生鲜电商供应链质量控制建模与仿真分析*

□ 梁 雯，王 钦，赵莉杰

(1.兰州工业学院 经济管理学院,甘肃 兰州 730050；2.兰州理工大学 经济管理学院,甘肃 兰州 730000；3.新乡医学院三全学院 健康管理学院,河南 新乡 453003)

随着电子商务的发展，生鲜产品供应商也开通网络销售渠道，消费者也日渐趋向在生鲜电商平台消费[1]。由于消费者消费意识日益健康化和生鲜产品具有易损易腐的特性，消费者对生鲜产品的质量水平、响应速度、配送服务水平等的诉求越来越高。这就要求生鲜电商供应链从生产、供应到销售等各个环节都加强生鲜产品的质量控制[2]。由于供应链企业多以自身期望利益最大化为目标，在生鲜产品的质量控制投入方面较弱。因此，为实现生鲜供应链成员利润与责任的合理分配、保证供应链的协调优化，供应链质量控制的协调优化问题成为当前研究的一个热点。

目前，生鲜供应链的研究吸引了国内外众多学者，与本文相关的研究主要集中在以下两个方面：一是生鲜供应链质量控制水平的研究。Jraisat L等[3]对13个与生鲜产品质量有关的控制因素进行研究，发现质量控制是改善供应链的主要策略。Wu Q等[4]研究发现物流服务质量是影响产品质量和销售的重要因素。Shen Q等[5]对电商供应链的研究表明，加强生产商与电商对农产品质量控制的责任是实现供应链质量控制的关键。Cai G[6]以努力水平为控制变量，构建二级供应链优化模型，研究运输对生鲜农产品的损耗。Blackburn J等[7]以降低供应链中易腐产品的价值损失率为目标，设计了相关的供应链策略。Macheka L等[8]通过对产品生产的核心流程的控制降低新鲜产品收割或采摘带来的质量损失。Chen J等[9]基于数量和质量的策略，建立了保鲜努力决策的易逝品装运整合随机模式。Rong A等[10]通过模拟食品的退化并应用于线性规划模型中，建立了食品配送系统进而控制食品质量。二是契约协调生鲜电商供应链的研究。曹裕等[11]以二级供应链为研究对象，发现供应链双方均采取“成本共担”契约时能够获得比零售商单独承担成本时更高的供应链利润。杨怀珍等[12]以三级生鲜电商供应链为研究对象，发现价格补贴机制、收益共享契约对实现生鲜供应链各成员利润的分配和供应链协调具有显著效果。甘小冰等[13]以双渠道生鲜供应链为研究对象，运用动态博弈分析渠道间的行为决策，发现收益共享契约更加有利于生鲜农产品的网络销售渠道。Yan B等[14]研究了在保障供应链产品质量情况下的各企业的利益分配问题，通过设计改进的收益共享契约利润分配模型，实现了合理分配三级生鲜农产品供应链的收益。Yan X等[15]研究了在质量信息不对称情形下的质量改进，研究发现合理的质量契约能够有效激励供应商对产品质量的投入。白世贞等[16]以保鲜努力水平和促销努力水平为控制变量，设计“收益共享+成本共担”契约对二级生鲜供应链进行协调，证明了混合契约正向影响保鲜水平和促销努力水平。徐广姝等[17]在白世贞的契约模型的基础上考虑了“数量折扣”，设计了三者的组合契约模型对二级生鲜供应链进行协调，找到了可实现系统优化的契约参数范围。

综上所述，目前对于生鲜供应链的研究集中在供应链成员之间的利益分配上，主要通过组合契约来实现对生鲜产品的质量控制，且运用最广泛的是收益共享契约和成本共担契约，而针对生鲜产品质量控制的契约协调研究仍较少。本文以生鲜电商供应链质量控制系统为研究对象，设计了“收益共享+质量奖惩”的混合契约。在考虑生鲜电商市场需求及供应链成员行为决策影响因素的基础上，构建了生鲜电商供应链质量控制组合契约协调质量控制系统动力学模型，并仿真分析不同契约协调下生鲜电商供应链质量情况。

1 问题描述、符号说明与假设

1.1 问题描述

经文献梳理分析发现，运用“收益共享”“成本共担”等正式契约来协调供应链是一种常用而有效的手段。本文将协调生鲜供应链中经典的“收益契约”纳入生鲜电商供应链质量控制系统，以优化供应链整体利益的分配，进而实现对供应链质量的控制。然而，生鲜供应链在生鲜产品的生产、销售、配送等环节的质量控制水平需要供应链成员更多的质量控制投入，这对以利益最大化为目标的企业来说，是更大的一笔间接投入。为了解决这一问题，满足生鲜产品消费者需求，需要供应链成员的共同努力，因此本文将“质量奖惩”契约引入生鲜电商供应链质量控制系统，以约束生鲜生产商和销售电商为提高生鲜产品的质量水平而努力。

1.2 符号说明

为了便于理解文章，本文方程设计中涉及到的符号说明如表1所示。

表1 符号及说明

1.3 研究假设

假设1：本文的研究对象是FS-FE二级生鲜电商供应链。FS负责生产生鲜产品，并决定在生产环节的保鲜投入以控制生鲜产品质量；FE以w批发q数量的生鲜产品，决定在运输和销售期间的保鲜投入、物流服务投入以控制生鲜产品质量，以价格P经网络渠道销售给消费者；消费者通过网上浏览，根据产品质量、价格等因素选择满意的生鲜产品后进行选购下单、网上付款等一系列消费行为，期间FE可以对生鲜质量水平进行质量监督，并依据生鲜合格率情况对生鲜生产商进行奖罚，FS为了避免惩罚则需要进行生鲜品质量预防。具体运作模式如图1所示。

图1 生鲜电商供应链运作模式

假设2：生鲜市场需求受到生鲜市场规模、市场价格、产品质量初始水平、生产商质量预防水平、电商质量监督水平、保鲜水平、物流服务水平等因素的影响。契约协调下，以生产质量努力投入程度、生产质量预防努力投入程度表征生产质量控制，以电商保鲜质量努力投入程度、物流服务努力投入程度、电商质量监督努力投入程度表征电商质量控制，即Q=生鲜市场规模-n*P+bE*FS产品生产质量初始水平*FE保鲜水平+gE*FE物流服务努力水平+aE*FE质量监督水平+aS*FS质量预防水平。

假设3：鉴于生鲜产品的易损易腐特性，将产品的新鲜度转化成两个阶段，不同阶段的新鲜度因素均对生鲜产品最终质量水平产生一定程度的影响，其影响因素主要包括生产阶段产品的质量初始水平、销售阶段的保鲜水平和物流服务水平，本文用表函数表示以上具体的影响关系。

假设4：生产商在生鲜品的生产环节投入质量预防成本，销售商(电商)在销售环节实施质量监督努力投入、保鲜投入及物流服务投入，同时承担对应的质量成本，这四种成本函数构造为

假设5：本文研究的生鲜电商供应链只考虑单一生鲜产品交易且始终有充足的货源供给，不考虑生产商的竞争和缺货损失问题。

2 模型分析、构建与检验

2.1 模型分析

本文研究在“收益共享”契约、“质量奖惩”契约以及“收益共享+质量奖惩”组合契约三种契约协调下，以生产商、电商质量控制投入为契约协调变量，对比分析三种契约协调下的生鲜电商供应链质量控制水平整体效益，找出最优的契约协调质量控制方案。

根据上述研究思路，构建基于SD的契约协调生鲜电商供应链质量控制作用机理框架图，如图2所示，并分别对不同供应链契约的协调作用机理作详细说明。

图2 基于SD的“收益共享+质量奖惩”组合契约协调生鲜电商供应链质量控制作用机理框架图

①收益共享契约协调。

收益共享契约(Revenue-Sharing Contract)：FS将生鲜产品按照比成本批发价更低的价格批发给FE，FE为了弥补供应商的损失，将产品的销售收入依据某一收益共享比例返还给FS，通过合理分配生产商和电商的利润与责任，实现收益共享及责任共担。

本文对“FS-FE”阶段实施收益共享契约。当电商致力于保鲜质量控制和物流服务质量控制时，生产商以低于其成本c的批发价格w将生鲜产品批发给电商，电商则以市场价格P出售(w

②质量奖惩契约协调。

本文对“FS-FE”阶段实施质量奖惩契约。FE有权对FS实施质量监督，并将质量预防水平与生产合格标准进行比较，当FS质量预防水平低于合格标准时，FE对FS进行惩罚，惩罚收益归FE。当FS质量预防水平超出合格标准且达到标准上限时，FE对FS进行奖赏，奖赏收益归FS。在“质量奖惩”契约过程中，FE需要付出相应的质量监督成本，FS为了达到合格质量水平，也需要付出相应的质量预防投入。

将上述两种契约进行组合，对“FS-FE”阶段实施“收益共享+质量奖惩”组合契约，考察混合契约协调与单个契约条件下的生鲜电商供应链质量控制变动。

2.2 模型构建

在“收益共享”契约协调下，FE需要将生鲜产品的销售利润按照契约约束的比例补贴给FS，FS为了回馈FE，将降低生鲜产品的批发价格。这意味着，随着FE销售利润的增加，将给予FS更高的补贴，FS在这样的“收益共享”契约中取得更高的补贴后，将会进一步降低批发价格，使得FE利润增加，FS将得到更多来自FE的销售利润补贴。

在“质量奖惩”契约协调下，FE将会对FS提供的产品质量进行惩罚或奖励。这就意味着，FE将投入质量监督控制成本，对FS提供的生鲜产品进行质量监督，当生鲜产品质量预防水平高于合格标准时，FE将会对FS进行一定比例的奖励，进而促进FS更加致力于生鲜产品生产过程中的质量控制投入，增强生鲜产品的质量水平；当生鲜产品质量预防水平低于合格标准时，FS将要支付FE质量惩罚，进而促进FE对质量监督更大投入，从而提高生鲜产品的质量水平。

图3 生鲜电商供应链契约协调质量控制存量流量图

在“收益共享+质量奖惩”契约协调下，FS、FE双方的利润和产品质量水平相互促进。这就意味着，随着FE销售利润的增加，FS将会得到更多的补贴，得到补贴后FS会降低批发价格以回馈FE，也会进一步提高生鲜产品生产过程中的质量控制水平，从而增强生鲜产品的质量，而生鲜产品质量的提高更有利于FE获得更高的利润。随着FE利润的增加，FE愿意投入更大的监督成本，并加大质量奖惩比例，此时FS则会选择加大预防力度，避免产品不合格，从而进一步控制产品质量水平。在这种契约下，FS会有更强的意识提高产品的质量控制水平、FE也将会进一步加大质量控制监督保障产品的质量，同时FS希望FE能够获得更大的销售利润，从而使其在电商渠道得到更多的补贴、FE希望FS提供更高的产品质量控制水平和更低的批发价格。即在组合契约协调下，FS、FE的利润相互促进，且增加了生鲜产品的质量控制水平。

对与契约运行相关的变量，通过建立相应的函数方程的形式来反映它们相互影响的程度及契约协调下FS、FE在生鲜供应链中相互促进的作用，构建生鲜电商供应链质量控制契约协调模型。

本文借鉴契约协调相关研究[5,18]，构建正式契约条件下的状态变量方程、辅助变量方程、速率变量方程，具体的契约方程构建如下：

①正式契约状态变量方程设计。

生鲜生产商总利润=INTERG(生鲜生产商收入增加率-生鲜生产商成本增加率+质量奖惩损益,0)；

生鲜电商总利润=INTERG(生鲜电商收入增加率-生鲜电商成本增加率+质量奖惩,0)。

②正式契约速率变量方程设计。

FS收入增加率=FS发货收入+FS收益共享契约收益；

FE成本增加率=FE保鲜努力成本+FE库存成本+FE物流服务努力成本+FE订货成本+FE运输成本+FE正式契约收益+FE质量监督成本。

③正式契约辅助变量方程设计。

FS收益共享契约收益=FE收入增加率*φ；

FE收益共享契约收益=FS收益共享契约收益；

FS质量预防成本=1/2(Ks*FS质量预防水平^2)；

FE质量监督成本=1/2(Ke*FE质量监督水平^2)；

质量奖赏=IF THEN ELSE(FS预防水平≥0.6,IF THEN ELSE(FS预防水平>0.7,β*FS预防成本,0 ),-β*FS预防成本)；

质量惩罚=IF THEN ELSE(FS预防水平≥0.6,IF THEN ELSE(FS预防水平>0.7,-β*FE监督成本,0 ),β*FE监督成本)。

2.3 模型检验

为确保构建的模型结构合理、逻辑通顺且能够适用于本文所研究的问题、真实反映与刻画实际系统，在运用模型仿真分析之前，首先运用Vensim PLE软件，检验生鲜电商供应链质量控制模型逻辑结构是否合理，行为是否能够真实再现实际系统。结果显示该模型通过量纲一致性检验与可靠性检测。

3 模型仿真分析

3.1 正式契约协调质量控制仿真优化

相关研究表明[19]，当供应链企业质量控制努力投入程度超过0.32时，质量控制效率增加开始放缓，直至0.5～0.6时相对稳定。因为本文主要研究契约协调下的供应链质量控制水平，故而本文将质量初始投入设置为0.5，再加入“收益共享”与“质量奖惩”契约，考察继续增加努力程度能否带来质量控制水平及效率的提升。进一步地，本文对质量控制收益共享契约、质量控制质量奖惩契约、质量控制组合契约三种方案进行对比，研究不同契约协调下的供应链质量控制水平及效率的变动情况。具体方案设置如表2所示。

表2 质量控制契约方案

仿真分析不同契约协调下各阶段生鲜品质量水平变动及与生鲜品质量密切相关的生鲜供应链各级成员利润水平与生鲜市场需求变动情况，如图4所示。

图4 不同质量控制契约下生鲜质量控制及生鲜供应链各成员利润

由图4可以看出，在“收益共享”和“质量奖惩”契约的共同协调下，通过对FS、FE的质量控制行为的激励可以促进各阶段质量水平的提升，从而带动生鲜产品的市场需求，促进供应链各级成员利润的增加，这说明契约能够有效协调供应链质量控制；在“收益共享+质量奖惩”组合契约下质量控制水平更高，这说明在组合契约协调下，由于收益分配和质量水平均在协调范围内，FS和FE会为了自己获取更高的利润而加强质量控制，因此组合契约在实现供应链协调的同时，增加了产品的质量控制，即组合契约能够同时提升供应链的质量控制水平和供应链收益。

对于图4(c)，对比“收益共享”契约与“质量奖惩”契约仿真结果可以发现，“质量奖惩”契约与组合契约下的生产质量控制、最终质量水平相较于“收益共享”契约协调均较高。这就表明生鲜电商供应链实施“质量奖惩”契约可以在更大程度上促进生产质量控制水平提升，从而提升生产质量水平，进而促进最终产品质量水平的提升，这是因为FE对FS实施质量监督，FS为避免因达不到合格标准而被惩罚，会选择加大质量努力投入成本，从而促进生鲜产品质量水平的提高；而在收益共享契约与组合契约下，FE物流服务水平高于其他决策方案下的物流服务水平。在销售阶段，“收益共享”契约能够理想地、准确地提升物流服务水平。综上，“质量奖惩”契约对FS质量控制较为有效，“收益共享”契约对FE质量控制较为有效。因此，企业在使用契约协调供应链时，可以考虑将两种契约分别引入适当的供应链质量控制环节，从而实现供应链质量控制水平与供应链效益的双重优化。

3.2 正式契约协调质量控制效率数值分析

为进一步对比不同契约的质量控制效果，本文对系统模拟仿真的供应链质量控制结果进行数值分析。首先，随机选择几个时间段的数据，参考学者周金华、朱建军等的研究[20]，设置如式(1)计算公式，计算收益共享契约、质量奖惩契约及其组合契约对生鲜电商供应链的质量控制效率及供应链收益增加效率。

其中，i1表示“收益共享”契约条件下最终质量水平或生鲜供应链总利润，i2表示质量奖惩契约条件下最终质量水平或生鲜供应链总利润，i3表示“收益共享+质量奖惩”契约条件下最终质量水平或生鲜供应链总利润，πT0表示初始质量决策下的最终质量水平或生鲜供应链总利润。研究得出以下结果：

①收益共享契约、质量奖惩契约、组合契约下质量水平分别提高了2.43%、7.56%、11.21%；

②总利润分别提高了3.75%、11.52%、17.06%；

③加入契约后质量控制效率及供应链收益增加效率均有所提升，其中组合契约提高程度最大，质量奖惩契约次之，收益共享契约最低。

表3 契约质量控制效率分析

4 结论

本文设计了“收益共享+质量奖惩”正式契约对生鲜电商供应链质量控制系统进行协调和优化。为明确组合契约中每个单契约的侧重点，特设收益共享契约、质量奖惩契约及组合契约三种方案，对比分析三种方案下的生鲜电商供应链质量控制水平变动情况及收益提升情况，得出如下结论：

①加入契约能够实现供应链质量控制水平的提升，进而实现整体供应链绩效的提升。其中，“质量奖惩”契约适用于生产环节，通过FE对FS的监督，促使FS在产品生产过程中投入更高的质量控制成本，提升生产质量控制水平；“收益共享”契约适用于销售环节，FS以低于成本的价格将产品批发给FE，促使FE努力销售以得到更高的利润，FE将销售利润以一定比例补贴给FS，实现双方的利益分配，提升销售阶段的质量水平。

②组合契约能结合两种单契约的优势，对FS、FE均产生质量努力激励，促进缔约双方都加大质量控制投入，因此组合契约下的生鲜质量水平总是高于单契约下的生鲜质量水平，高质量带动高需求，高需求带动收益，组合契约协调下的供应链收益也总是高于单个契约的供应链收益。

③加入契约后对质量控制效率进行数值分析发现质量控制效率实现了提升，从而带动了供应链收益增加率的提升。其中组合契约提高程度最大，质量奖惩契约次之，收益共享契约最低。