基于熵權(quán)和模糊物元可拓的生鮮食品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全預(yù)警研究

唐 潤,彭洋洋,于 榮

(1.南京財經(jīng)大學(xué)管理科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇南京 210023;2.利物浦大學(xué)管理學(xué)院,英國利物浦 L69 3BX)

?

基于熵權(quán)和模糊物元可拓的生鮮食品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全預(yù)警研究

唐 潤1,2,彭洋洋1,于 榮1

(1.南京財經(jīng)大學(xué)管理科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇南京 210023;2.利物浦大學(xué)管理學(xué)院,英國利物浦 L69 3BX)

由于生鮮食品的時鮮性、易腐性、季節(jié)性等特點以及消費者對質(zhì)量要求的提高,其供應(yīng)鏈質(zhì)量安全控制問題成為管理的一個難點。本文從供應(yīng)鏈的角度構(gòu)建了生鮮食品質(zhì)量安全預(yù)警指標(biāo)體系,為克服特征量值的不確定性和主觀性,引入三角模糊數(shù)對物元可拓模型進(jìn)行改進(jìn),并結(jié)合信息熵理論和決策人風(fēng)險偏好,建立了基于熵權(quán)和模糊物元可拓的生鮮食品質(zhì)量安全預(yù)警模型。通過實例分析,表明經(jīng)過改進(jìn)的物元可拓模型對于解決食品質(zhì)量安全預(yù)警問題是有效的。

生鮮食品供應(yīng)鏈,質(zhì)量安全預(yù)警,熵權(quán),模糊物元可拓

生鮮食品具有時鮮性、易腐性、季節(jié)性等特點,消費者對健康關(guān)注程度和生鮮食品質(zhì)量安全水平要求在不斷提高,生鮮食品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全成為研究的一個熱點。生鮮食品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全預(yù)警作為質(zhì)量控制的一個重要過程,近年來,國內(nèi)外學(xué)者對生鮮食品質(zhì)量安全預(yù)警的研究已取得了一些技術(shù)成果:Mario[1]研究了一種模糊多準(zhǔn)則方法控制食品安全策略,對不確定性指標(biāo),將模糊邏輯應(yīng)用到多準(zhǔn)則分析;Li和He等[2]對食品廢棄物厭氧消化過程進(jìn)行事故檢測的早期預(yù)警,建立了含甲烷含量、pH、揮發(fā)性脂肪酸(VFA)濃度、堿度等組合的指標(biāo)體系;Marvin和Kleter等[3-4]比較分析了現(xiàn)有食品安全早期預(yù)警方法和政策,強(qiáng)調(diào)從食品生產(chǎn)鏈和供應(yīng)鏈的整體進(jìn)行風(fēng)險和危害的防范;Rortais[5]從新興食品快速預(yù)警系統(tǒng)(RASFF)和醫(yī)療信息系統(tǒng)(MedlSys)選擇九種關(guān)鍵危害進(jìn)行食品安全預(yù)警研究;Xi和Sun等[6]建立了“2-3結(jié)構(gòu)”模式的食品質(zhì)量風(fēng)險體系,利用粗糙集理論和魚骨圖分析方法建立預(yù)警指標(biāo)體系組成的GAP、HACCP、GMP方法。在食品安全預(yù)警模型和預(yù)警決策分析方法層面,雷勛平[7]從食品供應(yīng)鏈角度建立食品安全預(yù)警指標(biāo),運用物元可拓方法建立預(yù)警模型,但是未考慮指標(biāo)的量值類型;宋寶娥[8]分析食品供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié),從供應(yīng)鏈視角建立評價指標(biāo)體系,構(gòu)建了基于集值統(tǒng)計加速迭代法的食品安全預(yù)警模型;俞峰[9]運用集對分析和熵值法,建立食品供應(yīng)鏈預(yù)警的層次結(jié)構(gòu)模型。

從現(xiàn)有研究來看,針對生鮮食品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全預(yù)警問題,既涉及確定性的定量指標(biāo),也涉及模糊不確定的定性指標(biāo),對于確定性的定量指標(biāo),物元模型[10]中的量值可以進(jìn)行描述,但是其不能合理描述定性指標(biāo)的不確定性和模糊性特征。因此本文在生鮮食品基本特征的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了符合生鮮食品特點的指標(biāo)體系,引入三角模糊數(shù)并結(jié)合信息熵理論和決策人的風(fēng)險偏好,建立基于信息熵和模糊物元可拓的預(yù)警模型,既豐富了食品質(zhì)量安全預(yù)警問題的研究理論,同時也為企業(yè)質(zhì)量管理和政府監(jiān)管實踐提供了指導(dǎo)。

1 生鮮食品質(zhì)量安全預(yù)警指標(biāo)體系的構(gòu)建

影響生鮮食品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全的因素有很多,因此生鮮食品質(zhì)量安全預(yù)警涉及到種植養(yǎng)殖企業(yè)、生產(chǎn)加工企業(yè)、流通和銷售企業(yè)、政府檢驗檢疫和監(jiān)督部門、消費者鑒別等環(huán)節(jié),是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程。

本文結(jié)合文獻(xiàn)[7-11],考慮生鮮食品的具體特征,如:冷藏保鮮運輸、特有加工包裝、感官識別程度等,構(gòu)建基于供應(yīng)鏈的生鮮食品質(zhì)量安全預(yù)警指標(biāo)體系(見表1),指標(biāo)體系包含三個層次,一個目標(biāo)層,一個準(zhǔn)則層和一個指標(biāo)層。準(zhǔn)則層選取從原料產(chǎn)地、加工、流通、銷售和監(jiān)管5個環(huán)節(jié)作為二級指標(biāo),指標(biāo)層給出了17個具體的指標(biāo),考慮到篇幅,各指標(biāo)含義及計算公式在此不再贅述。

表1 生鮮食品質(zhì)量安全預(yù)警指標(biāo)體系Table 1 Quality and safety evaluation index system of fresh food

2 結(jié)合三角模糊數(shù)的模糊物元和熵值賦權(quán)

考慮到生鮮食品質(zhì)量安全預(yù)警指標(biāo)在定量、定性和區(qū)間值層面的特殊性以及生鮮食品質(zhì)量安全動態(tài)變化的特點,本文結(jié)合三角模糊數(shù)構(gòu)建模糊物元模型,并在此基礎(chǔ)上給出三角模糊數(shù)的量值的熵測度方法,生鮮食品質(zhì)量安全是“物”,其質(zhì)量安全預(yù)警指標(biāo)是“特征”,質(zhì)量安全預(yù)警指標(biāo)的值是“量值”。因此,生鮮食品質(zhì)量安全預(yù)警的“物”“特征”“量值”三要素一起構(gòu)成了基本物元模型中的物元,而物元模型可以描述質(zhì)量安全預(yù)警過程中的物、事和關(guān)系,幫助決策者按照一定的程序推導(dǎo)出解決問題的策略,因此,給出相關(guān)定義如下:

定義1[10]如果一物N具有n個特征,其n個特征c1,c2,…,cn及N關(guān)于cn(i=1,2,…,n)對應(yīng)的量值為vn(i=1,2,…,n),

定義2[12]若物元要素中的量值要素有的是確定性的精確數(shù)值(或數(shù)值區(qū)間),有的是不確定性的模糊量值,則使用有序三元組(事物、特征、三角模糊數(shù))作為描述事物的基本元,并將這種物元稱為基于三角模糊數(shù)的模糊物元,記為

根據(jù)信息熵原理,指標(biāo)的熵越小,指標(biāo)值的相差程度越大,提供的信息量越多,其在評價中作用越大,權(quán)重也應(yīng)越大,借鑒文獻(xiàn)[12-14]基于熵測度的三參數(shù)區(qū)間數(shù)方法,本文根據(jù)三角模糊數(shù)的取值特征,考慮三角模糊數(shù)指標(biāo)值的相差程度通過指標(biāo)值的重心點和三角模糊數(shù)的取值的方差來刻畫,由此給出三角模糊數(shù)區(qū)間數(shù)的熵測度的定義。

定義3 取值為三角模糊數(shù)的量值的熵測度為:

式(1)

其中,i=1,2,…,m;j=1,2,…,n,0≤θ≤1為決策者對三角模糊數(shù)重心點和方差影響程度是判斷系數(shù),風(fēng)險偏好的決策者,則注重發(fā)生可能性最大的重心點值,取θ>0.5;風(fēng)險厭惡的決策者,則注重量值的上下限,取θ<0.5;風(fēng)險中立者,則取θ=0.5,因此量值的權(quán)重為:

式(2)

3 基于熵權(quán)和模糊物元可拓的生鮮食品質(zhì)量安全預(yù)警模型

借助物元來表示生鮮食品質(zhì)量安全預(yù)警問題,最關(guān)鍵的是對生鮮食品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全預(yù)警等級、評價對象進(jìn)行物元描述,構(gòu)建出表征生鮮食品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全預(yù)警狀態(tài)的多指標(biāo)屬性評價模型。因此,下文將依次給出生鮮食品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全的經(jīng)典域、節(jié)域、預(yù)警對象、安全關(guān)聯(lián)度,預(yù)警等級判定的方法。

3.1 質(zhì)量安全的經(jīng)典域、節(jié)域和預(yù)警對象確定

令有h個食品安全等級N1,N2,…,Nh,建立相應(yīng)的模糊物元,記為:

對于經(jīng)典域,構(gòu)造其節(jié)域Rp(Rp?Rh),Rp記為:

其中:Np為生鮮食品質(zhì)量安全等級的全體;mpi為Np關(guān)于cj所取的量的范圍。

這里待預(yù)警的對象為生鮮食品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全,用物元Rs表示記為:

其中:Ps為生鮮食品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全預(yù)警等級水平;msi為Ps關(guān)于cj的量值,食品質(zhì)量安全的預(yù)警指標(biāo)數(shù)據(jù)。

3.2 質(zhì)量安全關(guān)聯(lián)度計算

在經(jīng)典域、節(jié)域和待評價物元已經(jīng)確定的情況下,根據(jù)可拓學(xué)關(guān)于距的定義,可以計算待評價物元Rs的各特征到經(jīng)典域和節(jié)域的距分別為:

式(3)

式(4)

關(guān)聯(lián)度的取值是整個實數(shù)域,為了便于分析和比較,將關(guān)聯(lián)函數(shù)進(jìn)行規(guī)范化如下:

式(5)

3.3 質(zhì)量安全等級判定

關(guān)聯(lián)函數(shù)K(msi)的數(shù)值表示預(yù)警對象符合生鮮食品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全預(yù)警級別的隸屬程度。預(yù)警對象Rs關(guān)于安全等級Nh的關(guān)聯(lián)度為:

式(6)

3.4 質(zhì)量安全預(yù)警等級劃分

為了更好地體現(xiàn)生鮮食品質(zhì)量安全,需要對其質(zhì)量安全度進(jìn)行安全等級標(biāo)準(zhǔn)劃分。在Likert五點度尺量理論基礎(chǔ)上,將生鮮食品質(zhì)量安全等級劃分為五級,按照質(zhì)量安全度由“低”到“高”分別對應(yīng)如下:

Ⅰ(重警)、Ⅱ(中警)、Ⅲ(輕警)、Ⅳ(無警)、Ⅴ(安全)。

將生鮮食品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全概念集合{重警→中警→輕警→無警→安全}中的漸變分類關(guān)系由定性描述擴(kuò)展為定量描述,從而辨識這個概念的層次關(guān)系。將生鮮食品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全預(yù)警問題描述為:P={重警→中警→輕警→無警→安全},Ⅰ= {重警},Ⅱ={中警},Ⅲ={輕警},Ⅳ={無警},Ⅴ={安全},且Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ∈P,對于任何Rs∈P判斷屬于Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ或Ⅴ,并依據(jù)式(3)～式(5)計算關(guān)聯(lián)度。

3.5 質(zhì)量安全預(yù)警指標(biāo)閾值

本文的各項預(yù)警指標(biāo)在各安全等級上的閾值確定主要參考國家、行業(yè)和地方規(guī)定的生鮮食品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[15-16],結(jié)合現(xiàn)有研究文獻(xiàn)[7]和生鮮食品消費市場安全現(xiàn)狀,以及上文給出的三角模糊數(shù)對物元模型量值的改進(jìn)方法,確定預(yù)警指標(biāo)閾值,具體指標(biāo)閾值如下(表2)。

4 算例分析

下面結(jié)合A地2014年公布的食品質(zhì)量安全數(shù)據(jù)和專家評價以及問卷調(diào)查的情況,定量評價2014年A地食品質(zhì)量安全狀況,檢驗預(yù)警模型的有效性。根據(jù)質(zhì)量安全預(yù)警指標(biāo)體系中不同質(zhì)量安全等級的量值范圍,可得食品質(zhì)量安全經(jīng)典域R1,R2,R3,R4,R5分別為:

由質(zhì)量安全預(yù)警指標(biāo)體系中質(zhì)量安全狀態(tài)的預(yù)警指標(biāo)閾值,可得生鮮食品質(zhì)量安全的節(jié)域為:

以2014年A地的食品質(zhì)量安全狀況實際為例,預(yù)警指標(biāo)c1～c8為確定性指標(biāo),c9～c17為不確定性指標(biāo),不確定性指標(biāo)根據(jù)文中三角模糊數(shù)原理將實際統(tǒng)計中的最低值作為下限,最高值作為上限,實測評估值作為中值,由此整理得2014年A地的指標(biāo)數(shù)據(jù)匯總?cè)缦?

表3 A地2014年食品質(zhì)量安全預(yù)警指標(biāo)數(shù)據(jù)匯總表Table 3 Data summary table of food quality and safety warning index in A 2014

表4 A地2014年食品質(zhì)量安全預(yù)警指標(biāo)統(tǒng)計值Table 4 Early warning indicators statistics of food quality and safety of A area in 2014

表5 食品安全預(yù)警指標(biāo)權(quán)系數(shù)Table 5 Early-warning index weights of food safety

表6 A地2014年食品安全度計算值Table 6 Calculated values of food safety degree in A area in 2014

因此,2014年A地的預(yù)警指標(biāo)數(shù)據(jù)可以通過物元模型進(jìn)行轉(zhuǎn)化,表示為:

式中m1→m17的預(yù)警值由原始數(shù)據(jù)和物元R0的表示方法轉(zhuǎn)化所得,結(jié)果見表4:

根據(jù)式(1)和式(2),得到食品安全預(yù)警指標(biāo)權(quán)系數(shù),見表5:

利用式(3)～式(5)和表5權(quán)系數(shù)值,計算綜合安全度,取其重心值進(jìn)行比較,其結(jié)果如表6:

由表6結(jié)果可知,maxK(vi)=K2(vi)=0.4976,可知A地2014年的生鮮食品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全等級為“中警”,并且“重警”的關(guān)聯(lián)度為0.4734,可見A地的整體生鮮食品質(zhì)量安全狀態(tài)有惡化的趨勢。由K2(vi)的數(shù)據(jù),不難發(fā)現(xiàn),該地水質(zhì)量、環(huán)境空氣質(zhì)量、包裝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、冷藏保鮮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、運輸技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、食品標(biāo)識信息完整度、供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)有序度以及監(jiān)測機(jī)構(gòu)建設(shè)水平合格率這些方面質(zhì)量安全狀態(tài)較差,較大程度上影響了A地生鮮食品的整體安全等級。因此,一方面需要提高原料產(chǎn)地的環(huán)境質(zhì)量,尤其是水質(zhì)和空氣質(zhì)量;另一方面需要進(jìn)行供應(yīng)鏈上下游企業(yè)間的整合,提高保鮮和運輸技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),采用新型包裝技術(shù),提高食品標(biāo)識信息完整度。

5 結(jié)論

本文將供應(yīng)鏈管理和可拓決策理論進(jìn)行了有機(jī)結(jié)合,從供應(yīng)鏈視角建立了符合生鮮食品特征的質(zhì)量安全預(yù)警評價指標(biāo),構(gòu)建了基于熵權(quán)和模糊物元可拓的生鮮食品供應(yīng)鏈預(yù)警模型。從原料產(chǎn)地、加工、流通、銷售和監(jiān)管環(huán)節(jié)構(gòu)建了生鮮食品質(zhì)量安全預(yù)警指標(biāo)體系,體現(xiàn)了生鮮食品供應(yīng)鏈上下游企業(yè)協(xié)同的整體性、保鮮包裝和運輸設(shè)備需求上的特殊性以及新鮮程度的感官性等特征。同時,利用三角模糊數(shù)對物元模型量值進(jìn)行改進(jìn),也克服了單純定性指標(biāo)和定量指標(biāo)不能處理不確定性和模糊性特征的缺點,增加了指標(biāo)的靈活性。另外,通過構(gòu)建考慮決策偏好的熵值法賦權(quán),也提高了預(yù)警指標(biāo)在信息量統(tǒng)計上的全面性。

[1]Mario Mazzocchi,Maddalena Ragona,Agostina Zanoli. A fuzzy multi-criteria approach for the ex-ante impact assessment of food safety policies[J]. Food Policy,2013,38(5):177-189.

[2]Lei Li,Qingming He,Yunmei Wei,et al. Early warning indicators for monitoring the process failure of anaerobic digestion system of food waste[J]. Bioresource Technology,2014,171(8):491-494.

[3]HJP Marvin,GA Kleter,LJ Frewer,et al. A working procedure for identifying emerging food safety issues at an early stage:Implications for European and international risk management practices[J]. Food Control,2009,20(4):345-356.

[4]Hans JP Marvin,Gijs A Kleter,HJ(Ine)Van der Fels-Klerx. Proactive systems for early warning of potential impacts of natural disasters on food safety:Climate-change-induced extreme events as case in point[J].Food Control,2013,34(4):444-456.

[5]Agnès Rortais,Jenya Belyaeva,et al. MedISys:An early-warning system for the detection of(re-)emerging food and feed-borne hazards[J].Food Research International,2010,43(4):1553-1556.

[6]Weidong Xi,Yonghai Sun,et al. Research on the safety risk structure and early warning system of agriculture—with illustrations of production of live pigs to farmers[J].Agriculture and Agricultural Science Procedia,2010,58(9):462-468.

[7]雷勛平,Robin Qiu,吳楊.基于供應(yīng)鏈和可拓決策的食品安全預(yù)警模型及其應(yīng)用[J].中國安全科學(xué)學(xué)報,2011,21(11):136-143.

[8]宋寶娥.基于集值統(tǒng)計和供應(yīng)鏈和食品安全預(yù)警模型探析[J].統(tǒng)計與決策,2014,12:56-58.

[9]俞峰,李榮鈞.基于熵權(quán)與集對分析的食品供應(yīng)鏈安全預(yù)警模型研究[J].食品與機(jī)械,2012,28(3):101-103.

[10]蔡文,楊春燕,林偉初.可拓工程方法[M].北京:科學(xué)出版社,1997:33-76.

[11]Xiao Jing,MA Zhongsu. The research on food security risk early warning under supply chain environment[A].2009 International Conference On Management Science and Engineering[C],2009:855-861.

[12]高巖,周德群,劉晨琛,等.基于關(guān)聯(lián)的三角模糊數(shù)直覺模糊集成算子及其應(yīng)用[J].系統(tǒng)工程理論與實踐,2012,32(9):1964-1972.

[13]姚升保,徐敏.群組決策中三角模糊數(shù)互補(bǔ)判斷矩陣的相容性及方案排序研究[J].中國管理科學(xué),2012,20(5):152-156.

[14]閆書麗,劉思峰,朱建軍,等.基于熵測度的三參數(shù)區(qū)間數(shù)信息下的TOPSIS決策方法[J].中國管理科學(xué),2013,21(6):146-151.

[15]國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督司.食品質(zhì)量安全市場準(zhǔn)入審查指南[M].中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2005.

[16]中國標(biāo)準(zhǔn)化委員會.GB4789.28-2013食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)[M].中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2014.

Quality and safety pre-warning for fresh food supply chain based on entropy weight and extension fuzzy matter-element

TANG Run1,2,PENG Yang-yang1,YU Rong1

(1.School of Management Science and Engineering,Nanjing University of Finance and Economics,Nanjing 210023,China;2.School of Management,University of Liverpool,Liverpool,L69 3BX,UK)

Duetotheseasonalandperishablenaturesoffreshfoodandimprovementofconsumerdemand,qualityandsafetyoffreshfoodsupplychainhasbecomeadifficultmanagementproblem.Qualityandsafetyevaluationindexsystemoffreshfoodwasbuiltbasedonsupplychain.Toovercomethefeaturesofuncertaintyandsubjectivity,triangularfuzzynumberwasintroducedtoimprovethematter-elementextension(MEE)model,combiningthetheoryofinformationentropyanddecision-makerriskpreference.Pre-warningmodelforfreshfoodwasbuiltbasedonentropyweightandfuzzyMEE.Throughnumericalexamples,itshowedthattheimprovedmodelwaseffectiveforwarningoffoodqualityandsafetyandprovidedanewideaandmethodforthepre-warningofqualityandsafetymanagement.

freshfoodsupplychain;qualityandsafetyPre-warning;entropyweight;fuzzymatter-elementextension

2016-04-25

唐潤(1979-)，男，博士，副教授，研究方向：食品供應(yīng)鏈與質(zhì)量安全管理，E-mail：tangruns@foxmail.com。

國家社會科學(xué)基金項目(16BGL130)。

TS201.6

A

1002-0306(2016)21-0285-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.21.046