随机需求下鲜活农产品RFID技术投资决策研究

马云峰， 黄瑶雨， 张瑞军

(武汉科技大学 管理学院，湖北 武汉 430081)



随机需求下鲜活农产品RFID技术投资决策研究

马云峰， 黄瑶雨， 张瑞军

(武汉科技大学 管理学院，湖北 武汉 430081)

摘要：考虑一个零售商和一个生产商组成的单周期两级鲜活农产品供应链，采用RFID技术可以明显改善鲜活农产品的新鲜度和实体损耗；讨论了消费者需求随机的情况下RFID标签成本对供应链上下游企业利润的影响；分析了RFID技术使用前后集中型和分散型供应链模型中各方的最优期望利润、订货量等问题；计算出两类模型中RFID技术标签成本的临界值。结果表明，集中型和分散型供应链模型，零售商和生产商可承担的RFID技术标签成本临界值相同；RFID技术对新鲜度和实体损耗改善越明显，企业投资的意愿越强。

关键词：供应链； RFID技术； 鲜活农产品； 投资决策

鲜活农产品是指与居民生活息息相关的新鲜蔬菜、水果、水产品、禽畜及其肉类产品等。由于鲜活农产品在流通的过程中极容易变质，产生新鲜度和实体数量的损耗，我国生鲜农产品每年在物流环节的损失率高达25%～30%。RFID(radio frequency identification)技术在农产品流通过程中的新鲜度和实体数量损耗上具有明显的改善作用，由于零售行业涉及的商品品种繁多，RFID技术的标签成本成为限制RFID技术使用的最关键因素。

在鲜活农产品的研究上主要包括数量、价格、协调机制以及对提前期的影响等方面，主要考虑的有应急状况下市场需求是零售价格的非线性函数[1-2]，市场需求受到销售时间的影响从而在一天的不同时段呈现不同分布[3]，以及市场需求是一个已知期望和均方差的正态分布随机变量[4]。针对RFID技术在鲜活农产品供应链中的应用研究主要是针对RFID技术的投资决策，包括技术使用后对物流服务水平、客户满意度等的影响[5]，以及对收益的影响和相应的价格和订货策略，其假设包括顾客需求是恒定的[6]，顾客需求是简单随机的[7-9]、顾客需求是与新鲜度和零售价格相关的确定型函数[10-11]等。上述研究都为供应链企业RFID技术决策提供了参考意见。

鲜活农产品在消费市场上的需求与产品的新鲜度、价格和市场容量均具有相关性。产品越新鲜市场需求量越大，价格越低市场容量越大需求量也越大，但这种相关性并不是简单的线性函数。鲜活农产品在市场上的需求除了受到新鲜度、价格和市场容量的影响外，往往还受到一些如天气、温度、替代品的供给量等不确定因素的影响，这些因素的影响使需求呈现出一种随机分布的特征。本文将随机需求系数引入到需求是价格的非线性表达式中，采用乘积式市场需求函数，研究分散型和集中型供应链中RFID技术投资的标签成本临界条件和订货策略等问题。

1问题描述与假设

假设由一个生产商和一个零售商组成的单周期供应链，集中型供应链模型，零售商和生产商作为一个统一整体共同作出利益最大化的决策；分散型供应链模型，生产商作为供应链的主导企业形成斯坦克伯格模型，首先由生产商确定一个批发价格，零售商根据生产商的批发价格和市场需求决定订购量实现利益最大化。同时，生产商在确定批发价格的过程中会考虑零售商的反应，因此生产商会根据产品的生产成本和运输成本确定能够实现利益最大化的批发价格。

3)生产商和零售商之间信息完全、风险中性且完全理性。

4)产品的运输成本与运输时间无关，运输成本完全由生产商承担，销售期末产品的残值为0。

模型中其他参数的表示和含义如下。

零售商承担的单位销售和库存费用为h；

单位生产成本为c，单位运输成本为v；

生产商承担的RFID单位标签成本为μ；

i=0或1，分散型供应链中RFID技术使用前后生产商的批发价为wi；

2集中型供应链模型

设市场的随机需求为D，在集中型供应链中，批发价格作为内部交易成本不予考虑，零售商和生产商作为统一决策的整体共同实现供应链总体利润最大化。

2.1不采用RFID技术

(1)

(2)

(3)

(4)

则式(3)中有

此时供应链的总利润可以表示为

(5)

(6)

得到的集中型供应链模型中产品的销售价格为

(7)

此时得到的集中型供应链模型中最大化的利润为

(8)

2.2采用RFID技术

采用RFID技术后，农产品的新鲜度得到改善，此时的运输和准备时间由t0变为t1，且t1

(9)

相应的销售价格为

(10)

最大化的利润为

(11)

2.3集中型供应链RFID技术投资决策

(12)

即当标签成本的值小于临界值μ0时，RFID技术可以为集中型供应链带来更多的利益，投资RFID技术是有价值的。但当标签成本的值超过临界值μ0，投资RFID技术无法给企业带来收益。

3分散型供应链模型

在分散型供应链模型中，零售商和生产商作为2个利益主体各自做出决策，此时零售商和生产商构成以生产商为主导企业的斯坦克伯格模型。首先，零售商根据市场的需求情况和生产商给出的批发价格决定能实现企业利润最大化的订购量，生产商考虑零售商的订货量和农产品的生产运输成本确定能实现企业利益最大化的批发价格。

3.1不采用RFID技术

不采用RFID技术的情况下，此时零售商的利润可以表示为

(13)

根据2.1中的计算同理可以得到此时零售商的订货量

(14)

此时零售商的销售价格为

(15)

将式(14)代入到式(15)中并对w0求导令导数等于0，得到

(16)

此时零售商的销售价格为

(17)

得到零售商的订购量为

(18)

零售商的利润为

(19)

生产商的利润为

(20)

未采用RFID技术的分散型供应链中，当每个企业做出令企业自身利润最大化的决策时，供应链的总利润为每个企业的最大化利润之和，即

(21)

3.2采用RFID技术

采用RFID技术后，农产品的实体数量损耗和新鲜度损耗降低，生产商的成本增加，生产商和零售商都要根据新的变化做出决策。

根据2.2中的计算同理可以得到，增加采用RFID技术带来的标签成本μ后，得到新的批发价格为

(22)

此时商品的零售价变为

(23)

零售商的订购量变为

(24)

零售商的利润变为

(25)

生产商的利润变为

(26)

此时供应链的总利润变为

(27)

3.3分散型供应链中RFID技术投资决策

在分散型供应链模型中，供应链上下游企业都从自身利益最大化角度出发做出决策，要使上下游企业同时接受RFID技术的使用必须保证在技术使用后，每个企业所能获得的最大收益都大于未使用RFID技术所获得的收益。因此使供应链中零售商和生产商都能接受的RFID技术最大标签成本需满足

由于上面2个式子都可以变为

得到

βt1h-c-v。

(28)

因此使分散型供应链中零售商和生产商可接受的RFID技术最大标签成本是一致的，都是μ0。

4算例

假设某零售商在销售季节来临前从新疆某生产商处订购了一批葡萄，该批葡萄从生产商处经过采摘、包装、称量、运输、分配、转运等环节到达零售商处需要t0=6 d，此时葡萄的新鲜程度θt0=0.70，有效数量βt0=0.70；使用RFID技术后有效减少了中间的称量和转运等环节，流通时间变为t1=3 d，此时葡萄的新鲜程度θt1=0.85，有效数量βt1=0.90。零售商承担的该批葡萄的单位销售和库存费用h=1.20元/kg，生产商承担的单位生产成本c=3.60元/kg，单位运输成本v=0.40元/kg。在该销售周期内，市场规模常数A=1 000 000，价格弹性指数K=2.5，由ω0=4/(K+1)=8/7，F(ω0)=ω0/2=2/(K+1)=4/7，计算得到RFID技术标签成本的临界值μ0=2。

图1　供应链利润随标签成本变化图

RFID技术的标签成本影响了零售商的最佳订货量，集中型和分散型供应链模型中，零售商的订购量随RFID技术标签成本变化情况如图2。由图2可以看出在两类模型中，零售商的订货量都随着RFID技术标签成本的增加而降低。对于集中型供应链，当标签成本值小于1.64时，采用RFID技术后零售商的订货量大于没有使用RFID技术时的订货量，当标签成本超过此范围，使用RFID技术后零售商的订货量有所减少。针对分散型供应链模型，零售商订货量发生增量变化的RFID技术标签成本临界值则为0.80.

图2　订货量随标签成本变化图

RFID技术标签成本影响了集中型供应链的销售价格，以及分散型供应链的批发价格和销售价格，其随RFID技术标签成本的变化如图3所示。由图3可以看出，在RFID技术标签成本值小于0.968时，分散型供应链中产品的批发价格小于没有使用RFID技术时的批发价格，生产商不会将标签成本通过提升批发价转嫁到零售商，只有当标签成本的过大时，生产商才会提升批发价格。RFID技术标签成本的值小于1.14时，无论是集中型供应链还是分散型供应链，销售价格都小于没有使用RFID技术时的销售价格，只有标签成本大于1.14时，零售商才会提高产品的销售价格弥补使用RFID技术带来的标签成本。

图3　价格随标签成本变化图

5结论

RFID技术作为物联网的关键技术之一，在降低鲜活农产品流通过程中新鲜度损耗和实体数量损耗上具有显著作用。本文通过研究一个零售商和一个生产商组成的单周期供应链系统，分析在消费者需求随机的情况下RFID技术标签成本对供应链上下游企业利润的影响。分析了RFID技术使用前后集中型供应链和分散型供应链中各方的利润，计算出了集中型和分散型供应链模型中RFID技术标签成本的临界值，根据计算结果可以得到以下几点结论。

1)鲜活农产品供应链中，集中型和分散型模型使总利润最大的RFID标签成本具有相同的临界值；鲜活农产品分散型供应链模型中，零售商和生产商利润最大化的RFID标签成本的临界值也相同，即为使总利润最大的RFID标签成本临界值。

2)使零售商和生产商接受的RFID标签成本最大值与新鲜度函数和实体损耗函数，产品的生产、销售和存储成本，市场需求对价格弹性的指数以及产品的单位运输成本有关。使用RFID技术后带来的新鲜度和实体损耗改善越明显，企业所能承担的RFID技术标签成本越高；产品的生产成本越高、运输费用越高、销售和存储成本越高，企业投资RFID技术的意愿越强；市场需求对价格弹性的指数K越大，企业所能承担的RFID标签成本值越小，企业投资RFID技术的意愿越弱。

3)RFID技术标签成本临界值与需求的随机分布情况无关，但随机分布情况影响了集中型供应链和分散型供应链中零售商的最优订货量、销售价格以及零售商和生产商各自的利润。

4)使用RFID技术后，零售商的销售价格和生产商的批发价格并不一定都是上升的，当RFID技术标签成本值较小时，生产商独自承担标签成本，降低批发价格以带来更多的订货量。只有当标签成本过大时，生产商才会通过提高批发价格转移部分标签成本，零售商则通过提高销售价格弥补提高的批发价格。

参考文献：

[1]吴忠和，陈宏，赵千，等.时间约束下鲜活农产品供应链应急协调契约[J].系统管理学报，2014，23(1)：49-56.

WU Zhonghe，CHEN Hong，ZHAO Qian，et al.Supply chain disruptions coordination for fresh agriculturalproducts under time constraints[J].Journal of Systems & Management,，2014，23(1)：49-56.

[2]但斌，陈军，吴庆.基于多级折扣价格的易逝品订货策略研究[J].中国管理科学，2006，14(3)：38-44.

DAN Bin，CHEN Jun，WU Qin. Optimal ordering policy for perishable product with progressive price discounts[J]. Chinese Journal of Management Science，2006，14(3)：38-44.

[3]丁松，但斌.随机需求下考虑零售商风险偏好的生鲜农产品最优订货策略[J].管理学报，2010，9(9)：1382-1387.

DING Song，DAN Bin. Optimal ordering policy for fresh agricultural products withstochastic demand considering retailers′ Risk preference[J]. Chinese Journal of Management，2010，9(9)：1382-1387.

[4]佟斌，杨德礼，潘新.RFID对供应链提前期压缩的影响及协调研究[J]. 运筹与管理，2010，19(5)，52-58.

TONG Bin，YANG Deili，PAN Xin.Research on effect of rfid on supply chain lead-timecompression and coordination[J].Operations Research and Management Science，2010，19(5)，52-58.

[5]LEE I，LEE B-C.Measuring the value of RFID investment: focusing on RFID budget allocation[J]. IEEE Transactions on Engineering Management，2012，59(4):551-559.

[6]SIVAKUMAR B. A perishable inventory system with retrial demands and a finite population[J]. Journal of Computational and Applied Mathematics，2009，224(1):29～38.

[7]范体军，张丽，李琳，等.基于RFID技术的零售业供应链投资决策研究[J].管理学报，2013，10(8)：1230-1237.

FAN Tijun，Zhang Li，Li Lin，et al. Investment decision-making in retail supply chain with RFID technology[J]. Chinese Journal of Management，2013，10(8)：1230-1237.

[8]冯颖，吴茜，余云龙.考虑实体损耗和价值损耗的生鲜农产品供应链协调机制研究[J].物流技术，2014，33(6)：282-286.

FENG Ying， WU Qian，YU Yunlong. Study on coordination mechanism of fresh farm produce supply chainsconsidering physical attrition and value loss[J]. Logistics Technology，2014，33(6)：282-286.

[9]LODREE E J，UZOCHUKWU B M．Production planning for adeteriorating item with stochastic demand and consumer choice[J]．International Journal of Production Economics，2008，116(2)：219-232.

[10]范如国，王丽丽.RFID对生鲜农产品运输时间及零售商与物流商收益的影响分析[J].技术经济，2011，30(7)，118-121.

FAN Ruguo， WANG Lili. Analysis on effect of RFID on transit time of fresh agricultural products and benefit of retailers andlogistics providers[J]. Technology Economics，2011，30(7)，118-121.

[11]李琳，范体军.基于RFID技术应用的鲜活农产品供应链决策[J].系统工程理论与实践，2014，34(4)，836-844.

LI Lin，FAN Tijun. Research on decision-making of fresh agricultural procuct supply chain with RFID technology[J]. Systems Engineerin-Theory & Practice，2014，34(4)，836-844.

[12]肖勇波，陈剑，徐小林. 到岸价格商务模式下涉及远距离运输的时鲜产品供应链协调[J]．系统工程理论与实践，2008，28(2)：19-25.

XIAO Yongbo，CHEN Jian，XU Xiaolin. Fresh product supply chain coordination under CIF business model with long distance transportation[J]. Systems Engineering-Theory & Practice，2008，28(2)：19-25.

Decision-making of RFID Technology on Fresh and Live Agricultural Products with Stochastic Demand

MA Yunfeng, HUANG Yaoyu, ZHANG Ruijun

(Management School, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081,China)

Abstract：A study is conducted into a single-period two-level fresh and live agricultural product (FLAP) supply chain consisting of a manufacturer and a retailer. The positive effects of RFID on FLAP wastage from quantity and quality are considered; the impacts of cost of RFID tag on the profits of the upstream company and the downstream company along the supply chain with stochastic customer demand are discussed; the optimal expected profits and the order quantity, respectively of the companies with and without RFID technology in the centralized supply chain model as well as in the decentralized supply chain model are analyzed and the critical value of RFID technology in the two models obtained. The conclusion shows that the critical values of RFID technology of companies are the same in both the centralized decentralized supply chain and that the more significant effect the RFID technology has on FLAP circulation wastage from quantity and quality, the more willing the company will be in using the technology.

Key words：supply chain; RFID technology; fresh and live agricultural products; decision-making

中图分类号：F253

文献标志码：A

文章编号：1007-7375(2016)01- 0142- 06

doi:10.3969/j.issn.1007- 7375.2016.01.022

作者简介：马云峰(1972-)，男，吉林省人，副教授，博士，主要研究方向为系统优化与管理决策，物流系统优化与管理

基金项目：湖北省自然科学基金资助项目(2014CFB804);武汉科技大学校级重点资助项目(2013Z028)

收稿日期：2015- 04- 18