生鮮農產品供應鏈上物流服務供應商主動控制流通損耗的行為，選擇積極主動預防和控制損耗風險，通過合作能夠減少生鮮產品物流運輸中的損耗率，較好的控制物流損耗的發生。

(2)在不同風險控制努力貢獻度下，物流節點的抗風險努力貢獻度越大，則其獲得的收益也越大。通過模型數值分析，物流集成商和物流分包商，隨著自身抗損耗風險努力的提升，總利潤從592.15增加為638.71，從而形成主體之間的良性合作，獲得更高的收益。

因此，基于抗損耗努力貢獻下的風險控制策略，能夠有效降低生鮮農產品在物流運輸中的產品損耗問題。