基于CAS理论的食品安全供应链的协调决策问题研究

■天津科技大学经济与管理学院 慕静

基于CAS理论的食品安全供应链的协调决策问题研究

■天津科技大学经济与管理学院 慕静

近年来，食品安全事件屡禁不止，从“三聚氰胺”、“苏丹红”、“瘦肉精“，到“牛肉膏”、“工业盐”、“染色馒头”等事件死而复生，食品安全问题的集中爆发，使得人们不得不对我国食品供应链安全管理的决策问题进行思考。

目前，我国的食品供应链主要包括四类，分别是由食品生产商、货运公司、零售配送业或连锁便利店、批发商或代理商发展的食品供应链。这些供应链以某一个核心企业为中心，管理上各自为阵，链与链之间的交叉协调不够、信息交流不通畅，无法形成一个动态协调、集成网络式的食品供应链决策框架，使得食品安全问题无法进行综合的、全流程的监督与控制，无法保障食品安全的可靠性。因此，在我国，对食品安全供应链协调决策问题的研究迫在眉睫。

1 食品安全供应链的概念内涵

1.1 食品供应链

食品供应链是由农业、食品加工业、物流业和零售业等相关企业构成的供应链，是由不同环节和组织载体构成的网链式体系结构，主要包括种子、饲料、农药等生产资料的供应商，种植、养殖业生产环节农户或食品生产加工企业，食品包装、储藏、配送、运输的物流企业，以及食品批发、分销、零售的销售商，最后到达最终消费者手中。

1.2 食品安全供应链

食品安全的主体主要包括食品原材料供应商（农户）、食品加工企业、食品物流企业、食品销售商、消费者及政府职能机构。食品安全供应链有别于一般的供应链，其首要目标是“保障安全”，然后才是对总成本最小化、总周期时间最短化、物流质量最优化等问题的考虑。所以，食品安全供应链需要在供应链各个环节加强安全管理，保证食品安全信息能够集成、共享；同时每一个环节的组织载体需要承担食品安全的社会责任，进行协调有序的合作。

2 基于CAS理论的食品安全供应链协调决策框架

复杂适应系统（CAS）理论是美国圣塔菲研究所约翰·霍兰教授于1994年正式提出的，其与传统研究方法的最大区别在于模型组成上，传统方法在构建模型的时候运用方程或者公式，而复杂适应系统（CAS）理论则应用适应性Agent（智能体）建模方法。CAS理论认为，系统是由一组功能各异的Agent所组成，不同功能的Agent代表不同的对象，拥有不同的权利和能力，能够完成不同的任务；并且它们能够根据任务的需要，动态地组建。

2.1 食品安全供应链的复杂适应系统特征

根据CAS理论，食品安全供应链中各种功能单元，如食品原材料供应商（农户）、食品生产商、食品物流企业、食品销售商、消费者对食品原材料或食品的管理和生产、计划、采购、销售以及运输、配送、消费等均看成是独立自主的Agent，把供应链网络中企业的交互合作、共同完成任务的各种活动描述为多Agent间的自主作业活动，那么供应链系统就成为一个多Agent系统，其中每一个Agent都具有一定的功能，并可与其它Agent进行协作。

2.2 食品安全供应链的协调决策框架

运用多Agent方法，构建食品安全供应链的协调决策框架如图1所示，图中A1、A2、A3、A4、A5分别表示供应商（农户）Agent、食品生产商Agent、食品物流企业Agent、食品销售商Agent、消费者Agent。框架分解为三个决策层次：战略层、战术层和执行层。

图1 食品安全供应链协调决策框架

2.2.1 战略层协调

战略层协调为保证整个食品供应链组织和运作过程的执行提供目标指导，是食品供应链协调决策中最关键的环节。目前在我国，由于食品供应链的各环节不协调，造成供应链安全管理上的“断带”；由于食品供应链的资源配置不合理，造成资源浪费、重复生产；由于食品供应链节点企业的社会责任意识淡薄，造成环境道德缺失、食品污染严重，结果导致全社会的食品安全无法保障，危险到人们的生命安全。所以战略层协调的目标内容包含保障食品安全、社会责任共担、资源合理配置、经济利益共赢等方面的设计。

2.2.2 战术层协调

战术层协调是食品供应链上游和下游、纵向和横向的信息互动和任务集成的过程。一方面是根据食品供应链的战略协调要求对运作过程进行总体安排；另一方面为食品供应链的执行层协调提供综合而全面的战术指导。战术层协调包括以下几个部分：供应过程协调、生产过程协调、物流过程协调、销售过程协调和消费过程协调。

2.2.3 执行层协调

执行层协调是对战术层协调问题的细化和具体化，属具体操作方面的协调，通过协同执行、实施和动态性优化，负责落实战略层的目标、实现战术层的任务。执行层协调的内容包括原材料采购、食品加工、食品运输、食品仓储、食品配送、食品销售和食品消费几部分。

3 食品安全供应链的协调决策机制

3.1 战略层协调决策机制

运用博弈理论，基于食品供应链的战略层，对供应链的利益主体承担“食品安全、环境污染、资源浪费”社会责任的动因与行为进行博弈分析，构建食品安全供应链的战略协调决策机制。

3.1.1 博弈的前提假设

在现实生活中，消费者出于对食品质量和安全的考虑，在选择食品时，更加注重食品企业的品牌和形象；而食品供应链的节点企业往往通过承担“食品安全责任”，充分提高自身声誉和知名度。基于以上现实，提出以下假设。

假设1：食品供应链中每个企业都有对等的损益，即“承担责任”或“不承担责任”带给企业的收益和损失具有同等的波动幅度；

假设2：食品供应链中每个企业的“食品安全”等社会责任行为效果可以完全转换为自身收益；

假设3：企业A是供应链中有绝对优势的核心企业，企业B代表供应链中处于相对弱势的小企业。因此企业A可以最大享受由供应链的“食品安全责任”带来的收益。

3.1.2 对等损益的博弈分析

基于以上假设，得到博弈格局如图2所示。在图2（a）中，由假设3可知，无论企业B采取什么策略，企业A承担食品安全等社会责任都是值得的；相对而言，无论企业A采取什么策略，企业B承担食品安全等社会责任是不值得的。这一博弈在12（8，4）达到均衡，即企业A选择承担食品安全等社会责任策略，而企业B将选择不承担的策略。

图2（a）所示的博弈均衡只是一个次优的结果，当企业A“承担”而企业B“不承担”时，它们的利益总和为12（8，4）；但是如果双方都“承担”，它们的利益总和将是16（18，-2）。

图2 （a）对等损益博弈 图2（b）利益转移后对等损益博弈

根据假设2，A、B两企业的“食品安全”等社会责任行为效果可以完全转换为自身收益；根据假设3，如果给定企业“责任”行为产生的利益总量，则处于优势地位的企业A可以将其获取的利益转移给相对弱势的企业B，来获取更有益的社会效果。在图2（b）中，如果企业A转移6个单位的利益给企业B，就会使得A、B两企业都获得更好的结果，从而产生新的基于双方合作的博弈均衡16（12，4）。

通过分析可知，在食品安全社会责任可以为企业带来直接经济收益情形下，供应链可以通过成本和收益的转移支付，使得供应链各节点均衡收益，最后提高供应链的总体收益水平。所以，供应链的利益主体承担“食品安全、环境污染、资源浪费”社会责任，追求“经济利益共赢”，是食品安全供应链战略协调的主要目标和内容。

3.2 战术层协调决策机制

食品安全供应链的战术层协调包括供应过程协调、生产过程协调、物流过程协调、销售过程协调和消费过程协调五部分。根据食品供应链的复杂适应系统特征和系统整合的思想，将以上五个环节相整合，形成食品供应链战术层的快速响应能力，以提高整条供应链的竞争优势。

3.2.1 快速响应能力的分布协调

由于构成食品供应链的原材料供应商Agent、食品生产商Agent、食品物流企业Agent、食品销售商Agent、消费者Agent具有地理位置上的分散性，因此，跨越这些多Agent的过程也具有明显的分布性特征。如何在这些过程之间进行多Agent协调，以最短的时间、最低的成本和最好的质量，提供上、下游用户所需的食品和服务是供应链战术层快速反应的工作目标。

3.2.2 快速响应能力的并行协调

在快速反应的食品供应链中，同时存在多种、多个订单Agent在并行地进行计划、协调、执行，每一个订单的多个活动Agent、多任务Agent也在并行执行，所以必须针对食品供应链系统的多Agent并行性，进行有效的食品安全管理与控制才能达到最佳的收益共享效果。

3.2.3 快速响应能力的动态协调

由于市场机遇的动态变化和食品供应链的动态特性，构成食品供应链的原材料供应商Agent、食品生产商Agent、食品物流企业Agent、食品销售商Agent、消费者Agent，具有职权的自主性和合作的临时性，他们在自愿的基础上进行合作。在各过程协调运作中，各Agent间的关系可以作些适当的调整，随时可能出现老企业的退出、新企业加入；在过程执行结束后开始新一轮的过程协调，相互合作的各Agent间关系也可进行重新组合。

3.3 执行层协调决策机制

食品供应链的执行层协调，目的是落实和实现战略层与战术层协调的目标和任务。传统的供应链节点企业之间的协调是人为的沟通和协商，而基于Agent的食品供应链执行层协调是用Agent的信息跟踪的协调方法，通过协同执行、实施和动态优化，将原材料采购、食品加工、食品运输、食品仓储、食品配送、食品销售和食品消费等多Agent任务，进行无缝连接，提高供应链系统的食品安全能力，保持食品安全协作的灵活性。

3.3.1 食品供应链信息跟踪的协调框架模型

如图3所示，一个动态的食品供应链由完成各个子目标的Agent组成，Agent由完成各项活动的子Agent组成，在图中用圆圈表示。例如对于食品生产过程，一个Agent是一个工作模块，可以是一个车间、一条或几条柔性生产线，它可以由一个食品生产企业内的一些车间和部门的Agent组成，也可以由分布在不同地点的几个企业内的车间和部门的Agent组成，而这个Agent就是将各个柔性生产线动态组合起来完成一个食品生产任务的柔性生产系统网络。

在食品供应链信息跟踪的协调模型中，把食品供应链的各个执行环节看成是一个模块，每一个模块是一个Agent，如图3中的Agent1、Agent2、Agent3、Agent4、Agent5、Agent6、Agent7分别表示原材料采购、食品加工、食品运输、食品仓储、食品配送、食品销售和食品消费环节。供应链模块之间的接口联系和协调单元的网络通过接口平台来实现，接口平台的实现通过通信协议、信息处理和Agent之间的通信规则来保证。可利用Java和XML等跨平台的数据传输和编程技术进行中间件平台的构建，实现供应链各成员间的食品安全信息沟通。

图3 食品供应链信息跟踪的协调框架模型

3.3.2 食品供应链信息跟踪的协调方式运用

食品供应链信息跟踪协调强调运作实施过程的集成性、自动性、系统性、协调性、标准性、有序性和稳定性，食品供应链信息跟踪的协调方式运用体现在以下方面：

3.3.2.1 基于食品安全的模块Agent间的协作

根据图3，模块Agent间通过信息跟踪协调单元进行协作，协作环境中基于食品安全的协作协议、规则和监督都是一致的，增强了供应链上、下游协作各方的信任和信心；另外，各方目标通过Agent表达，便于沟通、理解和判断，有利实现供应链整体共赢的效益目标。

3.3.2.2 基于食品安全标准化的Agent模块接口调整

食品供应链信息跟踪协调要求Agent模块间接口的运作实施（如订单要求、食品安全质量标准、包装方式、运输信息等）实现标准化，有利于供应链进行食品安全的全过程控制。

3.3.2.3 基于信息跟踪的食品供应链物流自动化

当在电子商务或电子市场产生订单后，将自动触发食品供应链的连续运作，从原材料采购与供应、食品加工、食品包装到食品运输等实现供应链各环节的物流过程自动化，通过模块Agent的动态重构和接口的自动协商，使食品供应链物流成为一个相对稳定的自动化过程。

4 食品安全供应链的协调决策方案

食品安全供应链的协调决策，既是食品安全物流决策问题，更是食品安全信息流跟踪的决策问题。我国食品安全供应链信息化的建设，需要供应链的各节点企业、消费者及政府职能机构等的共同努力。

4.1 明确食品安全供应链协调的战略指导思想

食品安全是食品供应链节点企业，包括食品原材料供应商（农户）、食品加工企业、食品物流企业、食品销售商等的责任，更是消费者及政府职能机构的义务。承担“食品安全、环境污染、资源浪费”的社会责任，追求“经济利益共赢”，是食品安全供应链协调的战略指导思想。

4.2 加强食品安全供应链协调的快速反应能力

食品安全事故带有突发性、涉及面广、危害性大等特征，因此，食品供应链协调的快速反应能力是关键，这种快速反应能力表现在：供应链系统启动快速，安全事故认定快速，信息发布快速，措施决定及付诸实施快速，处理结果公布快速等。而这一切建立在信息能够流动快速、透明的基础上，所以，食品安全供应链协调必须建立一个有效的信息平台系统，提高协调决策的信息技术含量，以使整个食品供应链上的安全信息能够集成，并实现共享。

4.3 构建食品安全供应链信息跟踪的协调决策平台

中国物品编码中心（Article Numbering Center of China）ANCC系统是全球统一的标准化编码体系，国际上称为EAN.UCC系统，是对流通领域中所有的产品与服务，包括贸易项目、物流单元、供应链中的各个节点企业等提供全球唯一的标识，所以非常适合用来实施信息跟踪和追溯。射频技术（Radio Frequency Identification）RFID是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，是条形码的无线版本。

应用ANCC系统和RFID技术，构建食品安全供应链信息跟踪的协调决策平台如图4所示，其中RFID解决方案可确保食品供应链的高质量数据交流，为食品行业提供了“源头”信息追踪解决方案；同时，在RFID Tag中还可以存入食品企业的认证信息，实现认证管理。该协调决策平台可以在供应链中以精确、快速的方式检索追溯数据，对原材料采购、食品加工/包装、食品运输/仓储/配送、食品销售等各个环节建立无缝的联接并进行有效的协调，实现了食品安全供应链的质量认证和跟踪管理功能。

图4 食品安全供应链信息跟踪的协调决策平台

5 结论

食品安全供应链是一个复杂适应系统，它是由功能各异的多Agent智能体组成，每个功能Agent又由完成各项活动的子Agent组成。基于此，本文构建了食品安全供应链的协调决策框架，该框架分为三层：战略层、战术层和执行层；基于三个决策层次，分析了食品安全供应链的协调决策机制，指出供应链的利益主体承担“食品安全、环境污染、资源浪费”社会责任，追求“经济利益共赢”，是食品安全供应链协调决策的指导思想；最后提出两个主要协调决策方案是“加强食品供应链快速响应能力”、“构建食品安全信息跟踪平台”。