生鮮電商供應鏈質量控制建模與仿真分析*

□ 梁 雯，王 欽，趙莉杰

(1.蘭州工業學院 經濟管理學院,甘肅 蘭州 730050；2.蘭州理工大學 經濟管理學院,甘肅 蘭州 730000；3.新鄉醫學院三全學院 健康管理學院,河南 新鄉 453003)

隨著電子商務的發展，生鮮產品供應商也開通網絡銷售渠道，消費者也日漸趨向在生鮮電商平臺消費[1]。由于消費者消費意識日益健康化和生鮮產品具有易損易腐的特性，消費者對生鮮產品的質量水平、響應速度、配送服務水平等的訴求越來越高。這就要求生鮮電商供應鏈從生產、供應到銷售等各個環節都加強生鮮產品的質量控制[2]。由于供應鏈企業多以自身期望利益最大化為目標，在生鮮產品的質量控制投入方面較弱。因此，為實現生鮮供應鏈成員利潤與責任的合理分配、保證供應鏈的協調優化，供應鏈質量控制的協調優化問題成為當前研究的一個熱點。

目前，生鮮供應鏈的研究吸引了國內外眾多學者，與本文相關的研究主要集中在以下兩個方面：一是生鮮供應鏈質量控制水平的研究。Jraisat L等[3]對13個與生鮮產品質量有關的控制因素進行研究，發現質量控制是改善供應鏈的主要策略。Wu Q等[4]研究發現物流服務質量是影響產品質量和銷售的重要因素。Shen Q等[5]對電商供應鏈的研究表明，加強生產商與電商對農產品質量控制的責任是實現供應鏈質量控制的關鍵。Cai G[6]以努力水平為控制變量，構建二級供應鏈優化模型，研究運輸對生鮮農產品的損耗。Blackburn J等[7]以降低供應鏈中易腐產品的價值損失率為目標，設計了相關的供應鏈策略。Macheka L等[8]通過對產品生產的核心流程的控制降低新鮮產品收割或采摘帶來的質量損失。Chen J等[9]基于數量和質量的策略，建立了保鮮努力決策的易逝品裝運整合隨機模式。Rong A等[10]通過模擬食品的退化并應用于線性規劃模型中，建立了食品配送系統進而控制食品質量。二是契約協調生鮮電商供應鏈的研究。曹裕等[11]以二級供應鏈為研究對象，發現供應鏈雙方均采取“成本共擔”契約時能夠獲得比零售商單獨承擔成本時更高的供應鏈利潤。楊懷珍等[12]以三級生鮮電商供應鏈為研究對象，發現價格補貼機制、收益共享契約對實現生鮮供應鏈各成員利潤的分配和供應鏈協調具有顯著效果。甘小冰等[13]以雙渠道生鮮供應鏈為研究對象，運用動態博弈分析渠道間的行為決策，發現收益共享契約更加有利于生鮮農產品的網絡銷售渠道。Yan B等[14]研究了在保障供應鏈產品質量情況下的各企業的利益分配問題，通過設計改進的收益共享契約利潤分配模型，實現了合理分配三級生鮮農產品供應鏈的收益。Yan X等[15]研究了在質量信息不對稱情形下的質量改進，研究發現合理的質量契約能夠有效激勵供應商對產品質量的投入。白世貞等[16]以保鮮努力水平和促銷努力水平為控制變量，設計“收益共享+成本共擔”契約對二級生鮮供應鏈進行協調，證明了混合契約正向影響保鮮水平和促銷努力水平。徐廣姝等[17]在白世貞的契約模型的基礎上考慮了“數量折扣”，設計了三者的組合契約模型對二級生鮮供應鏈進行協調，找到了可實現系統優化的契約參數范圍。

綜上所述，目前對于生鮮供應鏈的研究集中在供應鏈成員之間的利益分配上，主要通過組合契約來實現對生鮮產品的質量控制，且運用最廣泛的是收益共享契約和成本共擔契約，而針對生鮮產品質量控制的契約協調研究仍較少。本文以生鮮電商供應鏈質量控制系統為研究對象，設計了“收益共享+質量獎懲”的混合契約。在考慮生鮮電商市場需求及供應鏈成員行為決策影響因素的基礎上，構建了生鮮電商供應鏈質量控制組合契約協調質量控制系統動力學模型，并仿真分析不同契約協調下生鮮電商供應鏈質量情況。

1 問題描述、符號說明與假設

1.1 問題描述

經文獻梳理分析發現，運用“收益共享”“成本共擔”等正式契約來協調供應鏈是一種常用而有效的手段。本文將協調生鮮供應鏈中經典的“收益契約”納入生鮮電商供應鏈質量控制系統，以優化供應鏈整體利益的分配，進而實現對供應鏈質量的控制。然而，生鮮供應鏈在生鮮產品的生產、銷售、配送等環節的質量控制水平需要供應鏈成員更多的質量控制投入，這對以利益最大化為目標的企業來說，是更大的一筆間接投入。為了解決這一問題，滿足生鮮產品消費者需求，需要供應鏈成員的共同努力，因此本文將“質量獎懲”契約引入生鮮電商供應鏈質量控制系統，以約束生鮮生產商和銷售電商為提高生鮮產品的質量水平而努力。

1.2 符號說明

為了便于理解文章，本文方程設計中涉及到的符號說明如表1所示。

表1 符號及說明

1.3 研究假設

假設1：本文的研究對象是FS-FE二級生鮮電商供應鏈。FS負責生產生鮮產品，并決定在生產環節的保鮮投入以控制生鮮產品質量；FE以w批發q數量的生鮮產品，決定在運輸和銷售期間的保鮮投入、物流服務投入以控制生鮮產品質量，以價格P經網絡渠道銷售給消費者；消費者通過網上瀏覽，根據產品質量、價格等因素選擇滿意的生鮮產品后進行選購下單、網上付款等一系列消費行為，期間FE可以對生鮮質量水平進行質量監督，并依據生鮮合格率情況對生鮮生產商進行獎罰，FS為了避免懲罰則需要進行生鮮品質量預防。具體運作模式如圖1所示。

圖1 生鮮電商供應鏈運作模式

假設2：生鮮市場需求受到生鮮市場規模、市場價格、產品質量初始水平、生產商質量預防水平、電商質量監督水平、保鮮水平、物流服務水平等因素的影響。契約協調下，以生產質量努力投入程度、生產質量預防努力投入程度表征生產質量控制，以電商保鮮質量努力投入程度、物流服務努力投入程度、電商質量監督努力投入程度表征電商質量控制，即Q=生鮮市場規模-n*P+bE*FS產品生產質量初始水平*FE保鮮水平+gE*FE物流服務努力水平+aE*FE質量監督水平+aS*FS質量預防水平。

假設3：鑒于生鮮產品的易損易腐特性，將產品的新鮮度轉化成兩個階段，不同階段的新鮮度因素均對生鮮產品最終質量水平產生一定程度的影響，其影響因素主要包括生產階段產品的質量初始水平、銷售階段的保鮮水平和物流服務水平，本文用表函數表示以上具體的影響關系。

假設4：生產商在生鮮品的生產環節投入質量預防成本，銷售商(電商)在銷售環節實施質量監督努力投入、保鮮投入及物流服務投入，同時承擔對應的質量成本，這四種成本函數構造為

假設5：本文研究的生鮮電商供應鏈只考慮單一生鮮產品交易且始終有充足的貨源供給，不考慮生產商的競爭和缺貨損失問題。

2 模型分析、構建與檢驗

2.1 模型分析

本文研究在“收益共享”契約、“質量獎懲”契約以及“收益共享+質量獎懲”組合契約三種契約協調下，以生產商、電商質量控制投入為契約協調變量，對比分析三種契約協調下的生鮮電商供應鏈質量控制水平整體效益，找出最優的契約協調質量控制方案。

根據上述研究思路，構建基于SD的契約協調生鮮電商供應鏈質量控制作用機理框架圖，如圖2所示，并分別對不同供應鏈契約的協調作用機理作詳細說明。

圖2 基于SD的“收益共享+質量獎懲”組合契約協調生鮮電商供應鏈質量控制作用機理框架圖

①收益共享契約協調。

收益共享契約(Revenue-Sharing Contract)：FS將生鮮產品按照比成本批發價更低的價格批發給FE，FE為了彌補供應商的損失，將產品的銷售收入依據某一收益共享比例返還給FS，通過合理分配生產商和電商的利潤與責任，實現收益共享及責任共擔。

本文對“FS-FE”階段實施收益共享契約。當電商致力于保鮮質量控制和物流服務質量控制時，生產商以低于其成本c的批發價格w將生鮮產品批發給電商，電商則以市場價格P出售(w

②質量獎懲契約協調。

本文對“FS-FE”階段實施質量獎懲契約。FE有權對FS實施質量監督，并將質量預防水平與生產合格標準進行比較，當FS質量預防水平低于合格標準時，FE對FS進行懲罰，懲罰收益歸FE。當FS質量預防水平超出合格標準且達到標準上限時，FE對FS進行獎賞，獎賞收益歸FS。在“質量獎懲”契約過程中，FE需要付出相應的質量監督成本，FS為了達到合格質量水平，也需要付出相應的質量預防投入。

將上述兩種契約進行組合，對“FS-FE”階段實施“收益共享+質量獎懲”組合契約，考察混合契約協調與單個契約條件下的生鮮電商供應鏈質量控制變動。

2.2 模型構建

在“收益共享”契約協調下，FE需要將生鮮產品的銷售利潤按照契約約束的比例補貼給FS，FS為了回饋FE，將降低生鮮產品的批發價格。這意味著，隨著FE銷售利潤的增加，將給予FS更高的補貼，FS在這樣的“收益共享”契約中取得更高的補貼后，將會進一步降低批發價格，使得FE利潤增加，FS將得到更多來自FE的銷售利潤補貼。

在“質量獎懲”契約協調下，FE將會對FS提供的產品質量進行懲罰或獎勵。這就意味著，FE將投入質量監督控制成本，對FS提供的生鮮產品進行質量監督，當生鮮產品質量預防水平高于合格標準時，FE將會對FS進行一定比例的獎勵，進而促進FS更加致力于生鮮產品生產過程中的質量控制投入，增強生鮮產品的質量水平；當生鮮產品質量預防水平低于合格標準時，FS將要支付FE質量懲罰，進而促進FE對質量監督更大投入，從而提高生鮮產品的質量水平。

圖3 生鮮電商供應鏈契約協調質量控制存量流量圖

在“收益共享+質量獎懲”契約協調下，FS、FE雙方的利潤和產品質量水平相互促進。這就意味著，隨著FE銷售利潤的增加，FS將會得到更多的補貼，得到補貼后FS會降低批發價格以回饋FE，也會進一步提高生鮮產品生產過程中的質量控制水平，從而增強生鮮產品的質量，而生鮮產品質量的提高更有利于FE獲得更高的利潤。隨著FE利潤的增加，FE愿意投入更大的監督成本，并加大質量獎懲比例，此時FS則會選擇加大預防力度，避免產品不合格，從而進一步控制產品質量水平。在這種契約下，FS會有更強的意識提高產品的質量控制水平、FE也將會進一步加大質量控制監督保障產品的質量，同時FS希望FE能夠獲得更大的銷售利潤，從而使其在電商渠道得到更多的補貼、FE希望FS提供更高的產品質量控制水平和更低的批發價格。即在組合契約協調下，FS、FE的利潤相互促進，且增加了生鮮產品的質量控制水平。

對與契約運行相關的變量，通過建立相應的函數方程的形式來反映它們相互影響的程度及契約協調下FS、FE在生鮮供應鏈中相互促進的作用，構建生鮮電商供應鏈質量控制契約協調模型。

本文借鑒契約協調相關研究[5,18]，構建正式契約條件下的狀態變量方程、輔助變量方程、速率變量方程，具體的契約方程構建如下：

①正式契約狀態變量方程設計。

生鮮生產商總利潤=INTERG(生鮮生產商收入增加率-生鮮生產商成本增加率+質量獎懲損益,0)；

生鮮電商總利潤=INTERG(生鮮電商收入增加率-生鮮電商成本增加率+質量獎懲,0)。

②正式契約速率變量方程設計。

FS收入增加率=FS發貨收入+FS收益共享契約收益；

FE成本增加率=FE保鮮努力成本+FE庫存成本+FE物流服務努力成本+FE訂貨成本+FE運輸成本+FE正式契約收益+FE質量監督成本。

③正式契約輔助變量方程設計。

FS收益共享契約收益=FE收入增加率*φ；

FE收益共享契約收益=FS收益共享契約收益；

FS質量預防成本=1/2(Ks*FS質量預防水平^2)；

FE質量監督成本=1/2(Ke*FE質量監督水平^2)；

質量獎賞=IF THEN ELSE(FS預防水平≥0.6,IF THEN ELSE(FS預防水平>0.7,β*FS預防成本,0 ),-β*FS預防成本)；

質量懲罰=IF THEN ELSE(FS預防水平≥0.6,IF THEN ELSE(FS預防水平>0.7,-β*FE監督成本,0 ),β*FE監督成本)。

2.3 模型檢驗

為確保構建的模型結構合理、邏輯通順且能夠適用于本文所研究的問題、真實反映與刻畫實際系統，在運用模型仿真分析之前，首先運用Vensim PLE軟件，檢驗生鮮電商供應鏈質量控制模型邏輯結構是否合理，行為是否能夠真實再現實際系統。結果顯示該模型通過量綱一致性檢驗與可靠性檢測。

3 模型仿真分析

3.1 正式契約協調質量控制仿真優化

相關研究表明[19]，當供應鏈企業質量控制努力投入程度超過0.32時，質量控制效率增加開始放緩，直至0.5～0.6時相對穩定。因為本文主要研究契約協調下的供應鏈質量控制水平，故而本文將質量初始投入設置為0.5，再加入“收益共享”與“質量獎懲”契約，考察繼續增加努力程度能否帶來質量控制水平及效率的提升。進一步地，本文對質量控制收益共享契約、質量控制質量獎懲契約、質量控制組合契約三種方案進行對比，研究不同契約協調下的供應鏈質量控制水平及效率的變動情況。具體方案設置如表2所示。

表2 質量控制契約方案

仿真分析不同契約協調下各階段生鮮品質量水平變動及與生鮮品質量密切相關的生鮮供應鏈各級成員利潤水平與生鮮市場需求變動情況，如圖4所示。

圖4 不同質量控制契約下生鮮質量控制及生鮮供應鏈各成員利潤

由圖4可以看出，在“收益共享”和“質量獎懲”契約的共同協調下，通過對FS、FE的質量控制行為的激勵可以促進各階段質量水平的提升，從而帶動生鮮產品的市場需求，促進供應鏈各級成員利潤的增加，這說明契約能夠有效協調供應鏈質量控制；在“收益共享+質量獎懲”組合契約下質量控制水平更高，這說明在組合契約協調下，由于收益分配和質量水平均在協調范圍內，FS和FE會為了自己獲取更高的利潤而加強質量控制，因此組合契約在實現供應鏈協調的同時，增加了產品的質量控制，即組合契約能夠同時提升供應鏈的質量控制水平和供應鏈收益。

對于圖4(c)，對比“收益共享”契約與“質量獎懲”契約仿真結果可以發現，“質量獎懲”契約與組合契約下的生產質量控制、最終質量水平相較于“收益共享”契約協調均較高。這就表明生鮮電商供應鏈實施“質量獎懲”契約可以在更大程度上促進生產質量控制水平提升，從而提升生產質量水平，進而促進最終產品質量水平的提升，這是因為FE對FS實施質量監督，FS為避免因達不到合格標準而被懲罰，會選擇加大質量努力投入成本，從而促進生鮮產品質量水平的提高；而在收益共享契約與組合契約下，FE物流服務水平高于其他決策方案下的物流服務水平。在銷售階段，“收益共享”契約能夠理想地、準確地提升物流服務水平。綜上，“質量獎懲”契約對FS質量控制較為有效，“收益共享”契約對FE質量控制較為有效。因此，企業在使用契約協調供應鏈時，可以考慮將兩種契約分別引入適當的供應鏈質量控制環節，從而實現供應鏈質量控制水平與供應鏈效益的雙重優化。

3.2 正式契約協調質量控制效率數值分析

為進一步對比不同契約的質量控制效果，本文對系統模擬仿真的供應鏈質量控制結果進行數值分析。首先，隨機選擇幾個時間段的數據，參考學者周金華、朱建軍等的研究[20]，設置如式(1)計算公式，計算收益共享契約、質量獎懲契約及其組合契約對生鮮電商供應鏈的質量控制效率及供應鏈收益增加效率。

其中，i1表示“收益共享”契約條件下最終質量水平或生鮮供應鏈總利潤，i2表示質量獎懲契約條件下最終質量水平或生鮮供應鏈總利潤，i3表示“收益共享+質量獎懲”契約條件下最終質量水平或生鮮供應鏈總利潤，πT0表示初始質量決策下的最終質量水平或生鮮供應鏈總利潤。研究得出以下結果：

①收益共享契約、質量獎懲契約、組合契約下質量水平分別提高了2.43%、7.56%、11.21%；

②總利潤分別提高了3.75%、11.52%、17.06%；

③加入契約后質量控制效率及供應鏈收益增加效率均有所提升，其中組合契約提高程度最大，質量獎懲契約次之，收益共享契約最低。

表3 契約質量控制效率分析

4 結論

本文設計了“收益共享+質量獎懲”正式契約對生鮮電商供應鏈質量控制系統進行協調和優化。為明確組合契約中每個單契約的側重點，特設收益共享契約、質量獎懲契約及組合契約三種方案，對比分析三種方案下的生鮮電商供應鏈質量控制水平變動情況及收益提升情況，得出如下結論：

①加入契約能夠實現供應鏈質量控制水平的提升，進而實現整體供應鏈績效的提升。其中，“質量獎懲”契約適用于生產環節，通過FE對FS的監督，促使FS在產品生產過程中投入更高的質量控制成本，提升生產質量控制水平；“收益共享”契約適用于銷售環節，FS以低于成本的價格將產品批發給FE，促使FE努力銷售以得到更高的利潤，FE將銷售利潤以一定比例補貼給FS，實現雙方的利益分配，提升銷售階段的質量水平。

②組合契約能結合兩種單契約的優勢，對FS、FE均產生質量努力激勵，促進締約雙方都加大質量控制投入，因此組合契約下的生鮮質量水平總是高于單契約下的生鮮質量水平，高質量帶動高需求，高需求帶動收益，組合契約協調下的供應鏈收益也總是高于單個契約的供應鏈收益。

③加入契約后對質量控制效率進行數值分析發現質量控制效率實現了提升，從而帶動了供應鏈收益增加率的提升。其中組合契約提高程度最大，質量獎懲契約次之，收益共享契約最低。