多层规划在生鲜农产品冷链物流供应链中的应用

文/寿建敏 冯春新



多层规划在生鲜农产品冷链物流供应链中的应用

文/寿建敏 冯春新

摘 要：在全球化竞争激烈的环境下，为提高冷链物流企业的竞争力，强化对供应链的管理将是一种必要的趋势。本文对生鲜农产品供应链中的生产商、经销商及消费者构建了三层规划模型，探讨在合作环境下农产品质量、供应商及经销商提供的服务水平变化对各层的影响，并利用MATLAB给出了算例及分析。分析认为，在保证消费者满意度的情况下，生产商、经销商对产品质量及服务的把控能较大程度地影响自身利润，且能做出最佳的生产、配销及库存决策。其中经销商无论是在提高还是降低产品质量及服务标准，都比生产商更影响自身的收益。

关键词：农产品冷链物流；多层规划；供应链

随着十三五规划出台对冷链物流行业的重视以及国家“除贫”力度的加大，各大电商纷纷瞄准生鲜农产品市场这块大蛋糕，农产品冷链物流已悄然兴起，成为将农村、农业、农民与城市、工商业、城市居民紧密联系在一起的领域。农产品物流，是指为了避免可食用农产品的营养成分流失和腐烂变质等情况发生，进而人为采取的一种将其生产、储运、销售等环节始终置于特定低温环境下的一种供应链系统[1]。由于供应链系统较为复杂，一方面，在信息不对称下，产品从供应商到消费者会经由多级供应商、制造商、经销商及零售商等多个节点企业，且节点企业的地位并不是平等的[2]；另一方面，农产品由于其产品自身特性，在运输过程中较多的环节不仅造成损坏，严重的还导致价格步步升高。因而农产品冷链物流遭遇着市场大、成本高、利润薄的发展窘境。因此如何协调供应链中各节点企业，以降低农产品成本，促进农产品冷链物流业的发展显得尤为必要。多层规划作为一种分布式决策问题研究方法，是假设某决策者及其下属有各自的决策变量和目标函数，决策者可以通过其决策对其下属施加影响，而下属则有充分权限决定如何对其各自目标进行决策，且这些决策又将对其领导和下属产生影响。由于供应链整体决策呈递阶结构，信息逐层交互，与该研究方法十分契合且在供应链中的适用性已被论证、应用[3][4][5][6]，因此本文采用多层规划方法来研究冷链物流供应链问题。

1.农产品冷链物流各层主体设定

从完整的供应链上来看，其链上的成员是多层次的。但冷链物流供应链系统由于其产品的保鲜特殊性，因而在供应链上节点企业越少越好；在目前互联网+的时代，生鲜电商020模式已成为主流，如天猫、京东、一号店等电商平台，而“菜管家”一类的专业型企业，则直接开创了P2B2F的模式（即农户+公司+消费者）[7]，因此本文以生产商、经销商和消费者作为研究对象，建立冷链物流三层规划模型：下层为消费者，以效用[8]最大化为目标；中层和上层分别为经销商和生产商，两者均以利润最大化为目标。由于产品质量和服务水品能较大程度地影响销售量[9]，所以需要考虑质量和服务因素，本文用顾客满意度模型[10]来刻画。

2.模型参数及变量设定

表一 符号表

表二 参数表

表三 变量表

3.多层供应链模型的建立

模型中，（1～1）式表示考虑产品质量和服务后的生产商利润表达式，CSItpdm为单位时间内经销商对生产商提供的产品m的满意度指数，CSItpdmav为经销商对生产商提供的产品m的最低满意度指数，CSItpdmgv为经销商对生产商提供的产品g的最高满意度指数；（1～2）式为生产商的利润表达式，CSItpdm为单位时间内消费者对经销商提供的产品g的满意度指数，CSItpdmav为消费者对经销商提供的产品g的最低满意度指数，CSItpdmgv为消费者对经销商提供的产品g的最高满意度指数；（1～3）表示经销商的第t期产品库存量等于第t～1期产品库存量加上第t期生产商配送的产品量减第t期经销商配送到消费者的产品数量；（1～4）为第t期经销商配送到消费者的产品数量等于消费者的需求量；（1～5）式为消费者效用函数，其中αm∈（0,1）反映消费者对第m种产品和购买数量的偏好，βm∈（0,1）反映消费者对第m中产品满意度的偏好（产品质量和服务水平），αβm=1；Am(＞ 0)代表第m种产品市场成熟度对消费者的影响，Rm(＞ 0)代表消费者对第m种产品支出的敏感系数；（1～6）表示第t期生产商的库存量等于第t～1期末产品库存量加上第t期生产商生产的产品量减去第t期配送到经销商的产品数量；（1～7）表示生产商配送到经销商的产品数量，大于生产商为满足成本需要所需的最低配送要求的产品数量，小于生产商配送设备的最大配送量；（1～8）表示生产商对经销商的产品价格大于生产商的成本价格，小于经销商所能接受的最高价格；（1～9）表示经销商配送给消费者的产品数量，在成本限制下应大于最基本的配送量，小于经销商配送设备的最大配送量；（1～10）为经销商对消费者的产品价格应大于经销商的成本价格，小于消费者所能接受的最大价格；（1～11）表示生产商的生产数量由于规模、设备等限制应小于某一最大生产数量；（1～12）表示生产商的产品库存，应小于经销商的库存最大容量，大于生产商为保持经销商面临的临时需求所维持的最小库存量；（1～13）表示经销商的库存量，应小于经销商的最大库存容量，小于为满足消费者的临时需求而维持的最低库存量。

4.多层供应链模型求解

对于多层规划的求解方法，国内外学者提出了不同的解法，如国外学者Bialas[11]，W.F和Falk，J.E[12]对于三层规划问题运用的是“Kth～BEST”算法，国内学者则多采用模糊数学集合理论的隶属函数来运算，如李应、杨善林[13]等。

本文由于模型的特殊性采用粒子群算法同时结合模糊数学方法来解答，其求解步骤如下：

步骤1 各层依据自身目标函数和约束条件求解最优解，并计算最低目标满意值，如果求解结果各层均可接受则求解过程结束，否则进入步骤2；

步骤2 所有决策者将步骤1计算的结果作为一种隶属函数的修正信息调整确定各自目标隶属函数u（ x），i=1，2，3，并且上层决策者向下层决策者提供其决策变量满意度函数；

步骤3 求解模型（2），若所有决策者对于规划解满意，解题过程就此停止；否则进入步骤4；

步骤4 若有任何一方不满意，则此决策者或其他各方皆可以调整各自目标隶属函数或满意度水平。例如第一层决策者对目标或决策变量结果不满意，则其调整目标（或决策变量）隶属函数或满意度水平，并提供给第二层决策者；第二层决策者相应修正自身的隶属函数或满意度水平，并向下层提供新的隶属函数或值。

步骤5 求解修正后的模型，直至所得结果各方都能接受为止，否则进入步骤4。

5.算例分析

假设有一家黄花鱼生产商与一家经销商，在三个进货期内销售给一个消费者。设定购买方对购买产品的各个指标的评价总分为5分，以2.5分代表平均分（恰好满意度水平：对销售额无任何影响），生产商提供的价格为8，经销商提供的价格为20。假设消费者和经销商购买后的满意水平最后为1.6、2.5和4.2三种情况。当各层模糊数学隶属函数最低满意度设定为0.8、0.75、0.7时，利用MATLAB我们得到各种情况如下结果：

CSI　= CSI　=1.6tpcm　tpdmCSI　= CSI　=2.5tpcm　tpdmCSI　= CSI　=4.2 tpcm　tpdm X1t3907 3554 3475 3725 3627 3423 3776 3306 3813 Y1t4000 4000 4094 4351 4187 4080 4190 4203 4440 Z1t3349 4021 3728 3360 4333 3929 3265 4889 3676 U　=36246maxU　=58943.64maxU　=93139.1 max M　=58539.04maxM　=81173.25maxM　=155898.05 max L　=60.8808141840maxL　=80.122110998maxL　=65.17865227 max Y2t1000 1137 2089 1626 2186 2004 1414 2311 2938 Z2t3383 2001 2000 1626 2186 2843 2075 2761 2000

分析三组对照数据可知，当生产商提高产品服务和质量水平时，随着购买方的评价值升高，可以看到生产商和经销商的最大利润值都有较大幅度增长。这种增长表现为生产商、经销商在调节各期的制造量、库存量和进货量、库存量。同时，当产品服务及质量水平变化时，会对生产商和经销商的利润产生不同影响，产品服务及质量水平每降低1%，生产商利润减少1.11%，经销商利润减少0.69%。当产品质量及服务水平每提高1%，生产商利润增加0.85%，经销商利润增加1.59%。可见，经销商相比于生产商在考虑整体最优状态下，无论是提高还是降低产品质量及服务标准都要更有收益，这一方面是因为经销商相对生产商而言，成本要小很多；另一方面经销商直接和消费者对接，对销售利润产生最直接的影响。因此，为了提升生产商和经销商的利润水平，双方维持良好的产品质量和服务水平具有十分重要的作用，其中经销商尤为如此。

6.结论及建议

在全球化竞争激烈的环境下，为提升冷链物流各企业竞争力，强化对供应链的管理将是一种必要的趋势。本文利用三层规划模型对冷链物流供应链中的上游、中游和下游进行了成本分析，在考虑服务和质量因素后，生产商应该不断优化产品价格、质量和服务水平直到系统最优化。通过系统优化促进冷链产品市场发展，从而促进第三方冷链物流企业的发展。而经销商应该维持上游提供的产品质量水平，并对消费者提供优质的服务以提高下游的满意度。由于经销商在提高或降低产品质量及服务水平中收益更多，因此需承担更多的责任。在供应链整体最优状态下经销商应起主导作用，在生产商、经销商、消费者三者之间构建最直接的沟通和反馈机制，以此解决产品质量及服务水平问题。

（作者单位：上海海事大学科学研究院）

参考文献：

[1]方凯．我国农产品冷链物流的发展问题研究～～基于绿色供应链的农产品冷链物流效率的实证分析[D]，2013，12

[2]李永华．多层规划在供应链建模中的应用[D]，哈尔滨理工大学，2003

[3]高宇．基于双层规划模型的电信移动增值业务供应链协调研究，北京邮电大学，2009，02

[4]Ying Li，Shanlin Yang，Fuzzy Bi～Level Multi～Objective Programming for Supply Chain ，Lnternational Conference on Automation and Logistics ，August 18～21，2007

[5]Brown GG，Graves G W，Honczarenko M D．Design and operation of a multi～commodity production/distribution system using pri～Mal goal decomposition[J]．Management science，1987，33 （11）：1469～1479

[6]Chen Y W， Tzeng G H．Fuzzy Multi～objective Approach to the Supply Chain Model． International Journal of Fuzzy Systems，2000， 2（3）： 220～228

[7]李育民，高莉洁，顾巧英，张建华．基于电商背景下农产品销售模式的思考[J]上海农业科技，2014（2）

[8]王庆国，蔡淑琴，汤云飞．2006．基于质量信息不对称度的消费者效用及企业利润研究[J]．中国管理科学， 14（2）：88～93．

[9]刘金兰，康键．顾客满意度、市场份额与利润率的关系[J]，管理学报，2005，118～120

[10]张静波．顾客满度度测评研究及实例分析[D]，吉林大学，2007，39

[11]Bialas，W．F．and Karvan，M．H．，Two～Level Optimization，IEEE Trans．Automatic Control，AC～26（1），211～214，1982

[12]Falk，J．E．A Linear Max～min Problem，Math．Prog．，5，169～188，1973

[13]李应，杨善林．基于多层规划的供应链合作谈判[J]，系统工程理论与实践，11，2008