不同结算方式下农产品供应链保鲜投资决策

陈 军,曹群辉

(1.重庆交通大学管理学院,重庆400074;2.电子科技大学经济管理学院,四川成都610054 3.重庆交通大学图书馆,重庆400074)

1 引 言

在2014中国(镜泊湖)国际农产品冷链物流峰会新闻发布会上,中国物流与采购联合会副会长兼秘书长崔忠付报道了一组我国农产品流通数字[1]:冷藏保温汽车占货运汽车的比例仅为0.3%左右,人均冷库容积仅是美国的20%,冷链基础设施设备落后和管理水平落后导致果蔬损耗率高达30%.如何控制损耗已经成为我国农产品流通管理的突出问题.特别的,美国农业总投入的30%用于生产,70%用于产后保鲜、运输和监管,而我国农业投入比例基本上恰好相反.基于这种客观投入现状,探索农产品整个流通过程的损耗结构以及供应链节点企业如何进行保鲜投资有利于降低损耗,具有重要的现实意义.

随着食品安全和可持续发展持续升温,农产品供应链管理成为近年的研究热点.季节性、易腐性等产品特点决定了农产品供应链管理更为复杂.在运作管理领域,国外切实以农产品为对象进行的研究侧重于生产配送集成优化决策[2,3],典型特征是刻画农产品的生长状态或者产品时变的质量状态,如新鲜度、成熟度并作为重要参数引入决策模型,代表性文献如:Gigler等[4]采用外观和质量二维变量刻画生鲜农产品在各递送阶段的价值状态,Lodree等[5]采用生鲜和损耗刻画生鲜蔬菜在销售期的两阶段质量状态,分别研究了农产品最优配送计划和最优生产决策;Pathumnakul等[6]运用历史数据拟合出虾的生长函数,结合农户养殖技术和供应分配法则,研究了鲜虾供应链的产销协调策略;Ahumada等[7]建立了随天气和需求变化的生鲜农产品种植计划模型.除此之外,在更为一般性的变质库存中进行了大量研究[8].但是,涉及保护技术投资影响变质率的相关研究在近几年才开始展开.Hsu等[9]在2010年率先建立了保护技术投资影响变质率的变质库存模型,得出了零售商单位时间利润随投资增加而增加的结论.此后,Dye[10,11]在假设保护技术成本依赖订货周期和产品非瞬时变质两种情况下进行了模型扩展;Li[12]联合考虑碳排放税和污染研发投资约束,研究了变质品的最优生产库存控制策略;Zhang等[13]在价格依赖需求的条件下研究了零售商进行保护技术投资的变质产品定价策略.

与国外研究相比,国内关于农产品供应链的建模量化研究侧重于订货定价优化和协调机制.代表性的有:肖勇波等[14,15]引入新鲜度参数,研究了生产商负责组织运输网络的生鲜农产品供应链协调机制和考虑顾客选择行为的多质量等级时鲜产品定价策略;叶飞等[16]针对“公司+农户”对接模式,提出了一种“B-S期权定价+生产协作+保证金”的合同机制来协调供应链;张春勋等[17]将GNBS和正式固定价格契约引入企业和农户的二级供应链关系契约中,比较研究了二者对农户专用投资激励的作用和关系专用投资对外部市场的农产品价值的影响.这些研究主要以利润最大化为决策目标,研究得出的订货策略或者协调机制必须以无损耗或者损耗很小作为前提条件.与之不同的是,陈军等[18,19]分别从实体损耗控制和价值损耗控制两个角度研究了农产品供应链协调,得出了控制实体损耗可以通过缩短订货提前期来实施以及控制价值损耗不能促成供应链协调的结论.此后,但斌等基于天气影响产出[20]和新鲜度影响消费者效用[21]的假设条件,进一步研究了促成农产品供应链协调的风险补偿与转移支付机制和农产品供应链订货批量问题,其中涉及到了配送阶段的保鲜效率分析,但是意在讨论保鲜如何影响零售商的订货决策.

从以上研究现状可以看出,国外国内农产品供应链的相关研究都集中在提高整条供应链运作效率的方法和技术.但是,农产品流通损耗严重这一国内存在的特殊问题却没有引起国内学者足够的关注.损耗直接造成社会资源的极大浪费.按照我国农产品30%的流通损耗率估算,每年浪费资金1 000多亿元,几乎是1亿亩耕地的产出.据此,借鉴通过保护技术投资来降低变质率的变质库存研究思路和方法,站在农产品供应链系统角度,研究与结算方式匹配的保鲜投资决策及效率,这在国内还未见报道.与国外相关文献独立地考虑农产品变质或者鲜活特点相比,在决策模型中把新鲜度、损耗率和保鲜成本直接关联起来更能贴切地描述农产品的独有特征.

2 保鲜投资决策模型

目前,尽管我国正在加速建设冷链设施,如冷藏冷冻仓库或物流配送中心等,但是仍然远远不能满足冷链物流需求.多数产品在一段时期内仍将保持常温、散装仓储/运输的现状,导致农产品从产地运输到终端消费市场期间发生比较严重的损耗.特别的,这段特殊时间内产生的损耗的处境是尴尬的.在农业领域至今仍然广泛使用“一手交货一手交钱”交易结算方式,造成供应商只在产品离岸前具有保鲜动力;从运营管理角度看,零售商通过价格机制(如压低批发价)能够轻易地将损耗转嫁给供应商,保鲜动力往往是在产品到岸后才触发.在这种情况下,产品离岸与到岸之间的损耗控制便成为了管理真空.针对这个问题,提出保鲜投资与结算方式匹配的策略来降低损耗的设想,借此展开由供应商(农户或批发商)和零售商(超市或农贸市场)组成的两级生鲜农产品供应链保鲜投资决策研究.

基本假设和符号说明:

1)供应商备货充足,接到订单后即刻发货;门到门运输,运输时间为v;

2)零售商的订货周期为T,零售价为p,供应商单位产品的生产成本为c,批发价为w;

3)在途运输产品视为在途库存,I1(t)和I2(t)分别表示t时刻在途库存水平和在库库存水平,单位产品单位时间库存持有成本为h;

4)农产品新鲜度随时间衰减,并且产品损耗率依赖于新鲜度.借鉴文献[18],设新鲜度θ(t)=θt,损耗率λ(t)=−θtlnθ,其中0＜θ＜1表示产品发运时刻的新鲜度;

5)农产品需求率b(t)=bθt,用以描述农产品需求依赖于新鲜度的特性,其中b表示新鲜度趋近1时的需求率;

6)保鲜成本投入与其最优保鲜效果完全对应.借鉴努力成本与努力水平关系的函数刻画[22],设单位产品单位时间保鲜成本u(θ)=K(eθ−1),其中K表示保鲜技术调节系数,以此描述新鲜度和相应保鲜成本投入的关系;

7)零售商不允许缺货,订货成本为0,损耗产品的残值为0.

首先界定两个概念.保鲜(投资)成本,指采用某些保鲜措施来维持产品新鲜度而进行的实际成本投入,如更换冷藏车辆、加冰降温与包装加工等.由于它也是受时间和数量影响的可变成本,容易让人将其直接理解为库存持有成本,特别是在库保鲜的情况.事实上,库存持有成本通常指库存占用资金的机会成本.因此,二者的内涵完全不同.其次需要说明的是,新鲜度差是造成损耗大的充分非必要条件,即新鲜度差一定会造成较大的损耗,如蔬菜叶片发黄霉变,但是损耗大可能不是新鲜度差而是挤压、拣选等因素造成的.本文仅考虑与新鲜度相关的损耗.

站在系统角度,农产品每一个完整销售周期均由在途和在库两个时段组成,且前一个时段是否保鲜直接影响后一个时段的保鲜投资效率.在现实交易活动中,节点企业根据结算方式不同而采取不同的保鲜策略造成农产品在整个销售周期的新鲜度和损耗呈现不同的变化规律.因此,将在途运输产品视为在途库存,在一般性变质库存模型中引入新鲜度和依赖新鲜度的损耗率,从而建立受保鲜投资影响的农产品整个流通过程的库存模型及供应链节点企业的利润决策模型.下面就离岸结算和到岸结算两种方式分别展开研究.

2.1 离岸结算

供应商与零售商采用离岸结算方式,则产品在供应商处进行所有权交接.产品由零售商自己或者第三方物流公司组织运输.由于没有任何一方有动力对在途产品进行保鲜投资,导致产品新鲜度在运输时段(0,v]从1逐渐衰减到θv;产品运达零售商仓库或者门店后,零售商进行保鲜投资,理论上假设在整个销售时段(v,T]可以维持产品入库时的新鲜度θv不变.

根据以上分析,建立农产品流通全过程库存模型为

又知临界条件I2(T)=0,I1(v)=I2(v),解得

供应商在一个订货周期内的利润为

2.2 到岸结算

供应商与零售商采用到岸结算方式,则产品在运达零售商时进行所有权交接.为了防止零售商因新鲜度不达标而拒绝接货的风险,供应商进行保鲜投资以保证产品到货时具有较高的新鲜度.这种情况下,零售商可以做出两种选择:一是不再进行保鲜投资,接货后直接上架销售,新鲜度在销售时段(v,T]从θv逐渐衰减至θT,二是进行保鲜投资,新鲜度在销售时段(v,T]保持θ不变.

切实考虑到80%以上的生鲜农产品在我国采用公路运输,运输时间不会很长,因此产品新鲜度不会发生特别显著的衰减,理论上假设供应商进行保鲜投资能够保持初始新鲜度θ不变.

情形1到岸结算,供应商单方进行保鲜投资,建立农产品流通全过程库存模型为

采取到岸结算方式,供应商将承担保鲜成本,同时还会产生在途库存持有成本特别的,门到门直达运输方式决定了在行进途中不会停下来拣选出变质产品,即在途库存总量一直不变且处于保鲜状态,所以供应商保鲜成本另外,运输损耗导致实际结算数量低于发运数量,所以供应商销售收益生产成本对于零售商,其库存持有成本由在库库存而非在途库存引发,故库存持有成本销售收益购买成本

据此,零售商和供应商的利润分别为

情形2到岸结算,供应商和零售商双方共同进行保鲜投资,建立农产品流通全过程库存模型为

2.3 模型求解

为了突显保鲜投资的作用效率,不考虑收益管理的价值贡献,如零售商根据新鲜度不同实施差异化定价.因此,给定批发价和零售价,供应链系统利润和系统损耗能否改善完全取决于保鲜投资.同时,如果路况正常和运输路径不变,产品从供应商运往零售商的运输时间v不变.在此条件下,订货周期T是利润模型的唯一决策变量并由零售商来决定.下面讨论T的最优解的存在性.

定理1给定p,w,c,θ,v,h,则πr和是关于T的凹函数;当p−(1−θT)weθv−θT−0,则是关于T的凹函数.

证明πr和分别对T求一阶和二阶导数,分别有

由lnθ＜0,可知M ＞0,N ＞0,A＞0,B＞0,故所以πr和是关于T的凹函数;p − (1 − θT)weθv−θT− h时,则此时也是关于T的凹函数.证毕.

T∗=v−由方程解出.

3 保鲜投资效率比较与决策分析

鉴于模型的复杂性,这一节通过数值分析来比较离岸结算和到岸结算方式下的保鲜投资效率.从供应链系统外部看,无论供应商还是零售商进行保鲜投资,如果单位时间保鲜成本投入带来较小的单位时间系统损耗,则保鲜投资都是有效率的.因此,定义指标ξ= 系统单位时间损耗LT/系统单位时间保鲜成本UT,其中LT=L/T,UT=(Us+Ur)/T.除此之外,同时考察供应链单位时间系统利润∆π=(πs+πr)/T,以此综合决策何种结算方式及保鲜投资策略最优.根据库存模型,容易解出三种情形下的系统损耗分别为

相关参数设置为v=1,θ=0.95,K=0.01,b=50,c=0.5,w=0.8,p=1.5,h=0.02.首先给出一个算例,直观展示两种结算方式下的保鲜投资绩效.运用MATLAB 7.0进行计算,所得结果见表11指数函数eθt的积分形式是非常复杂的.考虑到0＜θt＜1,故对eθt进行泰勒展开,并取eθt≈1+θt,而后运用MATLAB解方程求出这种处理方法导致比真实值偏大..

表1 不同结算方式下的最优解Table 1 The optimal outcomes under different settlement mode

基于研究思路和模型框架,容易判断,若供应商和零售商都进行保鲜投资,则离岸结算方式与到岸结算方式下的产品全过程库存模型相同,因此最优结果也相同.根据表1的实验数据初步分析得出:

1)无论采用何种结算方式,供应商或零售商单方进行保鲜的投资效率均低于双方进行保鲜的投资效率,即ξ＞

2)若供应商或零售商单方进行保鲜投资,则离岸结算方式比到岸结算方式下的保鲜投资效率高,即

3)到岸结算方式下供应商单方进行保鲜投资的单位时间系统利润最大,而供应商和零售商双方进行保鲜投资的单位时间系统利润最小,即

4)离岸结算方式下零售商单方进行保鲜投资的订货周期最短,而到岸结算方式下供应商单方进行保鲜投资的订货周期最长,即

从上述基本结论看,供应商和零售商双方进行保鲜投资,投资效率最高但单位时间系统利润最低,似乎存在矛盾.其实不然,两方面原因导致了这种结果:一是假定零售价固定,所以新鲜度更高的产品的市场价值没有得到充分体现;二是没有考虑保鲜带来的间接利润贡献.如表1中,=13.01,加上这部分“损耗”的销售利润则将大幅增加.

3.1 敏感性分析

运输时间(距离)影响在途损耗,初始新鲜度影响全过程流通损耗.接下来对这两个参数进行敏感性分析,所得结果分别见表2和表3.

分析表2,在初始新鲜度既定且很高的条件下,随着运输时间延长,订货周期均增长并且单位时间系统利润均下降;离岸结算方式下零售商单方进行保鲜投资的投资效率单调下降,到岸结算方式下的保鲜投资效率单调上升.特别的,离岸结算方式下零售商单方进行保鲜投资的投资效率低于到岸结算方式下供应商单方进行保鲜投资的效率,而且效率差呈非线性放大趋势.这说明,单方保鲜投资效率与运输时间具有强相关性.进一步结合表1所示结果,则可细分为两种可选方案:1)当运输时间短于临界值时,采取离岸结算方式且由零售商进行保鲜投资更有效率;2)当运输时间长于临界值时,采取到岸结算方式且由供应商进行保鲜投资更有效率.

表2 运输时间敏感性分析(θ=0.95)Table 2 The sensitivity analysis of transport time with constant θ=0.95

表3 新鲜度敏感性分析(v=1.0)Table 3 The sensitivity analysis of freshness with constant v=1.0

分析表3,在运输时间既定且较短的条件下,随着初始新鲜度下降,单位时间系统利润均单调下降,保鲜投资效率均单调下降;离岸结算方式下零售商单方进行保鲜投资的订货周期先缩短后增长,到岸结算方式下的订货周期均缩短.从保鲜投资效率和单位时间系统利润两方面综合权衡,显然选择到岸结算方式下由供应商进行在途保鲜投资更优.这和表2所示的第2种方案是矛盾的.由此说明,选择第1种方案必须要有较高的新鲜度作为前提.

3.2 讨论与启示

冷链基础设施设备不足和冷链管理水平落后导致我国农产品流通损耗严重.根据研究结论,农产品供应链上下游成员共同进行保鲜投资,实施全程冷链管理最有效率,但是在现阶段广泛应用还存在客观障碍.因此,下面结合我国农产品流通渠道(含物流网络)和产地保鲜现状,进一步讨论如何通过单方保鲜投资来降低损耗.

1)多级流通渠道全程保鲜投资

以批发市场为核心的流通渠道是我国农产品流通的主渠道.农产品从田间依次流经产地批发市场、销地批发市场、菜市场或超市,新鲜度逐渐衰减.同时,在这条层级复杂的流通渠道中,农户到产地批发市场和销地批发市场到菜市场的空间距离短,而产地批发市场到销地批发市场的空间距离通常较长.根据研究结论推演,则农户和产地批发商之间应该采用离岸结算方式并且由产地批发商进行保鲜投资;产地批发商和销地批发商之间应该采用到岸结算方式并且由产地批发商进行保鲜投资;销地批发商和零售商之间应该采用离岸结算方式并且由零售商进行保鲜投资.由此得出,在以批发市场为核心的多级流通渠道中,产地批发商进行保鲜投资的效率最高.这也意味着,农产品物流中心靠近产地批发市场布局能够更有效地降低流通损耗,向上对农户组织集货运输,向下对销地批发商组织散货运输.除此之外,目前我国也在全面推进新型的短平流通渠道,如农超对接、农批对接以及农社对接等.此类流通渠道中的产地和超市距离通常在几个小时车程内,因此采用离岸结算方式并且由零售商进行保鲜投资更优.实践证明,农超对接主要采用直采模式,超市自己组织运输,到达门店后再进行保鲜销售.这和研究结论是完全吻合的.

2)产地保鲜投资

表3已经说明,农产品初始新鲜度下降会导致保鲜投资效率下降.如果农产品采收后不能及时保鲜,势必导致流通及销售过程中产生更严重的损耗.再次回顾模型构建过程,假设农产品采收后直接发运,没有考虑农产品在产地是否保鲜的问题.如果农产品在产地需要保鲜,那么谁来进行保鲜投资更有效率?其实可以这样理解.在到岸结算方式下,产地直接发运,此时在途保鲜时间等于产品到岸前的保鲜时间.若农产品采收入库后再售出,则在库保鲜时间加上在途保鲜时间等于产品到岸前的保鲜时间.这仅仅是保鲜时间延长,不会影响最优投资决策.因此,农户进行产地在库保鲜投资是最有效率的.自2012年起,农业部和财政部对产地粗加工设施项目执行补贴政策,鼓励农户修建储藏窖、冷藏库等初级保鲜设施.根据研究结论,有理由相信此举能有效地降低农产品流通损耗.与此同时,政府更应加大对产地物流中心建设的扶持力度,并激励产地批发商进行保鲜投资.

3)保鲜投资失效风险

不论供应商还是零售商进行保鲜投资,能否获得理想的投资效率依赖于投资风险评估.要使保鲜资金在保障产品质量上发挥最大功效,关键在于做好“最前一公里”保鲜.农产品采收后在较短时间内的新鲜度衰减(呼吸代谢过程)通过外观基本无法识别,如果此时不采取相关保鲜措施(如预冷及保鲜库储藏),在后续流通环节即使投入较高资金也不可能恢复产品原有品质.因此,下游企业将部分保鲜资金以转移支付或者补偿形式投放到上一个流通环节,建立一种保鲜资金的链式逆向支付机制,这样可以更有效地发挥保鲜资金规避产品质量损失的作用.

4 结束语

欧美等发达国家拥有完备的冷链基础设施设备和健全的冷链管理体系,农产品流通损耗很小.但是,我国的农产品流通损耗却较为严重,这是我国,也包括一些发展中国家存在的现实问题.对此,假设损耗率和保鲜成本依赖于新鲜度,建立了农产品全流通过程库存模型,借此一般性地研究了控制损耗的保鲜投资效率.根据结算方式和运输时间对保鲜投资效率均有显著影响的研究结论,结合我国批发市场流通现状,具体讨论了农产品供应链上中下游保鲜投资主体决策.这对当前我国农产品供应链成员进行保鲜投资合作以及政府找准政策着力点具有理论参考作用.需要指出的是,要使保鲜投资效率得到充分发挥,还需要进一步探讨共同保鲜投资的成本分担、定价以及协调机制.另外,自建物流的企业进行在途保鲜投资是容易操控的,但是外包物流会复杂一些.出资方如何激励3PL公司保鲜也是后续值得研究的问题.