考虑溯源系统应用的优质农产品双渠道供应链决策研究

李文立， 赵 帅

(大连理工大学 经济与管理学院，辽宁 大连 116024)

0 引言

随着物联网和移动互联技术的广泛应用，消费者购物习惯逐渐由线下向线上转移，并且越来越青睐于新鲜程度高、安全、营养价值高的优质农产品[1]，以农业产业化龙头企业和专业合作社为代表的制造商纷纷开辟电子渠道，提高农产品质量，抢占市场份额，获取更多利润。据商务部最新数据显示，2015年，我国农产品交易金额为4.80万亿元，电商交易为1500亿元；2016年，我国农产品交易金额为6.20万亿元，电商交易为2200亿元。我国生鲜电商交易虽然所占比重较小，但其发展迅速且潜力巨大。我国果蔬产品每年流通中腐烂达8000万吨，腐损程度达25%～30%，经济损失约占总产值的30%[2]。流通过程中的新鲜度损失和实体损耗等不确定因素影响生鲜农产品的质量和产出，以致优质农产品有效供给不足[3]，同时影响消费者的体验，致使农产品“优质不优价”，制造商等经营主体难以获益。同时，传统零售商对直销渠道的敌意与潜在冲突一直是生鲜电商面临的困局。作为物联网的核心技术，射频识别(Radio Frequency Identification，简称RFID)、条码识别、网络通信等前沿技术集成的溯源系统，支持物品的自动识别和数据的自动采集，能有效解决信息不对称问题，加快物流环节衔接的速率，减少无效路径，缩短上下游企业的流通时间。以传感网络、移动互联等技术作为辅助手段，可实时掌握和智能控制流通过程的温度与湿度，降低双重损耗，从源头上实现质量的全程控制[4]，逐渐形成“优质优价，优质优卖”的价格形成机制，为农产品交易提供质量保障。因此，标准化程度较高和附加值高的优质农产品(主要包括高价值的畜禽肉类、海产品类、果蔬和花卉类等)采用前沿技术集成的溯源系统，减少腐烂损失，提高农产品质量，降低甚至消除零售商的敌意，实现渠道间的协调发展是破解我国生鲜电商困境的可行途径和必由之路。

目前，越来越多的学者开始关注溯源系统在生鲜农产品单渠道、双渠道供应链的应用研究。其中，与本文紧密相关的一方面是溯源系统在单渠道供应链上的应用研究，主要集中在双重损耗[5～9]、溯源系统原理和功能[10～14]、影响经营主体采纳的因素[15～21]、供应链管理[22～24]、协调机制设计[4,25～29]等方面。远距离运输中生鲜农产品存在新鲜度衰减[5]和数量损耗[6]。Cai等[7,8]和赵帅[9]考虑流通中农产品存在双重损耗，构建努力水平影响双重损耗的供应链优化模型。以上大多从不同视角研究了生鲜农产品的流通损耗问题，但是缺乏对改进流通损耗措施的探索。基于溯源系统在我国生鲜农产品的推广现状，其理论研究落后于实践。Angeles[10]通过实际案例发现RFID技术不仅减少企业内部物流时间，还加快了上下游企业间的物流速度。在此基础上，Tamayo等[11]提出建立完善的农产品追溯系统，实现从“农场到餐桌”全过程的有效监控。Garcia等[12,13]认为设计农产品溯源系统，能够便捷查询各环节信息。Kang等[14]通过典型案例说明，溯源系统能大幅度提升生鲜农产品的流通效率，降低相关损耗，同时通过实时获取相关信息，实现损耗的有效控制。鉴于溯源系统技术的实用性和复杂性，高级管理层的支持[15]、企业规模[16]、自身发展的需要、经济成本[17]是影响制造商采纳的主要因素。因具备强大的资源整合能力和较高的市场营销水平，龙头企业[18,19]和合作社[20]是溯源系统的运行主体。通过案例分析和行业专家指导，政府的支持[17,21]扮演着特别重要的角色。Banterle等[22]认为在生鲜农产品市场，溯源系统能带来收益。在此基础上，Pouliot等[23]和龚强[24]分析了可追溯系统对供应链各成员的行为及其利润的影响。但斌[25]考虑RFID技术能减少因商品丢失、位置错放等问题带来的库存成本，对比分析采用和不采用RFID技术的最优收益，建立了易逝品供应链协调模型。Zhang等[26]设计收益共享契约和成本分担契约协调生产商和零售商共同保鲜下的生鲜农产品供应链。李琳[4,27]、朱长宁[28]和汪旭辉[29]分别研究了RFID技术、溯源系统和物联网技术影响双重损耗下的两阶段生鲜农产品供应链投资、定价决策问题。综上所述，已有的大部分文献研究发现，采纳溯源系统源时，制造商主要考虑应用成本(标签成本和系统维护成本)，建立的可追溯系统多为政府支持项目如五常大米可追溯系统。主要以传统渠道供应链或闭环供应链为研究对象，研究应用前后的投资决策问题及溯源系统对订货、定价、市场需求量等关键决策参数的影响。

目前涉及到溯源系统在优质农产品双渠道供应链的应用研究较少，与本文较密切相关的研究为RFID技术在双渠道供应链的推广应用[30]和生鲜农产品双渠道供应链的研究[31～39]。龚本刚[30]通过分析双方均不投资、制造商或零售商一方投资和双方联合投资4种情形下，研究了RFID技术对单制造商和单零售商组成的双渠道供应链在投资、收益与协调问题。电子渠道的引入，价格竞争一直是双渠道销售模式关注的焦点[31]。滕文波等[32]研究了电子渠道的信息收集能力对渠道销售模式的影响。Hendershott[33]认为电子渠道损害中间商的收益，但能增加消费者福利。Chaing[34]采用博弈理论分析渠道间的价格竞争发现，引入电子渠道不一定损害零售商的收益。在此基础上，范小军[35]在分析双渠道竞争时考虑服务价值，细分消费群体，探讨了制造商开拓电子渠道下的双渠道决策问题。Kenji Matsui[36]以两个生产商和单一零售商组成的双渠道供应链为研究对象，分别研究了单零售渠道、单电子渠道和双渠道下的协调问题。岳柳青等[37]考虑零售商开辟网上渠道，生鲜农产品新鲜度和价格随时间动态变化且影响需求，建立了零售商主导的双渠道供应链决策模型。唐润[38,39]以供应商和零售商组成的二级生鲜食品供应链为研究对象，考虑生鲜食品质量影响市场需求，分析了传统渠道和网上渠道共存下的协调问题。

综合上述，目前的研究多从RFID技术应用的角度研究生鲜农产品单一传统零售或者电子渠道所引发的供应链协调问题[4,27～30]，较少有文献从投资的视角研究传统零售渠道和电子渠道相结合的生鲜农产品供应链，特别是优质农产品，应用溯源系统后在投资、销售、定价等方面产生的一系列最优决策及利润水平的问题。本文在借鉴前人研究的基础上，考虑制造商开辟网上直销渠道，从溯源系统影响优质农产品双重损耗的视角出发，分别构建溯源系统应用前后两阶段双渠道供应链决策模型，着重对比分析制造商采用溯源系统前后供应链各成员及系统在投资、各渠道销售、定价以及相应利润水平的一系列决策问题。同时通过数值仿真验证理论模型，对各成员及系统的最优决策具有较强的指导意义。

1 问题描述与变量说明

我国优质农产品现有业态涉及经营主体多，流通环节长，成本高。为简化模型，本研究以由种植户、合作社、基地、农业现代化龙头企业(如五常大米的龙头企业如中良美裕有机谷物制品(北京)有限公司和车厘子的龙头企业如烟台程果农业发展有限公司)为代表的制造商群体和经销商、连锁超市为代表的零售商群体构成的单周期双渠道供应链为研究对象，制造商和零售商各自以实现自身利益最大化为目标进行决策，两者间的竞争构成Stacklberg博弈。其中，以农业产业化龙头企业和合作社为代表的制造商占据主导地位，自主开辟线上渠道且控制传统零售渠道[40]。传统渠道上，零售商根据制造商发布的批发价制定订货策略(订货量Dr)，收到制造商运送的产品后，根据产品的新鲜度和市场反应，确定最终的零售价格。制造商基于传统渠道的订货需求，考虑生产、运输等流通环节的损失和成本，并根据自身收益最大化制定新的批发价w和发货量，零售商再根据新的批发价进行新一轮的订货和定价决策。电子渠道上，制造商考虑在运输过程中的实体损耗和价值损失，根据到达消费者的产品新鲜程度和市场敏感程度，确定电子渠道的零售价。本文涉及到的决策过程见图1、符号及含义见表1。

图1 优质农产品双渠道供应链结构

考虑优质农产品具有易腐烂、易损坏等特性，引入与运输时间相关的双重损耗即“量”的影响和“质”的影响，目的是为了有效刻画流通中的损耗。此外，为方便分析溯源系统对双渠道供应链决策的影响，特作如下假设：

假设1制造商和零售商是两类独立群体，均为风险中性且完全理性，以实现自身利益最大化为决策原则。双方拥有相同信息，各渠道的消费者统一为各渠道的一类群体。零售商和消费者处于同一城市或地区，零售商仅通过传统渠道购买优质农产品。

假设2“量”的影响：因优质农产品易脆、易损坏，在各渠道流通过程中，难免会发生损耗。运输时间越长，数量损坏越多，速率越大，有效产出越少，若达到生命周期T，则全部损耗掉。构建有效产出因子函数φ(t)，φ(t)∈[0,1]，t∈[0,T]，满足∂φ(t)/∂t<0，∂2φ(t)/∂t2<0，φ(0)=1，φ(T)=0。我国生鲜农产品经运输后腐损程度达25%～30%，因此可取φ(t)∈[0,5,1]。在传统渠道，制造商需较远距离运送农产品至零售商，为确保抵达零售商处有效产品的数量，销量为Dr单位时，发货量为Dr/φ(t)单位；同样，在电子渠道，销量Dm为单位时，发货量为Dm/φ(t)单位。

假设3“质”的影响：一般来说，“质”的影响包含两种情况：一是未变质且不影响其营养和使用价值如脱水、表面蒙尘等；二是已变质且失去使用价值如完全腐烂等。生鲜农产品极易腐烂，具有时间越长新鲜度衰减速率越大的特性。构建新鲜度衰减函数θ(t)，0≤t≤T。生命周期内新鲜度随运输时间t越长，流通环节越多，衰减速率越大，越不新鲜，即∂θ(t)/∂t≤0，∂2θ(t)/∂t2≤0。结合实际情况，刚从种植地采摘时为新鲜度初始状态θ(0)=1，产品全部腐烂变质即生命周期T结束，θ(T)=0。

假设4优质农产品区别于普通农产品的特性是高质量和附加值、安全、供不应求。但双重损耗致使优质农产品难以形成“优质优价”，以龙头企业和合作社为代表的制造商为破解这一困局拟采用溯源系统。建设溯源系统时，需承担软硬件相关成本，分为固定投入成本(溯源终端、数据库系统及相关设备)与变动成本(RFID和二维码标签及系统维护成本)，固定投入成本具有一次性并随溯源系统的广泛应用与技术水平的不断提高逐渐减少。近年来国家对农业基础设施建设的重视程度不断加大，政府通过各种方式进行补贴，因此，固定成本对溯源系统应用的制约和关注程度大幅度降低[4,27～30]；而标签和系统维护等变动成本即溯源系统应用成本cu，属于日常运营成本。因农产品属于大宗交易商品，需大量使用标签，受到决策者更多的关注。应用溯源系统后，能加快流通速度，缩短流通时间，降低双重损耗。应用前后的流通时间分别为t0和t1，满足t0>t1，0≤θ(t0)<θ(t1)≤1，0≤φ(t0)<φ(t1)≤1。

假设5生鲜农产品的各渠道需求均依赖新鲜度和各渠道价格。考虑生鲜农产品区别于一般工业制品最明显的特性，新鲜度能够影响生鲜农产品各渠道的销售量。对消费者而言，新鲜度的主要表现在外观、营养价值、口感等方面，同一价格下新鲜度越高，消费者购买意愿越强烈。结合文献[41～43]和Cai等[7,8]的研究，传统渠道与电子渠道销售量函数分别为

Dr=θ(t)dr=θ(t)(sd-α1pr+β1pm)

(1)

Dm=θ(t)dm=θ(t)((1-s)d-α2pm+β2pr)

(2)

其中，d为潜在市场需求容量，pr和pm分别为零售渠道和电子渠道的零售价。s(0

表1 本文涉及的符号和含义

假设6即Dr>0,Dm>0两个渠道并存且均拥有市场需求。传统渠道上，农产品经制造商采摘、加工，远距离运输至零售商，零售商销售，最终到达消费者；电子渠道上，农产品经制造商采摘、加工、销售，远距离运输至消费者。因零售商和消费者处于同一城市或地区，优质农产品通过传统渠道从制造商运至零售商，消费者从零售商处购买的时间和经电子渠道从制造商运至消费者的时间基本相等。制造商承担流通运输费用cs(仅与运输数量有关，与运输时间无关)及因数量损耗带来的相关成本，不考虑其他成本，则有0

2 未采用溯源系统制造商主导下的优质农产品双渠道供应链决策模型

未采用溯源系统时，电子和传统渠道的流通时间均为t0。制造商的利润为

(3)

零售商的利润为

(4)

因制造商占据主导地位，供应链服从Stackleberg主从博弈模型。首先，制造商预见到零售商的反应，并根据市场敏感度制定最优的批发价和电子零售价，分别确定传统和网络直销渠道的供货量；然后，零售商根据传统渠道市场需求的敏感度、批发和电子零售价，制定传统零售价，实现自身利益最大化。因优质农产品有效供给不足，各渠道所供商品无剩余。因此，采用逆序求解方法，得到最优电子零售价和批发价分别为

(5)

w0*=(β+s-βs)d/(2(1-β2))+(cp+cs)/(2φ(t))

(6)

因此，制造商的利润为

(8(1-β2))+d(θ(t0)(cp+cs)(-2+s-sβ))/

(4φ(t))+(θ(t)(1-β)(3+β)(cp+cs)2)/

(8(φ(t))2)

(7)

零售商的最优传统零售价为

(4(1+β))+((1+β)(cp+cs))/(4φ(t))

(8)

同时，得到传统渠道的最优销售量为

(9)

电子渠道的最优销售量为

(θ(t)(2+β)(1-β)(cp+cs))/(4φ(t))

(10)

双渠道的总销售量为

(1-β)(cp+cs))/(4φ(t))

(11)

零售商的利润为

(12)

双渠道供应链系统总利润为

=(θ(t)(1-β)(7+β)(cp+cs))2/

(16(φ(t))2)+(dθ(t)(-4+s-sβ)(cp+cs))/

(8φ(t))+(d2θ(t)(4-8s+7s2+8(1-s)sβ+s2β2))/

(16(1-β2))

(13)

命题1(i) 若(β+s-βs)d/(1-β2)≥((cp+cs)(2φ(t)-1))/φ(t)时，0

表2 未采用溯源系统，流通时间t变化时，模型参数取值情况

由命题1的(iii)可知：当优质农产品的电子直销量较小、以传统销售为主时，制造商以低于批发价的最优价格进行电子直销，获取最优收益。因生鲜农产品流通损耗大，质量缺乏保证，影响消费者体验，消费者更加倾向于在传统渠道购买生鲜农产品，只有电子直销价优惠足够大时才能吸引消费者购买[37]；当优质农产品以电子直销为主时，电子最优直销价格高于批发价格。由命题1和关系式(5)～(13)得出，无论是批发价还是最终的电子零售价和传统零售价，均受到实体数量损耗的影响。运输时间越长，损耗越严重，有效产出越少，电子零售价和传统零售价越高(见表2)；而电子和传统渠道的最优销售量则同时受到双重损耗的影响。供应链各成员以及系统利润水平与双重损耗呈负相关，损耗越严重，各成员利润越低，整体利润水平越低(见表2)。因此，当运用某种技术手段缩短流通时间，有效地降低双重损耗，提升农产品品质时，各渠道销售、定价策略均会调整，各方利润得到相应改变。

3 采用溯源系统制造商主导下的优质农产品双渠道供应链决策模型

采用溯源系统后，通过货品自动识别与数据自动采集，简化作业流程，流通时间t0由大幅缩减为t1，从而降低双重损耗。

因流通中农产品数量耗损的降低，同等需求下，电子渠道运输的数量从Dm/φ(t0)减少到Dm/φ(t1)，同样传统渠道由Dr/φ(t0)减少到Dr/φ(t1)，有效地降低了数量损耗带来的成本。溯源系统应用后，制造商通过调整批发价，零售商有可能分担部分应用成本，使得制造商利润增加。同时新鲜度大幅度提高，零售商可通过调整传统零售价，使得收益增加。

制造商利润函数为

(14)

零售商的利润为

(15)

与第二节模型求解过程类似，得到溯源系统应用后，制造商的最优批发价决策满足

wU*=(β+s-βs)d/(2(1-β2))+

(cp+cs+cu)/(2φ(t))

(16)

制造商的最优电子零售价和电子渠道最优销售量满足

(cp+cs+cu)/(2φ(t))

(17)

4-(θ(t)(2+β)(1-β)(cp+cs+cu)/(4φ(t))

(18)

零售商的最优传统零售价与传统渠道最优销售量满足

(4(1+β))+(1+β)(cp+cs+cu/(4φ(t))

(19)

(cp+cs+cu/(4φ(t))

(20)

双渠道总销售量为

(1-β)(cp+cs+cu/(4φ(t))

(21)

在上述新一轮的销售和定价策略后，对应制造商和零售商的最优利润为

(8(1-β2))+dθ(t)(cp+cs+cu)(-2+s-sβ)/

(4φ(t))+θ(t)(1-β)(3+β)(cp+cs+cu)2/

(8φ(t))2)

(22)

(cp+cs+cu))2/(16(φ(t))2)

(23)

双渠道供应链系统总利润为

=θ(t)(1-β)(7+β)(cp+cs+cu)2/

(16(φ(t))2)+dθ(t)(-4+s-sβ)(cp+cs+cu)/

(8φ(t))+d2θ(t)(4-8s+7s2+8(1-s)sβ+s2β2)/

(16(1-β2))

(24)

类似第二节命题1的推导过程，分析溯源系统应用后的最优批发价、传统零售价、电子零售价以及渠道销售量，得到采用溯源系统后最优策略存在必须满足的约束条件即推论1。

推论1(i)若(β+s-βs)d/(1-β2)≥(cp+cs+cu)(2φ(t)-1)/φ(t)时，0

鉴于车厘子的新鲜度对流通运输效率十分敏感，为降低产品损耗和提升新鲜度，拟应用溯源系统，运输时间缩短至t1=2天，有效比例上升到φ(t1)=0.85，新鲜度改善到θ(t1)=0.96，溯源系统应用成本为cn=1万元/吨。运用构建的理论模型，计算应用前后的各决策变量与利润如表3所示。

对比表3的结果，当溯源系统应用成本cu=1万元/吨，车厘子的批发价(万元/吨)、电子零售价(万元/吨)、传统零售价(万元/吨)、电子渠道销售量(吨)、传统渠道销售量(吨)、总销售量(吨)、制造商利润(万元)、传统零售商利润(万元)及总利润(万元)均发生变化，分别上涨0.52%、0.51%、0.31%、13.68%、13.61%、13.66%、13.07%、12.90%、13.06%。

表3 溯源系统应用前后双渠道供应链的决策变量以及相关利润结果对比

由推论1可知，溯源系统应用后，各渠道的最优定价(主要为批发价、电子零售价和传统零售价)、销售量、供应链各方及系统利润均发生变化，且改变量主要与溯源系统应用成本cu及双重损耗改进程度相关(见表3)。

4 溯源系统对制造商主导型优质农产品双渠道供应链决策的影响与分析

本节的重点在于揭示溯源系统分别与制造商制定的批发价和电子零售价、零售商制定的传统零售价的关联性，以及与应用前的批发价、电子零售价和传统零售价间的关系。在定价策略调整的影响下，制造商和零售商如何均衡渠道需求的价格敏感度，进而调整各渠道的最优销售策略，最终引起供应链各方及系统利润的变化。鉴于双渠道供应链博弈模型均衡解的复杂性，运用数值仿真分析溯源系统采用后，应用成本对供应链系统各成员最优定价(见图2)、各渠道销量(见图3)和各成员及系统总利润(见图4)的影响。

图2 cu变化时，应用前后供应链各价格变化

图3 cu变化时，应用前后各渠道及总销售量变化

图4 cu变化时，应用前后各方及系统利润变化

图5 cu变化时，应用前后各方及系统利润增值变化

推论2(i)在一定的溯源系统应用成本下，当φ(t1)/φ(t0)≥(cp+cs+cu)/(cp+cs)时，制造商会降低批发价，以获取更多订单；当φ(t1)/φ(t0)<(cp+cs+cu)/(cp+cs)时，制造商会提高批发价，转移部分成本给零售商。

一般来说，溯源系统大幅度降低双重损耗，各渠道需求量增加，销售量增大，发货量增大。然而命题3表明：溯源成本较高时，制造商通过提升批发价和电子零售价转移部分溯源成本给零售商、消费者，零售商通过调整传统零售价转移部分分担，虽然供应链双方均转移部分成本，但极其有限。此时，供应链双方通过降低各渠道的销售量，反而能够确保双方既定利润。对比溯源系统应用前后双渠道供应链系统及各成员的利润表达式，可知溯源系统的投入成本影响传统零售商利润、制造商利润以及系统总利润(见图4)，根据利润前后对比决定是否接受采用溯源系统。类似可证明：

溯源系统不仅能降低双重损耗，而且能减少流通过程中的商品丢失、位置错放等现象，提升优质农产品有效供给、品质和品牌价值，增强我国优质农产品制造商和零售商的核心竞争力，因此，对制造商和零售商来说，建设溯源系统十分必要。近十年的中央一号文件指出，特别是2018年的政府工作报告，要不断扩大对农业的补贴范围，重点支持龙头企业发展农产品加工、冷链、物流和其他新业态，减少制造商的投资成本，降低溯源系统的推广应用难度。命题4说明，本文是在合理的情形下，考虑了溯源系统使用前后供应链双方各自灵活的销售、定价决策机制，双渠道供应链系统、制造商和传统零售商分别接受溯源系统技术的临界值不同，进一步利用数据绘制图4、图5来刻画溯源系统成本对制造商利润、零售商利润、系统总利润及其增值的变化趋势。溯源成本对制造商利润和系统利润增值的影响大于对零售商利润增值的影响，并随溯源系统成本的增大，增值逐渐降低，利润值先增大后减少。供应链各方利润均增加的情况下，溯源系统应用与推广难度最小；若一方利润受损、另一方利润增加，则需建立合理的协调机制如成本分担机制[30]，确保双方利润增加即均有动力推广应用；若双方利润均受损，则需政府等第三方权威机构进行补贴以确保双方利润有所增加，此时应用与推广难度会适当程度地降低，如政府支持建设的五常大米可追溯系统，通过制定政策的形式进行补贴。

表4 影响优质农产品双渠道供应链中决策参数的关键边界值的取值(s=0.45)

图6s变化时，应用前后各方及系统利润变化趋势

图7s变化时，最优决策核心边界值变化趋势

5 结论与展望

(1)批发价、传统零售价、电子零售价、各渠道销售量决策、各成员及整体利润水平d,s,α,β,cp,cs,cu,θ(t0),φ(t0),θ(t1),φ(t1)与相关，主要与溯源系统应用成本及双重损耗的改善程度相关。同时与定价调整、销售改变和利润水平提高相关的各溯源成本边界值不同，主要与双重损耗的改善程度及其他参数相关。其中，各成员及系统愿意应用溯源系统的应用成本边界值是不一致的，但制造商提升批发价、电子零售价和零售商提升传统零售价的溯源系统应用成本边界值是一致的，改善程度越大，该边界值的范围就越宽。

本文考虑的是简化的两阶段分散型农产品双渠道供应链模型，主要分析制造商主导下与新鲜度和价格相关的确定型需求形式，进一步地研究可考虑随机型需求及强势零售商开辟电子渠道的双渠道供应链。本研究只考虑溯源系统降低双重损耗，忽略了在优质农产品的品牌价值提升的同时，消费者的需求偏好亦发生改变。随着经济社会的发展和进步，顾客对优质农产品的质量和安全性愈加重视，并愿意为可溯源优质农产品支付一定的溢价，因此，溯源系统应用后，如何提高消费者对可追溯优质农产品的需求偏好程度，实现双渠道供应链决策和整体利润水平最优将是进一步研究的关注点。