■天津科技大學經(jīng)濟與管理學院 慕靜

基于CAS理論的食品安全供應鏈的協(xié)調(diào)決策問題研究

■天津科技大學經(jīng)濟與管理學院 慕靜

近年來，食品安全事件屢禁不止，從“三聚氰胺”、“蘇丹紅”、“瘦肉精“，到“牛肉膏”、“工業(yè)鹽”、“染色饅頭”等事件死而復生，食品安全問題的集中爆發(fā)，使得人們不得不對我國食品供應鏈安全管理的決策問題進行思考。

目前，我國的食品供應鏈主要包括四類，分別是由食品生產(chǎn)商、貨運公司、零售配送業(yè)或連鎖便利店、批發(fā)商或代理商發(fā)展的食品供應鏈。這些供應鏈以某一個核心企業(yè)為中心，管理上各自為陣，鏈與鏈之間的交叉協(xié)調(diào)不夠、信息交流不通暢，無法形成一個動態(tài)協(xié)調(diào)、集成網(wǎng)絡式的食品供應鏈決策框架，使得食品安全問題無法進行綜合的、全流程的監(jiān)督與控制，無法保障食品安全的可靠性。因此，在我國，對食品安全供應鏈協(xié)調(diào)決策問題的研究迫在眉睫。

1 食品安全供應鏈的概念內(nèi)涵

1.1 食品供應鏈

食品供應鏈是由農(nóng)業(yè)、食品加工業(yè)、物流業(yè)和零售業(yè)等相關企業(yè)構成的供應鏈，是由不同環(huán)節(jié)和組織載體構成的網(wǎng)鏈式體系結構，主要包括種子、飼料、農(nóng)藥等生產(chǎn)資料的供應商，種植、養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)農(nóng)戶或食品生產(chǎn)加工企業(yè)，食品包裝、儲藏、配送、運輸?shù)奈锪髌髽I(yè)，以及食品批發(fā)、分銷、零售的銷售商，最后到達最終消費者手中。

1.2 食品安全供應鏈

食品安全的主體主要包括食品原材料供應商（農(nóng)戶）、食品加工企業(yè)、食品物流企業(yè)、食品銷售商、消費者及政府職能機構。食品安全供應鏈有別于一般的供應鏈，其首要目標是“保障安全”，然后才是對總成本最小化、總周期時間最短化、物流質(zhì)量最優(yōu)化等問題的考慮。所以，食品安全供應鏈需要在供應鏈各個環(huán)節(jié)加強安全管理，保證食品安全信息能夠集成、共享；同時每一個環(huán)節(jié)的組織載體需要承擔食品安全的社會責任，進行協(xié)調(diào)有序的合作。

2 基于CAS理論的食品安全供應鏈協(xié)調(diào)決策框架

復雜適應系統(tǒng)（CAS）理論是美國圣塔菲研究所約翰·霍蘭教授于1994年正式提出的，其與傳統(tǒng)研究方法的最大區(qū)別在于模型組成上，傳統(tǒng)方法在構建模型的時候運用方程或者公式，而復雜適應系統(tǒng)（CAS）理論則應用適應性Agent（智能體）建模方法。CAS理論認為，系統(tǒng)是由一組功能各異的Agent所組成，不同功能的Agent代表不同的對象，擁有不同的權利和能力，能夠完成不同的任務；并且它們能夠根據(jù)任務的需要，動態(tài)地組建。

2.1 食品安全供應鏈的復雜適應系統(tǒng)特征

根據(jù)CAS理論，食品安全供應鏈中各種功能單元，如食品原材料供應商（農(nóng)戶）、食品生產(chǎn)商、食品物流企業(yè)、食品銷售商、消費者對食品原材料或食品的管理和生產(chǎn)、計劃、采購、銷售以及運輸、配送、消費等均看成是獨立自主的Agent，把供應鏈網(wǎng)絡中企業(yè)的交互合作、共同完成任務的各種活動描述為多Agent間的自主作業(yè)活動，那么供應鏈系統(tǒng)就成為一個多Agent系統(tǒng)，其中每一個Agent都具有一定的功能，并可與其它Agent進行協(xié)作。

2.2 食品安全供應鏈的協(xié)調(diào)決策框架

運用多Agent方法，構建食品安全供應鏈的協(xié)調(diào)決策框架如圖1所示，圖中A1、A2、A3、A4、A5分別表示供應商（農(nóng)戶）Agent、食品生產(chǎn)商Agent、食品物流企業(yè)Agent、食品銷售商Agent、消費者Agent?？蚣芊纸鉃槿齻€決策層次：戰(zhàn)略層、戰(zhàn)術層和執(zhí)行層。

圖1 食品安全供應鏈協(xié)調(diào)決策框架

2.2.1 戰(zhàn)略層協(xié)調(diào)

戰(zhàn)略層協(xié)調(diào)為保證整個食品供應鏈組織和運作過程的執(zhí)行提供目標指導，是食品供應鏈協(xié)調(diào)決策中最關鍵的環(huán)節(jié)。目前在我國，由于食品供應鏈的各環(huán)節(jié)不協(xié)調(diào)，造成供應鏈安全管理上的“斷帶”；由于食品供應鏈的資源配置不合理，造成資源浪費、重復生產(chǎn)；由于食品供應鏈節(jié)點企業(yè)的社會責任意識淡薄，造成環(huán)境道德缺失、食品污染嚴重，結果導致全社會的食品安全無法保障，危險到人們的生命安全。所以戰(zhàn)略層協(xié)調(diào)的目標內(nèi)容包含保障食品安全、社會責任共擔、資源合理配置、經(jīng)濟利益共贏等方面的設計。

2.2.2 戰(zhàn)術層協(xié)調(diào)

戰(zhàn)術層協(xié)調(diào)是食品供應鏈上游和下游、縱向和橫向的信息互動和任務集成的過程。一方面是根據(jù)食品供應鏈的戰(zhàn)略協(xié)調(diào)要求對運作過程進行總體安排；另一方面為食品供應鏈的執(zhí)行層協(xié)調(diào)提供綜合而全面的戰(zhàn)術指導。戰(zhàn)術層協(xié)調(diào)包括以下幾個部分：供應過程協(xié)調(diào)、生產(chǎn)過程協(xié)調(diào)、物流過程協(xié)調(diào)、銷售過程協(xié)調(diào)和消費過程協(xié)調(diào)。

2.2.3 執(zhí)行層協(xié)調(diào)

執(zhí)行層協(xié)調(diào)是對戰(zhàn)術層協(xié)調(diào)問題的細化和具體化，屬具體操作方面的協(xié)調(diào)，通過協(xié)同執(zhí)行、實施和動態(tài)性優(yōu)化，負責落實戰(zhàn)略層的目標、實現(xiàn)戰(zhàn)術層的任務。執(zhí)行層協(xié)調(diào)的內(nèi)容包括原材料采購、食品加工、食品運輸、食品倉儲、食品配送、食品銷售和食品消費幾部分。

3 食品安全供應鏈的協(xié)調(diào)決策機制

3.1 戰(zhàn)略層協(xié)調(diào)決策機制

運用博弈理論，基于食品供應鏈的戰(zhàn)略層，對供應鏈的利益主體承擔“食品安全、環(huán)境污染、資源浪費”社會責任的動因與行為進行博弈分析，構建食品安全供應鏈的戰(zhàn)略協(xié)調(diào)決策機制。

3.1.1 博弈的前提假設

在現(xiàn)實生活中，消費者出于對食品質(zhì)量和安全的考慮，在選擇食品時，更加注重食品企業(yè)的品牌和形象；而食品供應鏈的節(jié)點企業(yè)往往通過承擔“食品安全責任”，充分提高自身聲譽和知名度。基于以上現(xiàn)實，提出以下假設。

假設1：食品供應鏈中每個企業(yè)都有對等的損益，即“承擔責任”或“不承擔責任”帶給企業(yè)的收益和損失具有同等的波動幅度；

假設2：食品供應鏈中每個企業(yè)的“食品安全”等社會責任行為效果可以完全轉(zhuǎn)換為自身收益；

假設3：企業(yè)A是供應鏈中有絕對優(yōu)勢的核心企業(yè)，企業(yè)B代表供應鏈中處于相對弱勢的小企業(yè)。因此企業(yè)A可以最大享受由供應鏈的“食品安全責任”帶來的收益。

3.1.2 對等損益的博弈分析

基于以上假設，得到博弈格局如圖2所示。在圖2（a）中，由假設3可知，無論企業(yè)B采取什么策略，企業(yè)A承擔食品安全等社會責任都是值得的；相對而言，無論企業(yè)A采取什么策略，企業(yè)B承擔食品安全等社會責任是不值得的。這一博弈在12（8，4）達到均衡，即企業(yè)A選擇承擔食品安全等社會責任策略，而企業(yè)B將選擇不承擔的策略。

圖2（a）所示的博弈均衡只是一個次優(yōu)的結果，當企業(yè)A“承擔”而企業(yè)B“不承擔”時，它們的利益總和為12（8，4）；但是如果雙方都“承擔”，它們的利益總和將是16（18，-2）。

圖2 （a）對等損益博弈 圖2（b）利益轉(zhuǎn)移后對等損益博弈

根據(jù)假設2，A、B兩企業(yè)的“食品安全”等社會責任行為效果可以完全轉(zhuǎn)換為自身收益；根據(jù)假設3，如果給定企業(yè)“責任”行為產(chǎn)生的利益總量，則處于優(yōu)勢地位的企業(yè)A可以將其獲取的利益轉(zhuǎn)移給相對弱勢的企業(yè)B，來獲取更有益的社會效果。在圖2（b）中，如果企業(yè)A轉(zhuǎn)移6個單位的利益給企業(yè)B，就會使得A、B兩企業(yè)都獲得更好的結果，從而產(chǎn)生新的基于雙方合作的博弈均衡16（12，4）。

通過分析可知，在食品安全社會責任可以為企業(yè)帶來直接經(jīng)濟收益情形下，供應鏈可以通過成本和收益的轉(zhuǎn)移支付，使得供應鏈各節(jié)點均衡收益，最后提高供應鏈的總體收益水平。所以，供應鏈的利益主體承擔“食品安全、環(huán)境污染、資源浪費”社會責任，追求“經(jīng)濟利益共贏”，是食品安全供應鏈戰(zhàn)略協(xié)調(diào)的主要目標和內(nèi)容。

3.2 戰(zhàn)術層協(xié)調(diào)決策機制

食品安全供應鏈的戰(zhàn)術層協(xié)調(diào)包括供應過程協(xié)調(diào)、生產(chǎn)過程協(xié)調(diào)、物流過程協(xié)調(diào)、銷售過程協(xié)調(diào)和消費過程協(xié)調(diào)五部分。根據(jù)食品供應鏈的復雜適應系統(tǒng)特征和系統(tǒng)整合的思想，將以上五個環(huán)節(jié)相整合，形成食品供應鏈戰(zhàn)術層的快速響應能力，以提高整條供應鏈的競爭優(yōu)勢。

3.2.1 快速響應能力的分布協(xié)調(diào)

由于構成食品供應鏈的原材料供應商Agent、食品生產(chǎn)商Agent、食品物流企業(yè)Agent、食品銷售商Agent、消費者Agent具有地理位置上的分散性，因此，跨越這些多Agent的過程也具有明顯的分布性特征。如何在這些過程之間進行多Agent協(xié)調(diào)，以最短的時間、最低的成本和最好的質(zhì)量，提供上、下游用戶所需的食品和服務是供應鏈戰(zhàn)術層快速反應的工作目標。

3.2.2 快速響應能力的并行協(xié)調(diào)

在快速反應的食品供應鏈中，同時存在多種、多個訂單Agent在并行地進行計劃、協(xié)調(diào)、執(zhí)行，每一個訂單的多個活動Agent、多任務Agent也在并行執(zhí)行，所以必須針對食品供應鏈系統(tǒng)的多Agent并行性，進行有效的食品安全管理與控制才能達到最佳的收益共享效果。

3.2.3 快速響應能力的動態(tài)協(xié)調(diào)

由于市場機遇的動態(tài)變化和食品供應鏈的動態(tài)特性，構成食品供應鏈的原材料供應商Agent、食品生產(chǎn)商Agent、食品物流企業(yè)Agent、食品銷售商Agent、消費者Agent，具有職權的自主性和合作的臨時性，他們在自愿的基礎上進行合作。在各過程協(xié)調(diào)運作中，各Agent間的關系可以作些適當?shù)恼{(diào)整，隨時可能出現(xiàn)老企業(yè)的退出、新企業(yè)加入；在過程執(zhí)行結束后開始新一輪的過程協(xié)調(diào)，相互合作的各Agent間關系也可進行重新組合。

3.3 執(zhí)行層協(xié)調(diào)決策機制

食品供應鏈的執(zhí)行層協(xié)調(diào)，目的是落實和實現(xiàn)戰(zhàn)略層與戰(zhàn)術層協(xié)調(diào)的目標和任務。傳統(tǒng)的供應鏈節(jié)點企業(yè)之間的協(xié)調(diào)是人為的溝通和協(xié)商，而基于Agent的食品供應鏈執(zhí)行層協(xié)調(diào)是用Agent的信息跟蹤的協(xié)調(diào)方法，通過協(xié)同執(zhí)行、實施和動態(tài)優(yōu)化，將原材料采購、食品加工、食品運輸、食品倉儲、食品配送、食品銷售和食品消費等多Agent任務，進行無縫連接，提高供應鏈系統(tǒng)的食品安全能力，保持食品安全協(xié)作的靈活性。

3.3.1 食品供應鏈信息跟蹤的協(xié)調(diào)框架模型

如圖3所示，一個動態(tài)的食品供應鏈由完成各個子目標的Agent組成，Agent由完成各項活動的子Agent組成，在圖中用圓圈表示。例如對于食品生產(chǎn)過程，一個Agent是一個工作模塊，可以是一個車間、一條或幾條柔性生產(chǎn)線，它可以由一個食品生產(chǎn)企業(yè)內(nèi)的一些車間和部門的Agent組成，也可以由分布在不同地點的幾個企業(yè)內(nèi)的車間和部門的Agent組成，而這個Agent就是將各個柔性生產(chǎn)線動態(tài)組合起來完成一個食品生產(chǎn)任務的柔性生產(chǎn)系統(tǒng)網(wǎng)絡。

在食品供應鏈信息跟蹤的協(xié)調(diào)模型中，把食品供應鏈的各個執(zhí)行環(huán)節(jié)看成是一個模塊，每一個模塊是一個Agent，如圖3中的Agent1、Agent2、Agent3、Agent4、Agent5、Agent6、Agent7分別表示原材料采購、食品加工、食品運輸、食品倉儲、食品配送、食品銷售和食品消費環(huán)節(jié)。供應鏈模塊之間的接口聯(lián)系和協(xié)調(diào)單元的網(wǎng)絡通過接口平臺來實現(xiàn)，接口平臺的實現(xiàn)通過通信協(xié)議、信息處理和Agent之間的通信規(guī)則來保證?？衫肑ava和XML等跨平臺的數(shù)據(jù)傳輸和編程技術進行中間件平臺的構建，實現(xiàn)供應鏈各成員間的食品安全信息溝通。

圖3 食品供應鏈信息跟蹤的協(xié)調(diào)框架模型

3.3.2 食品供應鏈信息跟蹤的協(xié)調(diào)方式運用

食品供應鏈信息跟蹤協(xié)調(diào)強調(diào)運作實施過程的集成性、自動性、系統(tǒng)性、協(xié)調(diào)性、標準性、有序性和穩(wěn)定性，食品供應鏈信息跟蹤的協(xié)調(diào)方式運用體現(xiàn)在以下方面：

3.3.2.1 基于食品安全的模塊Agent間的協(xié)作

根據(jù)圖3，模塊Agent間通過信息跟蹤協(xié)調(diào)單元進行協(xié)作，協(xié)作環(huán)境中基于食品安全的協(xié)作協(xié)議、規(guī)則和監(jiān)督都是一致的，增強了供應鏈上、下游協(xié)作各方的信任和信心；另外，各方目標通過Agent表達，便于溝通、理解和判斷，有利實現(xiàn)供應鏈整體共贏的效益目標。

3.3.2.2 基于食品安全標準化的Agent模塊接口調(diào)整

食品供應鏈信息跟蹤協(xié)調(diào)要求Agent模塊間接口的運作實施（如訂單要求、食品安全質(zhì)量標準、包裝方式、運輸信息等）實現(xiàn)標準化，有利于供應鏈進行食品安全的全過程控制。

3.3.2.3 基于信息跟蹤的食品供應鏈物流自動化

當在電子商務或電子市場產(chǎn)生訂單后，將自動觸發(fā)食品供應鏈的連續(xù)運作，從原材料采購與供應、食品加工、食品包裝到食品運輸?shù)葘崿F(xiàn)供應鏈各環(huán)節(jié)的物流過程自動化，通過模塊Agent的動態(tài)重構和接口的自動協(xié)商，使食品供應鏈物流成為一個相對穩(wěn)定的自動化過程。

4 食品安全供應鏈的協(xié)調(diào)決策方案

食品安全供應鏈的協(xié)調(diào)決策，既是食品安全物流決策問題，更是食品安全信息流跟蹤的決策問題。我國食品安全供應鏈信息化的建設，需要供應鏈的各節(jié)點企業(yè)、消費者及政府職能機構等的共同努力。

4.1 明確食品安全供應鏈協(xié)調(diào)的戰(zhàn)略指導思想

食品安全是食品供應鏈節(jié)點企業(yè)，包括食品原材料供應商（農(nóng)戶）、食品加工企業(yè)、食品物流企業(yè)、食品銷售商等的責任，更是消費者及政府職能機構的義務。承擔“食品安全、環(huán)境污染、資源浪費”的社會責任，追求“經(jīng)濟利益共贏”，是食品安全供應鏈協(xié)調(diào)的戰(zhàn)略指導思想。

4.2 加強食品安全供應鏈協(xié)調(diào)的快速反應能力

食品安全事故帶有突發(fā)性、涉及面廣、危害性大等特征，因此，食品供應鏈協(xié)調(diào)的快速反應能力是關鍵，這種快速反應能力表現(xiàn)在：供應鏈系統(tǒng)啟動快速，安全事故認定快速，信息發(fā)布快速，措施決定及付諸實施快速，處理結果公布快速等。而這一切建立在信息能夠流動快速、透明的基礎上，所以，食品安全供應鏈協(xié)調(diào)必須建立一個有效的信息平臺系統(tǒng)，提高協(xié)調(diào)決策的信息技術含量，以使整個食品供應鏈上的安全信息能夠集成，并實現(xiàn)共享。

4.3 構建食品安全供應鏈信息跟蹤的協(xié)調(diào)決策平臺

中國物品編碼中心（Article Numbering Center of China）ANCC系統(tǒng)是全球統(tǒng)一的標準化編碼體系，國際上稱為EAN.UCC系統(tǒng)，是對流通領域中所有的產(chǎn)品與服務，包括貿(mào)易項目、物流單元、供應鏈中的各個節(jié)點企業(yè)等提供全球唯一的標識，所以非常適合用來實施信息跟蹤和追溯。射頻技術（Radio Frequency Identification）RFID是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預，是條形碼的無線版本。

應用ANCC系統(tǒng)和RFID技術，構建食品安全供應鏈信息跟蹤的協(xié)調(diào)決策平臺如圖4所示，其中RFID解決方案可確保食品供應鏈的高質(zhì)量數(shù)據(jù)交流，為食品行業(yè)提供了“源頭”信息追蹤解決方案；同時，在RFID Tag中還可以存入食品企業(yè)的認證信息，實現(xiàn)認證管理。該協(xié)調(diào)決策平臺可以在供應鏈中以精確、快速的方式檢索追溯數(shù)據(jù)，對原材料采購、食品加工/包裝、食品運輸/倉儲/配送、食品銷售等各個環(huán)節(jié)建立無縫的聯(lián)接并進行有效的協(xié)調(diào)，實現(xiàn)了食品安全供應鏈的質(zhì)量認證和跟蹤管理功能。

圖4 食品安全供應鏈信息跟蹤的協(xié)調(diào)決策平臺

5 結論

食品安全供應鏈是一個復雜適應系統(tǒng)，它是由功能各異的多Agent智能體組成，每個功能Agent又由完成各項活動的子Agent組成。基于此，本文構建了食品安全供應鏈的協(xié)調(diào)決策框架，該框架分為三層：戰(zhàn)略層、戰(zhàn)術層和執(zhí)行層；基于三個決策層次，分析了食品安全供應鏈的協(xié)調(diào)決策機制，指出供應鏈的利益主體承擔“食品安全、環(huán)境污染、資源浪費”社會責任，追求“經(jīng)濟利益共贏”，是食品安全供應鏈協(xié)調(diào)決策的指導思想；最后提出兩個主要協(xié)調(diào)決策方案是“加強食品供應鏈快速響應能力”、“構建食品安全信息跟蹤平臺”。