不同結算方式下農產品供應鏈保鮮投資決策

陳 軍,曹群輝

(1.重慶交通大學管理學院,重慶400074;2.電子科技大學經濟管理學院,四川成都610054 3.重慶交通大學圖書館,重慶400074)

1 引 言

在2014中國(鏡泊湖)國際農產品冷鏈物流峰會新聞發布會上,中國物流與采購聯合會副會長兼秘書長崔忠付報道了一組我國農產品流通數字[1]:冷藏保溫汽車占貨運汽車的比例僅為0.3%左右,人均冷庫容積僅是美國的20%,冷鏈基礎設施設備落后和管理水平落后導致果蔬損耗率高達30%.如何控制損耗已經成為我國農產品流通管理的突出問題.特別的,美國農業總投入的30%用于生產,70%用于產后保鮮、運輸和監管,而我國農業投入比例基本上恰好相反.基于這種客觀投入現狀,探索農產品整個流通過程的損耗結構以及供應鏈節點企業如何進行保鮮投資有利于降低損耗,具有重要的現實意義.

隨著食品安全和可持續發展持續升溫,農產品供應鏈管理成為近年的研究熱點.季節性、易腐性等產品特點決定了農產品供應鏈管理更為復雜.在運作管理領域,國外切實以農產品為對象進行的研究側重于生產配送集成優化決策[2,3],典型特征是刻畫農產品的生長狀態或者產品時變的質量狀態,如新鮮度、成熟度并作為重要參數引入決策模型,代表性文獻如:Gigler等[4]采用外觀和質量二維變量刻畫生鮮農產品在各遞送階段的價值狀態,Lodree等[5]采用生鮮和損耗刻畫生鮮蔬菜在銷售期的兩階段質量狀態,分別研究了農產品最優配送計劃和最優生產決策;Pathumnakul等[6]運用歷史數據擬合出蝦的生長函數,結合農戶養殖技術和供應分配法則,研究了鮮蝦供應鏈的產銷協調策略;Ahumada等[7]建立了隨天氣和需求變化的生鮮農產品種植計劃模型.除此之外,在更為一般性的變質庫存中進行了大量研究[8].但是,涉及保護技術投資影響變質率的相關研究在近幾年才開始展開.Hsu等[9]在2010年率先建立了保護技術投資影響變質率的變質庫存模型,得出了零售商單位時間利潤隨投資增加而增加的結論.此后,Dye[10,11]在假設保護技術成本依賴訂貨周期和產品非瞬時變質兩種情況下進行了模型擴展;Li[12]聯合考慮碳排放稅和污染研發投資約束,研究了變質品的最優生產庫存控制策略;Zhang等[13]在價格依賴需求的條件下研究了零售商進行保護技術投資的變質產品定價策略.

與國外研究相比,國內關于農產品供應鏈的建模量化研究側重于訂貨定價優化和協調機制.代表性的有:肖勇波等[14,15]引入新鮮度參數,研究了生產商負責組織運輸網絡的生鮮農產品供應鏈協調機制和考慮顧客選擇行為的多質量等級時鮮產品定價策略;葉飛等[16]針對“公司+農戶”對接模式,提出了一種“B-S期權定價+生產協作+保證金”的合同機制來協調供應鏈;張春勛等[17]將GNBS和正式固定價格契約引入企業和農戶的二級供應鏈關系契約中,比較研究了二者對農戶專用投資激勵的作用和關系專用投資對外部市場的農產品價值的影響.這些研究主要以利潤最大化為決策目標,研究得出的訂貨策略或者協調機制必須以無損耗或者損耗很小作為前提條件.與之不同的是,陳軍等[18,19]分別從實體損耗控制和價值損耗控制兩個角度研究了農產品供應鏈協調,得出了控制實體損耗可以通過縮短訂貨提前期來實施以及控制價值損耗不能促成供應鏈協調的結論.此后,但斌等基于天氣影響產出[20]和新鮮度影響消費者效用[21]的假設條件,進一步研究了促成農產品供應鏈協調的風險補償與轉移支付機制和農產品供應鏈訂貨批量問題,其中涉及到了配送階段的保鮮效率分析,但是意在討論保鮮如何影響零售商的訂貨決策.

從以上研究現狀可以看出,國外國內農產品供應鏈的相關研究都集中在提高整條供應鏈運作效率的方法和技術.但是,農產品流通損耗嚴重這一國內存在的特殊問題卻沒有引起國內學者足夠的關注.損耗直接造成社會資源的極大浪費.按照我國農產品30%的流通損耗率估算,每年浪費資金1 000多億元,幾乎是1億畝耕地的產出.據此,借鑒通過保護技術投資來降低變質率的變質庫存研究思路和方法,站在農產品供應鏈系統角度,研究與結算方式匹配的保鮮投資決策及效率,這在國內還未見報道.與國外相關文獻獨立地考慮農產品變質或者鮮活特點相比,在決策模型中把新鮮度、損耗率和保鮮成本直接關聯起來更能貼切地描述農產品的獨有特征.

2 保鮮投資決策模型

目前,盡管我國正在加速建設冷鏈設施,如冷藏冷凍倉庫或物流配送中心等,但是仍然遠遠不能滿足冷鏈物流需求.多數產品在一段時期內仍將保持常溫、散裝倉儲/運輸的現狀,導致農產品從產地運輸到終端消費市場期間發生比較嚴重的損耗.特別的,這段特殊時間內產生的損耗的處境是尷尬的.在農業領域至今仍然廣泛使用“一手交貨一手交錢”交易結算方式,造成供應商只在產品離岸前具有保鮮動力;從運營管理角度看,零售商通過價格機制(如壓低批發價)能夠輕易地將損耗轉嫁給供應商,保鮮動力往往是在產品到岸后才觸發.在這種情況下,產品離岸與到岸之間的損耗控制便成為了管理真空.針對這個問題,提出保鮮投資與結算方式匹配的策略來降低損耗的設想,借此展開由供應商(農戶或批發商)和零售商(超市或農貿市場)組成的兩級生鮮農產品供應鏈保鮮投資決策研究.

基本假設和符號說明:

1)供應商備貨充足,接到訂單后即刻發貨;門到門運輸,運輸時間為v;

2)零售商的訂貨周期為T,零售價為p,供應商單位產品的生產成本為c,批發價為w;

3)在途運輸產品視為在途庫存,I1(t)和I2(t)分別表示t時刻在途庫存水平和在庫庫存水平,單位產品單位時間庫存持有成本為h;

4)農產品新鮮度隨時間衰減,并且產品損耗率依賴于新鮮度.借鑒文獻[18],設新鮮度θ(t)=θt,損耗率λ(t)=?θtlnθ,其中0＜θ＜1表示產品發運時刻的新鮮度;

5)農產品需求率b(t)=bθt,用以描述農產品需求依賴于新鮮度的特性,其中b表示新鮮度趨近1時的需求率;

6)保鮮成本投入與其最優保鮮效果完全對應.借鑒努力成本與努力水平關系的函數刻畫[22],設單位產品單位時間保鮮成本u(θ)=K(eθ?1),其中K表示保鮮技術調節系數,以此描述新鮮度和相應保鮮成本投入的關系;

7)零售商不允許缺貨,訂貨成本為0,損耗產品的殘值為0.

首先界定兩個概念.保鮮(投資)成本,指采用某些保鮮措施來維持產品新鮮度而進行的實際成本投入,如更換冷藏車輛、加冰降溫與包裝加工等.由于它也是受時間和數量影響的可變成本,容易讓人將其直接理解為庫存持有成本,特別是在庫保鮮的情況.事實上,庫存持有成本通常指庫存占用資金的機會成本.因此,二者的內涵完全不同.其次需要說明的是,新鮮度差是造成損耗大的充分非必要條件,即新鮮度差一定會造成較大的損耗,如蔬菜葉片發黃霉變,但是損耗大可能不是新鮮度差而是擠壓、揀選等因素造成的.本文僅考慮與新鮮度相關的損耗.

站在系統角度,農產品每一個完整銷售周期均由在途和在庫兩個時段組成,且前一個時段是否保鮮直接影響后一個時段的保鮮投資效率.在現實交易活動中,節點企業根據結算方式不同而采取不同的保鮮策略造成農產品在整個銷售周期的新鮮度和損耗呈現不同的變化規律.因此,將在途運輸產品視為在途庫存,在一般性變質庫存模型中引入新鮮度和依賴新鮮度的損耗率,從而建立受保鮮投資影響的農產品整個流通過程的庫存模型及供應鏈節點企業的利潤決策模型.下面就離岸結算和到岸結算兩種方式分別展開研究.

2.1 離岸結算

供應商與零售商采用離岸結算方式,則產品在供應商處進行所有權交接.產品由零售商自己或者第三方物流公司組織運輸.由于沒有任何一方有動力對在途產品進行保鮮投資,導致產品新鮮度在運輸時段(0,v]從1逐漸衰減到θv;產品運達零售商倉庫或者門店后,零售商進行保鮮投資,理論上假設在整個銷售時段(v,T]可以維持產品入庫時的新鮮度θv不變.

根據以上分析,建立農產品流通全過程庫存模型為

又知臨界條件I2(T)=0,I1(v)=I2(v),解得

供應商在一個訂貨周期內的利潤為

2.2 到岸結算

供應商與零售商采用到岸結算方式,則產品在運達零售商時進行所有權交接.為了防止零售商因新鮮度不達標而拒絕接貨的風險,供應商進行保鮮投資以保證產品到貨時具有較高的新鮮度.這種情況下,零售商可以做出兩種選擇:一是不再進行保鮮投資,接貨后直接上架銷售,新鮮度在銷售時段(v,T]從θv逐漸衰減至θT,二是進行保鮮投資,新鮮度在銷售時段(v,T]保持θ不變.

切實考慮到80%以上的生鮮農產品在我國采用公路運輸,運輸時間不會很長,因此產品新鮮度不會發生特別顯著的衰減,理論上假設供應商進行保鮮投資能夠保持初始新鮮度θ不變.

情形1到岸結算,供應商單方進行保鮮投資,建立農產品流通全過程庫存模型為

采取到岸結算方式,供應商將承擔保鮮成本,同時還會產生在途庫存持有成本特別的,門到門直達運輸方式決定了在行進途中不會停下來揀選出變質產品,即在途庫存總量一直不變且處于保鮮狀態,所以供應商保鮮成本另外,運輸損耗導致實際結算數量低于發運數量,所以供應商銷售收益生產成本對于零售商,其庫存持有成本由在庫庫存而非在途庫存引發,故庫存持有成本銷售收益購買成本

據此,零售商和供應商的利潤分別為

情形2到岸結算,供應商和零售商雙方共同進行保鮮投資,建立農產品流通全過程庫存模型為

2.3 模型求解

為了突顯保鮮投資的作用效率,不考慮收益管理的價值貢獻,如零售商根據新鮮度不同實施差異化定價.因此,給定批發價和零售價,供應鏈系統利潤和系統損耗能否改善完全取決于保鮮投資.同時,如果路況正常和運輸路徑不變,產品從供應商運往零售商的運輸時間v不變.在此條件下,訂貨周期T是利潤模型的唯一決策變量并由零售商來決定.下面討論T的最優解的存在性.

定理1給定p,w,c,θ,v,h,則πr和是關于T的凹函數;當p?(1?θT)weθv?θT?0,則是關于T的凹函數.

證明πr和分別對T求一階和二階導數,分別有

由lnθ＜0,可知M ＞0,N ＞0,A＞0,B＞0,故所以πr和是關于T的凹函數;p ? (1 ? θT)weθv?θT? h時,則此時也是關于T的凹函數.證畢.

T?=v?由方程解出.

3 保鮮投資效率比較與決策分析

鑒于模型的復雜性,這一節通過數值分析來比較離岸結算和到岸結算方式下的保鮮投資效率.從供應鏈系統外部看,無論供應商還是零售商進行保鮮投資,如果單位時間保鮮成本投入帶來較小的單位時間系統損耗,則保鮮投資都是有效率的.因此,定義指標ξ= 系統單位時間損耗LT/系統單位時間保鮮成本UT,其中LT=L/T,UT=(Us+Ur)/T.除此之外,同時考察供應鏈單位時間系統利潤?π=(πs+πr)/T,以此綜合決策何種結算方式及保鮮投資策略最優.根據庫存模型,容易解出三種情形下的系統損耗分別為

相關參數設置為v=1,θ=0.95,K=0.01,b=50,c=0.5,w=0.8,p=1.5,h=0.02.首先給出一個算例,直觀展示兩種結算方式下的保鮮投資績效.運用MATLAB 7.0進行計算,所得結果見表11指數函數eθt的積分形式是非常復雜的.考慮到0＜θt＜1,故對eθt進行泰勒展開,并取eθt≈1+θt,而后運用MATLAB解方程求出這種處理方法導致比真實值偏大..

表1 不同結算方式下的最優解Table 1 The optimal outcomes under different settlement mode

基于研究思路和模型框架,容易判斷,若供應商和零售商都進行保鮮投資,則離岸結算方式與到岸結算方式下的產品全過程庫存模型相同,因此最優結果也相同.根據表1的實驗數據初步分析得出:

1)無論采用何種結算方式,供應商或零售商單方進行保鮮的投資效率均低于雙方進行保鮮的投資效率,即ξ＞

2)若供應商或零售商單方進行保鮮投資,則離岸結算方式比到岸結算方式下的保鮮投資效率高,即

3)到岸結算方式下供應商單方進行保鮮投資的單位時間系統利潤最大,而供應商和零售商雙方進行保鮮投資的單位時間系統利潤最小,即

4)離岸結算方式下零售商單方進行保鮮投資的訂貨周期最短,而到岸結算方式下供應商單方進行保鮮投資的訂貨周期最長,即

從上述基本結論看,供應商和零售商雙方進行保鮮投資,投資效率最高但單位時間系統利潤最低,似乎存在矛盾.其實不然,兩方面原因導致了這種結果:一是假定零售價固定,所以新鮮度更高的產品的市場價值沒有得到充分體現;二是沒有考慮保鮮帶來的間接利潤貢獻.如表1中,=13.01,加上這部分“損耗”的銷售利潤則將大幅增加.

3.1 敏感性分析

運輸時間(距離)影響在途損耗,初始新鮮度影響全過程流通損耗.接下來對這兩個參數進行敏感性分析,所得結果分別見表2和表3.

分析表2,在初始新鮮度既定且很高的條件下,隨著運輸時間延長,訂貨周期均增長并且單位時間系統利潤均下降;離岸結算方式下零售商單方進行保鮮投資的投資效率單調下降,到岸結算方式下的保鮮投資效率單調上升.特別的,離岸結算方式下零售商單方進行保鮮投資的投資效率低于到岸結算方式下供應商單方進行保鮮投資的效率,而且效率差呈非線性放大趨勢.這說明,單方保鮮投資效率與運輸時間具有強相關性.進一步結合表1所示結果,則可細分為兩種可選方案:1)當運輸時間短于臨界值時,采取離岸結算方式且由零售商進行保鮮投資更有效率;2)當運輸時間長于臨界值時,采取到岸結算方式且由供應商進行保鮮投資更有效率.

表2 運輸時間敏感性分析(θ=0.95)Table 2 The sensitivity analysis of transport time with constant θ=0.95

表3 新鮮度敏感性分析(v=1.0)Table 3 The sensitivity analysis of freshness with constant v=1.0

分析表3,在運輸時間既定且較短的條件下,隨著初始新鮮度下降,單位時間系統利潤均單調下降,保鮮投資效率均單調下降;離岸結算方式下零售商單方進行保鮮投資的訂貨周期先縮短后增長,到岸結算方式下的訂貨周期均縮短.從保鮮投資效率和單位時間系統利潤兩方面綜合權衡,顯然選擇到岸結算方式下由供應商進行在途保鮮投資更優.這和表2所示的第2種方案是矛盾的.由此說明,選擇第1種方案必須要有較高的新鮮度作為前提.

3.2 討論與啟示

冷鏈基礎設施設備不足和冷鏈管理水平落后導致我國農產品流通損耗嚴重.根據研究結論,農產品供應鏈上下游成員共同進行保鮮投資,實施全程冷鏈管理最有效率,但是在現階段廣泛應用還存在客觀障礙.因此,下面結合我國農產品流通渠道(含物流網絡)和產地保鮮現狀,進一步討論如何通過單方保鮮投資來降低損耗.

1)多級流通渠道全程保鮮投資

以批發市場為核心的流通渠道是我國農產品流通的主渠道.農產品從田間依次流經產地批發市場、銷地批發市場、菜市場或超市,新鮮度逐漸衰減.同時,在這條層級復雜的流通渠道中,農戶到產地批發市場和銷地批發市場到菜市場的空間距離短,而產地批發市場到銷地批發市場的空間距離通常較長.根據研究結論推演,則農戶和產地批發商之間應該采用離岸結算方式并且由產地批發商進行保鮮投資;產地批發商和銷地批發商之間應該采用到岸結算方式并且由產地批發商進行保鮮投資;銷地批發商和零售商之間應該采用離岸結算方式并且由零售商進行保鮮投資.由此得出,在以批發市場為核心的多級流通渠道中,產地批發商進行保鮮投資的效率最高.這也意味著,農產品物流中心靠近產地批發市場布局能夠更有效地降低流通損耗,向上對農戶組織集貨運輸,向下對銷地批發商組織散貨運輸.除此之外,目前我國也在全面推進新型的短平流通渠道,如農超對接、農批對接以及農社對接等.此類流通渠道中的產地和超市距離通常在幾個小時車程內,因此采用離岸結算方式并且由零售商進行保鮮投資更優.實踐證明,農超對接主要采用直采模式,超市自己組織運輸,到達門店后再進行保鮮銷售.這和研究結論是完全吻合的.

2)產地保鮮投資

表3已經說明,農產品初始新鮮度下降會導致保鮮投資效率下降.如果農產品采收后不能及時保鮮,勢必導致流通及銷售過程中產生更嚴重的損耗.再次回顧模型構建過程,假設農產品采收后直接發運,沒有考慮農產品在產地是否保鮮的問題.如果農產品在產地需要保鮮,那么誰來進行保鮮投資更有效率?其實可以這樣理解.在到岸結算方式下,產地直接發運,此時在途保鮮時間等于產品到岸前的保鮮時間.若農產品采收入庫后再售出,則在庫保鮮時間加上在途保鮮時間等于產品到岸前的保鮮時間.這僅僅是保鮮時間延長,不會影響最優投資決策.因此,農戶進行產地在庫保鮮投資是最有效率的.自2012年起,農業部和財政部對產地粗加工設施項目執行補貼政策,鼓勵農戶修建儲藏窖、冷藏庫等初級保鮮設施.根據研究結論,有理由相信此舉能有效地降低農產品流通損耗.與此同時,政府更應加大對產地物流中心建設的扶持力度,并激勵產地批發商進行保鮮投資.

3)保鮮投資失效風險

不論供應商還是零售商進行保鮮投資,能否獲得理想的投資效率依賴于投資風險評估.要使保鮮資金在保障產品質量上發揮最大功效,關鍵在于做好“最前一公里”保鮮.農產品采收后在較短時間內的新鮮度衰減(呼吸代謝過程)通過外觀基本無法識別,如果此時不采取相關保鮮措施(如預冷及保鮮庫儲藏),在后續流通環節即使投入較高資金也不可能恢復產品原有品質.因此,下游企業將部分保鮮資金以轉移支付或者補償形式投放到上一個流通環節,建立一種保鮮資金的鏈式逆向支付機制,這樣可以更有效地發揮保鮮資金規避產品質量損失的作用.

4 結束語

歐美等發達國家擁有完備的冷鏈基礎設施設備和健全的冷鏈管理體系,農產品流通損耗很小.但是,我國的農產品流通損耗卻較為嚴重,這是我國,也包括一些發展中國家存在的現實問題.對此,假設損耗率和保鮮成本依賴于新鮮度,建立了農產品全流通過程庫存模型,借此一般性地研究了控制損耗的保鮮投資效率.根據結算方式和運輸時間對保鮮投資效率均有顯著影響的研究結論,結合我國批發市場流通現狀,具體討論了農產品供應鏈上中下游保鮮投資主體決策.這對當前我國農產品供應鏈成員進行保鮮投資合作以及政府找準政策著力點具有理論參考作用.需要指出的是,要使保鮮投資效率得到充分發揮,還需要進一步探討共同保鮮投資的成本分擔、定價以及協調機制.另外,自建物流的企業進行在途保鮮投資是容易操控的,但是外包物流會復雜一些.出資方如何激勵3PL公司保鮮也是后續值得研究的問題.