生鮮農產品供應鏈布局優化模型研究

文/李德賈明亮萬飛李睿

我國生鮮農產品品種繁多，進入消費市場的渠道呈現多樣化的趨勢，同時生鮮農品具有易變質特性，其質量與安全受到消費者的密切關注。本文以生鮮農產品為研究對象，以供應鏈最大利益為優化目標，建立了葡萄產品直銷鏈和加工鏈的布局優化模型，通過求解該NP-hard問題，能夠提高生鮮農產品供應鏈運作協調性，降低庫存和成本，對生鮮農產品物流發展具有一定的實際價值。

1.引言

農產品供應鏈是以農產品加工企業為核心，通過對信息流、物流、資金流的控制，從農資采購開始、農產品的生產及加工成最終產品，最后由銷售網絡把產品送到消費者手中的，并將農資供應商、農戶、加工企業、批發商、零售商、直到最終消費者連成整體的功能網鏈結構[1]。

生鮮農產品供應鏈和其他供應鏈有較大差別，關鍵在于它是基于生鮮農產品這一特殊產品形成的供應鏈。首先，生鮮農產品品種繁多，各品種的品質特性差異較大，進入消費市場的渠道呈現多樣化的趨勢，例如，蔬菜、水果、禽、蛋、水產品、肉等可以直接進入消費品市場，用于滿足消費者需求，也可以深加工后產出其他產品再進入流通領域[2]。其次，生鮮農產品鮮活易腐，極易受到天氣、病蟲災害等不確定因素的影響，又由于食品類消費直接關乎人們的身體健康，因此生鮮農產品的質量與安全受到消費者的密切關注。

生鮮農產品供應鏈的最大利潤領域是加工開發環節，除主產品外，在農產品生產或加工時還會產生大量的副產物，副產物中豐富的碳水化合物、蛋白質、脂肪和其他有效物質，是食品、藥品、保健品、能源、化工產品等原料。如果農產品副產物的綜合利用率低，將直接導致產品附加值較低，造成大量的資源不能物盡其用，白白地被浪費掉。因此，在供應鏈布局優化的時候就應該充分考慮生鮮農產品的易腐、變質、副產品價值等特性，以整個供應鏈的收益最大化為目標建立相應模型。

2.問題描述及假設

生鮮農產品種類較多，本文以新鮮葡萄供應鏈作為算例進行建模，包含葡萄直銷鏈和葡萄加工鏈。新鮮葡萄從采摘后，經初加工后直接進入流通環節稱為直銷鏈，在直銷鏈中，產品形式不會發生改變；葡萄產品的另一種流通方式就是經過深加工環節，可以加工成葡萄干、葡萄酒等新產品之后再進入流通領域，稱之為農產品加工鏈，農產品的加工過程中，會改變最終產品形式，同時會產生出相應的副產品，副產品存在剩余價值。

假設葡萄在儲存、加工、運輸過程中都會有一定程度的自然損耗，自然損耗的部分不能再回收和利用。另外假設葡萄的新鮮度會隨著時間的增加而下降[3]，新鮮度也會直接影響加工成品的品質，新鮮度與品質關系著最終產品的銷售價格。建立模型的目標，是使得葡萄產品的直銷鏈與加工鏈的總收益最大化（如圖1所示）。其收益來源于兩方面：一是不同品質的產品的銷售利潤，顧客的期望購買量與品質成正比關系[4]；二是副產品的銷售利潤。其成本包括三部分成本：一是安全庫存成本；二是生產庫存成本；三是產品銷售過程的成本（COGS）[5]。

圖1描述了葡萄流通與加工的流程，并且標明了不同產品與原始產品的加工比例。比如，新鮮葡萄與葡萄干的加工比例約為4:1，1000kg葡萄曬干后能產生250kg的葡萄干。新鮮葡萄用于釀酒時，1000kg葡萄產生的葡萄皮渣為30%，約300kg。出汁率為70%，葡萄汁經過發酵和其他工藝后，生產出來的葡萄酒約為450kg，每個標準的橡木桶可以裝225L，那么需要2個橡木桶。以750ml（約750g）一瓶葡萄酒，那么450kg葡萄酒約可以裝600瓶。

圖1 葡萄產品直銷鏈和加工鏈結構

3.符號說明

4.模型建立

4.1 關于選項的定義

對于葡萄供應鏈中的每一個節點，都存在不同的選項，選項含義是產品在流通過程中所選擇的加工方式、運輸方式、存儲方式等。比如在新鮮葡萄這個節點，可以設2個選項，一是人工采摘，二是機器采摘；葡萄干這個節點也可以設2個選項，一是曬干+回軟，二是烘干+回軟。對于每一個節點都有不同的選擇，每個選擇由{提前期、直接增加成本、自然損耗率、保持期}4個變量組成，節點j的可供選擇的數量用Rj表示，Rj∈Z+。用Rjk表示節點j的第k個選項，則Rjk={Ljk，Cjk，δjk，εjk}。建模決策的目的就是確定各節點的選擇，以獲得供應鏈最大利潤。

4.2 節點需求量

在圖1的供應鏈網絡中，如果一個節點沒有任何下游節點，稱之為需求節點，我們定義最終主產品集合為F={f1，f2，…，fm}，副產品集合為B={g1，g2，…，gv}。在每個周期，主產品的需求用表示μj，最遲服務時間為Ej。

4.3 自然損耗

對每一個節點的選項，都具有不同的自然損耗率，為了保證各個節點的服務水平，需要擴大庫存量或生產量。因此在考慮自然損耗率之后，我們各個內部節點的實際需求量應大于公式（1）的計算值，用μ'j表示實際需求量，即：μj=（1-δj）μ'j（2）

4.4 品質的損耗

由于生鮮農產品具有易腐屬性，隨時時間的不斷增加，產品的品質也會不斷下降。假設剛采摘下來的新鮮葡萄品質為100%，那么在每個節點的品質由選項的提前期和保質期共同計算得出，如下：

4.5 總利潤

4.6 總成本

對于每一個節點j，我們都定義一個節點的工作處理時間，用Ij為工作開始時間，Tj為提前期，Oj為工作結束時間，那么工作時間等于Ij+Tj-Oj。[5]

4.7 目標函數

模型優化目標是使得總收益最大化，決策變量是各節點的選擇(包括Ljk，Cjk，δjk，εjk）和Oj。目標函數為：s.t.

約束(9)表示在每一個節點都有個選項，但是有且只有一個選項會被選擇；約束(10)-(13)對應所選項的各變量的取值；約束(14)表示各節點累積成本的計算；約束(15)和約束(17)表示最終銷售點的需求說方差計算；約束(16)和約束(18)表示各節點需求量的和方差計算；約束(19)表示生鮮農產品采摘時的品質；約束(20)表示各節點產品品質的計算；約束(21)表示下游節點最早開始時間必須晚于上游節點服務時間；約束(22)表示凈補貨時間非負；約束(23)表示必須滿足各最終成品需求的最遲服務時間；約束(4)定義yjk為決策變量。

5.求解與結論

本文從利益最大化的角度建立了生鮮農產品供應鏈布局優化模型，該模型屬于NP-hard問題，目前在求解該類問題上已經提出了一些方法[6]。通過供應鏈布局優化，可以在保證產品品質的基礎上提高供應鏈的協調運作，有效降低生鮮農產品供應鏈各節點安全庫存和成本，對農產品物流的發展具有一定的理論意義和實際價值。C

引用出處

[1]游軍,鄭錦榮.農產品供應鏈研究進展[J].湖南農業科學,2009.10:26-30.

[2]劉昊.供應鏈環境下易變質商品的庫存模型研究[J].物流工程與管理,2010.9:83-85.

[3]王磊,但斌.基于消費者選擇行為的生鮮農產品保鮮和定價策略研究[J].管理學報,2014.3:449-454.

[4]丁松.隨機需求下考慮零售商風險偏好的生鮮農產品最優訂貨策略[J].管理學報,2012.9:1382-1387.

[5]StephenC.Graves.OptimizingtheSupplyChainConfigurationfor NewProducts[J].ManagementScience,2005.8:1165-1180.

[6]姜大立,李海濤,楊廷鴻.GeneticAlgorithmforinventoryPositioningProblemwithGeneralAcyclicSupplyChainNetworks[J].EuropeanJ.of IndustrialEngineering,2016.01:367-384.