基于模糊认知图的乳制品质量安全风险形成机理研究

关佳琪，张 方，杜宇萱，王文宁，徐 祥，张正勇

南京财经大学管理科学与工程学院，江苏南京 210023

0 引言

奶业是健康中国、强壮民族不可或缺的产业，是食品安全的代表性产业。乳制品涉及产业链较长，涵盖奶牛养殖、乳制品加工、存储、运输、销售等环节，任何一个环节出现问题，很可能向外扩散到整个产业链，这需要科学监管对策去规避风险发生。本文聚焦乳制品供应链凸显问题，从乳制品供应链视角出发，探究影响乳制品安全各种因素以及它们的相互作用关系和机理。

国内学者对乳制品安全风险开展了大量研究。高欢[1]、王婷[2]、钟海岩等[3]针对整个乳制品供应链出现的质量安全问题，从乳制品质量安全、供应链两个角度分析影响其自身质量安全的因素，强调管理质量安全的必要性，针对性提出改善方法及应对策略。陈晓宇[4]、王建国等[5]通过拉曼光谱技术、标准化管理等技术，对生产的不同环节提取影响质量安全的因素，多层次阐述观点并提出使用乳制品质量安全追溯系统、工业工程程序分析等方法来完善乳制品质量管理体系，李海燕[6]提出运用层次分析法对质量安全风险进行建模分析、秦月[7]将区间粗糙数和图解评审法整合进行乳制品生产质量管理研究、陈晨等[8]基于灰色数据预处理的长短期记忆模型，进行乳制品质量安全风险的预测预警分析。姜冰等[9]、宋凯[10]、刘灿[11]基于不同受信主体的视角，将政府监管、供应链、消费者同时纳入分析，探究其引致性因素。国外学者通过不同视角分析乳制品产业链存在的质量安全重要因素，并使用不同技术方法建立评价保障体系。Jena等[12]基于供应中断风险和需求不确定性，为乳品厂生产计划决策开发模型，确定最佳产品组合和材料计划要求。印尼Susanty等[13]使用决策试验和评估实验室方法，分析绩效的成功因素结合德尔菲方法，针对乳制品供应链可能出现风险制定政策，提高国家牛奶供应水平。Mor等[14]基于解释结构模型探索乳制品供应链中的关键风险及障碍，有效规划其供应链活动。

目前国内绝大多数针对乳制品风险识别的研究停留在定性分析阶段，较少对风险影响因素做系统性分析。国外研究大多基于本国乳制品产业现状，与我国乳产业现状适配度不高。本文从我国乳制品产业现状出发，利用模糊认知图、灰色关联度、灵敏度分析等方法，基于宏观数据的乳制品质量安全事件的影响及归因分析，探究影响乳制品质量安全风险因素之间的相互关系及风险形成机理，为乳制品企业进行风险管理提供参考。

1 基于模糊认知图的乳制品质量安全风险形成机理分析

1.1 模糊认知图原理

模糊认知图是一种复杂系统建模方法，利用认知图因果关系的传播方法和基于数字矩阵的推理机制，模拟复杂系统的动态行为。模糊认知图模型是一个四元序组（A，E，X，f）。其中，A={A1，A2，…，An}为概念点集合；E是关联矩阵，其元素wij表示任意概念点间的关联强度。模糊认知图模型中各概念节点在t时刻的状态值表示可参照序列X（t）=[x1（t），x2（t），…，xn（t）]概念节点的起始状态用X（0）表示，系统在下一时刻的状态值可用迭代公式（1）计算。

为阈值函数，笔者使用S型曲线函数， μ=2。

1.2 灰色关联度分析原理

灰色关联度分析法是多个因素间关联度统计分析方法的一种，适用于动态分析。其原理是通过计算影响系统行为的比较序列与反映系统特征的参考序列的关联度，结合其排序来衡量自变量和因变量关联程度的强弱。本文结合关联度计算，为影响乳制品质量安全的因素发展变化态势提供量化的度量，依据关联序列分析我国乳制品质量安全的主要影响因素。

为集中数据进行整体比较，求得两序列的关联系数后，由公式（4）可得参考序列X0与比较序列Xi的关联度ri，ri的取值为[0，1]，值越大表示关联程度越高。

1.3 乳制品质量安全影响因素分析步骤

使用模糊认知图模型进行仿真，经过多次迭代直至稳定状态后，状态节点的稳定值能间接反映其在系统中的影响程度。由模糊认知图模型迭代产生的状态节点序列值可通过灰色关联度分析各节点之间的相关程度。具体步骤如下：

第1步：查阅相关文献和研究资料，识别我国乳制品质量安全风险的影响因素。

第2步：统计文献数据，计算乳制品质量安全风险及其影响因素间的关联强度 。

第3步：建立我国乳制品质量安全风险的影响因素模糊认知图模型。

第4步：根据公式（1）（2），确定模糊认知图模型中各概念节点达到稳定状态时的固定值。

第5步：根据公式（3）（4），结合灰色关联度分析，确定我国乳制品质量安全风险的主要影响因素。

1.4 乳制品质量安全风险的影响因素识别

乳制品生产加工过程较复杂，通常养殖流程不规范，养殖经验缺乏，挤奶不规范，畜牧动物疫病、杀菌过程不规范，饲料质量低等因素都会不同程度引发乳制品质量安全事故。运输方式、贮存时间、货架温度、运输时间、冷链系统不完善、检测手段、包装方式、生产车间温度等设施因素也会导致乳制品质量安全事故。

通过查阅近8年相关文献，笔者绘制影响乳制品质量安全影响因素统计折线图（图1），记录各因素出现次数。生产设备出现次数远高于其他因素，其次是质量安全意识因素。

图1 乳制品质量安全影响因素研究统计

结合国内学者相关研究成果和专家访谈资料，笔者将可能影响乳制品质量安全的因素分类归纳为“人的因素”“设备因素”“管理因素”及“环境因素”，提炼7 个二级影响因素（表1）。

表1 影响因素

1.5 我国乳制品质量安全风险影响因素模糊认知图模型构建

1.5.1 数据收集与处理

为进一步量化乳制品质量安全风险及其影响因素间的关联关系，本文收集近8年知网发表的核心论文，汇总乳制品质量安全风险的影响因素，包括动物疫病、养殖方式、设施清洁、贮存方式、监管力度等，根据数据统计选取11 个出现频率较高的因素进行分析。在对初始数据标准化处理基础上，统一数据形式得到影响因素间的关联强度权重，为关联矩阵的构建提供数据支撑。用“+、-”判断文献中提到的乳制品质量安全风险及其影响因素两两之间的相互关系，其中“+”表示存在正向影响关系，“-”表示存在负向影响关系。

1.5.2 模型的建立与关联矩阵的确定

模糊认知图模型中一般存在结果类概念节点和影响因素概念节点两种，分别代表因变量和自变量。本文中乳制品质量安全风险为因变量，用R表示；人的因素、设施因素、管理因素和环境因素为自变量，用A表示；同时挤奶规范度、质量安全意识、动物饲养、冷链系统、检测设备、生产设备、贮存条件等其他因素影响乳制品安全，将这些因素定义为随机变量，用M表示。

根据文献中影响乳制品质量安全的因素，对其进行数据提炼并归一化处理，结合节点间的{+，-}影响关系状态，构建乳制品质量安全风险影响因素的模糊认知图（图2）。

图2 模糊认知图模型

通过图2可对乳制品质量安全的影响因素有直观、系统了解。人的因素A1、设施因素A2、管理因素A3、环境因素A4对乳制品质量安全风险为负影响。挤奶规范度M1、动物饲养M2等7 个二级因素对其相应的以及因素为正影响。代入数据可得关联矩阵E（从上至下、从左到右依次为A1，A2，A3，A4，M1，M2，…，M7，R）：

此外，为进一步明确各节点在整个模型中的重要程度，引入中心度分析。输出端数od（Ai）、输入端数id（Ai） 可由公式（5）（6）计算得出，分别表示关联矩阵中从Ai发出、通向Aj的关联强度绝对值的总和，即概念节点Ai的输出、输入连接的累积强度。概念节点Ai的中心度Ci是其输出端数和输入端数的总和，公式（7）为其计算方法。

表2结果显示，设施因素的输出端数最大，表明它对其他因素有较大影响；设施因素输入端数最大，表明它受到其他因素较大影响。

表2 中心度排名前3 位的因素

2 模型仿真结果与分析

2.1 模型概念节点初始状态确定

根据图1，自变量和因变量各节点间没有直接的线性关系，因此可选择公式（1）进行多次迭代计算完成多变量非线性仿真，这种仿真方法需结合各因素的初始状态，分析建立模糊认知图模型的邻接矩阵。

各概念节点初始状态仅有“激活”与“未激活”两种，对应取值为1和0。假设模型初始状态中所有概念节点均被激活，取值均为1，得到初始矩阵。

2.2 模型的稳定状态

根据模糊认知图的推理机制，认为模型达到稳定状态时各概念节点的状态值固定在一个稳定值，或出现周期性变化。本文中各变量经公式（1）（2）连续迭代5 次后达到相对稳定状态，其值如下。

三是一个很小的创新，就可能带动一系列产品的开发。经过几年的发展，表情包现在已经开始向其它领域扩展，在出售、提供下载表情包的基础上，不少厂家已经看到这些小卡通形象背后的商机，使这一产品的链条向玩偶、食品、饮料等行业进行了延伸，这也使得这一经济形态变得更加丰富和立体。因此，我们在观察一个产品时，还要从更多的角度去考虑它的发展可能。

设施因素A2的稳定状态值0.649 0，在所有状态值中最大，一定程度说明设施因素对乳制品质量安全影响最大。

以乳制品质量安全风险概念节点各步的迭代结果数值组成参考序列， 记为；以影响因素各步迭代出的状态值组成比较序列，记为Xi，i=1，2，3…12 。根据公式（3）（4）计算R0与Xi的关联系数及关联度，比较得到关联度排名（表3）。

表3 关联度计算结果

设施因素、管理因素、动物饲养、贮存条件排序靠前，是影响乳制品质量安全的主要因素。

在研究乳制品质量安全风险过程中，运用灵敏度分析方法确定对乳制品质量安全风险影响最敏感的因素。图3是一级影响因素，最终稳定值变化对乳制品质量安全风险值的变化趋势。灵敏度曲线均呈平滑上升趋势，说明关联强度绝对值越小，即管理者越不重视，乳制品安全风险越易发生。其中， 设施因素曲线的倾斜程度最大，其值改变而其他影响因素值均不变时，乳制品质量安全风险的稳定值变化最敏感。同时， 曲线整体在其他曲线之上，可知设施因素对乳制品质量安全风险影响最大。

图3 乳制品质量安全风险影响因素灵敏度分析图

2.3 结果分析

在模糊认知图分析中，系统达到相对稳定状态时对乳制品质量安全风险影响最大的是设施因素，其次为人的因素，第三为管理因素。可见，设施因素对乳制品质量安全风险影响最大。在灰色关联度分析中，设施因素和管理因素排序靠前，设施因素是影响乳制品质量安全的主要因素。在灵敏度分析中，设施因素变化时，乳制品质量安全更敏感，可见，设施因素更影响乳制品质量安全。由3 种方法综合分析可得，设施因素是影响乳制品质量安全的主要因素。

3 结论

通过对乳制品生产加工过程的分析，笔者将乳制品质量安全风险的影响因素分为人的因素、设施因素、管理因素、环境因素四个一级因素，以及挤奶规范度、动物饲养、质量安全意识、冷链系统、生产设备、检测设备、贮存条件7 个二级因素。运用模糊认知图、灰色关联度和灵敏度分析等方法，分析影响我国乳制品质量安全的因素，得出设施因素、人的因素和管理因素是影响乳制品质量安全的主要因素，其中设施因素影响最大。因此，为降低乳制品质量安全风险，可采取完善冷链系统、创新生产设备等措施，提高生产乳制品的技术水平。人的因素对乳制品质量安全影响也较强，应加强培养质量安全意识，尤其是乳制品行业从业人员。要健全动物饲养体系，加强员工培训，规范挤奶。管理因素方面，相关部门应加强监管，制定规范的管理制度，提高乳制品质量安全。