基于收益共享契约的热带农产品供应链仿真

谢 萌，李玉凤

（海南大学 管理学院，海南 海口 570100）

1 引言

消费者在超市或大型卖场购买热带农产品时，最优先的考虑因素为质量。热带农产品在节点企业之间传递时，经常会出现信息不对称的情况，如批发商为了短期利益而向零售商隐瞒农产品的新鲜度信息，从而导致最终的售卖环节消费者购买欲望降低，零售环节利润下降，上下游之间信任度降低，最终影响供应链的运行效率和利润，而收益共享契约能够以合同的形式来确定节点企业的权利和义务。故将收益共享契约引入热带农产品供应链中，约束上下游企业的行为，显得尤为重要。

国内外学者从供应链运作模式、库存管理、供应链协调等不同的视角对农产品供应链进行研究。在供应链运作模式方面，Carbone A[1]描述了主要生鲜农产品供应链模式，并研究农民在供应链中的地位和获得的效益。浦徐进，等[2]利用不对称纳什模型来反映合作社和超市的交易过程，并对单一的农超对接和双渠道模式下的效率进行比较。赵振强，等[3]分析构建农产品智慧供应链的必要性以及关键问题，并通过信息共享平台、智慧物流港等方面对农产品智慧供应链运作模式进行阐述。在库存管理方面，Ndivhuwo，等[4]论述了库存管理与不确定需求之间的关系，同时评估生鲜农产品的不确定性需求对库存管理的影响。Moonsoo Shin，等[5]以韩国泡菜为例，建立易腐动态库存模型并采用两种启发式算法和CPLEX算法对模型进行求解。王淑云，等[6]针对配送中心与零售商组成的二级冷链系统，引入保鲜努力与时间因素对生鲜农产品的数量与质量损耗进行刻画和研究。孙文清[7]构建了协同式供应链库存管理模式下的农产品供应链模型，并分析模型参数对牛鞭效应和成本的影响。在农产品供应链协调方面，主要集中在契约研究。Edward Anderson，等[8]针对具有收益风险的农产品供应链，证明双重折扣契约能够实现协调，最后通过APSIM 的数据进行估算。LI Jinfa，等[9]利用CVaR 风险度量方法建立了风险偏好零售商和风险中性制造商的两级供应链，指出零售商的风险偏好值与其返还给制造商的利润比例呈正相关。杨亚等[10]针对生鲜农产品供应链上下游的新鲜度不对称的问题，基于Stackelberg博弈来分析供应链性质，提出具体的回购契约以实现供应链协调。王永龙，等[11]在农产品供应链中考虑了生产努力和销售努力，证明“收益共享+两部费用+努力成本共担”的组合式契约能够更有效地协调供应链。综上，现有文献多应用博弈论方法来研究如何应用契约实现农产品供应链协调，采用系统动力学方法的较少。热带农产品由于产地偏远且易腐，不易保存，上述供应链协调研究中较少考虑到其特殊性，忽视了农产品的新鲜度以及保鲜投入等因素对供应链的影响。

因此，在充分考虑农产品供应链的特点的基础上，将新鲜度引入模型，构建基于收益共享契约的三级热带农产品供应链的系统动力学模型，选取不同的收入分配系数，并应用Vensim PLE 软件来分析不同方案下的供应链的节点利润变动情况；基于最优的契约选择，研究订货提前期和保鲜投入对供应链的影响，为各级成员更好地参与供应链，保证供应链的整体效益提供决策参考。

2 热带农产品的供应链模型构建

2.1 模型边界

热带农产品的三级供应链模型是由生产商、批发商、零售商组成的单一链条。生产商主要指农户或农村合作社，主要承担农产品的生产部分；批发商指批发市场等，在供应链中主要承担农产品的分销和集货；零售商指大型超市或农贸市场。如图1 所示，首先，生产商生产出农产品后经批发商对产品进行收购，然后将农产品转运给零售商，最后由零售商送达到终端消费者手中，完成供应链中物的流动；而资金流同物流运动方向相反，由消费者经零售商、批发商最终到达生产商，完成商品所有权的转移；信息流主要包括需求和供应信息，在消费者和生产商之间虚拟双向流动，零售商在收到消费者需求的信号时会向批发商请求订货，批发商进而向上级的生产商发出信息，完成需求信息的流动，而供应信息则同物流一起沿着热带农产品供应链从生产商向终端消费者流动。

图1 热带农产品供应链流程图

2.2 基本假设

（1）研究单一的热带农产品，且具有易变质的属性。

（2）只考虑零售商的新鲜度f；消费者对农产品的需求与新鲜度呈正相关。

（3）保鲜水平反映新鲜度f受保鲜投入影响的程度，其受保鲜投入延迟α和随机影响因素β影响。保鲜投入延迟α 指供应链总利润的一部分作为技术投入，存在一定的延迟；随机影响因素β指在进行冷链物流保鲜水平建设的过程中，还存在其他影响因素，如专业人才数量、管理能力、冷链设备水平等。

（4）批发商从上游的供应商处以较低的价格批发商品，并承诺以一定的利益比例作为回报，即将自己所得收入的一部分分配给供应商，假定该收入分配系数为λ1；零售商从批发商那里以较低的批发价格购买商品，并承诺以一定比例的收益作为回报，假定该收入分配系数为λ2。

（5）批发商订货增量比Iw和零售商订货增量比Ir反映优惠后的订货价格对订货率的影响。上游给下游的单位订货价格优惠力度越大，下游企业的订货量越大。

（6）价格影响系数η表示契约下的热带农产品的零售价格对顾客需求的影响程度。

（7）成本核算方面，只考虑订货成本、运输成本和库存成本。

2.3 模型的基本方程

基于上述假设，并借鉴已有文献的相关研究，部分方程如下：

f=( 保鲜水平^0.15)/(0.01*零售商库存持续时间+1)

保鲜水平=α*0.7+β*0.3

α=DELAY FIXED((供应链总利润^0.025/1.6),100,0.65)

供应链总利润=生产商利润+批发商利润+零售商利润

生产商利润=生产商收入-生产商总成本+λ1*批发商收入

批发商利润=批发商收入*(1-λ1)-批发商总成本+λ2*零售商收入

零售商利润=零售商收入*(1-λ2)-零售商总成本

η=WITH LOOK UP(基准零售价格-零售价格，([(0.4,0)-(10,10)],(0.5,0.2),(1,0.5),(1.5,1),(2,1.5))

Ir=WITH LOOK UP(零售商的订货价格，([(0,0)-(20,20)],(12,1.25),(13,1.2),(13.5,1.15),(14,1.1),(14.5,1.05),(15,1))

Iw=WITH LOOK UP(批发商订货价格，([(0,0)-(20,20)],(7,1.25),(7.5,1.2),(7.8,1.15),(8.5,1.1),(8.8,1.05),(9,1))

批发商订货率=(SMOOTHI(批发商库存调整,批发商订货提前期,批发商入库延迟时间))*Iw

零售商订货率=(SMOOTHI(零售商库存调整,零售商订货提前期,零售商入库延迟时间))*Ir

零售商销售率=MIN(零售商库存,顾客需求)顾客需求=f*100*(1+η)

2.4 模型构建

综合考虑变量之间的相关关系，依据实际情况，构建基于收益共享契约的热带农产品系统动力学模型如图2所示。

图2 基于收益共享契约的热带农产品系统动力学模型

2.5 常量设置

常量设置见表1。

表1 常量设置

3 仿真研究

应用Vensim PLE 软件进行仿真，设定INITIAL TIME = 0，FINAL TIME=100，TIME STEP=1。

3.1 收益共享契约的仿真方案

为研究不同的收入分配系数对热带农产品供应链整体和节点利润的影响，设计共享契约仿真方案见表2。

表2 收益共享契约方案

3.1.1 零售商利润分析。如图3 所示：第15d 之前，零售商实行契约共享与不实行的利润基本保持一致，在15d之后，实行契约共享的优势逐渐显现，引入收益共享契约条件下的零售商利润均高于无契约条件下的值，说明收益共享契约对零售商具有很好的协调效力。对比有契约条件下的利润图，契约1、2、4条件下的利润值大体一致且明显高于其他契约，此时，零售商可以选择其中任意一种方案。

图3 零售商利润

3.1.2 批发商利润分析。如图4 所示：（1）存在契约的批发商利润值均高于无契约。原因分析：批发商同零售商签订契约后，批发商约定给零售商一定的优惠价格，相应的，零售商需将自己销售收入与批发商共享。优惠价格使得零售商订货量增加，批发商收入增加，同时由于零售商收入逐渐提升，批发商共享的收入也得到增加。（2）第15d 之前，引入契约的4种方案下，批发商的利润基本保持一致，第15d后，各个契约之间的差距逐渐拉大，契约1条件下的批发商利润均高于其他契约条件下的值，故批发商为了追求自身利润的最大化会更偏向于选择契约1。

图4 批发商利润

3.1.3 生产商利润分析。如图5所示，引入契约条件的生产商利润均高于无契约条件下的利润值，且随时间变化，两种条件下的利润差距逐渐变大。原因分析：生产商与零售商之间签订共享契约，生产商给予批发商优惠价格，刺激了批发商的订货量需求，生产商利润增加。对比有契约条件下的利润图，发现契约4的生产商利润高于其他条件，即契约4对生产商的协调能力更好，为其带来更多收益，生产商的最优契约选择为契约4。

图5 生产商利润

3.1.4 供应链整体利润仿真。如图6所示，存在契约的供应链利润均高于无契约时的利润值，热带农产品供应链的整体利润在引入收益共享契约后得到提升。原因分析：引入契约后，节点企业遵守约定，上游企业均给予下游企业一定的优惠价格，促使下游订货增加，使得企业之间冲突得到缓解，合作伙伴意识得到加强，进而提升了整体绩效。契约1条件下的供应链整体利润最大，明显高于其他条件下的利润值，故供应链的最优决策为契约1。

图6 供应链总利润

综上，有契约条件下各个节点以及供应链整体的利润均高于无契约条件下的值，故收益共享契约可以协调热带农产品供应链，在提高上下游企业的效益的基础上进一步提高整体供应链的收益。进行契约方案选择时，契约1为热带农产品供应链的最优选择。实行契约是为了实现农产品供应链的利润最大化，契约1 条件下，供应链整体、批发商、零售商均达到了利润最大化，生产商虽然没有达到最优的利润，但仍比不参与契约条件下利润高，故生产商可能会妥协，服从供应链整体的选择。除收入分配系数会对契约产生影响外，在现实情况中，契约双方的博弈、收益共享契约下的管理成本等均对收益共享契约有影响。契约一方的博弈、谈判能力越强，则越容易获得对自己有利的收入分配系数，从而实现自身利益的最大化；收益共享契约的一方企业为了确保自己获得应有的利润，需要对另一方的利润进行监控，从而产生了管理成本，如果管理成本过高，也可能导致契约关系破裂。

3.2 改变订货提前期的仿真方案

在契约1 的基础上，保持其他参数不变，改变可控决策参数—订货提前期，原始参数设置中，批发商的订货提前期为8d，零售商的订货提前期为7d，现将这两个常量均设置为12d，且为观察长期变化趋势，将结束时间改为300d。进行模拟后，得到批发商和零售商的库存量变化图，如图7、图8所示。

图7 批发商库存

图8 零售商库存

订货提前期的改变对零售商和批发商库存带来了显著的变化。从时间维度来看，批发商库存和零售商库存在90d之前波动幅度较大，90d之后，波动逐渐减弱。纵向，对比订货提前期变化前后，在120d之前，两种条件下的库存波动差别较大，订货提前期增加后，批发商和零售商库存的波动幅度明显大于基准条件；120d之后，两种条件下的库存波动大体保持一致。订货提前期越长，企业备货越多，库存波动幅度越大，系统越不稳定，而热带农产品运输距离远且不易保存，故较大的库存波动会增加新鲜度降低、产品腐损的风险。

3.3 改变保鲜投入的仿真方案

在契约1 的基础上，保持其他参数不变，改变原有模型中保鲜投入延迟的系数设置。初始的保鲜投入延迟系数为0.025，现将其增大为0.075，进行模拟后，得到下列的利润变化图如图9、图10、图11、图12所示。

图9 生产商利润

图10 批发商利润

图11 零售商利润

图12 供应链总利润

第120d 之前，两种条件下的节点和供应链整体的利润值相差不大；在120d之后，保鲜投入比例增大情况下的利润明显大于基准条件下的值，且随着时间的推移，二者的差距逐渐变大。原因分析：随着保鲜投入的增加，热带农产品的新鲜度得到保证，消费者需求提升，库存得到快速更新，进而提高了供应链及节点企业的利润。

4 结论与建议

4.1 结论

针对热带农产品供应链中常见的易腐性、信息不完全性，采用系统动力学方法研究其内部的动态反馈问题，构建基于收益共享契约的三级热带农产品供应链系统动力学模型，应用Vensim PLE 软件进行仿真分析。研究发现：（1）收益共享契约可以协调热带农产品供应链，收入分配系数的合理设置可以提升供应链整体和各个节点的利润。（2）在最优的契约条件下，通过对订货提前期和保鲜投入比例的进一步仿真，结果显示，订货提前期对于节点的库存波动有重要影响，不合适的订货提前期会导致库存波动幅度变大，企业库存成本增加，对供应链的效益产生消极影响；保鲜投入比例与供应链及节点企业利润值呈正相关，企业增加保鲜投入比例会进一步影响产品的新鲜度以及消费者的需求，最终会提高各个节点企业以及供应链整体的利润。

4.2 建议

（1）制定合理的收入分配系数。一个合理科学的收入分配系数可以在保证各个节点企业的利润的基础上提高供应链整体的利润，因此，企业之间在制定收益共享契约时，应该经过广泛的市场调查和科学的论证，以便提出有效的收益共享方案。而最优的收入分配系数的设置则要看整体供应链的利润以及上下游企业之间的博弈和协调。（2）确定合适的订货提前期。企业在确定订货提前期时，一方面，应该充分考虑到市场需求，应用先进的信息技术缩短订货提前期；另一方面，上下游企业之间应紧密联系，合作共赢，共享需求信息，降低需求预测的误差，保证热带农产品的质量，减小牛鞭效应的影响。（3）增大保鲜投入。企业增加保鲜投入比例符合供应链以及节点企业的利益，供应链上下游企业应通力合作增加保鲜投入，提高保鲜技术水平。例如，加强基础设施建设，如冷藏车、低温库等；通过全程的冷藏保鲜技术降低农产品的损耗，保证质量；应用大数据、物流网、传感器等技术，科学预测农产品的需求并对农产品的流通过程进行监控。