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基于区块链技术的农产品供应链信息优化研究

2020-06-21赵娴陈佳豪

供应链管理 2020年3期
关键词:节点区块供应链

赵娴 陈佳豪

摘 要:随着农产品供应链环境逐渐复杂化,信息流无法有效管理,导致农产品供应链长期处于低效状态。文章从区块链的理论研究出发,针对区块链技术解决核心企业主导的供应链信息传递效率不高、信息溯源需求与能力现状匹配度低、信息孤岛层出不穷等问题,结合区块链技术,分析农产品供应链信息优化中存在的问题,以“区块链+农产品供应链”来实现去中心化、信息共享、深度合作机制的模式,从而实现农产品供应链的协调,有效地改善了农产品供应链价值增值过程。这是未来农业发展的一个方向。

关 键 词:农产品;供应链;信息优化;区块链;农产品供应链

一、引言

20世纪80年代末供应链的概念初次被提出,随后便在企业间引起热烈反响。通过协整供应链,整条供应链得到优化,在降低成本的同时服务也随之提高。市场竞争不断加剧,使得核心竞争由传统的公司层面的竞争转向供应链之间的竞争。然而由于供应链中各参与方的不稳定性以及现代化市场竞争越来越残酷的环境,信息的高效处理及内含的资源价值所能产生的经济效益备受大家关注。当然这也是当下基于供应链相关理论与实践研究的热点以及难点。

区块链技术从首次提出发展至今,早已发展到当下的3.0时代,技术的升级给农产品供应链信息优化开创了全新的视角。将区块链中的关键技术融合在农产品供应链中,这一举措在农业发展史上将具有里程碑意义。习近平总书记在中央政治局第十八次集体学习时强调:区块链技术在技术革新和产业变革中有着举足轻重的作用,把区块链作为核心技术自主创新的突破口,强化基础研究,抓住区块链技术融合,发挥其在促进数据共享、优化流程、提升协同效率、建设可信体系等方面的作用。因此文章将从区块链技术的视角分析,深度结合农产品供应链信息管理的具体模式,目的是能够更好地完善网络节点的需求,推进供应链网络各节点的信息协整,加快信息传递效率,使得农产品供应链达到全局最优化。这无论是对供应链管理的实践还是对供应链管理的基础理论体系的研究都将有深远的意义。

二、文献研究综述

以中国知网数据库为检索范围,检索时间截至2020年3月19日,以“区块链”为关键词进行篇名检索,与“区块链”相关的文献共7472篇,其中核心期刊1398篇;与区块链相关的供应链文献132篇,其中核心期刊23篇;目前,基于区块链的供应链方面的研究主要集中在金融[1-3]、物流信息[4-6],区块链相关的农产品供应链文献研究还是比较少见的。

区块链在供应链中的应用研究主要在技术构建层面。袁勇等(2016)[7]剖析区块链的关键技术,提出相关模型,解释相关理论方法与应用,并研究基于区块链技术的供应链未来的发展趋势。钱卫宁等(2018)[8]借鉴区块链在数字加密货币应用的成功经验,从可信数据的角度分析未来值得深究的领域及挑战,同时这也是目前学术界面临的主要问题。汪传雷等(2017)[9]结合区块链的定义、架构模型、相关技术等特征,从不同的维度来分析区块链的供应链信息资源管理,研究区块链与供应链物流信息在主体、交易机制以及智能合约三个方面的耦合关系,从而促进信息资源的可持续发展。张夏恒(2018)通过分析传统供应链模式存在的问题,运用区块链技术搭建基于区块链的场景应用模式[10]。黄小原等(2001)[11]通过建立神经网络控制方案,构建供应链集成化动态模型,使供应、制造、销售各环节能够更好地衔接。高昕等(2010)[12]通过含有时间序列的RFID供应链数据分析方法来提高供应链效率。杨惠琴等(2018)[13]以汽车供应链为案例,提出适用于供应链联盟的共识机制,构建基于区块链技术的互信共赢型的供应链信息平台,分析了区块链在供应链的信息系统中的优越性及可行性。李晓等(2017)[14]利用区块链的供应链智能治理机制,深层次、多角度地研究效率、公平及结构三者之间抑或两两之间的矛盾协整,研究区块链治理机制体系的“事前、事中、事后”,实现多种智能机制有效地连接在一起。

关于农产品供应链的区块链研究。于丽娜等(2017)[15]通过对区块链技术与当前产品供应链的研究,基于区块链的特点分析农产品供应链的内涵及特征,指出当前流通过程中的现状;提出了以区块链为技术背景的农产品供应链逻辑架构,旨在解决农产品供应链当前现状。王晓春(2018)系统归纳了区块链技术的基本特征,將区块链技术应用于农产品上行过程,其中包括农产品质量溯源上的应用。[16]周雄等(2019)[17]构建区块链“四层次”体系架构的农产品质量安全溯源体系,以此满足农产品供应链全过程的可追溯性。杨信廷等(2019)[18]以果蔬菜类农产品为例,提出“数据库+区块链”的链上链下追溯信息双储存设计,以期解决区块链追溯系统信息数据存储负载过大、查询效率低等问题。吕芙蓉等(2016)通过系统分析我国农产品质量安全溯源发展现状,并结合区块链关键技术,构建农产品质量安全溯源体系,并提出银行参与到区块链农产品质量安全体系中的意义。[19]陈永平(2014)以农产品物流业为例,较为全面地分析了当前农产品物流企业中的信息优化和价值创造能力[20]。

综上所述,相关研究大部分是以区块链的关键技术为基础,搭建平台并对农产品进行溯源,少部分从物流方面展开研究。而本文的研究将建立在这些理论基础上,分别从消费者、农户、企业三个维度来分析研究农产品供应链信息网络优化所存在的问题,提出构建“区块链+农产品供应链”平台来研究农产品供应链网络信息优化对策。

三、我国农产品供应链信息优化现状及问题

农产品供应链上的各参与者,通过整合其商流、物流、信息流、资金流为一体,建立“产—供—销”的链式网络状结构,“链上”各节点之间信息共享、风险分担,从而实现产品的价值增值并使供应链优化程度达到全局最优。

当前我国农产品供应链中的信息传递主要还是依靠计算机网络以及信息技术。搭建的网络信息平台,虽然颇有成效,但始终差强人意。鉴于此,本文探究农产品供应链信息优化问题的根源,以便更好地“对症下药”。

(一)我国农产品供应链信息优化现状

对农产品流通过程中所发生的相关信息进行有效处理、分析及利用,并以此获得相关收益,这正是农产品供应链信息的“内含价值”所在。从2004—2019年中央公布的一号文件来看,国家已经连续16年高度重视我国农业的发展,一些农产品加工企业、物流配送中心等,也都紧跟趋势,相继采用规模化管理来提高信息化管理水平。但综观整个供应链,参与者之间存在较大的信息化差异,如农户与核心企业、消费者和零售商等。而农户和消费者相对处于信息资源的劣势。虽然也有一些省级农业部门设立了相关的信息化管理及服务组织,但由于集成度较低,仍无法发挥信息价值的潜力。而对于企业来说,信息资源是最想要的,因为掌握的信息越多,越有助于企业实时改变市场战略。并且一向困扰企业发展的“牛鞭效应”也是因为供应链成员之间信息不畅所导致的。农产品企业因为信息的不对等而产生误判,错误的信息传递给上游农户、下游零售商或者批发商,最后影响整条供应链的绩效。虽然可以以核心企业为主导,建立网络信息平台,利用二维码技术、编码技术、条码技术、RFID技术等来整合优化供应链上的信息,但效果始终不尽如人意。

(二)我国农产品供应链信息优化存在的问题

1.核心企业主导的供应链信息传递效率低下

在传统农产品供应链网络的信息传递模式中,供应链中的协整活动都将由核心企业来主导,这些核心企业占据着大部分供应链利润以及信息资源。农产品种植养殖企业、农户、专业合作社等上游主体规模不大且分布较散,远离核心企业的这些供应链主体信息很难被有效“上传”。而由于愈加复杂化的、企业分工更加明细化的网络状结构,传统的协整模式早已不适应当前复杂多变的环境,核心企业的主导力显得尤为微弱。实际的控制能力不足,便容易导致供应链各节点企业矛盾滋生,沟通受阻,由此造成信息传递效率下滑。况且信息流的低效状态不仅使得成本增加,还使服务水平下降,而这对于本身就具有易腐特性的农产品来说,无疑是雪上加霜。

我国农产品流通模式大致分为三种:农超对接、龙头企业、农民合作社。它们都各有优点,在农业的发展史上都留有光辉的一笔。但是在这三种模式的供应链上,共性缺点在于:供应链网络各节点所处的模式不一样,环境不一样,各参与者获得的信息也不尽相同,为了维护自身利益不受损,就产生了信息传递阻碍,从而导致供应链信息传递的效率低下。

2.信息溯源需求与能力现状匹配度低

农产品供应链中涵盖“产—供—销”各个环节,包含生产、物流与销售、消费者消费等活动,涉及的内容比较广。而在信息经济的大环境中,消费者对信息的要求变得越来越苛刻,过去的消费者都是被动了解与掌握产品信息,现在他们所表现出来的是更为主动地想要获取产品的信息。在整个农产品流通的过程中,农产品的保鲜程度、货物在途信息等都只是客户需求的“冰山一角”。所以要想促进农业的发展,就必须优化其网络信息资源。“链条”越长,活动信息管理系数也越大,也就越复杂。事实上,农产品供应链监管不足,消费者不能有效辨别农产品的质量,没有一种有效的方式获取更多且更准确的信息,导致假货泛滥。而消费者往往是假货的直接受害者;对企业来说有损生产商和渠道商的品牌形象,失信于社会公众,对消费者而言造成经济损失的同时,还有可能威胁生命安全。随着生活品质的提升,绿色健康成为更多消费者的第一选择。

虽然当下市场也涌现了不少基于搭建信息平台的解决方案,如由政府主导、企业相关部门监管与控制、第三方平台的防伪共享等。这些方案都是基于中心数据库构建的,然而中心数据库无论交由哪一方监管,数据的安全也只是靠制度约束,私自篡改中心数据库依旧时常发生。再者,就现有的溯源体系还无法做到不“断链”地跟踪整个流程状态。因此,整个溯源系统效率低下,追溯流程烦琐,部分节点企业参与溯源的意愿较低。

3.信息孤岛现象层出不穷

首先,传统模式中,流通各节点信息割裂是因为链条上的企业各自拥有独立的信息管理系统,且每个企业都只注重自身信息优化的程度,从整个流通过程来看只能做到局部优化,不能使整个交易链条的优化凸显。其次,设计开发的数库系统企业间技术标准关联度不高,容易造成信息不对称现象。不仅影响农户增收和市场的稳定,同时还加大了溯源的难度。供应链各节点的信息资源无法在整条供应链之间“默契”配合,不能更好地实现价值增值。最后,从物流的角度来分析,生产经营的现代化程度不一、设施设备的不足、信息技术标准不统一及信息资源的应用程度不同等因素,导致的信息孤岛是阻碍信息溯源发展的第一要素。因而,追溯体系“碎片化”严重,参与种类繁多,涵盖内容广。

这些问题的发生主要是因为农产品供应链各节点之间的信息壁垒以及信息的真实可靠性无法保证,这也正是“牛鞭效應”很难完全消除的原因所在。正因为信息孤岛的存在,频繁出现上下游企业发生信息冲突,导致农产品供应链数据交互不匀、沟通效率低下、信息核对复杂且重复等系列问题。

四、基于区块链的农产品供应链信息优化的技术

区块链作为一种大规模的协整工具,去中心化、加密算法、分布式存储等核心技术与农产品供应链的契合度很高,“区块链+农产品供应链”将有效突破阻碍信息优化过程中的屏障。

(一)P2P协议加快农产品供应链信息流的传递

P2P协议,又称点对点(peer to peer)协议,它既是一种技术也是一种思想。通过改变当前互联网以网站为中心的状态,重返“非中心化”,让权利真正掌握在用户手中。

引入去中心化技术,省去中心管控,通过分布式核算和存储技术,可以完成各节点企业信息的自我管理。此后网络中的信息资源不再需要核心企业来主导,各参与节点能够进行平等的信息交换和保存,彼此使用的是相同的权利与义务,在此基础上更好地实现供应链信息资源的优化(如图1所示)。

农产品在传统模式流通过程中,信息资源主要集中在核心企业中,尽管供应链网络环境愈加复杂,主导力正逐渐减弱,但是通过把去中心化技术应用到农产品供应链中,从传统的由核心企业主导的信息资源转变成农产品供应链网络中的各节点可直接相互自由交换,相应的信息传递效率也随之提高。如传统农产品供应链网络中,批发商若想了解上游农户的生产种植情况,就只能通过核心企业来了解,这样首先批发商处于被动的状态,信息的传递效率变低下;其次核心企业也不一定会把所有的信息都展示给批发商,数据共享渠道不透明。当去中心化技术得以应用后,批发商可以在“链上”直接与农户对接,了解所需信息;无须通过“链上”的核心企业主导,从而保证了“链上”数据公开、透明,让信息传递更加高效。

结合区块链技术,对信息数据库进行优化处理,让信息交流变得顺畅化,提升网络的运行效率,多而及时的信息传递有利于消除牛鞭效应。信息的价值创造有了明显的改善,不仅能快速响应消费者需求,还能更好地促进农业的发展。

(二)分布式账本实现农产品供应链信息共享

分布式账本是指交易记账记录由分布在多个不同地方的节点共同完成,且各节点记录的都是完整的账本,均可参与监督交易的合法性。

随着农产品市场的需求增大,供应链网络上各环节的信息数据也随之增加,处理流程变得更为复杂,同时根据技术平台的不兼容性,造成的一个个信息孤岛使其“各自为政”,这给农产品信息的追溯带来挑战,通过区块链分布式账本技术与农产品供应链相融合,首先通过区块链+物联网技术平台将各个信息孤岛“串联”起来成为一个整体,使信息得以顺畅流通。然后网络各节点交易信息在通过共识性验证后就直接被写入账本,且不能肆意更改,也不需要供应链中的核心企业主导,供应链环节上的各个节点企业都能得到一个副本,每个副本都记录整条供应链的所有交易记录,都包含链上信息产生的完整账目,实现信息共享。整个网络链上的企业间实现自由直接交互。而且分布式账本信息数据的存储和处理能力非常强大,所以完全可以应对农产品供应链网络节点增多、信息需求量增大的挑战。

“链上”各节点经由“区块链+供应链”平台进行存储、计算、监管等活动,使得它们彼此间通过平台能够进行实时信息传递与共享。若部分机会主义者想联合获得额外的收益,在此系统中,是可以杜绝的。交易数据的公开、透明化,让他们在既定的规则外“无利可图”。另外,即使链上的成员想篡改信息,所付出的成本与收获不成正比,往往“得不偿失”。而且各节点信息数据有效集成形成网状拓扑结构,所以即便是链上部分节点数据中断销毁,也不会涉及其他节点,这也就提高了网络系统的稳定性。所以当实现信息共享后,传统的信息传递模式被打破,实现网络节点之间的交互。这样不仅方便各节点对农产品供应链的信息查询及处理,还能实现协同规划、预测与补给、VMI、JMI,大大减少协调管理成本,最终提高网络的服务能力。

(三)共识机制增强农产品供应链溯源信息的真实性与可靠性

共识机制是指所有记账节点之间对一个交易进行验证及确认并达成共识的机制。运用共识机制技术来实现“链上”各节点之间在互相没有信任的基础上建立的信任关系。它无须依赖第三方,就能直接在系统内进行数据交换,避免了人为干预的嫌疑。

上述解决信息共享的问题中,区块链系统中各分布式节点构成的共识机制,使得每个区之间形成一条能永远储存数据且能够无限延续的“链”。在由哈希算法构成的区块链中,强大的存储能力可永远储存农产品供应链网络中各节点发生的数据信息,且具有防篡改、可追溯等特性。通过引入共识机制技术,不仅能处理网络节点间大量、烦琐的活动,还能避免网络节点之间因信任不足产生额外的机会成本。不可更改的时间戳有效地维护了信息数据的真实性,而不可篡改的数据条为整个网络上发生的交易信息刻上了独一无二的烙印,这给信息防伪和数据追踪提供了全新的思路(如图2所示)。

基于区块链技术架构的信息溯源系统主要作用在农户、企业、批发商、零售商、消费者以及政府监管部门六个供应链的节点上。以龙头企业主导的流通模式为例,将传感器分布在农产品的生产基地中,实时采集并传输生产过程中的信息,例如:基地的溫度、湿度、紫外线强度、空气指数等,紧接着节点数据库直接“上链”。拥有真实可靠信息的企业同样可利用全面的信息增强能力,树立良好的企业形象,从而吸引更多的消费者,实现良性循环。农户通过权限将生产的农产品用唯一的FRID溯源码或者二维码标识,其他各节点在分别获得相应的权限后,通过信息采集和管理,实现信息数据同步上链。政府监管部门可通过权限随时监督整个流程。同样消费者也可通过扫描RFID电子标签或者二维码查询出关于这个农产品从生产到销售所有活动的信息,而且还能像电商平台一样可将投诉、评论等反馈上链,加大对农产品质量保证的监督。以此实现网络所有流程信息随时掌控。同时利用秘钥为不同节点授权,不同的身份信息拥有不同的操作权限,在保证信息真实可靠的同时提高安全性,一旦某环节发生问题,便能够快速找出相应负责人(如图3所示)。

“区块链+供应链”的实现使大众消费者随时都可以追溯商品的“产—供—销”信息,消费者不再处于信息资源的劣势,此架构提高了消费者对产品真伪、优劣的识别能力,增强了消费者的体验感。当全部数据都传输到“区块链+物联网溯源平台”后,理论意义上只要掌握网络所有节点的半数以上,便能进行网络数据的修改,但现实意义上企业若想达到修改的目的,付出与回报相差甚远,往往“得不偿失”,这也就有效保证了信息数据的真实可靠性。“链上”的各节点都存有完整的信息,新增的区块要想在全网公布需要被50%以上的节点认证通过后才能并入,而且这个区块只可增加不可删除或修改。不仅如此,它还能保证即使在少于1/3的节点信息缺失的情况下,仍然保持系统的正常运作,这也极大提升了信息数据的可靠性,保证了农产品供应链信息传递的稳定性。

五、基于区块链的农产品供应链信息优化的布局导向

本文依据P2P协议、分布式及可追溯等特性,提出基于区块链的农产品供应链信息优化的对策,以此解决信息优化中所存在的问题。优化过程中主要应对的挑战是溯源数据的可信收集、网络节点企业的参与度及数据平台的构建。

(一)农产品供应链信息数据平台的构建

农产品供应链中农户的特点是规模小、分布散。物流企业一样存在这样的困境,没有一个完善的网络信息资源平台将其整合并合理规划利用。倘若企业想获取信息内含价值,构建完善的信息平台是不可或缺的。基于区块链技术搭建的平台,使供应链网络成员之间有了公开透明交流的载体。消费者需求的提高,不仅是对农产品生产质量的提高,对农产品的流通、保鲜等过程的要求也随之提高。构建供应链信息资源的平台能够有效解决供应链网络成员之间的信息交流“不平等、不充分、不及时”的问题,极大地加快网络成员中信息资源的沟通效率,将信息资源价值的潜力释放到最大。

“区块链+供应链”平台的层次构造可简单分为:物理层、区块链层、业务层。物理层主要是通过射频识别、二维码等技术为平台提供农产品、农户、物流等信息数据;区块链层为整条链的商流、物流、信息流、资金流提供载体,利用计算机程序代替人工记录,实现协议的执行,其中运行的结果可追溯、不可篡改,从而提高可信度,并在一定程度上实现系统的自治。业务层则通过分析链上的信息数据,为链上各节点企业制订或调整计划等活动(如图4所示)。

基于区块链技术运维成本较高,落地周期较长等限定因素,在后续的发展中可由政府部门主导,供应链上的各企业进行协助,共同搭建基于“區块链+物联网技术”的信息数据平台。政府通过该平台的构建可以实时对供应链各节点企业进行质量监管、诚信监管等。企业通过平台实现信息共享,消费者利用该平台进行产品信息的追溯。依托平台帮助农产品在“产—供—销”的过程中实现信息的优化,释放信息价值的内含潜力,更好地适应及符合当代复杂多变的竞争市场要求,使农业的发展才能愈加光明。

(二)供应链信息数据平台的可信收集

信息数据平台构建以后,虽然区块链的不可篡改特性,极大地限制了供应链企业数据不实的可能性,但是不排除仍有部分企业抱有侥幸心理,为维护自身利益及期望通过不实数据来增加额外收入的动机。如何保证输入可靠数据,如何对农产品在流通中进行数据实时采集等都是优化过程中亟待处理的问题。

第一,“链上”企业必须制定相同的技术标准,这样才不会成为数据采集和传输的阻碍。

第二,由于“链上”各节点信息若需要新增,则需要50%以上节点认证通过以后才能成功进入链条中,且篡改信息也必须通过50%节点认证通过才能成功,因此高难度的修改成本迫使企业必须上传真实信息。

第三,“链上”各企业通过制定合理有效的利益分配机制及信息共享激励的契约,最大限度地保证数据的真实性。

第四,采用不同的技术对农产品供应链的不同环节进行相关信息的收集,利用收集客户端、相关网站等对生成的信息进行实时监控。至于物流环节可利用集成传感器及“北斗导航”模块研制车载终端实现监控;通过部署感应器网络装置对仓储环节的信息实时监控。

(三)激励农产品供应链企业参与“上链”

在强调网络各环节信息资源利用率和效益的同时,还应更多关注信息资源“个体”与“整体”之间的协整,才能将价值发挥到最大,这样农业才能朝着更光明的方向发展。如何激励企业个体积极“上链”,以配合整条供应链信息资源的整合,是众多专家学者比较关注的一个问题。本文总结出以下三个方面:①政府出台优惠政策进行积极引导;②消费者可提高信息质量的需求,加强意识,从而倒逼网络各节点“上链”;③积极宣传“上链”的优势。

首先,链上各企业通过制定专门的智能合约,提前设定输入与输出的格式与条件,一旦检测到符合条件便立即生效,有效提高了交易速度,同时降低了操作风险,使其顺利发展。通过权益证明机制来测量“链上”各节点的工作量,以此为依据分配利益,从而激励各节点企业积极“上链”。其次,各节点企业可以根据链上实时可靠的信息数据,实时调整“产—供—销”计划,控制成本,提升服务,最终实现农产品供应链网络最优。最后,采用具体的激励机制,通过某种虚拟货币奖励来鼓励企业积极参与其中。如农户在“区块链+供应链”系统中积极参与记账,根据活跃度就能获得一定的虚拟币奖励,而这种虚拟币类似于代金券,只要在链上使用,便能享受优惠。这在很大程度上激励了区块链上的用户参与其中,让整个供应链网络上的所有数据在平台的集成下运行流畅。这样不仅为企业节省时间成本,还能降低风险系数。只有平台优化了供应链网络流程,农产品供应链信息的利用得以提升,才能有效解决信息孤岛这一棘手问题,才能更好应对现代化复杂的市场竞争。

优化后,网络成员之间在信息资源方面的交流与合作的阻碍减少,从而实现全网络平等、有效地交流与合作。通过信息数据的有效协整,让整个供应链网络达到全局最优。

六、结论与展望

研究发现,已拓展到各行业应用中的区块链技术,确实解决了不少行业存在的一些问题。在信息优化过程中融合区块链技术,希望通过由区块链技术而搭建的信息平台实现全局最优、实现区块链与供应链之间完美结合。考虑农产品供应链信息优化不足的情况下,本文尝试用去中心化技术、加密算法技术、分布式存储技术应用其中,完善信息优化的不足。

将区块链技术完全应用在网络体系中,仍然有一段很长的路要走。如区块链的成本、技术门槛、运维成本等都相对较高,应用落地周期长,发展前景不确定因素比较大。并且区块链作为一项新的底层技术,如何融合原有业务系统,如何与5G技术、云计算等进一步结合,这些问题都值得进一步分析研究。

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