李淑敏, 王旭
(鄭州大學(xué)管理工程學(xué)院, 鄭州 450001)
生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)是指對(duì)易腐、易變質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行交易的特殊供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò),其最終目的是完成農(nóng)產(chǎn)品從各級(jí)供銷商到消費(fèi)市場(chǎng)的快速流轉(zhuǎn)[1-2]。近年來中國(guó)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)上的“斷鏈”現(xiàn)象頻頻發(fā)生[3-4],大到新冠疫情、自然災(zāi)害,小到倉(cāng)儲(chǔ)及運(yùn)輸不當(dāng)、生鮮自然腐損等,都是引發(fā)“斷鏈”的重要誘因。一旦鏈上核心企業(yè)倒閉或物流環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題,隨時(shí)可能導(dǎo)致上下游企業(yè)合作中斷,這嚴(yán)重威脅了供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。因此,有必要對(duì)“斷鏈”情形下的生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的抗毀性進(jìn)行研究。
網(wǎng)絡(luò)的抗毀性是指網(wǎng)絡(luò)在遭受自然隨機(jī)風(fēng)險(xiǎn)或人為蓄意破壞時(shí),維持或恢復(fù)其性能到一個(gè)可接受程度的能力[5]。相關(guān)研究對(duì)于網(wǎng)絡(luò)抗毀性的研究?jī)?nèi)容主要從靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)抗毀性和動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)抗毀性兩個(gè)方面進(jìn)行開展:靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)抗毀性指的是基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)抗毀性評(píng)價(jià),這類文獻(xiàn)沒有考慮節(jié)點(diǎn)之間的相互影響[6-7];動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)抗毀性是基于節(jié)點(diǎn)間負(fù)載分流機(jī)制的一種動(dòng)態(tài)抗毀性評(píng)估,這類研究考慮了級(jí)聯(lián)失效過程對(duì)網(wǎng)絡(luò)抗毀性的影響[8],是當(dāng)前學(xué)者研究的熱點(diǎn)。相關(guān)研究涉及多個(gè)領(lǐng)域,如基礎(chǔ)設(shè)施[9-14]、軍事[15-17]、城市交通[18-19]、基礎(chǔ)供應(yīng)鏈[20-23]等,但關(guān)于生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈的相關(guān)研究仍然較少。以往文獻(xiàn)著重從生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的物流中心選址[24]、配送路徑優(yōu)化[25]、網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)[26]、網(wǎng)絡(luò)評(píng)估[27]等方面進(jìn)行擴(kuò)展,相關(guān)模型的構(gòu)建很少結(jié)合“負(fù)載-容量”模型,級(jí)聯(lián)失效過程及抗毀性研究也缺乏對(duì)網(wǎng)絡(luò)特性的考量。因此,將上述成果直接運(yùn)用于本研究有一定的局限性,具體如下:①生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)上的級(jí)聯(lián)失效,是因上(下)游企業(yè)節(jié)點(diǎn)需求降低(供應(yīng)短缺)而引起的欠載失效,這與基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)上過載引起的級(jí)聯(lián)失效有本質(zhì)不同;②由于生鮮農(nóng)產(chǎn)品易腐敗變質(zhì)的特性,新鮮度的損耗會(huì)降低企業(yè)節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)庫(kù)存及實(shí)際運(yùn)輸量,這會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)抗毀性;③生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈中的企業(yè)遭受外部風(fēng)險(xiǎn)影響不會(huì)立即失效,而會(huì)根據(jù)自身的運(yùn)營(yíng)狀況采取一定的彈性恢復(fù)策略,而現(xiàn)有大多數(shù)級(jí)聯(lián)失效模型未考慮節(jié)點(diǎn)的恢復(fù)機(jī)制,這不符合現(xiàn)實(shí)情況;④運(yùn)輸過程中農(nóng)產(chǎn)品的實(shí)際運(yùn)輸效率會(huì)受到外部風(fēng)險(xiǎn)的影響(如惡劣天氣、自然災(zāi)害、交通管制等),故需要考慮級(jí)聯(lián)失效對(duì)網(wǎng)絡(luò)邊抗毀性的影響。
針對(duì)上述問題,現(xiàn)引入新鮮度損耗率和運(yùn)輸效率參數(shù)模擬生鮮企業(yè)實(shí)時(shí)庫(kù)存和物流運(yùn)輸效率的動(dòng)態(tài)變化,以網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)“容量-負(fù)載”的級(jí)聯(lián)失效過程仿真生鮮庫(kù)存流量的動(dòng)態(tài)分配,構(gòu)建一種符合生鮮農(nóng)產(chǎn)品易腐特性的供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)失效模型。用隨機(jī)攻擊和蓄意攻擊代表引發(fā)“斷鏈”的不同原因,綜合網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)效率和網(wǎng)絡(luò)連通效率兩抗毀性指標(biāo),給出有限成本下網(wǎng)絡(luò)綜合抗毀性的提升方案。以期為研究生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)抗毀性提升提供思路和方法,對(duì)生鮮企業(yè)制定風(fēng)險(xiǎn)控制策略、提升生存能力提供基建和參考。
生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的最終目的就是為客戶提供最新鮮的農(nóng)產(chǎn)品,實(shí)現(xiàn)生鮮商品從上游到下游的快速傳遞,一般網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)包含以下5類:生鮮供應(yīng)商(包含農(nóng)戶、生鮮生產(chǎn)基地等)、生鮮產(chǎn)地批發(fā)商(包含產(chǎn)地批發(fā)市場(chǎng)、產(chǎn)地經(jīng)紀(jì)人等)、生鮮銷地批發(fā)商(包含銷地批發(fā)市場(chǎng)等)、生鮮零售商(包含生鮮加工廠、超市、生鮮店、農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)、生鮮電商平臺(tái)等)、消費(fèi)市場(chǎng)(各類餐廳、消費(fèi)者等)。除了常規(guī)的供銷方式,供應(yīng)商可以通過產(chǎn)地直銷的方式將農(nóng)產(chǎn)品直接賣給消費(fèi)者、餐廳等,也可以通過第三方電商平臺(tái)代銷的方式來進(jìn)行銷售,同時(shí)為了保障生鮮農(nóng)產(chǎn)品的新鮮程度,節(jié)點(diǎn)之間會(huì)以冷鏈物流運(yùn)輸?shù)姆绞竭M(jìn)行銜接。基于這些考慮,現(xiàn)將生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)抽象為一個(gè)從供應(yīng)商到消費(fèi)市場(chǎng)的有向網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)中的級(jí)聯(lián)失效是由于節(jié)點(diǎn)間冷鏈物流中斷引起的,圖1為生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)。

圖1 生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Fresh agricultural products supply chain network structure
生鮮農(nóng)產(chǎn)品具有易腐壞、易變質(zhì)的特性,在運(yùn)輸過程中容易產(chǎn)生損耗。隨著在途運(yùn)輸時(shí)間的增長(zhǎng)產(chǎn)品的質(zhì)量損耗會(huì)逐漸增大,同時(shí)運(yùn)輸過程中一些風(fēng)險(xiǎn)因素(如自然災(zāi)害、交通管制、人為破壞等)的影響都會(huì)加劇損耗產(chǎn)生,在綜合考慮實(shí)際情況的基礎(chǔ)上提出本文假設(shè)。
假設(shè)1假設(shè)企業(yè)間及企業(yè)與消費(fèi)者間通過同種冷藏車進(jìn)行生鮮農(nóng)產(chǎn)品運(yùn)輸,并令所有車輛的原始運(yùn)輸速度為v。
假設(shè)2冷藏車供應(yīng)過程中如遇突發(fā)狀況,實(shí)際運(yùn)輸效率會(huì)受到影響,運(yùn)輸時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)增加產(chǎn)品腐壞風(fēng)險(xiǎn)。用隨機(jī)變量γij來表示冷藏車運(yùn)輸過程中的實(shí)際效率,則正常狀態(tài)下冷藏車運(yùn)輸效率為γij=1;當(dāng)運(yùn)輸過程中遭遇自然災(zāi)害、交通管制等突發(fā)狀時(shí),冷藏車從企業(yè)i到企業(yè)j實(shí)際運(yùn)輸用時(shí)為

(1)
式(1)中:γij→0為節(jié)點(diǎn)之間物流運(yùn)輸中斷,此時(shí)tij=+∞;dij為企業(yè)i和企業(yè)j之間的實(shí)際運(yùn)輸距離,當(dāng)企業(yè)i和j之間沒有物流合作時(shí),dij=+∞。
假設(shè)3在運(yùn)輸開始后,生鮮農(nóng)產(chǎn)品的新鮮度就一直處在動(dòng)態(tài)的變化過程中,裝卸搬運(yùn)過程不規(guī)范、生鮮正常腐壞等都會(huì)產(chǎn)生質(zhì)量損耗,在這里只考慮因新鮮度變化產(chǎn)生的損耗。假設(shè)運(yùn)輸過程中生鮮農(nóng)產(chǎn)品的生命周期為T,則新鮮度的損耗率函數(shù)為

(2)
式(2)表示生鮮在經(jīng)過時(shí)長(zhǎng)tij運(yùn)輸后損失的新鮮度占可損失最大新鮮度的比例,新鮮度的損耗最終會(huì)體現(xiàn)在生鮮庫(kù)存的變化上。初始時(shí)刻從原產(chǎn)地采摘的生鮮農(nóng)產(chǎn)品新鮮度最高,損耗可忽略不計(jì);當(dāng)tij≥T時(shí),由于生鮮農(nóng)產(chǎn)品的新鮮度損耗過大會(huì)被消費(fèi)者直接拒收,其中:tij∈[0,T],δ∈[0,1]。
根據(jù)生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈的基本結(jié)構(gòu)及特性,采用有向加權(quán)圖G=(V,E,R)來表示初始供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò),其中V={vi}為網(wǎng)絡(luò)中所有企業(yè)節(jié)點(diǎn)的集合;E={eij}為網(wǎng)絡(luò)中邊的集合,兩節(jié)點(diǎn)間有邊連通代表企業(yè)間存在合作關(guān)系;R={γij}為冷藏車在經(jīng)過某路段時(shí)的運(yùn)輸效率集合;G的連接情況用一個(gè)N×N的鄰接矩陣A={aij}來表示,aij=1為有物流往來,否則aij=0;G的最短運(yùn)輸距離集合用S={sij}來表示企業(yè)i和企業(yè)j之間可以選擇的最佳運(yùn)輸路徑,某時(shí)刻任意sij=min(dij)。其中:γij∈(0,1],i、j均為1~n的正整數(shù)。
以下是生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的具體生成規(guī)則。
設(shè)置一個(gè)500×500的二維理論空間,在該空間內(nèi)隨機(jī)生成m0個(gè)企業(yè)節(jié)點(diǎn)和e0條關(guān)聯(lián)邊作為初始網(wǎng)絡(luò),每次加入一個(gè)新節(jié)點(diǎn)vi,與m(m≤m0)個(gè)已存在的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接,節(jié)點(diǎn)vi分別作為入節(jié)點(diǎn)和出節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)vj之間連接的概率為

(3)

(4)
式中:k為節(jié)點(diǎn)的度,即與該節(jié)點(diǎn)相連邊的條數(shù);kin和kout分別為節(jié)點(diǎn)的入度和出度;vi∈V為網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點(diǎn);為表示方便,下文中任意節(jié)點(diǎn)vi統(tǒng)一用其下標(biāo)i來表示。
重復(fù)以上步驟,直到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)規(guī)模達(dá)到N為止。隨后賦予每個(gè)節(jié)點(diǎn)位置坐標(biāo)(x,y),?x,y∈[0,500],計(jì)算得到任意兩點(diǎn)直線距離dij。
生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)上的級(jí)聯(lián)失效主要是由企業(yè)節(jié)點(diǎn)欠載引起的,這與一般的級(jí)聯(lián)失效過程不同。為更好地研究生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)上的欠載級(jí)聯(lián)失效,下文從企業(yè)初始庫(kù)存、庫(kù)存容量上下限、企業(yè)失效概率、庫(kù)存負(fù)載分流機(jī)制、風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)的恢復(fù)這五個(gè)部分對(duì)冷鏈網(wǎng)絡(luò)欠載級(jí)聯(lián)失效模型進(jìn)行刻畫。
在實(shí)際的農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈中生鮮企業(yè)之間關(guān)聯(lián)緊密,存在業(yè)務(wù)合作或競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。因此,在設(shè)定企業(yè)初始庫(kù)存時(shí),合作企業(yè)的經(jīng)營(yíng)狀況也應(yīng)作為該企業(yè)運(yùn)營(yíng)策略的參考依據(jù)。因此以企業(yè)i的度和其他相鄰企業(yè)節(jié)點(diǎn)的度為基礎(chǔ)[28],定義企業(yè)i的初始庫(kù)存Li為

(5)
式(5)中:ζ為異質(zhì)性系數(shù),用來控制企業(yè)之間的初始庫(kù)存差異,一般表現(xiàn)為企業(yè)在規(guī)模、資源配置、技術(shù)選擇等多方面特征的差異,很難被完全消除;Li為企業(yè)i的總庫(kù)存;ki和kj分別為企業(yè)i和j的生鮮庫(kù)存量;Γi(in)為i的上游企業(yè)的集合;Γi(out)為i的下游企業(yè)集合。
生鮮農(nóng)產(chǎn)品在運(yùn)輸過程中會(huì)產(chǎn)生新鮮度損耗,這將會(huì)導(dǎo)致企業(yè)實(shí)際庫(kù)存的減少。為了保證運(yùn)輸質(zhì)量,規(guī)定在每次運(yùn)輸結(jié)束后對(duì)生鮮農(nóng)產(chǎn)品的損耗情況進(jìn)行一次檢驗(yàn),這里用一個(gè)實(shí)時(shí)庫(kù)存表示在每段運(yùn)輸完成時(shí),企業(yè)在扣除損耗后可用于實(shí)際運(yùn)輸?shù)纳r農(nóng)產(chǎn)品庫(kù)存量:

(6)

由于生鮮農(nóng)產(chǎn)品的特殊性,企業(yè)生鮮庫(kù)存的積壓意味著更多的損耗、更高的倉(cāng)儲(chǔ)成本,嚴(yán)重還會(huì)妨礙企業(yè)正常運(yùn)營(yíng)、甚至引發(fā)破產(chǎn)倒閉。因此冷鏈企業(yè)需要將庫(kù)存水平控制在一定的標(biāo)準(zhǔn)之下,以此來降低的經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。假設(shè)企業(yè)節(jié)點(diǎn)的庫(kù)存容量和初始庫(kù)存成正比[29],定義生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈企業(yè)的庫(kù)存上限為

(7)
式(7)中:ε為企業(yè)的庫(kù)存保障投入系數(shù),代表了企業(yè)在庫(kù)存管理成本投入水平,ε值越大代表企業(yè)庫(kù)存管理成本投入越高,企業(yè)庫(kù)存彈性也越高。
生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)是在為消費(fèi)者提供產(chǎn)品的過程中獲取利潤(rùn),是以企業(yè)的營(yíng)利為最終目的。目前中國(guó)冷鏈運(yùn)營(yíng)成本高、物流中間環(huán)節(jié)多、運(yùn)輸損耗大,從事生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈服務(wù)的企業(yè)盈利空間大幅壓縮甚至虧損,確保原材料的供應(yīng)、獲取足夠的訂單,是企業(yè)盈利的基本保障。因此,要維持生鮮企業(yè)的正常運(yùn)營(yíng),庫(kù)存水平必須高出某一界限。假設(shè)企業(yè)的庫(kù)存容量下限與初始庫(kù)存成正比[30-31],則定義生鮮企業(yè)的欠載庫(kù)存下限為

(8)
當(dāng)生鮮庫(kù)存量超出容量范圍時(shí),企業(yè)有一定概率會(huì)面臨虧損。為了避免這種情況的發(fā)生,一般會(huì)預(yù)留資金用于風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生時(shí)保證訂單獲取和損失彌補(bǔ),將這部分預(yù)留資金定義為生鮮冷鏈企業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)恢復(fù)投入,它決定了企業(yè)在遭遇未知風(fēng)險(xiǎn)后的恢復(fù)能力。假設(shè)其與初始庫(kù)存成正比,定義生鮮企業(yè)的欠載失效閾值下限為
Gi=Li(1-λ)
(9)
式(9)中:λ為企業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)恢復(fù)投入系數(shù),它決定了企業(yè)失效閾值上下限,λ值越大表示企業(yè)恢復(fù)能力越強(qiáng)。
在實(shí)際的運(yùn)營(yíng)過程中,企業(yè)遭受負(fù)面影響而產(chǎn)生虧損后不會(huì)立即就退出冷鏈網(wǎng)絡(luò),而是會(huì)通過采取一定的補(bǔ)救措施降低經(jīng)營(yíng)損失,一般有原材料緊急采購(gòu)、建立新合作關(guān)系兩種補(bǔ)救措施。但考慮到建立新合作的時(shí)間成本和資金成本較高,企業(yè)一般會(huì)選擇在原有合作的基礎(chǔ)上緊急加購(gòu)訂單。用t時(shí)刻企業(yè)節(jié)點(diǎn)的即時(shí)庫(kù)存來判斷其實(shí)際的運(yùn)營(yíng)狀態(tài),以企業(yè)i為例。


(10)
式(10)表示企業(yè)在遭受外部因素影響后,風(fēng)險(xiǎn)抵抗能力的強(qiáng)弱將直接決定企業(yè)失效概率的大小,風(fēng)險(xiǎn)抵抗能力越弱的企業(yè)失效概率就越大,反之則失效概率就越小。
為了保證長(zhǎng)期可持續(xù)的運(yùn)營(yíng),企業(yè)會(huì)通過持續(xù)的健康監(jiān)測(cè)來評(píng)估自身的運(yùn)營(yíng)效率,在不同的運(yùn)營(yíng)效率下,企業(yè)會(huì)有不同的運(yùn)營(yíng)策略。參考文獻(xiàn)[32],將企業(yè)的運(yùn)營(yíng)效率分為正常運(yùn)營(yíng)、風(fēng)險(xiǎn)運(yùn)營(yíng)和破產(chǎn)清算三種,這里用一個(gè)狀態(tài)函數(shù)Fi(t)代表在t時(shí)刻企業(yè)i的運(yùn)營(yíng)效率:

(11)
式(11)中:處于正常運(yùn)營(yíng)狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)的失效概率為0,破產(chǎn)清算狀態(tài)的企業(yè)失效概率為1,處于風(fēng)險(xiǎn)運(yùn)營(yíng)狀態(tài)的企業(yè)失效概率為Pfail(t),此時(shí)企業(yè)會(huì)采取補(bǔ)救措施來恢復(fù)正常運(yùn)營(yíng)。
現(xiàn)階段,中國(guó)大多數(shù)生鮮供應(yīng)鏈企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)輸環(huán)節(jié)多以中心化運(yùn)作為主[33],這導(dǎo)致每個(gè)環(huán)節(jié)之間信息共享是不及時(shí)、不流暢的。同時(shí)供應(yīng)鏈系統(tǒng)中上下家的供應(yīng)形式過度依賴于中間環(huán)節(jié),一旦中游核心企業(yè)出現(xiàn)問題就可能導(dǎo)致“斷鏈”發(fā)生,上下游需要重新尋找中間環(huán)節(jié)來完成運(yùn)輸。
在核心企業(yè)失效后必定會(huì)導(dǎo)致上下游庫(kù)存負(fù)載的分流,為了保障供應(yīng)鏈系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)營(yíng),負(fù)載會(huì)依照一定的比例關(guān)系分配到每個(gè)關(guān)聯(lián)企業(yè)。一般認(rèn)為企業(yè)之間的物流往來越頻繁,其業(yè)務(wù)合作關(guān)系就越緊密,企業(yè)失效后分配給其的庫(kù)存負(fù)載就越多,相應(yīng)邊權(quán)就越大。參照以往文獻(xiàn)對(duì)于邊權(quán)的確定方法[34],定義兩供應(yīng)鏈企業(yè)間的合作強(qiáng)度為
wij~(kikj)α
(12)
式(12)中:α為企業(yè)合作系數(shù);α<0代表企業(yè)間以競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系為主,α>0代表企業(yè)間以合作關(guān)系為主,α越大代表合作關(guān)系越緊密。
但對(duì)于生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈企業(yè)而言,運(yùn)輸距離的遠(yuǎn)近也直接影響了生鮮農(nóng)產(chǎn)品的最終質(zhì)量,因此應(yīng)當(dāng)同時(shí)將物流緊密程度和運(yùn)輸距離作為企業(yè)合作的參考要素,則重新定義生鮮供應(yīng)鏈企業(yè)i與j之間的合作強(qiáng)度為
wij=(kikj)α(dij)1-α
(13)
圖2是網(wǎng)絡(luò)部分結(jié)構(gòu)圖。當(dāng)某時(shí)刻生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈網(wǎng)絡(luò)中企業(yè)i失效,相鄰企業(yè)會(huì)受到不同程度的影響,合作越緊密受影響的程度也越大。以企業(yè)i的下游企業(yè)j為例,當(dāng)i失效后,根據(jù)合作強(qiáng)度關(guān)系企業(yè)庫(kù)存重分配的比例為

(14)
其下游企業(yè)j減少的庫(kù)存應(yīng)為

(15)

在網(wǎng)絡(luò)中負(fù)庫(kù)存流動(dòng)更新完成后,企業(yè)j的庫(kù)存變?yōu)?/p>

(16)

h、h1、h2為網(wǎng)絡(luò)上游節(jié)點(diǎn);i、i1為網(wǎng)絡(luò)中游節(jié)點(diǎn);j、 j1、 j2為網(wǎng)絡(luò)下游節(jié)點(diǎn)圖2 生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)部分結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Fresh agricultural products supply chain network partial stucture
依照式(11)來判斷節(jié)點(diǎn)j的運(yùn)營(yíng)狀態(tài):①如果Fj(t)=1,表明此時(shí)企業(yè)處于正常運(yùn)營(yíng)狀態(tài),不影響生鮮正常供應(yīng);②如果Fj(t)=0,表明此時(shí)企業(yè)處于破產(chǎn)清算狀態(tài),企業(yè)直接失效并引起進(jìn)一步級(jí)聯(lián)過程;③如果Fj(t)=1-Pfail(t),此時(shí)企業(yè)處于風(fēng)險(xiǎn)運(yùn)營(yíng)狀態(tài),j會(huì)采取一定的補(bǔ)救措施,和上游企業(yè)加強(qiáng)業(yè)務(wù)合作關(guān)系以達(dá)到降低風(fēng)險(xiǎn)的目的。
當(dāng)企業(yè)j處于風(fēng)險(xiǎn)運(yùn)營(yíng)狀態(tài)時(shí),會(huì)和其上游企業(yè)進(jìn)行擇優(yōu)合作來降低破產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn),考慮到生鮮農(nóng)產(chǎn)品在運(yùn)輸過程中會(huì)產(chǎn)生質(zhì)量損耗,此時(shí)節(jié)點(diǎn)i1被優(yōu)先被選擇的概率為

(17)
式(17)中:Ri1(t)為企業(yè)i1的冗余能力;δi1 j為生鮮農(nóng)產(chǎn)品從企業(yè)i1運(yùn)輸?shù)狡髽I(yè)j損耗的新鮮度。
同時(shí)為防止企業(yè)i1在采購(gòu)過程中失效,分配給企業(yè)j的庫(kù)存應(yīng)當(dāng)保持在合理的范圍內(nèi):
(18)
在經(jīng)過ti1j時(shí)刻后運(yùn)輸完成,扣除新鮮度損耗后j實(shí)際從i1獲得即時(shí)庫(kù)存分流為

(19)
當(dāng)企業(yè)j同時(shí)從所有上游企業(yè)采購(gòu)?fù)瓿桑浼磿r(shí)庫(kù)存最終更新為

(20)


圖3 企業(yè)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系Fig.3 State relationship transition of enterprise nodes
同樣當(dāng)企業(yè)i失效后,其上游企業(yè)h會(huì)因需求減少而導(dǎo)致資金鏈斷裂而欠載失效,相同的作用方式同時(shí)向相反方向進(jìn)行,直到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中不再有新的節(jié)點(diǎn)失效,整個(gè)級(jí)聯(lián)失效傳播過程結(jié)束。
當(dāng)生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)遭受外部風(fēng)險(xiǎn)影響后,網(wǎng)絡(luò)中企業(yè)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)和邊連通性都將發(fā)生改變,這會(huì)影響生鮮農(nóng)產(chǎn)品到達(dá)消費(fèi)者手中的最終質(zhì)量。為了保證抗毀性測(cè)度的全面性,因此選取冷鏈企業(yè)失效率和冷鏈全局連通率構(gòu)成冷鏈抗毀性指標(biāo)體系。
2.6.1 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)效率
在遭受風(fēng)險(xiǎn)后企業(yè)的運(yùn)營(yíng)效率會(huì)發(fā)生改變,這會(huì)帶來生鮮農(nóng)產(chǎn)品損耗率的提升,為了保障企業(yè)的高效運(yùn)營(yíng),就必須精準(zhǔn)掌握風(fēng)險(xiǎn)影響下企業(yè)的實(shí)時(shí)庫(kù)存變化。參考文獻(xiàn)[35]的方法,這里用網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)效率作為生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)抗毀性指標(biāo)[35]:
(21)
式(21)中:N為初始時(shí)刻網(wǎng)絡(luò)中企業(yè)的總數(shù);N′為t時(shí)刻除去失效節(jié)點(diǎn)的所有企業(yè)數(shù)量;Fi(t)為企業(yè)i的運(yùn)營(yíng)效率函數(shù);Fi(t)越小代表了網(wǎng)絡(luò)抗毀性越高;Z=0表示冷鏈網(wǎng)絡(luò)中所有企業(yè)均處于正常運(yùn)營(yíng)狀態(tài),此時(shí)網(wǎng)絡(luò)抗毀性最強(qiáng);Z=1表示冷鏈網(wǎng)絡(luò)中所有企業(yè)均破產(chǎn)、網(wǎng)絡(luò)完全崩潰,此時(shí)網(wǎng)絡(luò)抗毀性最低。
2.6.2 網(wǎng)絡(luò)連通效率
網(wǎng)絡(luò)連通效率[36]是評(píng)判網(wǎng)絡(luò)連通性強(qiáng)弱的重要依據(jù),它代表了生鮮農(nóng)產(chǎn)品從企業(yè)i運(yùn)輸?shù)狡髽I(yè)j的難易程度,一般用網(wǎng)絡(luò)的平均最短路徑來表示網(wǎng)絡(luò)的脆弱性特征。考慮到生鮮農(nóng)產(chǎn)品運(yùn)輸效率對(duì)在途運(yùn)輸時(shí)間的影響,這里提出生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的邊抗毀性指標(biāo):

(22)
則可以得到t時(shí)刻網(wǎng)絡(luò)連通效率為

(23)
式中:NC(t)為級(jí)聯(lián)失效過程中網(wǎng)絡(luò)的連通性大小;NC0為初始網(wǎng)絡(luò)的連通性能,該指標(biāo)可以很好地體現(xiàn)在遭受級(jí)聯(lián)失效影響后網(wǎng)絡(luò)連通性能的變化。
構(gòu)建了生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)失效的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,在500 km2的理論空間內(nèi)生成供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中共包含500個(gè)生鮮企業(yè)及消費(fèi)市場(chǎng)節(jié)點(diǎn),各類節(jié)點(diǎn)之間通過物流合作關(guān)系相互連接,最終實(shí)現(xiàn)生鮮農(nóng)產(chǎn)品從供應(yīng)商到消費(fèi)者的單向流轉(zhuǎn)。考慮到不同種類的農(nóng)產(chǎn)品生命周期差異較大,以相對(duì)穩(wěn)定的生鮮蔬果運(yùn)輸為例,采用MATLAB_2019a進(jìn)行模擬仿真,設(shè)置參數(shù)值v=70 km/h,T=48 h,并分別對(duì)模型抗毀性進(jìn)行50次獨(dú)立實(shí)驗(yàn)取平均值。
在生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)中,企業(yè)可能遭受自然災(zāi)害等隨機(jī)破壞影響,這會(huì)造成農(nóng)產(chǎn)品腐損率的升高。用失效比例r代表網(wǎng)絡(luò)單次遭受攻擊的節(jié)點(diǎn)比例,設(shè)置參數(shù)ζ=0.5,ε=0.18,λ=0.08,α=0.5,圖4為不同失效比例r對(duì)生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)效率和全局連通率的影響情況。
通過隨機(jī)攻擊發(fā)現(xiàn),隨著初始失效比例逐漸增大,企業(yè)的抗毀性開始逐步降低。當(dāng)攻擊比例在30%以下時(shí),網(wǎng)絡(luò)可以較好地消化隨機(jī)風(fēng)險(xiǎn)帶來的破壞性,網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)效率和全局連通率都保持在較高的水平;當(dāng)攻擊比例達(dá)到30%,網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)效率仍可保持在60%,而全局連通率在級(jí)聯(lián)失效結(jié)束后降至0,這是由于網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)失效影響了生鮮農(nóng)產(chǎn)品的運(yùn)輸效率,加大了運(yùn)輸?shù)睦щy程度;當(dāng)攻擊比例大于30%,網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)效率迅速降低至10%左右,此時(shí)網(wǎng)絡(luò)幾乎被完全破壞。該結(jié)果表明,生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)對(duì)隨機(jī)攻擊具有一定的抵抗能力,且相同的攻擊比例下網(wǎng)絡(luò)的邊受破壞的影響程度更大。

圖4 隨機(jī)攻擊下的Z-r和E-r圖Fig.4 Diagram of Z-r and E-r under random attack mode
生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈作為一種脆弱的供應(yīng)鏈系統(tǒng),一旦樞紐企業(yè)被蓄意破壞會(huì)造成巨大的損失,嚴(yán)重影響市場(chǎng)秩序,因此保障節(jié)點(diǎn)的正常運(yùn)營(yíng)對(duì)提高網(wǎng)絡(luò)抗毀性意義重大。根據(jù)企業(yè)特性,本文設(shè)置企業(yè)合作系數(shù)、運(yùn)營(yíng)保障投入系數(shù)、風(fēng)險(xiǎn)恢復(fù)投入系數(shù)、企業(yè)異質(zhì)性系數(shù)共5個(gè)可變參數(shù),圖5~圖8分別為生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)效率和全局連通率隨不同參數(shù)變化的曲線。
參數(shù)α代表企業(yè)合作系數(shù),它體現(xiàn)了企業(yè)間合作關(guān)系的強(qiáng)弱。設(shè)置參數(shù)r=0.01,ε=0.15,ζ=0.5,λ=0.08,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:過度中心化的合作模式反而會(huì)降低網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)抗毀性。如圖5所示,當(dāng)α<0時(shí),企業(yè)間以競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系為主,隨著這種競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系的減弱網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)效率逐步提升;當(dāng)α>0時(shí),企業(yè)在經(jīng)歷短暫的磨合期后逐漸轉(zhuǎn)向合作為主的協(xié)同發(fā)展模式,網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)抗毀性短暫降低后迅速提升;但當(dāng)α>3時(shí),網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)效率卻呈現(xiàn)斷崖式下跌,這是因?yàn)檫^度中心化的合作模式反而降低了企業(yè)彈性,影響市場(chǎng)的穩(wěn)定性。因此,探索去中心化的生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈新模式是中國(guó)未來行業(yè)的發(fā)展重點(diǎn)。

圖5 蓄意攻擊下Z-α和E-α關(guān)系圖Fig.5 Diagram of Z-α and E-α under intentional attack

圖6 蓄意攻擊下Z-ε和E-ε關(guān)系圖Fig.6 Diagram of Z-ε and E-ε under intentional attack

圖7 蓄意攻擊下Z-λ和E-λ關(guān)系圖Fig.7 Diagram of Z-λ and E-λ under intentional attack

圖8 蓄意攻擊下Z-ζ和E-ζ關(guān)系圖Fig.8 Diagram of Z-ζ and E-ζ under intentional attack
參數(shù)ε代表企業(yè)運(yùn)營(yíng)保障投入系數(shù),它決定了企業(yè)的庫(kù)存負(fù)載上下限。設(shè)置參數(shù)r=0.01,α=1,ζ=0.5,λ=0.08,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:增加ε有利于提升冷鏈網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)抗毀性和邊抗毀性,并且均存在最優(yōu)投入?yún)^(qū)間。如圖6所示,在區(qū)間[0.1,0.25]和[0.25,0.45]內(nèi),網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)抗毀性和邊抗毀性分別有較大幅度的提升,隨后再增大ε對(duì)抗毀性提升均非常有限。因此,可以初步得到提升節(jié)點(diǎn)抗毀性和邊抗毀性的最優(yōu)區(qū)間。
參數(shù)λ代表企業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)恢復(fù)投入系數(shù),它決定了企業(yè)失效的閾值。設(shè)置參數(shù)r=0.01,α=1,ζ=0.5,ε=0.15,實(shí)驗(yàn)表明:增加λ有利于提升冷鏈網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)抗毀性和邊抗毀性,也分別存在最優(yōu)投入?yún)^(qū)間。如圖7所示,在區(qū)間[0.05,0.13]和[0.13,0.17]內(nèi),增加企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)恢復(fù)投入網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)抗毀性和邊抗毀性均快速提升,且分別在λ=0.13和λ=0.17時(shí)達(dá)到90%以上,隨后繼續(xù)增大λ值網(wǎng)絡(luò)邊抗毀性變化不大,因此得到提升網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)抗毀性和邊抗毀性的最優(yōu)區(qū)間。在實(shí)際運(yùn)營(yíng)過程中,企業(yè)往往會(huì)尋求運(yùn)營(yíng)效率及網(wǎng)絡(luò)連通性提升的最優(yōu)解,是否存在庫(kù)存保障投入和風(fēng)險(xiǎn)恢復(fù)投入的最優(yōu)組合仍需進(jìn)一步探索。
參數(shù)ζ代表企業(yè)異質(zhì)性參數(shù),它決定了企業(yè)初始庫(kù)存的差異水平。設(shè)置參數(shù)r=0.01,α=1,λ=0.08,ε=0.15,實(shí)驗(yàn)表明:企業(yè)異質(zhì)性參數(shù)在超過某一水平后網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)抗毀性會(huì)迅速降低,但改變企業(yè)異質(zhì)性對(duì)提升邊抗毀性意義不大。如圖8所示,ζ取值在超過0.4時(shí)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)抗毀性迅速降低,同時(shí)改變企業(yè)異質(zhì)性對(duì)提升邊抗毀性意義不大。當(dāng)ζ∈[0.1,0.4]時(shí),適當(dāng)?shù)膸?kù)存差異不會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響;但隨著企業(yè)異質(zhì)性的進(jìn)一步提升,供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)無法消除庫(kù)存差異帶來的負(fù)面影響而接近完全崩潰;同時(shí),無論企業(yè)異質(zhì)性如何改變,網(wǎng)絡(luò)的邊抗毀性都會(huì)變?yōu)?。因此,企業(yè)在實(shí)際的運(yùn)營(yíng)過程中,應(yīng)當(dāng)根據(jù)上下游企業(yè)的供需關(guān)系進(jìn)行庫(kù)存調(diào)度,以最大程度地消除庫(kù)存差異帶來的負(fù)面影響。
進(jìn)一步比較發(fā)現(xiàn),增大風(fēng)險(xiǎn)恢復(fù)投入系數(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)綜合抗毀性提升更顯著。該結(jié)果表明生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)中風(fēng)險(xiǎn)的防控更為重要,在成本有限的情況下應(yīng)當(dāng)優(yōu)先投入資金用于風(fēng)險(xiǎn)防控與恢復(fù)。考慮到庫(kù)存保障投入系數(shù)和風(fēng)險(xiǎn)恢復(fù)投入系數(shù)會(huì)同時(shí)作用于網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)失效過程,不同組合對(duì)網(wǎng)絡(luò)綜合抗毀性提升作用也有所差異,下一步將探究雙參數(shù)作用下網(wǎng)絡(luò)綜合抗毀性的變化規(guī)律。
數(shù)據(jù)顯示,中國(guó)冷鏈物流運(yùn)輸成本平均比普通運(yùn)物流運(yùn)輸成本高出45%[37],這就意味著企業(yè)需要投入更高成本用于物流運(yùn)輸,這會(huì)大大壓縮其庫(kù)存保障和風(fēng)險(xiǎn)恢復(fù)的投入。為探究有限成本下,雙參數(shù)組合對(duì)該網(wǎng)絡(luò)綜合抗毀性的影響規(guī)律,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟如下:采用t=7時(shí)的Z和E作為網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)失效抗毀性測(cè)度,分別選取ε從0~0.5、λ從0~0.2共121組數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),每個(gè)實(shí)驗(yàn)獨(dú)立進(jìn)行50次取算術(shù)平均值作為最終結(jié)果。這里引入?yún)?shù)B代表級(jí)聯(lián)失效影響下網(wǎng)絡(luò)的綜合抗毀性,同時(shí)為減小數(shù)據(jù)差異性帶來的影響,采用變異系數(shù)法對(duì)抗毀性參數(shù)賦權(quán)后得到其表達(dá)式[38]為
B=0.42Z+0.58E
(24)
圖9為ζ=0.5、α=1時(shí)網(wǎng)絡(luò)綜合抗毀性變化圖。

圖9 雙參數(shù)影響下網(wǎng)絡(luò)的綜合抗毀性Fig.9 Comprehensive invulnerability under the influence of two parameters
當(dāng)λ=0、ε=0.4時(shí),網(wǎng)絡(luò)綜合抗毀性為92.1%,此時(shí)繼續(xù)增加λ和ε的值網(wǎng)絡(luò)的抗毀性幾乎不再變化。這說明當(dāng)企業(yè)的庫(kù)存容量足夠大時(shí),網(wǎng)絡(luò)發(fā)生級(jí)聯(lián)失效的概率大大降低,但顯然這種投入方式不符合實(shí)際情況。過高的庫(kù)存管理成本會(huì)給企業(yè)帶來較大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān),反而增大企業(yè)受市場(chǎng)波動(dòng)影響的風(fēng)險(xiǎn);當(dāng)λ=0.1、ε=0.3時(shí),網(wǎng)絡(luò)的綜合抗毀性為79.7%,這種投入方式即保障了企業(yè)的庫(kù)存彈性,也使企業(yè)具有相當(dāng)?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)抵抗能力。故在同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)性和有效性前提下,λ=0.1、ε=0.3是企業(yè)最佳的投入組合。同時(shí),當(dāng)ε<0.35時(shí),通過提升風(fēng)險(xiǎn)恢復(fù)投入系數(shù)可以有效地增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的綜合抗毀性,這也再次驗(yàn)證了提升風(fēng)險(xiǎn)恢復(fù)投入對(duì)網(wǎng)絡(luò)綜合抗毀性的提升更有效;當(dāng)ε≥0.35時(shí),增大λ、ε的值對(duì)網(wǎng)絡(luò)綜合抗毀性的提升非常有限,說明一味地增大庫(kù)存保障成本和風(fēng)險(xiǎn)恢復(fù)成本對(duì)提高冷鏈行業(yè)穩(wěn)定性意義不大。
由不同攻擊策略下級(jí)聯(lián)失效的仿真結(jié)果可以得到以下結(jié)論。
(1)隨機(jī)攻擊下,生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的自我恢復(fù)能力有限,且相同攻擊比例下邊的連通性受級(jí)聯(lián)失效影響更大。
(2)蓄意攻擊下,穩(wěn)固的企業(yè)合作關(guān)系對(duì)市場(chǎng)穩(wěn)定有促進(jìn)作用,但過度中心化的合作模式會(huì)降低企業(yè)彈性,影響網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)效率。
(3)企業(yè)異質(zhì)性參數(shù)對(duì)生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)抗毀性的影響體現(xiàn)出突變性,一旦企業(yè)異質(zhì)性水平超出某一水平后,網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)抗毀性將出現(xiàn)斷崖式下跌。
(4)運(yùn)營(yíng)保障投入和風(fēng)險(xiǎn)恢復(fù)投入是影響網(wǎng)絡(luò)綜合抗毀性的重要參數(shù),均存在最優(yōu)的投入?yún)^(qū)間,并且增加風(fēng)險(xiǎn)恢復(fù)投入更有利于提升網(wǎng)絡(luò)的綜合抗毀性。
隨著全球供需關(guān)系的日益緊密化,生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈?zhǔn)芡獠繘_擊的影響也越來越大,新冠肺炎疫情的蔓延和反全球化沖擊更是對(duì)生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈行業(yè)提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。因此,本研究成果對(duì)生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)抗毀性的提升具有理論及應(yīng)用價(jià)值:對(duì)生鮮企業(yè)而言,在資金和資源有限的情況下,可以制定合理的運(yùn)營(yíng)保障和風(fēng)險(xiǎn)恢復(fù)策略,用最小的投入成本最大化提升企業(yè)彈性,緩解自身生存壓力;對(duì)于政府及市場(chǎng)而言,通過加強(qiáng)對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等核心技術(shù)的應(yīng)用,積極引導(dǎo)冷鏈企業(yè)向去中心化的合作模式轉(zhuǎn)變,最終實(shí)現(xiàn)生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈從商流、物流、資金流到信息流的高效整合。