生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈布局優(yōu)化模型研究

文/李德賈明亮萬飛李睿

我國生鮮農(nóng)產(chǎn)品品種繁多，進入消費市場的渠道呈現(xiàn)多樣化的趨勢，同時生鮮農(nóng)品具有易變質(zhì)特性，其質(zhì)量與安全受到消費者的密切關(guān)注。本文以生鮮農(nóng)產(chǎn)品為研究對象，以供應(yīng)鏈最大利益為優(yōu)化目標，建立了葡萄產(chǎn)品直銷鏈和加工鏈的布局優(yōu)化模型，通過求解該NP-hard問題，能夠提高生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈運作協(xié)調(diào)性，降低庫存和成本，對生鮮農(nóng)產(chǎn)品物流發(fā)展具有一定的實際價值。

1.引言

農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈是以農(nóng)產(chǎn)品加工企業(yè)為核心，通過對信息流、物流、資金流的控制，從農(nóng)資采購開始、農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)及加工成最終產(chǎn)品，最后由銷售網(wǎng)絡(luò)把產(chǎn)品送到消費者手中的，并將農(nóng)資供應(yīng)商、農(nóng)戶、加工企業(yè)、批發(fā)商、零售商、直到最終消費者連成整體的功能網(wǎng)鏈結(jié)構(gòu)[1]。

生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈和其他供應(yīng)鏈有較大差別，關(guān)鍵在于它是基于生鮮農(nóng)產(chǎn)品這一特殊產(chǎn)品形成的供應(yīng)鏈。首先，生鮮農(nóng)產(chǎn)品品種繁多，各品種的品質(zhì)特性差異較大，進入消費市場的渠道呈現(xiàn)多樣化的趨勢，例如，蔬菜、水果、禽、蛋、水產(chǎn)品、肉等可以直接進入消費品市場，用于滿足消費者需求，也可以深加工后產(chǎn)出其他產(chǎn)品再進入流通領(lǐng)域[2]。其次，生鮮農(nóng)產(chǎn)品鮮活易腐，極易受到天氣、病蟲災(zāi)害等不確定因素的影響，又由于食品類消費直接關(guān)乎人們的身體健康，因此生鮮農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量與安全受到消費者的密切關(guān)注。

生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈的最大利潤領(lǐng)域是加工開發(fā)環(huán)節(jié)，除主產(chǎn)品外，在農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)或加工時還會產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物，副產(chǎn)物中豐富的碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪和其他有效物質(zhì)，是食品、藥品、保健品、能源、化工產(chǎn)品等原料。如果農(nóng)產(chǎn)品副產(chǎn)物的綜合利用率低，將直接導(dǎo)致產(chǎn)品附加值較低，造成大量的資源不能物盡其用，白白地被浪費掉。因此，在供應(yīng)鏈布局優(yōu)化的時候就應(yīng)該充分考慮生鮮農(nóng)產(chǎn)品的易腐、變質(zhì)、副產(chǎn)品價值等特性，以整個供應(yīng)鏈的收益最大化為目標建立相應(yīng)模型。

2.問題描述及假設(shè)

生鮮農(nóng)產(chǎn)品種類較多，本文以新鮮葡萄供應(yīng)鏈作為算例進行建模，包含葡萄直銷鏈和葡萄加工鏈。新鮮葡萄從采摘后，經(jīng)初加工后直接進入流通環(huán)節(jié)稱為直銷鏈，在直銷鏈中，產(chǎn)品形式不會發(fā)生改變；葡萄產(chǎn)品的另一種流通方式就是經(jīng)過深加工環(huán)節(jié)，可以加工成葡萄干、葡萄酒等新產(chǎn)品之后再進入流通領(lǐng)域，稱之為農(nóng)產(chǎn)品加工鏈，農(nóng)產(chǎn)品的加工過程中，會改變最終產(chǎn)品形式，同時會產(chǎn)生出相應(yīng)的副產(chǎn)品，副產(chǎn)品存在剩余價值。

假設(shè)葡萄在儲存、加工、運輸過程中都會有一定程度的自然損耗，自然損耗的部分不能再回收和利用。另外假設(shè)葡萄的新鮮度會隨著時間的增加而下降[3]，新鮮度也會直接影響加工成品的品質(zhì)，新鮮度與品質(zhì)關(guān)系著最終產(chǎn)品的銷售價格。建立模型的目標，是使得葡萄產(chǎn)品的直銷鏈與加工鏈的總收益最大化（如圖1所示）。其收益來源于兩方面：一是不同品質(zhì)的產(chǎn)品的銷售利潤，顧客的期望購買量與品質(zhì)成正比關(guān)系[4]；二是副產(chǎn)品的銷售利潤。其成本包括三部分成本：一是安全庫存成本；二是生產(chǎn)庫存成本；三是產(chǎn)品銷售過程的成本（COGS）[5]。

圖1描述了葡萄流通與加工的流程，并且標明了不同產(chǎn)品與原始產(chǎn)品的加工比例。比如，新鮮葡萄與葡萄干的加工比例約為4:1，1000kg葡萄曬干后能產(chǎn)生250kg的葡萄干。新鮮葡萄用于釀酒時，1000kg葡萄產(chǎn)生的葡萄皮渣為30%，約300kg。出汁率為70%，葡萄汁經(jīng)過發(fā)酵和其他工藝后，生產(chǎn)出來的葡萄酒約為450kg，每個標準的橡木桶可以裝225L，那么需要2個橡木桶。以750ml（約750g）一瓶葡萄酒，那么450kg葡萄酒約可以裝600瓶。

圖1 葡萄產(chǎn)品直銷鏈和加工鏈結(jié)構(gòu)

3.符號說明

4.模型建立

4.1 關(guān)于選項的定義

對于葡萄供應(yīng)鏈中的每一個節(jié)點，都存在不同的選項，選項含義是產(chǎn)品在流通過程中所選擇的加工方式、運輸方式、存儲方式等。比如在新鮮葡萄這個節(jié)點，可以設(shè)2個選項，一是人工采摘，二是機器采摘；葡萄干這個節(jié)點也可以設(shè)2個選項，一是曬干+回軟，二是烘干+回軟。對于每一個節(jié)點都有不同的選擇，每個選擇由{提前期、直接增加成本、自然損耗率、保持期}4個變量組成，節(jié)點j的可供選擇的數(shù)量用Rj表示，Rj∈Z+。用Rjk表示節(jié)點j的第k個選項，則Rjk={Ljk，Cjk，δjk，εjk}。建模決策的目的就是確定各節(jié)點的選擇，以獲得供應(yīng)鏈最大利潤。

4.2 節(jié)點需求量

在圖1的供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)中，如果一個節(jié)點沒有任何下游節(jié)點，稱之為需求節(jié)點，我們定義最終主產(chǎn)品集合為F={f1，f2，…，fm}，副產(chǎn)品集合為B={g1，g2，…，gv}。在每個周期，主產(chǎn)品的需求用表示μj，最遲服務(wù)時間為Ej。

4.3 自然損耗

對每一個節(jié)點的選項，都具有不同的自然損耗率，為了保證各個節(jié)點的服務(wù)水平，需要擴大庫存量或生產(chǎn)量。因此在考慮自然損耗率之后，我們各個內(nèi)部節(jié)點的實際需求量應(yīng)大于公式（1）的計算值，用μ'j表示實際需求量，即：μj=（1-δj）μ'j（2）

4.4 品質(zhì)的損耗

由于生鮮農(nóng)產(chǎn)品具有易腐屬性，隨時時間的不斷增加，產(chǎn)品的品質(zhì)也會不斷下降。假設(shè)剛采摘下來的新鮮葡萄品質(zhì)為100%，那么在每個節(jié)點的品質(zhì)由選項的提前期和保質(zhì)期共同計算得出，如下：

4.5 總利潤

4.6 總成本

對于每一個節(jié)點j，我們都定義一個節(jié)點的工作處理時間，用Ij為工作開始時間，Tj為提前期，Oj為工作結(jié)束時間，那么工作時間等于Ij+Tj-Oj。[5]

4.7 目標函數(shù)

模型優(yōu)化目標是使得總收益最大化，決策變量是各節(jié)點的選擇(包括Ljk，Cjk，δjk，εjk）和Oj。目標函數(shù)為：s.t.

約束(9)表示在每一個節(jié)點都有個選項，但是有且只有一個選項會被選擇；約束(10)-(13)對應(yīng)所選項的各變量的取值；約束(14)表示各節(jié)點累積成本的計算；約束(15)和約束(17)表示最終銷售點的需求說方差計算；約束(16)和約束(18)表示各節(jié)點需求量的和方差計算；約束(19)表示生鮮農(nóng)產(chǎn)品采摘時的品質(zhì)；約束(20)表示各節(jié)點產(chǎn)品品質(zhì)的計算；約束(21)表示下游節(jié)點最早開始時間必須晚于上游節(jié)點服務(wù)時間；約束(22)表示凈補貨時間非負；約束(23)表示必須滿足各最終成品需求的最遲服務(wù)時間；約束(4)定義yjk為決策變量。

5.求解與結(jié)論

本文從利益最大化的角度建立了生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈布局優(yōu)化模型，該模型屬于NP-hard問題，目前在求解該類問題上已經(jīng)提出了一些方法[6]。通過供應(yīng)鏈布局優(yōu)化，可以在保證產(chǎn)品品質(zhì)的基礎(chǔ)上提高供應(yīng)鏈的協(xié)調(diào)運作，有效降低生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈各節(jié)點安全庫存和成本，對農(nóng)產(chǎn)品物流的發(fā)展具有一定的理論意義和實際價值。C

引用出處

[1]游軍,鄭錦榮.農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈研究進展[J].湖南農(nóng)業(yè)科學(xué),2009.10:26-30.

[2]劉昊.供應(yīng)鏈環(huán)境下易變質(zhì)商品的庫存模型研究[J].物流工程與管理,2010.9:83-85.

[3]王磊,但斌.基于消費者選擇行為的生鮮農(nóng)產(chǎn)品保鮮和定價策略研究[J].管理學(xué)報,2014.3:449-454.

[4]丁松.隨機需求下考慮零售商風險偏好的生鮮農(nóng)產(chǎn)品最優(yōu)訂貨策略[J].管理學(xué)報,2012.9:1382-1387.

[5]StephenC.Graves.OptimizingtheSupplyChainConfigurationfor NewProducts[J].ManagementScience,2005.8:1165-1180.

[6]姜大立,李海濤,楊廷鴻.GeneticAlgorithmforinventoryPositioningProblemwithGeneralAcyclicSupplyChainNetworks[J].EuropeanJ.of IndustrialEngineering,2016.01:367-384.