馬云峰， 黃瑤雨， 張瑞軍

(武漢科技大學(xué) 管理學(xué)院，湖北 武漢 430081)

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隨機(jī)需求下鮮活農(nóng)產(chǎn)品RFID技術(shù)投資決策研究

馬云峰， 黃瑤雨， 張瑞軍

(武漢科技大學(xué) 管理學(xué)院，湖北 武漢 430081)

摘要：考慮一個零售商和一個生產(chǎn)商組成的單周期兩級鮮活農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈，采用RFID技術(shù)可以明顯改善鮮活農(nóng)產(chǎn)品的新鮮度和實體損耗；討論了消費者需求隨機(jī)的情況下RFID標(biāo)簽成本對供應(yīng)鏈上下游企業(yè)利潤的影響；分析了RFID技術(shù)使用前后集中型和分散型供應(yīng)鏈模型中各方的最優(yōu)期望利潤、訂貨量等問題；計算出兩類模型中RFID技術(shù)標(biāo)簽成本的臨界值。結(jié)果表明，集中型和分散型供應(yīng)鏈模型，零售商和生產(chǎn)商可承擔(dān)的RFID技術(shù)標(biāo)簽成本臨界值相同；RFID技術(shù)對新鮮度和實體損耗改善越明顯，企業(yè)投資的意愿越強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：供應(yīng)鏈； RFID技術(shù)； 鮮活農(nóng)產(chǎn)品； 投資決策

鮮活農(nóng)產(chǎn)品是指與居民生活息息相關(guān)的新鮮蔬菜、水果、水產(chǎn)品、禽畜及其肉類產(chǎn)品等。由于鮮活農(nóng)產(chǎn)品在流通的過程中極容易變質(zhì)，產(chǎn)生新鮮度和實體數(shù)量的損耗，我國生鮮農(nóng)產(chǎn)品每年在物流環(huán)節(jié)的損失率高達(dá)25%～30%。RFID(radio frequency identification)技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品流通過程中的新鮮度和實體數(shù)量損耗上具有明顯的改善作用，由于零售行業(yè)涉及的商品品種繁多，RFID技術(shù)的標(biāo)簽成本成為限制RFID技術(shù)使用的最關(guān)鍵因素。

在鮮活農(nóng)產(chǎn)品的研究上主要包括數(shù)量、價格、協(xié)調(diào)機(jī)制以及對提前期的影響等方面，主要考慮的有應(yīng)急狀況下市場需求是零售價格的非線性函數(shù)[1-2]，市場需求受到銷售時間的影響從而在一天的不同時段呈現(xiàn)不同分布[3]，以及市場需求是一個已知期望和均方差的正態(tài)分布隨機(jī)變量[4]。針對RFID技術(shù)在鮮活農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈中的應(yīng)用研究主要是針對RFID技術(shù)的投資決策，包括技術(shù)使用后對物流服務(wù)水平、客戶滿意度等的影響[5]，以及對收益的影響和相應(yīng)的價格和訂貨策略，其假設(shè)包括顧客需求是恒定的[6]，顧客需求是簡單隨機(jī)的[7-9]、顧客需求是與新鮮度和零售價格相關(guān)的確定型函數(shù)[10-11]等。上述研究都為供應(yīng)鏈企業(yè)RFID技術(shù)決策提供了參考意見。

鮮活農(nóng)產(chǎn)品在消費市場上的需求與產(chǎn)品的新鮮度、價格和市場容量均具有相關(guān)性。產(chǎn)品越新鮮市場需求量越大，價格越低市場容量越大需求量也越大，但這種相關(guān)性并不是簡單的線性函數(shù)。鮮活農(nóng)產(chǎn)品在市場上的需求除了受到新鮮度、價格和市場容量的影響外，往往還受到一些如天氣、溫度、替代品的供給量等不確定因素的影響，這些因素的影響使需求呈現(xiàn)出一種隨機(jī)分布的特征。本文將隨機(jī)需求系數(shù)引入到需求是價格的非線性表達(dá)式中，采用乘積式市場需求函數(shù)，研究分散型和集中型供應(yīng)鏈中RFID技術(shù)投資的標(biāo)簽成本臨界條件和訂貨策略等問題。

1問題描述與假設(shè)

假設(shè)由一個生產(chǎn)商和一個零售商組成的單周期供應(yīng)鏈，集中型供應(yīng)鏈模型，零售商和生產(chǎn)商作為一個統(tǒng)一整體共同作出利益最大化的決策；分散型供應(yīng)鏈模型，生產(chǎn)商作為供應(yīng)鏈的主導(dǎo)企業(yè)形成斯坦克伯格模型，首先由生產(chǎn)商確定一個批發(fā)價格，零售商根據(jù)生產(chǎn)商的批發(fā)價格和市場需求決定訂購量實現(xiàn)利益最大化。同時，生產(chǎn)商在確定批發(fā)價格的過程中會考慮零售商的反應(yīng)，因此生產(chǎn)商會根據(jù)產(chǎn)品的生產(chǎn)成本和運(yùn)輸成本確定能夠?qū)崿F(xiàn)利益最大化的批發(fā)價格。

3)生產(chǎn)商和零售商之間信息完全、風(fēng)險中性且完全理性。

4)產(chǎn)品的運(yùn)輸成本與運(yùn)輸時間無關(guān)，運(yùn)輸成本完全由生產(chǎn)商承擔(dān)，銷售期末產(chǎn)品的殘值為0。

模型中其他參數(shù)的表示和含義如下。

零售商承擔(dān)的單位銷售和庫存費用為h；

單位生產(chǎn)成本為c，單位運(yùn)輸成本為v；

生產(chǎn)商承擔(dān)的RFID單位標(biāo)簽成本為μ；

i=0或1，分散型供應(yīng)鏈中RFID技術(shù)使用前后生產(chǎn)商的批發(fā)價為wi；

2集中型供應(yīng)鏈模型

設(shè)市場的隨機(jī)需求為D，在集中型供應(yīng)鏈中，批發(fā)價格作為內(nèi)部交易成本不予考慮，零售商和生產(chǎn)商作為統(tǒng)一決策的整體共同實現(xiàn)供應(yīng)鏈總體利潤最大化。

2.1不采用RFID技術(shù)

(1)

(2)

(3)

(4)

則式(3)中有

此時供應(yīng)鏈的總利潤可以表示為

(5)

(6)

得到的集中型供應(yīng)鏈模型中產(chǎn)品的銷售價格為

(7)

此時得到的集中型供應(yīng)鏈模型中最大化的利潤為

(8)

2.2采用RFID技術(shù)

采用RFID技術(shù)后，農(nóng)產(chǎn)品的新鮮度得到改善，此時的運(yùn)輸和準(zhǔn)備時間由t0變?yōu)閠1，且t1

(9)

相應(yīng)的銷售價格為

(10)

最大化的利潤為

(11)

2.3集中型供應(yīng)鏈RFID技術(shù)投資決策

(12)

即當(dāng)標(biāo)簽成本的值小于臨界值μ0時，RFID技術(shù)可以為集中型供應(yīng)鏈帶來更多的利益，投資RFID技術(shù)是有價值的。但當(dāng)標(biāo)簽成本的值超過臨界值μ0，投資RFID技術(shù)無法給企業(yè)帶來收益。

3分散型供應(yīng)鏈模型

在分散型供應(yīng)鏈模型中，零售商和生產(chǎn)商作為2個利益主體各自做出決策，此時零售商和生產(chǎn)商構(gòu)成以生產(chǎn)商為主導(dǎo)企業(yè)的斯坦克伯格模型。首先，零售商根據(jù)市場的需求情況和生產(chǎn)商給出的批發(fā)價格決定能實現(xiàn)企業(yè)利潤最大化的訂購量，生產(chǎn)商考慮零售商的訂貨量和農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)運(yùn)輸成本確定能實現(xiàn)企業(yè)利益最大化的批發(fā)價格。

3.1不采用RFID技術(shù)

不采用RFID技術(shù)的情況下，此時零售商的利潤可以表示為

(13)

根據(jù)2.1中的計算同理可以得到此時零售商的訂貨量

(14)

此時零售商的銷售價格為

(15)

將式(14)代入到式(15)中并對w0求導(dǎo)令導(dǎo)數(shù)等于0，得到

(16)

此時零售商的銷售價格為

(17)

得到零售商的訂購量為

(18)

零售商的利潤為

(19)

生產(chǎn)商的利潤為

(20)

未采用RFID技術(shù)的分散型供應(yīng)鏈中，當(dāng)每個企業(yè)做出令企業(yè)自身利潤最大化的決策時，供應(yīng)鏈的總利潤為每個企業(yè)的最大化利潤之和，即

(21)

3.2采用RFID技術(shù)

采用RFID技術(shù)后，農(nóng)產(chǎn)品的實體數(shù)量損耗和新鮮度損耗降低，生產(chǎn)商的成本增加，生產(chǎn)商和零售商都要根據(jù)新的變化做出決策。

根據(jù)2.2中的計算同理可以得到，增加采用RFID技術(shù)帶來的標(biāo)簽成本μ后，得到新的批發(fā)價格為

(22)

此時商品的零售價變?yōu)?/p>

(23)

零售商的訂購量變?yōu)?/p>

(24)

零售商的利潤變?yōu)?/p>

(25)

生產(chǎn)商的利潤變?yōu)?/p>

(26)

此時供應(yīng)鏈的總利潤變?yōu)?/p>

(27)

3.3分散型供應(yīng)鏈中RFID技術(shù)投資決策

在分散型供應(yīng)鏈模型中，供應(yīng)鏈上下游企業(yè)都從自身利益最大化角度出發(fā)做出決策，要使上下游企業(yè)同時接受RFID技術(shù)的使用必須保證在技術(shù)使用后，每個企業(yè)所能獲得的最大收益都大于未使用RFID技術(shù)所獲得的收益。因此使供應(yīng)鏈中零售商和生產(chǎn)商都能接受的RFID技術(shù)最大標(biāo)簽成本需滿足

由于上面2個式子都可以變?yōu)?/p>

得到

βt1h-c-v。

(28)

因此使分散型供應(yīng)鏈中零售商和生產(chǎn)商可接受的RFID技術(shù)最大標(biāo)簽成本是一致的，都是μ0。

4算例

假設(shè)某零售商在銷售季節(jié)來臨前從新疆某生產(chǎn)商處訂購了一批葡萄，該批葡萄從生產(chǎn)商處經(jīng)過采摘、包裝、稱量、運(yùn)輸、分配、轉(zhuǎn)運(yùn)等環(huán)節(jié)到達(dá)零售商處需要t0=6 d，此時葡萄的新鮮程度θt0=0.70，有效數(shù)量βt0=0.70；使用RFID技術(shù)后有效減少了中間的稱量和轉(zhuǎn)運(yùn)等環(huán)節(jié)，流通時間變?yōu)閠1=3 d，此時葡萄的新鮮程度θt1=0.85，有效數(shù)量βt1=0.90。零售商承擔(dān)的該批葡萄的單位銷售和庫存費用h=1.20元/kg，生產(chǎn)商承擔(dān)的單位生產(chǎn)成本c=3.60元/kg，單位運(yùn)輸成本v=0.40元/kg。在該銷售周期內(nèi)，市場規(guī)模常數(shù)A=1 000 000，價格彈性指數(shù)K=2.5，由ω0=4/(K+1)=8/7，F(xiàn)(ω0)=ω0/2=2/(K+1)=4/7，計算得到RFID技術(shù)標(biāo)簽成本的臨界值μ0=2。

圖1　供應(yīng)鏈利潤隨標(biāo)簽成本變化圖

RFID技術(shù)的標(biāo)簽成本影響了零售商的最佳訂貨量，集中型和分散型供應(yīng)鏈模型中，零售商的訂購量隨RFID技術(shù)標(biāo)簽成本變化情況如圖2。由圖2可以看出在兩類模型中，零售商的訂貨量都隨著RFID技術(shù)標(biāo)簽成本的增加而降低。對于集中型供應(yīng)鏈，當(dāng)標(biāo)簽成本值小于1.64時，采用RFID技術(shù)后零售商的訂貨量大于沒有使用RFID技術(shù)時的訂貨量，當(dāng)標(biāo)簽成本超過此范圍，使用RFID技術(shù)后零售商的訂貨量有所減少。針對分散型供應(yīng)鏈模型，零售商訂貨量發(fā)生增量變化的RFID技術(shù)標(biāo)簽成本臨界值則為0.80.

圖2　訂貨量隨標(biāo)簽成本變化圖

RFID技術(shù)標(biāo)簽成本影響了集中型供應(yīng)鏈的銷售價格，以及分散型供應(yīng)鏈的批發(fā)價格和銷售價格，其隨RFID技術(shù)標(biāo)簽成本的變化如圖3所示。由圖3可以看出，在RFID技術(shù)標(biāo)簽成本值小于0.968時，分散型供應(yīng)鏈中產(chǎn)品的批發(fā)價格小于沒有使用RFID技術(shù)時的批發(fā)價格，生產(chǎn)商不會將標(biāo)簽成本通過提升批發(fā)價轉(zhuǎn)嫁到零售商，只有當(dāng)標(biāo)簽成本的過大時，生產(chǎn)商才會提升批發(fā)價格。RFID技術(shù)標(biāo)簽成本的值小于1.14時，無論是集中型供應(yīng)鏈還是分散型供應(yīng)鏈，銷售價格都小于沒有使用RFID技術(shù)時的銷售價格，只有標(biāo)簽成本大于1.14時，零售商才會提高產(chǎn)品的銷售價格彌補(bǔ)使用RFID技術(shù)帶來的標(biāo)簽成本。

圖3　價格隨標(biāo)簽成本變化圖

5結(jié)論

RFID技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，在降低鮮活農(nóng)產(chǎn)品流通過程中新鮮度損耗和實體數(shù)量損耗上具有顯著作用。本文通過研究一個零售商和一個生產(chǎn)商組成的單周期供應(yīng)鏈系統(tǒng)，分析在消費者需求隨機(jī)的情況下RFID技術(shù)標(biāo)簽成本對供應(yīng)鏈上下游企業(yè)利潤的影響。分析了RFID技術(shù)使用前后集中型供應(yīng)鏈和分散型供應(yīng)鏈中各方的利潤，計算出了集中型和分散型供應(yīng)鏈模型中RFID技術(shù)標(biāo)簽成本的臨界值，根據(jù)計算結(jié)果可以得到以下幾點結(jié)論。

1)鮮活農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈中，集中型和分散型模型使總利潤最大的RFID標(biāo)簽成本具有相同的臨界值；鮮活農(nóng)產(chǎn)品分散型供應(yīng)鏈模型中，零售商和生產(chǎn)商利潤最大化的RFID標(biāo)簽成本的臨界值也相同，即為使總利潤最大的RFID標(biāo)簽成本臨界值。

2)使零售商和生產(chǎn)商接受的RFID標(biāo)簽成本最大值與新鮮度函數(shù)和實體損耗函數(shù)，產(chǎn)品的生產(chǎn)、銷售和存儲成本，市場需求對價格彈性的指數(shù)以及產(chǎn)品的單位運(yùn)輸成本有關(guān)。使用RFID技術(shù)后帶來的新鮮度和實體損耗改善越明顯，企業(yè)所能承擔(dān)的RFID技術(shù)標(biāo)簽成本越高；產(chǎn)品的生產(chǎn)成本越高、運(yùn)輸費用越高、銷售和存儲成本越高，企業(yè)投資RFID技術(shù)的意愿越強(qiáng)；市場需求對價格彈性的指數(shù)K越大，企業(yè)所能承擔(dān)的RFID標(biāo)簽成本值越小，企業(yè)投資RFID技術(shù)的意愿越弱。

3)RFID技術(shù)標(biāo)簽成本臨界值與需求的隨機(jī)分布情況無關(guān)，但隨機(jī)分布情況影響了集中型供應(yīng)鏈和分散型供應(yīng)鏈中零售商的最優(yōu)訂貨量、銷售價格以及零售商和生產(chǎn)商各自的利潤。

4)使用RFID技術(shù)后，零售商的銷售價格和生產(chǎn)商的批發(fā)價格并不一定都是上升的，當(dāng)RFID技術(shù)標(biāo)簽成本值較小時，生產(chǎn)商獨自承擔(dān)標(biāo)簽成本，降低批發(fā)價格以帶來更多的訂貨量。只有當(dāng)標(biāo)簽成本過大時，生產(chǎn)商才會通過提高批發(fā)價格轉(zhuǎn)移部分標(biāo)簽成本，零售商則通過提高銷售價格彌補(bǔ)提高的批發(fā)價格。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳忠和，陳宏，趙千，等.時間約束下鮮活農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈應(yīng)急協(xié)調(diào)契約[J].系統(tǒng)管理學(xué)報，2014，23(1)：49-56.

WU Zhonghe，CHEN Hong，ZHAO Qian，et al.Supply chain disruptions coordination for fresh agriculturalproducts under time constraints[J].Journal of Systems & Management,，2014，23(1)：49-56.

[2]但斌，陳軍，吳慶.基于多級折扣價格的易逝品訂貨策略研究[J].中國管理科學(xué)，2006，14(3)：38-44.

DAN Bin，CHEN Jun，WU Qin. Optimal ordering policy for perishable product with progressive price discounts[J]. Chinese Journal of Management Science，2006，14(3)：38-44.

[3]丁松，但斌.隨機(jī)需求下考慮零售商風(fēng)險偏好的生鮮農(nóng)產(chǎn)品最優(yōu)訂貨策略[J].管理學(xué)報，2010，9(9)：1382-1387.

DING Song，DAN Bin. Optimal ordering policy for fresh agricultural products withstochastic demand considering retailers′ Risk preference[J]. Chinese Journal of Management，2010，9(9)：1382-1387.

[4]佟斌，楊德禮，潘新.RFID對供應(yīng)鏈提前期壓縮的影響及協(xié)調(diào)研究[J]. 運(yùn)籌與管理，2010，19(5)，52-58.

TONG Bin，YANG Deili，PAN Xin.Research on effect of rfid on supply chain lead-timecompression and coordination[J].Operations Research and Management Science，2010，19(5)，52-58.

[5]LEE I，LEE B-C.Measuring the value of RFID investment: focusing on RFID budget allocation[J]. IEEE Transactions on Engineering Management，2012，59(4):551-559.

[6]SIVAKUMAR B. A perishable inventory system with retrial demands and a finite population[J]. Journal of Computational and Applied Mathematics，2009，224(1):29～38.

[7]范體軍，張麗，李琳，等.基于RFID技術(shù)的零售業(yè)供應(yīng)鏈投資決策研究[J].管理學(xué)報，2013，10(8)：1230-1237.

FAN Tijun，Zhang Li，Li Lin，et al. Investment decision-making in retail supply chain with RFID technology[J]. Chinese Journal of Management，2013，10(8)：1230-1237.

[8]馮穎，吳茜，余云龍.考慮實體損耗和價值損耗的生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)機(jī)制研究[J].物流技術(shù)，2014，33(6)：282-286.

FENG Ying， WU Qian，YU Yunlong. Study on coordination mechanism of fresh farm produce supply chainsconsidering physical attrition and value loss[J]. Logistics Technology，2014，33(6)：282-286.

[9]LODREE E J，UZOCHUKWU B M．Production planning for adeteriorating item with stochastic demand and consumer choice[J]．International Journal of Production Economics，2008，116(2)：219-232.

[10]范如國，王麗麗.RFID對生鮮農(nóng)產(chǎn)品運(yùn)輸時間及零售商與物流商收益的影響分析[J].技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2011，30(7)，118-121.

FAN Ruguo， WANG Lili. Analysis on effect of RFID on transit time of fresh agricultural products and benefit of retailers andlogistics providers[J]. Technology Economics，2011，30(7)，118-121.

[11]李琳，范體軍.基于RFID技術(shù)應(yīng)用的鮮活農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈決策[J].系統(tǒng)工程理論與實踐，2014，34(4)，836-844.

LI Lin，F(xiàn)AN Tijun. Research on decision-making of fresh agricultural procuct supply chain with RFID technology[J]. Systems Engineerin-Theory & Practice，2014，34(4)，836-844.

[12]肖勇波，陳劍，徐小林. 到岸價格商務(wù)模式下涉及遠(yuǎn)距離運(yùn)輸?shù)臅r鮮產(chǎn)品供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)[J]．系統(tǒng)工程理論與實踐，2008，28(2)：19-25.

XIAO Yongbo，CHEN Jian，XU Xiaolin. Fresh product supply chain coordination under CIF business model with long distance transportation[J]. Systems Engineering-Theory & Practice，2008，28(2)：19-25.

Decision-making of RFID Technology on Fresh and Live Agricultural Products with Stochastic Demand

MA Yunfeng, HUANG Yaoyu, ZHANG Ruijun

(Management School, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081,China)

Abstract：A study is conducted into a single-period two-level fresh and live agricultural product (FLAP) supply chain consisting of a manufacturer and a retailer. The positive effects of RFID on FLAP wastage from quantity and quality are considered; the impacts of cost of RFID tag on the profits of the upstream company and the downstream company along the supply chain with stochastic customer demand are discussed; the optimal expected profits and the order quantity, respectively of the companies with and without RFID technology in the centralized supply chain model as well as in the decentralized supply chain model are analyzed and the critical value of RFID technology in the two models obtained. The conclusion shows that the critical values of RFID technology of companies are the same in both the centralized decentralized supply chain and that the more significant effect the RFID technology has on FLAP circulation wastage from quantity and quality, the more willing the company will be in using the technology.

Key words：supply chain; RFID technology; fresh and live agricultural products; decision-making

中圖分類號：F253

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1007-7375(2016)01- 0142- 06

doi:10.3969/j.issn.1007- 7375.2016.01.022

作者簡介：馬云峰(1972-)，男，吉林省人，副教授，博士，主要研究方向為系統(tǒng)優(yōu)化與管理決策，物流系統(tǒng)優(yōu)化與管理

基金項目：湖北省自然科學(xué)基金資助項目(2014CFB804);武漢科技大學(xué)校級重點資助項目(2013Z028)

收稿日期：2015- 04- 18