基于供应链和可拓物元模型的乳制品企业食品质量安全风险预警研究

曾欣平，吕 伟，刘 丹

(1.武汉理工大学中国应急管理研究中心,湖北 武汉 430070；2.安全预警与应急联动技术湖北省协同创新中心,湖北 武汉 430070)

随着我国经济社会的发展和人民生活水平的不断提升，人们对乳制品的消费需求迅速增长，使得我国乳制品行业得到了飞速发展，成为我国食品制造业的支柱产业之一。在行业迅速发展的同时，一些企业因为只重产量而忽视了质量管控，导致诸如“三聚氰胺”、“黄曲霉毒素”、“无抗奶”、“结核奶”等乳制品质量安全事件频发，严重冲击了国产乳制品市场[1]。乳制品生产企业作为行业的主体对保障乳制品质量安全有关键作用，如何加强对乳制品质量安全风险的识别，提高乳制品生产企业食品质量安全风险控制能力，已成为保障我国乳制品行业健康发展迫切需要解决的问题[2]。

提高乳制品生产企业食品质量安全风险控制能力，关键要点在于提前识别风险，并对可能出现的风险进行评估预警。而目前专门针对乳制品企业食品质量安全进行研究的学者较少，大部分专家都是针对食品质量安全的风险评估和预警展开研究，并以某类食品或食品加工企业为研究对象进行分析。因此，本文首先通过搜集乳制品质量安全风险评估预警的文献资料来选取合理可靠的评估方法，进而以乳制品企业为研究对象在企业中展开实地调研搜集相关数据来进行数据分析。当前，国内外学者针对乳制品生产企业食品质量安全风险评估与预警的研究主要集中在三个方面。一是乳制品生产企业食品质量安全风险评估预警指标体系的构建。如李佳洁等[3]通过对北京市食品冷链物流的定量分析，建立了对应的物流发展影响因素指标体系，然后运用FAHP方法确定了指标体系中各项指标的权重；安裙[4]通过对乳品企业的原料生产、加工、运输流通和消费各个环节中多项检测数据进行分析与整理，构建了乳品质量安全评估指标体系；刘於勋[5]基于食品数量安全、质量安全和可持续安全三项准则建立了食品安全综合评价指标体系，并采用灰色关联分析法对食品安全现状做出了较为客观、合理的综合评价；陈秋玲等[6]在食品产业链的基础上先建立了食品安全风险评价指标，再基于突变模型对食品的生产、流通和消费环节的风险度分别进行测度，从而得出我国近年来食品安全的总风险度；钟来元等[7]从明确警情、寻找警源、分析警兆、预报警度和排警过程构建了区域综合食品安全风险预警指标体系，包括食物数量安全指标体系、食物质量安全指标体系和食物可持续供给安全指标体系。二是乳制品生产企业食品质量安全预警系统的设计。如唐晓纯等[8]基于食品安全防控的目标，将食品安全预警体系划分为信息源系统、预警分析系统、反应系统、快速反应系统；Liu等[9]采用三层BP神经网络建立了食品安全风险评估与早期预警系统；李彬等[10]以地级市作为主要研究对象，根据食品安全状况和人员配备等具体情况，通过信息采集、预警分析、构建预警反应预案三个阶段构建了地市级政府的食品安全预警系统。三是乳制品生产企业食品质量安全风险预警模型的构建。如Deng等[11]将食品安全风险评估模型看成一个多属性决策问题，引入模糊集理论和Dernpster-Shafer证据理论，在两者相结合的框架下构建了粮食安全风险评估预测模型；Zhu等[12]将支持向量机(SVM)应用于食品安全风险评估与预测领域，并在SVM基础上建立了食品安全风险评估预警模型；张静娴[13]构建了基于决策树的农产品安全风险评估模型，可适用于大样本下食品安全的风险预测；张守文[14]通过对欧美食品安全监管体制的分析研究，指出由分散监管到统一监管再到预警模式是欧美发达国家食品安全监管模式的主要形式，并在此基础上建立了一套不断改进的食品安全风险预警模型；曹秋勤[15]以SVM分类算法为理论依据，根据蔬菜种植地区的农药残留和土壤重金属综合污染指数两个方面建立基于SVM的蔬菜质量安全预测及溯源模型，并通过实例证明了该模型的可行性。

上述研究成果为我国乳制品生产企业食品质量安全评估与预警的实践提供了良好的理论基础和方法依据。但是，目前针对乳制品这类特定食品安全的风险评估与预警研究还鲜有涉及，因此本文以乳制品质量安全风险为研究对象，基于供应链的主要环节，从原材料采购、生产加工、流通储藏三大环节设计评估预警指标体系，建立了基于可拓理论的乳制品生产企业食品质量安全风险评估预警模型，并通过案例应用的对比分析，对模型进行了验证。

1 乳制品生产企业食品质量安全风险评价指标体系的构建

1.1 评价指标的确立

由于影响乳制品生产企业食品质量安全的风险因素较多，风险评价指标的选取成为乳制品企业食品质量安全风险评估的关键，仅从乳制品企业生产的单个环节或者片面因素考虑都会直接影响乳制品企业食品质量安全风险评估模型建立的科学性和合理性。然而，由于受到各种客观条件的制约，也不能选取影响乳制品生产企业食品质量安全的所有评价指标进行风险评估。本文从乳制品生产经营领域的实地考察入手，结合乳制品供应链管理的实际情况，从原材料采购、生产加工和流通储藏这三个影响乳制品企业食品质量安全的重要环节来展开分析。根据乳制品安全事故报告和食品安监局相关资料，通过实地考察与调研，构建了一条从奶场到餐桌的乳制品供应链，见图1。根据此供应链的关键环节，筛选出9个影响乳制品生产企业食品质量安全的代表性风险因素，质量安全的代表性风险因素，例如：在原材料采购环节，主要是饲料抽检合格率、兽药抽检合格率、取奶设备合格率三个方面影响原材料采购安全；在生产加工环节，主要是加工工艺合格率、包装材料合格率、封装环境合格率三个方面影响乳制品生产加工安全；在流通储藏环节，主要是储藏技术标准、运输技术标准、存货周转天数三个方面影响乳制品流通储藏安全。因此，本文根据以上9个指标建立了乳制品生产企业食品质量安全风险评价指标体系，见图2。

图1 乳制品生产企业供应链环节Fig.1 Dairy supply chain

图2 乳制品生产企业食品质量安全风险评价指标体系Fig.2 Index system of quality and safety risk assessment for dairy products

1.2 评价等级的设定

按照国家、乳制品行业和地方规定的食品安全标准，参考相关研究文献和食品安全网站，本文确定了乳制品生产企业食品质量安全风险预警各项指标对应的等级阈值，见表1。

表1 乳制品生产企业食品质量安全风险预警指标的阈值

在确定各风险因素的预警等级之后，需要对各评价指标的单位、属性导向、评价性质进行归纳才能使它们之间具有可比性。因此在确定各评价指标的实际值后，还需要对它们进行归一化处理，本文依照风险评估的特点，采用0～1区间域变换法对指标进行归一化处理，具体计算公式如下：

对于成本型即指标值越小越好的指标，有：

(1)

对于效益型即指标值越大越好的指标，有：

(2)

将表1中的所有评价指标值经标准化处理后，得到乳制品生产企业食品质量安全风险评价等级，见表2。

表2 乳制品生产企业食品质量安全风险预警等级

2 基于可拓物元的乳制品生产企业食品质量安全风险预警模型的建立

2.1 可拓学思想

可拓学是一门通过探索事物开拓的规律及可拓性来解决矛盾问题，且集数学、系统和思维科学的交叉学科[16]。可拓数学是建立在可拓集合基础之上，与经典数学和模糊数学不同，它从事物的数量和空间形式同时出发，不仅考虑了事物的量，也估计了事物的本质，不仅研究质与量相结合的物元，还研究生活中存在的大量矛盾问题。物元是描述事物的基本元，其表现形式都是通过有序的三元组R=(N，C，V)来表达的。其中，N，C，V称为物元的三要素，N表示事物，C表示特征的名称，V表示物元N关于特征C所取的量值范围。

2.2 确定模型的经典域

设待评价对象的安全程度可分为n个标准模式或等级N1,N2,…,Nn，则第j个等级的经典域为

(3)

式中:Nj表示第j个等级的物元；C为物元的特征集；Ci表示等级Nj的第i个特征即评价指标，i=1,2,…,n；区间Vji=〈vjmini,vjmaxi〉表示Nj的特征Ci的量值范围，也就是各等级相关特征的数值范围，即经典域。

2.3 确定模型的节域

用p表示待评价对象等级的全体，Rp⊃Rj，则称Vpi=〈ap1,bp2〉为物元N关于特征Ci所取量值的节域，表示如下：

(4)

2.4 确定待评价物元

待评价物元是指通过实地调查以及软件解译获得的各个评价指标的量值所组成的数组。若用Ne表示待评价对象的物元，Vei表示待评价物元Ne关于特征Ci的特征值，则待评价物元有关各特征的检测数据及物元模型Re可表示如下：

(5)

2.5 计算安全等级的关联度

对待评价对象Pi，首先用必要特征Ck的量值Vik评价。如果Vik∉Vjk，则认为评价对象Pi不满足“非满足不可的条件”，不予评价；反之，则计算待评价对象关于各安全等级的关联度。

通常，第i个评价指标经典域属于第j个安全等级的关联函数为

(6)

式中:Kj(vi)为各评价指标关于安全等级的关联度；vi为评价指标的实际数值；|Vij|为经典域区间长度；ρ(vi,Vij)为点vi与有限区间Vij=〈aij,bij〉的距；ρ(vi,Vip)为点vi与有限区间Vip=〈aip,bip〉的距。

距的计算公式为

(7)

式中：Vij=〈aij,bij〉为经典域；Vip=〈aip,bip〉为节域。

2.6 确定评价指标的权重系数

权重系数是用来判断各个评价指标重要性的相关系数，可通过主观赋权法、客观赋权法、组合赋权法等方法确定，目前常用的是层次分析法和专家打分法，但是采用这两种方法会导致专家的主观性过大，不同专家给出的结果可能大相径庭，不能保证评价结果的客观性。由于熵权法的信息均来自于客观数据，能够较好地保证评估结果的客观性和准确性。故本文采用熵权法来确定各评价指标的权重。其基本步骤如下:

(1) 对m个评价对象及每个对象的n个评价指标数据，构建归一化矩阵R=(xli)m×n，其中xli为第l个评价对象对于第i个评价指标的评价值(l=1,2,…,m；i=1,2,…,n)；

(2) 利用下式求因素熵Hi：

(8)

(3) 利用下式求熵权Wi：

(9)

2.7 乳制品企业食品质量安全等级的评定

关联函数K(x)的数值表示待评价对象符合乳制品企业食品质量安全级别的隶属程度。待评价对象R0关于安全等级j的关联度为

(10)

如果R0符合下式:

(11)

则评定待评价对象R0属于安全等级j。

3 实例应用与分析

3.1 企业概况

本文选取武汉市A、B、C、D、E、F、G、H 8家乳制品生产企业作为评价对象，通过对这些企业的实地调查，收集了企业历年相关的有效数据，以及经企业技术部门、质量管理部门相关专家的权威分析，得到8家乳制品生产企业2016年食品质量安全评价指标数据，见表3。通过定量评价这些乳制品企业食品质量的安全状况，来检验本文建立的乳制品生产企业食品安全风险预警模型的有效性，并利用该模型对各企业2016年食品质量安全状态和发展趋势进行了预警分析，明确相关企业在技术或者管理上存在的不足，进而指导乳制品生产企业做好安全监控和风险管理工作。

表3 8家乳制品生产企业2016年食品质量安全评价指标值

对表3数据进行归一化处理，得到各评价指标的归一化值，详见表4。

表4 8家乳制品生产企业2016年食品质量安全评价指标归一化值

3.2 企业食品质量安全风险评估

3.2.1 构造相关物元

构造关于该8家乳制品生产企业的经典域物元、节域物元。乳制品生产企业食品质量安全风险经典域物元有无警物元R1、轻警物元R2、中警物元R3、重警物元R4,节域物元为Rp。这里选择A、B两个乳制品生产企业为例，列出其待评价物元如下：

其余企业的待评价物元同理可得到。

3.2.2 计算各评价指标的权重

根据公式(8)和(9)，可计算得到各评价指标的权重系数，见表5。经计算，可得到评价指标的权重向量为W=(0.112 7,0.101 9,0.097 1,0.115 9,0.103 6,0.131 1,0.134 1,0.085 6,0.118 0)。

表5 8家乳制品生产企业食品质量安全评价指标的权重系数

3.2.3 乳制品企业食品质量安全等级的判定

通过已经确定的企业相关物元，利用公式(6)、(11)和上述已经确定的评价指标权重系数的集合，可计算得到各乳制品企业关于不同评价等级的关联度，见表6。

由表6和公式(11)可知，8家乳制品生产企业的食品质量安全分别处于无警、轻警、无警、无警、轻警、中警、轻警、无警状态。

表6 8家乳制品生产企业食品质量安全风险预警评价

3.3 结果分析

根据表6可知，8家乳制品生产企业关于无警(等级Ⅰ)的关联度大小排序为：KF(R0)

另外，F企业关于4个安全等级的关联度排序为：KFⅢ(R0)>KFⅡ(R0)>KFⅠ(R0)>KFⅣ(R0)，这不仅表明F企业在中警等级的关联度最大，当前处于中警状态，而且F企业在轻警区间的关联度第二大，表明F企业有从中警向轻警状态过渡的趋势，通过实地调查发现该企业正在进行改良中。同理，可以判定并比较其他各企业及各项评价指标的安全状态。通过实地调研可知，本文的评估结果与实际情况基本相符。可见，基于供应链和可拓物元模型对乳制品生产企业食品质量安全风险预警评估是科学、合理、可行的，从而验证了模型的可靠性和可行性。

4 结 论

基于供应链和可拓物元模型的乳制品生产企业食品质量安全风险预警模型是供应链管理和可拓决策理论的有机结合，对提高乳制品企业食品质量安全预警能力、定量评价乳制品生产企业食品质量安全状态并有效预警与实施乳制品企业食品质量安全全过程监管具有重要的现实意义：

(1) 立足供应链视角建立企业风险预警模型，能有效地克服针对单一生产环节风险预警的片面性，进而能够用系统的思想对影响企业食品质量安全的流程及系统要素进行综合考察。

(2) 基于可拓学思想的食品质量安全风险预警模型，可以针对企业食品质量安全的单个影响因素进行单指标安全预警分析，也可以对多因素进行多尺度综合评价分析，用来定量评判企业食品质量安全预警状态，动态预测企业食品质量安全状态的发展和变化趋势。

(3) 通过该模型确定的企业食品质量安全预警状态，可为企业食品质量安全预警以及监管部门有效地防范和控制企业食品质量安全提供决策依据。此外，还可以基于供应链视角构建由企业食品质量安全监控、信用监管和逆向追溯等子系统构成的企业食品质量安全监管体系，用来预防和控制食品安全，改善和提高食品质量。