基于收益共享契約的熱帶農產品供應鏈仿真

謝 萌，李玉鳳

（海南大學 管理學院，海南 ?？?570100）

1 引言

消費者在超市或大型賣場購買熱帶農產品時，最優(yōu)先的考慮因素為質量。熱帶農產品在節(jié)點企業(yè)之間傳遞時，經(jīng)常會出現(xiàn)信息不對稱的情況，如批發(fā)商為了短期利益而向零售商隱瞞農產品的新鮮度信息，從而導致最終的售賣環(huán)節(jié)消費者購買欲望降低，零售環(huán)節(jié)利潤下降，上下游之間信任度降低，最終影響供應鏈的運行效率和利潤，而收益共享契約能夠以合同的形式來確定節(jié)點企業(yè)的權利和義務。故將收益共享契約引入熱帶農產品供應鏈中，約束上下游企業(yè)的行為，顯得尤為重要。

國內外學者從供應鏈運作模式、庫存管理、供應鏈協(xié)調等不同的視角對農產品供應鏈進行研究。在供應鏈運作模式方面，Carbone A[1]描述了主要生鮮農產品供應鏈模式，并研究農民在供應鏈中的地位和獲得的效益。浦徐進，等[2]利用不對稱納什模型來反映合作社和超市的交易過程，并對單一的農超對接和雙渠道模式下的效率進行比較。趙振強，等[3]分析構建農產品智慧供應鏈的必要性以及關鍵問題，并通過信息共享平臺、智慧物流港等方面對農產品智慧供應鏈運作模式進行闡述。在庫存管理方面，Ndivhuwo，等[4]論述了庫存管理與不確定需求之間的關系，同時評估生鮮農產品的不確定性需求對庫存管理的影響。Moonsoo Shin，等[5]以韓國泡菜為例，建立易腐動態(tài)庫存模型并采用兩種啟發(fā)式算法和CPLEX算法對模型進行求解。王淑云，等[6]針對配送中心與零售商組成的二級冷鏈系統(tǒng)，引入保鮮努力與時間因素對生鮮農產品的數(shù)量與質量損耗進行刻畫和研究。孫文清[7]構建了協(xié)同式供應鏈庫存管理模式下的農產品供應鏈模型，并分析模型參數(shù)對牛鞭效應和成本的影響。在農產品供應鏈協(xié)調方面，主要集中在契約研究。Edward Anderson，等[8]針對具有收益風險的農產品供應鏈，證明雙重折扣契約能夠實現(xiàn)協(xié)調，最后通過APSIM 的數(shù)據(jù)進行估算。LI Jinfa，等[9]利用CVaR 風險度量方法建立了風險偏好零售商和風險中性制造商的兩級供應鏈，指出零售商的風險偏好值與其返還給制造商的利潤比例呈正相關。楊亞等[10]針對生鮮農產品供應鏈上下游的新鮮度不對稱的問題，基于Stackelberg博弈來分析供應鏈性質，提出具體的回購契約以實現(xiàn)供應鏈協(xié)調。王永龍，等[11]在農產品供應鏈中考慮了生產努力和銷售努力，證明“收益共享+兩部費用+努力成本共擔”的組合式契約能夠更有效地協(xié)調供應鏈。綜上，現(xiàn)有文獻多應用博弈論方法來研究如何應用契約實現(xiàn)農產品供應鏈協(xié)調，采用系統(tǒng)動力學方法的較少。熱帶農產品由于產地偏遠且易腐，不易保存，上述供應鏈協(xié)調研究中較少考慮到其特殊性，忽視了農產品的新鮮度以及保鮮投入等因素對供應鏈的影響。

因此，在充分考慮農產品供應鏈的特點的基礎上，將新鮮度引入模型，構建基于收益共享契約的三級熱帶農產品供應鏈的系統(tǒng)動力學模型，選取不同的收入分配系數(shù)，并應用Vensim PLE 軟件來分析不同方案下的供應鏈的節(jié)點利潤變動情況；基于最優(yōu)的契約選擇，研究訂貨提前期和保鮮投入對供應鏈的影響，為各級成員更好地參與供應鏈，保證供應鏈的整體效益提供決策參考。

2 熱帶農產品的供應鏈模型構建

2.1 模型邊界

熱帶農產品的三級供應鏈模型是由生產商、批發(fā)商、零售商組成的單一鏈條。生產商主要指農戶或農村合作社，主要承擔農產品的生產部分；批發(fā)商指批發(fā)市場等，在供應鏈中主要承擔農產品的分銷和集貨；零售商指大型超市或農貿市場。如圖1 所示，首先，生產商生產出農產品后經(jīng)批發(fā)商對產品進行收購，然后將農產品轉運給零售商，最后由零售商送達到終端消費者手中，完成供應鏈中物的流動；而資金流同物流運動方向相反，由消費者經(jīng)零售商、批發(fā)商最終到達生產商，完成商品所有權的轉移；信息流主要包括需求和供應信息，在消費者和生產商之間虛擬雙向流動，零售商在收到消費者需求的信號時會向批發(fā)商請求訂貨，批發(fā)商進而向上級的生產商發(fā)出信息，完成需求信息的流動，而供應信息則同物流一起沿著熱帶農產品供應鏈從生產商向終端消費者流動。

圖1 熱帶農產品供應鏈流程圖

2.2 基本假設

（1）研究單一的熱帶農產品，且具有易變質的屬性。

（2）只考慮零售商的新鮮度f；消費者對農產品的需求與新鮮度呈正相關。

（3）保鮮水平反映新鮮度f受保鮮投入影響的程度，其受保鮮投入延遲α和隨機影響因素β影響。保鮮投入延遲α 指供應鏈總利潤的一部分作為技術投入，存在一定的延遲；隨機影響因素β指在進行冷鏈物流保鮮水平建設的過程中，還存在其他影響因素，如專業(yè)人才數(shù)量、管理能力、冷鏈設備水平等。

（4）批發(fā)商從上游的供應商處以較低的價格批發(fā)商品，并承諾以一定的利益比例作為回報，即將自己所得收入的一部分分配給供應商，假定該收入分配系數(shù)為λ1；零售商從批發(fā)商那里以較低的批發(fā)價格購買商品，并承諾以一定比例的收益作為回報，假定該收入分配系數(shù)為λ2。

（5）批發(fā)商訂貨增量比Iw和零售商訂貨增量比Ir反映優(yōu)惠后的訂貨價格對訂貨率的影響。上游給下游的單位訂貨價格優(yōu)惠力度越大，下游企業(yè)的訂貨量越大。

（6）價格影響系數(shù)η表示契約下的熱帶農產品的零售價格對顧客需求的影響程度。

（7）成本核算方面，只考慮訂貨成本、運輸成本和庫存成本。

2.3 模型的基本方程

基于上述假設，并借鑒已有文獻的相關研究，部分方程如下：

f=( 保鮮水平^0.15)/(0.01*零售商庫存持續(xù)時間+1)

保鮮水平=α*0.7+β*0.3

α=DELAY FIXED((供應鏈總利潤^0.025/1.6),100,0.65)

供應鏈總利潤=生產商利潤+批發(fā)商利潤+零售商利潤

生產商利潤=生產商收入-生產商總成本+λ1*批發(fā)商收入

批發(fā)商利潤=批發(fā)商收入*(1-λ1)-批發(fā)商總成本+λ2*零售商收入

零售商利潤=零售商收入*(1-λ2)-零售商總成本

η=WITH LOOK UP(基準零售價格-零售價格，([(0.4,0)-(10,10)],(0.5,0.2),(1,0.5),(1.5,1),(2,1.5))

Ir=WITH LOOK UP(零售商的訂貨價格，([(0,0)-(20,20)],(12,1.25),(13,1.2),(13.5,1.15),(14,1.1),(14.5,1.05),(15,1))

Iw=WITH LOOK UP(批發(fā)商訂貨價格，([(0,0)-(20,20)],(7,1.25),(7.5,1.2),(7.8,1.15),(8.5,1.1),(8.8,1.05),(9,1))

批發(fā)商訂貨率=(SMOOTHI(批發(fā)商庫存調整,批發(fā)商訂貨提前期,批發(fā)商入庫延遲時間))*Iw

零售商訂貨率=(SMOOTHI(零售商庫存調整,零售商訂貨提前期,零售商入庫延遲時間))*Ir

零售商銷售率=MIN(零售商庫存,顧客需求)顧客需求=f*100*(1+η)

2.4 模型構建

綜合考慮變量之間的相關關系，依據(jù)實際情況，構建基于收益共享契約的熱帶農產品系統(tǒng)動力學模型如圖2所示。

圖2 基于收益共享契約的熱帶農產品系統(tǒng)動力學模型

2.5 常量設置

常量設置見表1。

表1 常量設置

3 仿真研究

應用Vensim PLE 軟件進行仿真，設定INITIAL TIME = 0，F(xiàn)INAL TIME=100，TIME STEP=1。

3.1 收益共享契約的仿真方案

為研究不同的收入分配系數(shù)對熱帶農產品供應鏈整體和節(jié)點利潤的影響，設計共享契約仿真方案見表2。

表2 收益共享契約方案

3.1.1 零售商利潤分析。如圖3 所示：第15d 之前，零售商實行契約共享與不實行的利潤基本保持一致，在15d之后，實行契約共享的優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)，引入收益共享契約條件下的零售商利潤均高于無契約條件下的值，說明收益共享契約對零售商具有很好的協(xié)調效力。對比有契約條件下的利潤圖，契約1、2、4條件下的利潤值大體一致且明顯高于其他契約，此時，零售商可以選擇其中任意一種方案。

圖3 零售商利潤

3.1.2 批發(fā)商利潤分析。如圖4 所示：（1）存在契約的批發(fā)商利潤值均高于無契約。原因分析：批發(fā)商同零售商簽訂契約后，批發(fā)商約定給零售商一定的優(yōu)惠價格，相應的，零售商需將自己銷售收入與批發(fā)商共享。優(yōu)惠價格使得零售商訂貨量增加，批發(fā)商收入增加，同時由于零售商收入逐漸提升，批發(fā)商共享的收入也得到增加。（2）第15d 之前，引入契約的4種方案下，批發(fā)商的利潤基本保持一致，第15d后，各個契約之間的差距逐漸拉大，契約1條件下的批發(fā)商利潤均高于其他契約條件下的值，故批發(fā)商為了追求自身利潤的最大化會更偏向于選擇契約1。

圖4 批發(fā)商利潤

3.1.3 生產商利潤分析。如圖5所示，引入契約條件的生產商利潤均高于無契約條件下的利潤值，且隨時間變化，兩種條件下的利潤差距逐漸變大。原因分析：生產商與零售商之間簽訂共享契約，生產商給予批發(fā)商優(yōu)惠價格，刺激了批發(fā)商的訂貨量需求，生產商利潤增加。對比有契約條件下的利潤圖，發(fā)現(xiàn)契約4的生產商利潤高于其他條件，即契約4對生產商的協(xié)調能力更好，為其帶來更多收益，生產商的最優(yōu)契約選擇為契約4。

圖5 生產商利潤

3.1.4 供應鏈整體利潤仿真。如圖6所示，存在契約的供應鏈利潤均高于無契約時的利潤值，熱帶農產品供應鏈的整體利潤在引入收益共享契約后得到提升。原因分析：引入契約后，節(jié)點企業(yè)遵守約定，上游企業(yè)均給予下游企業(yè)一定的優(yōu)惠價格，促使下游訂貨增加，使得企業(yè)之間沖突得到緩解，合作伙伴意識得到加強，進而提升了整體績效。契約1條件下的供應鏈整體利潤最大，明顯高于其他條件下的利潤值，故供應鏈的最優(yōu)決策為契約1。

圖6 供應鏈總利潤

綜上，有契約條件下各個節(jié)點以及供應鏈整體的利潤均高于無契約條件下的值，故收益共享契約可以協(xié)調熱帶農產品供應鏈，在提高上下游企業(yè)的效益的基礎上進一步提高整體供應鏈的收益。進行契約方案選擇時，契約1為熱帶農產品供應鏈的最優(yōu)選擇。實行契約是為了實現(xiàn)農產品供應鏈的利潤最大化，契約1 條件下，供應鏈整體、批發(fā)商、零售商均達到了利潤最大化，生產商雖然沒有達到最優(yōu)的利潤，但仍比不參與契約條件下利潤高，故生產商可能會妥協(xié)，服從供應鏈整體的選擇。除收入分配系數(shù)會對契約產生影響外，在現(xiàn)實情況中，契約雙方的博弈、收益共享契約下的管理成本等均對收益共享契約有影響。契約一方的博弈、談判能力越強，則越容易獲得對自己有利的收入分配系數(shù)，從而實現(xiàn)自身利益的最大化；收益共享契約的一方企業(yè)為了確保自己獲得應有的利潤，需要對另一方的利潤進行監(jiān)控，從而產生了管理成本，如果管理成本過高，也可能導致契約關系破裂。

3.2 改變訂貨提前期的仿真方案

在契約1 的基礎上，保持其他參數(shù)不變，改變可控決策參數(shù)—訂貨提前期，原始參數(shù)設置中，批發(fā)商的訂貨提前期為8d，零售商的訂貨提前期為7d，現(xiàn)將這兩個常量均設置為12d，且為觀察長期變化趨勢，將結束時間改為300d。進行模擬后，得到批發(fā)商和零售商的庫存量變化圖，如圖7、圖8所示。

圖7 批發(fā)商庫存

圖8 零售商庫存

訂貨提前期的改變對零售商和批發(fā)商庫存帶來了顯著的變化。從時間維度來看，批發(fā)商庫存和零售商庫存在90d之前波動幅度較大，90d之后，波動逐漸減弱?？v向，對比訂貨提前期變化前后，在120d之前，兩種條件下的庫存波動差別較大，訂貨提前期增加后，批發(fā)商和零售商庫存的波動幅度明顯大于基準條件；120d之后，兩種條件下的庫存波動大體保持一致。訂貨提前期越長，企業(yè)備貨越多，庫存波動幅度越大，系統(tǒng)越不穩(wěn)定，而熱帶農產品運輸距離遠且不易保存，故較大的庫存波動會增加新鮮度降低、產品腐損的風險。

3.3 改變保鮮投入的仿真方案

在契約1 的基礎上，保持其他參數(shù)不變，改變原有模型中保鮮投入延遲的系數(shù)設置。初始的保鮮投入延遲系數(shù)為0.025，現(xiàn)將其增大為0.075，進行模擬后，得到下列的利潤變化圖如圖9、圖10、圖11、圖12所示。

圖9 生產商利潤

圖10 批發(fā)商利潤

圖11 零售商利潤

圖12 供應鏈總利潤

第120d 之前，兩種條件下的節(jié)點和供應鏈整體的利潤值相差不大；在120d之后，保鮮投入比例增大情況下的利潤明顯大于基準條件下的值，且隨著時間的推移，二者的差距逐漸變大。原因分析：隨著保鮮投入的增加，熱帶農產品的新鮮度得到保證，消費者需求提升，庫存得到快速更新，進而提高了供應鏈及節(jié)點企業(yè)的利潤。

4 結論與建議

4.1 結論

針對熱帶農產品供應鏈中常見的易腐性、信息不完全性，采用系統(tǒng)動力學方法研究其內部的動態(tài)反饋問題，構建基于收益共享契約的三級熱帶農產品供應鏈系統(tǒng)動力學模型，應用Vensim PLE 軟件進行仿真分析。研究發(fā)現(xiàn)：（1）收益共享契約可以協(xié)調熱帶農產品供應鏈，收入分配系數(shù)的合理設置可以提升供應鏈整體和各個節(jié)點的利潤。（2）在最優(yōu)的契約條件下，通過對訂貨提前期和保鮮投入比例的進一步仿真，結果顯示，訂貨提前期對于節(jié)點的庫存波動有重要影響，不合適的訂貨提前期會導致庫存波動幅度變大，企業(yè)庫存成本增加，對供應鏈的效益產生消極影響；保鮮投入比例與供應鏈及節(jié)點企業(yè)利潤值呈正相關，企業(yè)增加保鮮投入比例會進一步影響產品的新鮮度以及消費者的需求，最終會提高各個節(jié)點企業(yè)以及供應鏈整體的利潤。

4.2 建議

（1）制定合理的收入分配系數(shù)。一個合理科學的收入分配系數(shù)可以在保證各個節(jié)點企業(yè)的利潤的基礎上提高供應鏈整體的利潤，因此，企業(yè)之間在制定收益共享契約時，應該經(jīng)過廣泛的市場調查和科學的論證，以便提出有效的收益共享方案。而最優(yōu)的收入分配系數(shù)的設置則要看整體供應鏈的利潤以及上下游企業(yè)之間的博弈和協(xié)調。（2）確定合適的訂貨提前期。企業(yè)在確定訂貨提前期時，一方面，應該充分考慮到市場需求，應用先進的信息技術縮短訂貨提前期；另一方面，上下游企業(yè)之間應緊密聯(lián)系，合作共贏，共享需求信息，降低需求預測的誤差，保證熱帶農產品的質量，減小牛鞭效應的影響。（3）增大保鮮投入。企業(yè)增加保鮮投入比例符合供應鏈以及節(jié)點企業(yè)的利益，供應鏈上下游企業(yè)應通力合作增加保鮮投入，提高保鮮技術水平。例如，加強基礎設施建設，如冷藏車、低溫庫等；通過全程的冷藏保鮮技術降低農產品的損耗，保證質量；應用大數(shù)據(jù)、物流網(wǎng)、傳感器等技術，科學預測農產品的需求并對農產品的流通過程進行監(jiān)控。