基于溯源系统应用的生鲜供应链决策研究

王建华 王美

摘  要：生鲜产品的特征使生鲜供应链难以管控，蓬勃发展的电商交易使得生鲜供应链控制问题复杂。考虑溯源系统的应用对生鲜供应链流通过程的改善，构建生产商主导的二级生鲜产品供应链，找到应用溯源系统的成本阈值，对比分析溯源系统应用前后供应链成员的定价、订货策略以及利润水平。结果表明：供应链对应用溯源系统的决策取决于溯源成本的大小及其对生鲜产品的改善程度;对供应链各方有利的溯源系统成本的临界值是相同的;溯源系统对供应链改善程度一定时，生产商和零售商会根据溯源成本高低同步调整自身价格;溯源成本对生鲜供应链的改善越明显，零售商的订货量增加越多。

关键词：生鲜供应链;溯源系统;定价订货策略

中图分类号：F274    文献标识码：A

Abstract： The characteristics of fresh food make it difficult to control the fresh supply chain， and the booming e-commerce transactions make the fresh supply chain control problem complicated. Considering the improvement of fresh supply chain circulation process caused by the application of traceability system， a second-level fresh product supply chain led by the manufacturer is constructed to find the cost threshold of the application of traceability system， and the pricing， ordering strategy and profit level of supply chain members before and after the application of traceability system are compared and analyzed. The results show that the decision of the supply chain to the application traceability system depends on the traceability cost and the improvement degree of the fresh products; the critical value of traceability costs to the benefit of all parties in the supply chain is the same; when the traceability system improves the supply chain to a certain extent， manufacturers and retailers will adjust their prices synchronously according to the traceability cost; the more obviously the traceability cost improves the fresh supply chain， the more the order quantity of retailers increases.

Key words： fresh supply chain; traceability system; pricing and ordering strategy

0  引  言

我國生鲜产品供应链受制于生产源头农户的分散，生鲜农产品从农户到消费者手中至少要经过4层的供应链，为了满足生鲜农产品在不同区域和不同季节的需求，多年来形成了稳定的以多级批发市场为主的生鲜流通体系。生鲜在不同“角色”之间的流通多元交叉，没有统一规划，使得流通效率低下，且由于供应链冗长，农产品经过各层环节的储存、运输、装卸后损耗较大，产品到达最终消费者手中花费时间较长，国内生鲜农产品25%～30%的损耗率相较于美国1%～2%、日本5%非常高。

食品溯源系统在西方发达国家已被普遍运用，它主要是通过RFID无线射频技术、WSN物联网技术、EPC全球产品电子代码体系以及物流跟踪定位技术（GIS/GPS）等多种技术手段，对生鲜产品从生产、运输、加工、仓储、销售等环节实施全程质量跟踪[1-6]。溯源系统可以从源头上实现生鲜农产品质量全程控制，降低食品安全事故发生的可能性，缓解供应链上下游企业之间信息不对称问题。重要的是，溯源系统可以实现对货物的自动识别以及对数据的自动采集，提高流通过程中相关物流环节衔接的速度，简化作业流程，从而缩短流通时间，降低生鲜农产品流通过程的实体损耗和价值损耗。因而我国可以借鉴西方国家溯源系统建立的经验，大力推行生鲜产品（主要包括蔬菜水果、禽畜肉类、海鲜水产品等）供应链溯源系统的应用。

考虑到溯源成本巨大，企业如何合理决策保证自身利益？因此，本文面向生鲜产品供应链，基于应用溯源系统对生鲜产品流通效率的改进，探求溯源系统应用的成本阈值以及生鲜产品供应链企业的相关决策与收益变化，具有重要的现实意义。

在上述背景下，越来越多的学者聚焦生鲜产品供应链进行研究。范辰等[7]在新零售模式下，研究双渠道生鲜供应链的价格和新鲜度对消费者购买决策的共同影响，并采用线性补偿契约与收益共享契约进行策略协调。Xu等[8]考虑供应链主体规避风险，建立集中式和分散式双渠道供应链定价决策模型，并分析风险承受能力对制造商和零售商的定价决策影响。曹裕等[9]研究了在分散决策与集中决策下的生鲜供应链最优保鲜努力水平，并引入契约协调提高生鲜供应链的整体生鲜水平。Zhang等[10]针对闭环供应链成员在存在有缺陷物品的退货情况，设计收益共享契约协调机制，以激励零售商努力回收废品。雷萍[11]借鉴北美、欧盟、日本成熟的生鲜农产品流通模式，提出对我国生鲜农产品供应链管理模式的需求设计与优化，认为通过一定的手段有效整合流通信息，可以提高生鲜产品的流通效率与整个流通过程的可控性。另外，随着技术的进步与物流基础设施的完善，学者开始从生鲜供应链质量改善的技术应用角度进行研究。余云龙、冯颖[12]基于冷链投入，以单物流服务商、单供应商和单零售商构成的生鲜产品供应链为对象，研究不同冷链服务模式对定价与冷链服务水平、企业绩效的影响。Bortolini等[13]考察了使用一次性和可重复使用的包装对于生鲜供应链网络成本与环境的影响，并基于网络设计的原始双目标模型将成本和环境排放降至最低。周茂森、张庆宇[14]考虑制造商通过大数据投资预测需求，构建分散决策下的大数据投资决策模型，分析供应链透明度、竞争强度和大数据技术水平等因素对投资策略的影响。Wang等[15]基于碳限额和碳贸易政策对生鲜供应链补货策略的影响，研究不同补货策略下冷藏运输服务的最优价格和零售价格。Mohammadi等[16]以案例证明收入和保存技术—投资共享合同可以进行生鲜产品供应链协调并减少资源浪费。郭强等[17]考虑由垄断供应商和双寡头制造商组成的二级供应链，在投资成本外生的条件下，研究网络外部性对供应商投资策略和竞争性制造商创新技术选择的影响。李文文等[18]考虑制造商开辟电子渠道、从溯源系统降低流通损耗和提高质量出发，分别构建制造商主导型的双渠道供应链决策模型，探讨双渠道供应链在投资、销售、定价等方面的决策问题。刘阳阳[19]基于大数据视角，研究生鲜农产品的供应链模式创新问题，提出要以大数据平台为支撑，挖掘客户需求，优化生产端与零售端资源配置与物流流程，从而提升企业效率、降低企业成本。

此外，本文考虑了溯源系统对生鲜供应链流通效率的改善，即供应链应用一种技术对供应链成员决策的影响。Fu等[1]也进行了相关研究，探讨了在零售商控制策略或授权策略下投资RFID技术可获利的条件，并探讨了关于投资成本分摊的问题。张子健等[2]根据事前防御、事后控制两阶段产品控制机制，构建供应链产品控制的两阶段契约模型，发现供应链产品质量控制最终效果取决于供应链各方在产品可追溯体系建立与通过可追溯体系处理质量事故这两个不同阶段各方所付出的努力程度。孙胜楠等[3]探讨了消费者对溯源的支付意愿、食品安全事件的发生率高低以及安全事件发生后企业承担的额外惩罚等因素对零售商是否选择采购溯源食品的影响。李文立、趙帅[4]考虑制造商开辟网上直销渠道，从优质农产品引入溯源系统的视角出发，分析制造商采用溯源系统前后在投资、定价及利润水平的一系列决策问题。Alfian等[5]提出了一种利用RFID和物联网（IOT）传感器的可追溯系统，可以正确识别通过门进出的带标签产品，并提供实时产品信息以及完整的温度和湿度历史记录，从而提高了可追溯系统的效率。张李浩等[6]以单资金约束的制造商和单零售商组成的二级供应链为研究对象，基于零售商提供预付款融资下，探讨供应链投资无线射频识别（RFID）技术的策略。杨亚等[20]考虑到新鲜度不对称下生产商隐瞒新鲜度信息的情况，探究投资RFID技术的成本阈值，并提出协调供应链的回购契约形式。

通过梳理文献发现，学者对生鲜农产品供应链的研究较多，其中针对生鲜供应链应用溯源系统的研究较少，且研究集中于探究应用溯源系统的流程、信息追溯功能及效果，对溯源系统应用的成本问题及其对供应链内部成员决策的影响研究有待完善。因此，本文聚焦溯源系统对生鲜产品流通过程中双重损耗的降低，探究应用溯源系统的条件以及应用前后对供应链成员决策的影响。同时通过数值仿真验证理论模型，以期对生鲜供应链各成员及系统的最优决策产生一定的指导意义。

1  问题描述与假设

考虑生鲜产品运输过程的有效性和安全性，特别是运输产生的实体损耗和价值损耗，将市场上某一类生鲜农产品的生产商作为整体，建立由一个生产商和一个零售商组成的二级生鲜产品供应链。生产商供应一种单位成本为c、新鲜度为θ的生鲜农产品，零售商根据生产商提供的批发价格w确定订货量Q，并根据产品的新鲜程度及市场的反应确定最终的零售价格p。生鲜产品二级供应链结构图如图1所示。

生产商和零售商就批发价及订货量展开Stackelberg博弈，将决定产量的生产商作为博弈的领导者，零售商为跟随者，并引入与流通时间t相关的双重损耗，即产品实体损耗和产品新鲜度价值损耗，具体描述和假设条件如下：

（1）生鲜产品在流通过程中新鲜度会降低，为描述其新鲜度价值的损耗规律，引入新鲜度函数θt∈0，10≤t≤T，满足≤0，>0，即关于流通时间t的单调递减且加速递减函数，且θ0=1，θT=0。

（2）流通过程中，部分生鲜产品会产生实体损耗，时间越长损坏越多，本文设与流通时间相关的流通有效性函数βt

∈0，10≤t≤T，满足≤0，>0，与新鲜度函数的变化趋势相似。因此为确保送至零售商处有效产品的数量，当零售商订购Q单位货物时，供应商应安排运送件产品。

（3）可追溯系统的应用，需要支付一定的成本，可以分为固定投入成本（如移动溯源终端、数据库系统及相关设备等）与变动成本（如RFID标签、可追溯系统的维护成本等），由于零售型供应链中相关货品种类及数量巨大，因此变动成本更应引起决策者的关注，设本文只考虑应用可追溯系统的单位变动成本C。

（4）应用可追溯系统可以提高流通的时效性和有效性，降低生鲜产品的双重损耗，假定可追溯系统应用前后的流通时间分别为t和t，显然0≤θt<θt≤1，0≤βt<βt≤1。

（5）在同样价格下，新鲜度越高的生鲜产品越能吸引顾客，可追溯系统的应用会增加消费者的需求，即消费者愿意为可追溯生鲜产品的高质量和高食品安全性支付一定的溢价，因此本文参考李琳和范体军[21]的研究，设需求函数D=APθt，式中A是表示市场规模大小的度量常数，k为需求价格弹性且k>1。

（6）生鲜产品自身的单位生产成本为c，在销售季末残值为0，供应商承担运输过程中产生的成本h，零售商承担生鲜产品销售过程中产生的仓储、理货等成本s。

文中主要参数设定如表1所示：

2  模型建立与求解

本节分别构建溯源系统应用前后生鲜产品供应链的利润模型，通过对比供应链双方以及供应链整体的利润，得出投资溯源系统的决策条件。

2.1  不应用溯源系统情况下生鲜供应链决策模型

当不应用溯源系统时，生鲜产品的流通时间为t，供应链的决策顺序为：首先供应商确定批发价格为w，此时零售商的利润表达式为：π=P-w-sQ。零售商为追求利润最大化目标，将根据市场需求状况确定合适的零售价格并使所订产品全部销售完毕，即由D=APθt，易知：

P=                                              （1）

对应零售商利润为：

πQ=-w-s×Q                                       （2）

对式（2）求一阶导并令一阶导为零，可得：

Q=Aθt×                                          （3）

對式（2）求二阶导可得：=-1-AθtQ<0。

因此零售商利润达到最大值：

π=Aθt                                        （4）

将式（3）代入式（1）易知：

P=                                               （5）

然后供应商根据Q以及βt重新制定批发价格，供应商的利润表达式为：

πw=w×Q-c+h×                                        （6）

对式（6）求一阶导并令一阶导为零，可得：

w=+×                                         （7）

然后零售商根据批发价修改订货量与定价，即将式（7）分别代入零售商的决策式（3）和式（5），化简得到：

Q=Aθt××+s                                     （8）

P=+s                                          （9）

对应式（3）零售商利润可以表示为：

π=Aθt+s                                   （10）

同时可得供应商利润函数：

π=Aθt+s                                 （11）

因此，当不应用溯源系统时，此生鲜供应链整体的最大利润为：

π=π+π=Aθt+s×2k-1

为书写方便，记K=×2k-1，因此：

π=Aθt+s×K                                      （12）

通过以上证明表达式可以看出，显然供应商、零售商的决策都受到生鲜食品在流通过程中的实体损耗和新鲜度的影响。进而，当生鲜供应链选择应用溯源系统改善流通效率时，供应链成员相应的决策会发生改变，供应链的利润也会发生改变。

2.2  应用溯源系统情况下生鲜供应链决策模型

生鲜产品供应链应用溯源系统后，流通环节的准确性、有效性增加，生鲜产品的双重损耗降低。对于供应商而言，实体损耗降低，所需备运的生鲜产品数量减少，相应的成本就可以得到控制;产品价值损耗降低，质量提升，供应商可提高批发价格，来让零售商分担一定的溯源系统使用成本。对于零售商而言，应用溯源系统的生鲜产品的食品安全得到保证，其新鲜度也得到改善，消费者也愿意为其较高的安全性和新鲜度支付一定的溢价，零售商可據此适当调高零售价格从而获得更多的边际利润。

应用溯源系统后的流通时间由t缩短为t，生产商和零售商博弈过程与上节描述相似，可解得应用溯源系统后的供应商最优批发价为：

w=+×                                        （13）

零售商的最优订货策略和最优零售价格分别为：

Q=Aθt××+s                                   （14）

P=+s                                        （15）

对应零售商和供应商的最优利润表达式为：

π=Aθt+s                                  （16）

π=Aθt+s                                 （17）

生鲜供应链总利润为：

π=Aθt×+s×K                                     （18）

由上述模型求解过程可以看出，溯源系统应用前后，供应链成员及整体的利润表达式发生变化，且供应链成员应用溯源系统的决策主要受到溯源系统的成本C的影响，要使应用溯源系统后的各方利润不少于应用前的各方利润，故有：

命题一：当0≤C≤C时，投入溯源系统，生鲜供应商和销售商以及供应链整体利润均增加，其中C=c+h-1+βts-1。

证明：首先比较供应链整体的利润式（12）和式（18），并令π≥π，则有≤，引入参数

=，即满足C≤c+h-1+βts-1，该式右侧即为应用溯源系统投资成本临界值，记为C，可看出此值的大小取决于溯源系统应用前后对生鲜产品双重损耗的改善程度，即，的大小。

另外，比较溯源系统应用前后的生产商利润函数式（11）和式（17）以及零售商利润函数式（10）和式（16），同样可以得出C是双方应用溯源系统获利的临界值。

2.3  溯源系统成本对供应链决策的影响分析

由上节分析，溯源系统应用前后的批发价格、订货量与产品定价都会发生改变，这是因为受到溯源系统成本以及溯源系统对供应链的改善程度影响。本节探究了溯源系统应用后对供应商批发价格以及零售商定价、订货量造成的影响。

命题二：溯源系统成本满足0≤C≤C时，供应商会降低批发价格，而当C>C时，供应商会提高批发价格，其中C

=-1c+h。

证明：比较溯源系统应用前后的批发价格，令w≤w，则有≤，整理可得，C≤-1c+h，因而有：0≤C≤-1c+h。同理可得，当C>-1c+h时，w>w。

通过以上证明，可以看出，当溯源系统的成本较低时，供应商不会通过提升批发价格转移成本给零售商，甚至会以较低的批发价格获得更多的订单，从而提升自己的利润。另外，由C的表达式可以看出，溯源系统对于生鲜产品的有效率改善的越好，供应商承担溯源成本的能力越大。为探究损耗率改善对于批发价格的影响，本文提出以下推论：

推论1：在溯源系统成本一定时，当≥时，供应商批发价格降低;<时，供应商会选择提升批发价格来获得更多的利润，由命题二推导过程可以看出，证明过程不再赘述。

为了探究应用溯源系统的成本如何影响零售商对产品的定价，本文提出命题：

命题三：当溯源系统成本满足0≤C≤C时，零售商会降低最终零售价格，而当C>C时，零售商会提升零售价格，其中C=-1c+h，同命题一。

证明：比较溯源系统应用前后的零售商定价式（8）和式（14），若p

推论2：零售商对产品的定价还受供应商批发价格的影响，批发价格变化Δw，零售商对产品的定价变化ΔP=Δw。

该推论由式（5）可以看出。另外，为了探究溯源成本投入对零售商订货量的影响，本文提出命题如下：

命题四：溯源成本满足0C时，零售商会降低其订货量，其中C

=-1c+h+-1βts。

证明：对比溯源系统应用前后的零售商订货量，式（7）和式（13），令Q≥Q，则有：≥，进一步化解可得：C≤-1c+h+-1βs，记右式为C，同理可得当C>C时，有Q

3  算例分析

为了直观地探究溯源系统成本与应用溯源系统对生鲜供应链的改善对于供应链决策的影响，本节通过Maple軟件对所得结论进行数值模拟。对上述模型中有关参数赋值及需求的具体分布等假设如下：假设新鲜青菜的单位成本c=0.8元/千克，单位运输费用h=1.4元/千克，需求规模A=900 000，价格弹性k=2，溯源系统应用前运输有效率β=0.85，新鲜度θ=0.7，溯源系统应用后的运输有效率β=0.95，新鲜度θ=0.9，溯源系统的变动成本C=1，零售商销售单位产品产生成本s=1元/千克。首先，对投资溯源系统的成本临界值C进行分析，做生产商、零售商以及供应链整体增加的利润Δπ、Δπ以及Δπ关于溯源成本C的函数，如图2所示。

由图2可以看出，随着溯源成本的增加，供应链各主体的利润增加值逐渐减少，通过计算可得，利润增加的临界溯源成本C=1.2328，由图2亦可看出。因此，当0≤C≤C时，溯源系统的应用对生产商、零售商以及供应链整体都是有利的，命题一得证。为进一步验证溯源技术应用后，其成本对生产商决策、零售商决策的影响，在算例其他参数不变的情况下，令C

∈0，1.2328，做数值仿真。

如图3所示，在应用溯源系统的前提下，当溯源技术成本C≤0.2588（图3交点处）时，溯源系统应用后的批发价格低于溯源系统应用前的批发价格，随着溯源成本增加，供应商会提升批发价格，大于系统应用前的批发价，命题二得证。

图4反映了溯源系统应用前后零售商定价的变化，计算得知，图4的交点也为0.2588，即C<0.2588时，溯源系统应用后，零售商不会增加零售价格，当0.2588≤C≤1.2328时，生产商和零售商会同时增加自身的定价，符合命题三的结论。

图5反映了溯源系统应用前后最优订货量的变化情况，通过计算，交点为0.7152，该点即为溯源系统应用后使得订货量增加的溯源成本临界值为C，命题四得证。

4  结论与展望

本研究以一个二级生鲜产品供应链为研究对象，研究其溯源系统的投入决策。与以往学者对溯源系统的关注角度不同，本文重点考虑溯源系统对生鲜供应链在流通过程的双重改善，构造了溯源系统应用前后的两阶段生鲜产品供应链Stackelberg博弈模型。着重对比溯源系统应用前后的成本、订货、定价等一系列相关的决策问题，得到了相关决策的几个关键参数：C，C，C，并通过理论模型的严格证明，得到以下结论：

（1）供应链企业应用溯源系统的策略主要取决于溯源系统变动成本的大小以及应用溯源系统对其生鲜产品的实体数量和新鲜度的改善程度。对于生鲜食品供应链企业来说，产出大于投入的溯源系统才是企业值得考虑的。另外，伴随着生鲜供应链企业溯源系统的应用，供应链管理效率得到改善，企业利润也会有很大的飞跃。因此，有必要长远考虑应用溯源系统的整体效益和成本。

（2）对于供应链各成员以及供应链整体有利的溯源成本的临界值是相同的，均为C。即当应用溯源系统的成本小于C时，应用溯源系统可使供应链各方的利润均增加。且应用溯源系统的临界成本C的大小与溯源系统应用前后对生鲜产品双重损耗的改善程度有关。

（3）当应用溯源系统的成本较低（低于C时），供应商会降低批发价格，以获得更多的订单;而当应用溯源系统的成本

C>C时，供应商则通过提高批发价格保证自己的利润。在此过程中，零售商的定价也会根据生产商的批发价进行调整，且ΔP

=Δw。

（4）应用溯源系统成本的越低，对生鲜产品的流通效率改善程度越好，应用溯源系统对订货量的影响越明显，当应用溯源系统的成本低于C时，溯源系统应用后订货量高于应用前的订货量。

本文提出的投入溯源系统成本的临界值及溯源系统应用前后相应的定价订货策略能为生鲜供应链投入溯源系统的决策提供一定的理论指导，但本文仅考虑了溯源系统在流通过程中对生鲜供应链的改善对供应链决策的影响，实际上溯源系统还能够为消费者提供产品产地等安全信息，消除信息不对称带来的影响，下一步研究可以将消费者对产品的溯源偏好考虑在内。另外，本文考虑的需求是与价格、新鲜度相关的确定型需求形式，与随机需求变化之间的关系并未探讨，未来可以尝试加入随机要素的讨论。

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