考慮零售商風險規(guī)避的生鮮供應(yīng)鏈區(qū)塊鏈技術(shù)投資決策及協(xié)調(diào)

劉 亮 李斧頭

(天津工業(yè)大學 經(jīng)濟與管理學院, 天津 300387)

0 引言

中國是世界上生鮮產(chǎn)品的生產(chǎn)和消費大國,政府部門高度重視生鮮產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展狀況,2018年出臺的中央一號文件已是第十五次關(guān)注三農(nóng)問題,各級部門也紛紛開展生鮮產(chǎn)品有關(guān)標準和規(guī)范的制定。截止到2017年,國內(nèi)生鮮產(chǎn)品的交易金額已達到1.79萬億元,其中通過電商渠道的交易量達到1391.3億元。消費者越來越重視生鮮產(chǎn)品的品質(zhì),高品質(zhì)、高質(zhì)量的雙高生鮮產(chǎn)品,正日益引起消費者的關(guān)注。由于生鮮產(chǎn)品的新鮮度信息具有供應(yīng)商私有性,為了自身的利益,在供應(yīng)鏈中可能會存在供應(yīng)商謊報鮮活度信息的行為,影響產(chǎn)品的新鮮度,削減供應(yīng)鏈系統(tǒng)的收益,導(dǎo)致市場動蕩,供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定等。因此,消費者急需一種可靠的方式來驗證生鮮產(chǎn)品的品質(zhì)安全性,以解決生產(chǎn)商謊報行為。解決上述問題和困擾的一個潛在方案是使用區(qū)塊鏈技術(shù),它是工業(yè)4.0所支持的一種新的數(shù)字技術(shù)方法,用以確保數(shù)據(jù)的真實性和完整性,防止篡改和單點故障[1]。區(qū)塊鏈技術(shù)所具有的集分布式、全網(wǎng)記錄、成本低、效率高和安全性好等特點于一身,能夠有效降低監(jiān)管成本、交易風險和復(fù)雜度,提高信息記錄的可信度,這使得該技術(shù)在促進生鮮供應(yīng)鏈信息溯源和透明化管理方面極具吸引力,為實現(xiàn)生鮮供應(yīng)鏈的可追溯性、透明度和安全性提供了創(chuàng)新的解決方案[2]。因此,運用區(qū)塊鏈技術(shù)的公開透明性,可以有效地抑制生產(chǎn)商謊報行為。目前區(qū)塊鏈技術(shù)已經(jīng)被眾多公司采用,進行產(chǎn)品信息溯源。例如:IBM公司與眾多企業(yè)打造區(qū)塊鏈聯(lián)盟,以確保供應(yīng)鏈任一環(huán)節(jié)中的食品安全性;清華大學電子商務(wù)工程實驗室和沃爾瑪、IBM等共同承建中國地區(qū)首個確保食品安全的區(qū)塊鏈信息溯源聯(lián)盟等;京東構(gòu)建區(qū)塊鏈技術(shù)追溯系統(tǒng),對進口生鮮產(chǎn)品實行全程監(jiān)控策略,為消費者提供優(yōu)良安全的生鮮產(chǎn)品。

近年來,越來越多的學者開始關(guān)注生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈的研究,從目前生鮮供應(yīng)鏈的研究成果來看,聚焦于以下三個方面:(1)生鮮產(chǎn)品的消費研究。Voon等[3]采用計劃行為理論量化消費者的有機農(nóng)產(chǎn)品購買意愿進步指導(dǎo)有機農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)。周禮南等[4]在考慮消費者對有機生鮮產(chǎn)品偏好的情形下,解決了生鮮產(chǎn)品供應(yīng)鏈的均衡問題,并且認為有機農(nóng)產(chǎn)品能夠提高供應(yīng)商和零售商的收益。Chang等[5]在分析農(nóng)業(yè)多功能識別對環(huán)境友好型農(nóng)產(chǎn)品價格溢價影響的基礎(chǔ)上,研究生鮮產(chǎn)品的銷售價格與消費者支付意愿之間的聯(lián)系。唐躍武等[6]結(jié)合策略性消費者的決策行為,系統(tǒng)研究零售商的單階段、兩階段的最優(yōu)定價及庫存問題。(2)生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈定價及協(xié)調(diào)研究。Yu 和 Xiao[7]構(gòu)建由單一的供應(yīng)商、零售商和第三方服務(wù)商組成的三級生鮮供應(yīng)鏈系統(tǒng),在此基礎(chǔ)上探討最優(yōu)生鮮產(chǎn)品定價策略和最優(yōu)保鮮水平成本投入。Huang等[8]構(gòu)建基于訂貨提前期的價格折扣機制模型,進而縮短訂貨時間,減少產(chǎn)品在流通過程中新鮮度的耗損。Blackburn 和 Scudder[9]的研究表明,降低生鮮產(chǎn)品生鮮度損耗是生鮮供應(yīng)鏈管理中的關(guān)鍵問題。Cai等[10-11]優(yōu)化需要遠距離運輸?shù)纳r產(chǎn)品供應(yīng)鏈,并結(jié)合第三方物流進行生鮮產(chǎn)品供應(yīng)鏈的協(xié)調(diào)。(3)生鮮產(chǎn)品供應(yīng)鏈信息溯源及謊報行為的研究。李怡娜和徐學軍[12]、肖群和馬士華[13]從零售商視角探討謊報行為,Yan等[14]、Cakanyildirim 等[15]從供應(yīng)商的視角探討謊報行為,馮穎和劉真[16]從第三方服務(wù)商的視角出發(fā),探討無謊報行為、第三方物流服務(wù)商的單方謊報行為和零售商雙邊謊報行為。但斌等[17]在引入中間批發(fā)商的情形下,分析了生鮮產(chǎn)品存在價格謊報對供應(yīng)鏈的影響,結(jié)果表明批發(fā)價的透明化,能夠保證生鮮產(chǎn)品的供給需求,降低不確定性。上述研究成果進一步表明,謊報方利用謊報行為侵占供應(yīng)鏈他方成員的利潤,來提高己方利潤,且謊報行為會導(dǎo)致市場動蕩,供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。

為了提高供應(yīng)鏈的透明度,消除信息不對稱的影響,Grunow 和 Piramuthu[18]利用RFID技術(shù)的信息收集、傳遞處理特性,進而實時評估生鮮產(chǎn)品新鮮度的損耗狀況。Fu等[19]構(gòu)建由零售商、制造商和供應(yīng)商組成三級生鮮供應(yīng)鏈系統(tǒng),分析了新鮮食品供應(yīng)鏈最優(yōu)RFID投資問題,在此基礎(chǔ)上確定訂貨策略和RFID投資的最佳聯(lián)合決策,并討論投資成本分攤問題。張李浩和胡繼靈[20]、楊惠霄和駱建文[21]投資RFID技術(shù)來解決供應(yīng)鏈中產(chǎn)品錯放問題。文獻[22-23]利用RFID技術(shù)來構(gòu)建供應(yīng)鏈的溯源系統(tǒng),實現(xiàn)產(chǎn)品信息溯源,RFID標簽一度被認為是一種可靠的供應(yīng)鏈信息溯源技術(shù)[24],然而,Toyoda等[25]提出了該技術(shù)的不可靠性,因為RFID標簽在進行供應(yīng)鏈信息溯源的過程中容易被篡改,因此使用RFID技術(shù)來抑制供應(yīng)商的謊報行為,并不可靠。這是由于傳統(tǒng)的產(chǎn)品信息追溯性系統(tǒng)都是集中式的,具有壟斷性、不對稱性和不透明性,可能導(dǎo)致信任問題,如欺詐、腐敗、篡改和偽造信息等,而且集中式的系統(tǒng)可能會由于單點故障而導(dǎo)致整個系統(tǒng)崩潰[26]。此外,傳統(tǒng)的信息追溯模式由于缺乏透明度和可視化性,尤其是在多層供應(yīng)鏈中,這使得供應(yīng)鏈參與者之間的信任往往較低[27],極大的影響消費者的購買意愿。區(qū)塊鏈技術(shù)所支持的交易(即一系列需要在不同地點產(chǎn)生的產(chǎn)品交易)均可以保證參與方在透明化的環(huán)境中進行,它通過收集、共享和傳輸采購、處理、倉儲、分銷和銷售過程中的真實數(shù)據(jù),提供可追溯性和可信信息。從產(chǎn)品的生產(chǎn)到銷售的全過程,區(qū)塊鏈技術(shù)可以為每項交易創(chuàng)建一個模塊,任何信息都可以通過時間戳追溯到區(qū)塊鏈的每個區(qū)塊[28],這對于提高產(chǎn)品的可追溯性,確保產(chǎn)品的安全性具有重要意義。與傳統(tǒng)的方式不同,區(qū)塊鏈技術(shù)記錄的所有的交易數(shù)據(jù)在所有網(wǎng)絡(luò)成員之間進行分配,每個成員都可以訪問交易記錄和活動記錄,任何參與方都可以實時檢查產(chǎn)品的進度和位置,并且可以在系統(tǒng)中共享相同的信息[29]。此外,通過區(qū)塊鏈技術(shù)可以提高供應(yīng)鏈的透明度,建立信任和聲譽,這一方面可以增強消費者對供應(yīng)商和零售商的信心[30-31],進而提高企業(yè)的聲譽,增強產(chǎn)品的品牌效應(yīng),另一方面,并可能徹底改變我們理解和研究供應(yīng)鏈信任的方式。然而,從區(qū)塊鏈技術(shù)的視角下,分析食品供應(yīng)鏈溯源信息共享的文獻并不是很多。Tse 等[32]提出了應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)保障食品供應(yīng)信息安全的理念,但尚未實施。Caro等[33]集成物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈技術(shù)提出了AgriBlockIoT解決方案,建立了具有容錯性和不可篡改的食品供應(yīng)鏈的追溯系統(tǒng),保證了農(nóng)業(yè)食品供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)的透明化。Tian[34]討論了區(qū)塊鏈技術(shù)在農(nóng)業(yè)食品供應(yīng)鏈中的潛在效益,隨后Tian[35]又開發(fā)了一個基于區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)和HACCP(危害分析和關(guān)鍵控制點)的食品供應(yīng)鏈實時跟蹤系統(tǒng),為供應(yīng)鏈的所有參與者提供了一個透明、可靠、安全的平臺。Kim 和Laskowski[36]以本體論工具作為可追溯性食品供應(yīng)鏈的區(qū)塊鏈設(shè)計,使用以太坊區(qū)塊鏈平臺開發(fā)支持商品可追溯性的智能合約,并分析在國際上大型復(fù)雜供應(yīng)鏈中奢侈品的來源。Bettín-Díaz 等[37]將區(qū)塊鏈技術(shù)整合到食品行業(yè)供應(yīng)鏈中以實現(xiàn)整個食品供應(yīng)鏈過程的信息可追溯性,并且向終端消費者提供足夠多的產(chǎn)品信息,以使其做出明智的購買決策。Baralla 等[38]構(gòu)建了一個面向區(qū)塊鏈平臺的食品數(shù)據(jù)存儲庫,利用區(qū)塊鏈的分布性和不變性,確保了食品供應(yīng)鏈的透明度。隨后,文獻[39-40]分析了區(qū)塊鏈技術(shù)在食品供應(yīng)鏈信息溯源方面的潛力及條件,它是確保食品供應(yīng)鏈數(shù)據(jù)采集和管理的真正的創(chuàng)新方法。

然而采用區(qū)塊鏈技術(shù)進行供應(yīng)鏈體系的信息溯源會帶來額外成本的投入,這也成為限制區(qū)塊鏈技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用的重要因素之一。本文著重探索利用區(qū)塊鏈技術(shù)來抑制風險規(guī)避型生鮮供應(yīng)鏈中存在的謊報問題,并尋求不同決策情形下,區(qū)塊鏈技術(shù)的最優(yōu)成本投資閾值,研究風險規(guī)避行為和成本投資組合對供應(yīng)鏈各成員收益的影響,并設(shè)計收入共享契約、回購補償契約進行供應(yīng)鏈的協(xié)調(diào),在此基礎(chǔ)上提出非對稱納什均衡談判策略,進行盈余收益的分配。

1 問題描述及相關(guān)假設(shè)

構(gòu)建由單一的供應(yīng)商和風險規(guī)避的零售商組成的二級生鮮產(chǎn)品供應(yīng)鏈,其中供應(yīng)商向零售商供應(yīng)生鮮產(chǎn)品,在生鮮度信息不對稱條件下,供應(yīng)商出于收益最大化,可能會對零售商謊報產(chǎn)品的新鮮度欺騙零售商增加訂貨量來進一步提升自身的收益,這也就嚴重損害了零售商的收益,導(dǎo)致供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。為了解決該問題,本文引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù),它所具有的非中心化、開放性、自治性、信息不可篡改性和匿名性等特性,使得該技術(shù)在促進供應(yīng)鏈信息溯源和透明化管理方面極具吸引力,通過該技術(shù)可以實現(xiàn)產(chǎn)品實時信息溯源,供應(yīng)鏈透明化,進一步消除信息不對稱的影響。此外,區(qū)塊鏈技術(shù)所具有的“智能合約技術(shù)”能夠節(jié)約交易成本、縮短交易時間,進而能夠減少生鮮產(chǎn)品新鮮度在流通過程中的損耗。對于零售商的風險規(guī)避行為,本文采用如下Rockafellar 等[41]提出的CVaR方法進行刻畫:

其中q表示臨界部分≤α},v表示給定α時的風險值。在實際應(yīng)用中,通常采用CVaR更一般化的定義公式:

為了方便建模分析,本文需要做以下假設(shè):

假設(shè)1供應(yīng)商所提供的生鮮產(chǎn)品的單位生產(chǎn)成本為c,新鮮度為κ,面向零售商的批發(fā)價格為w;零售商綜合考慮供應(yīng)商的信息及市場需求訂購q數(shù)量的生鮮產(chǎn)品,并且以銷售價格p出售給消費者(p為外生變量,由市場決定)。在銷售期末,未出售的生鮮產(chǎn)品,以殘值s自行處理。此外,為了簡化,本文不考慮缺貨損失。

假設(shè)2生鮮產(chǎn)品的生命周期為T,新鮮度隨時間逐漸遞減,參照文獻[42],設(shè)生鮮產(chǎn)品的新鮮度為κ(t)=1-t2/T2,其中t為出產(chǎn)后的時間,為了保證產(chǎn)品能在市場上銷售,我們定義0≤t＜T。

假設(shè)3生鮮產(chǎn)品的市場需求受新鮮度的影響,在隨機需求模式下,參照文獻[43]定義生鮮產(chǎn)品的市場需求量為D(t)=κ(t)x,其中x為新鮮度為1時的隨機市場需求量。參照文獻[44],假設(shè)x服從[0,b]上的均勻分布,D為產(chǎn)品的實際市場需求量。

假設(shè)4在生鮮度信息不對稱條件下,供應(yīng)商出于收益最大化,可能會對零售商謊報產(chǎn)品的新鮮度欺騙零售商增加訂貨量來進一步提升自身的收益,設(shè)其實際公布的產(chǎn)品出產(chǎn)時間為υt,其中0≤υ≤1為謊報系數(shù),當υ=0時,為完全謊報信息,當υ=1時,上下游成員處于完全透明的狀態(tài)。

假設(shè)5區(qū)塊鏈技術(shù)不僅能夠消除供應(yīng)鏈上下游成員信息不對稱的影響,而且其“智能合約技術(shù)”能夠加快生鮮產(chǎn)品的交易速度,降低交易成本。設(shè)在使用區(qū)塊鏈技術(shù)進行信息溯源過程中,單位產(chǎn)品需要付出的區(qū)塊鏈技術(shù)投入成本為^c,在每次交易過程中,單位產(chǎn)品所節(jié)約成本為,交易時間能夠由原來的時間t縮短至^t。在投資區(qū)塊鏈過程中供應(yīng)商所承擔的成本分擔比例為1-δ,零售商分擔的比例為δ,其中0≤δ≤1。為了保證供應(yīng)鏈有利可圖,假設(shè)c+^c-2＞0,p+2-c-^c＞0。

假設(shè)6在下文中用Π代表供應(yīng)鏈成員的收益,用下標s、r表示供應(yīng)商和零售商,上標c、d、υ、co、b分別代表合作博弈、Stackelberg博弈、謊報信息、收入共享契約、回購補償契約。

2 合作博弈情形

在合作博弈的情形下,供應(yīng)商和零售商相互合作以生鮮供應(yīng)鏈整體收益最大為決策目標。盡管供應(yīng)鏈集成化概念模型在實際應(yīng)用中很難實現(xiàn),但是在供應(yīng)鏈的協(xié)調(diào)研究中,總是以合作博弈為理論基礎(chǔ)進行,因此合作博弈仍具有重要的理論意義。本節(jié)中,我們探討合作博弈時,生鮮供應(yīng)鏈投資區(qū)塊鏈技術(shù)前后對均衡解和供應(yīng)鏈系統(tǒng)收益的影響,并找出最佳的區(qū)塊鏈技術(shù)投資條件。

在合作博弈下,不投資區(qū)塊鏈技術(shù)時供應(yīng)鏈系統(tǒng)的收益為:

將式(3)代入式(2)可得零售商的決策函數(shù)為:

易知?2CVaR(qc)/?(qc)2＜0,那么CVaR(qc,α)是關(guān)于訂購量qc的嚴格凹函數(shù),由一階條件?CVaR(qc)/?qc=0,可得零售商的最優(yōu)訂貨量,并代入式(3)中,則有:

當供應(yīng)鏈系統(tǒng)投資區(qū)塊鏈技術(shù)時,其收益為:

將式(6)代入式(2)可得零售商的決策函數(shù)為:

同理可得零售商最優(yōu)訂購量,供應(yīng)鏈系統(tǒng)收益分別為:

結(jié)論1比較投資區(qū)塊鏈技術(shù)前后合作博弈的供應(yīng)鏈系統(tǒng),有如下結(jié)果:

(2)合作博弈情形下,區(qū)塊鏈技術(shù)的投資條件為:0＜

(3)合作博弈情形下,無論投資區(qū)塊鏈技術(shù)與否,零售商的訂貨量、供應(yīng)鏈的系統(tǒng)收益均是關(guān)于風險規(guī)避度的減函數(shù)(α越大風險規(guī)避度越小,α越小風險規(guī)避度越大)。

證明:(1)將投入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)前后的均衡解分別作差則有:

(2)將投入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)前后的供應(yīng)鏈系統(tǒng)的收益作差,則有:

結(jié)論1表明,投資區(qū)塊鏈技術(shù)盡管能夠帶來新的成本,但是能夠縮短交易的時間增加生鮮產(chǎn)品的新鮮度,降低交易成本,并且技術(shù)投資成本、縮短的交易時間及降低的交易成本共同決定了投資區(qū)塊鏈后訂貨量和供應(yīng)鏈系統(tǒng)收益的變化。合作博弈情形下供應(yīng)鏈系統(tǒng)投資區(qū)塊鏈技術(shù)的條件為:單位產(chǎn)品區(qū)塊鏈技術(shù)投入成本滿足(p-c)(1-在此條件下,零售商的訂貨量也會增加。值得注意的是,當,此時,投資區(qū)塊鏈技術(shù)只會增加訂貨量,但是供應(yīng)鏈系統(tǒng)收益并不會增加。另外,投資區(qū)塊鏈技術(shù)條件并不受零售商風險規(guī)避行為的影響。

3 Stackelberg博弈下供應(yīng)鏈區(qū)塊鏈技術(shù)投資決策

在分散決策的情形下,供應(yīng)鏈上下游雙方各自進行決策,其中供應(yīng)商為領(lǐng)導(dǎo)者,零售商為跟隨者,且分別以各自的收益最大化為決策目標。Stackelberg博弈的過程為:首先,供應(yīng)商告知生鮮產(chǎn)品的新鮮度,且確定最優(yōu)批發(fā)價格,然后零售商在供應(yīng)商給定新鮮度的基礎(chǔ)上確定最優(yōu)的訂貨量,因此在這種分散決策的情形下,鮮活度信息具有供應(yīng)商私有性,為了自身的收益,供應(yīng)商可能存在謊報新鮮度的情況。本節(jié)中,我們主要研究供應(yīng)商的謊報行為、投資區(qū)塊鏈技術(shù)對供應(yīng)鏈均衡解和收益的影響,為了對比分析,首先給出供應(yīng)鏈未投資區(qū)塊鏈技術(shù)時,新鮮度信息對稱情形下的基本模型。

3.1 新鮮度信息對稱情形

該情形下零售商的收益函數(shù)為:

供應(yīng)商的收益函數(shù)為:

將式(11)代入式(2)可得零售商的決策函數(shù)為:

易知?2CVaR(qd)/?(qd)2＜0,那么CVaR(qd,α)是關(guān)于訂購量qd的嚴格凹函數(shù),那么由一階?CVaR(qd)/?qd=0,可得零售商的最優(yōu)反應(yīng)函數(shù)為:

將式(14)代入供應(yīng)商的決策函數(shù),可得最優(yōu)批發(fā)價格,并反代入到零售商的反應(yīng)函數(shù)中,則有:

進而可得供應(yīng)鏈成員的收益分別為:

3.2 謊報新鮮度信息情形

當新鮮度信息不對稱時,供應(yīng)商為了自己的收益可能會存在謊報新鮮度的情形,即公布生鮮產(chǎn)品的出產(chǎn)時間為υt,其中0≤υ≤1,而產(chǎn)品的實際出產(chǎn)時間為t,因此在謊報情形時,新鮮度函數(shù)在原有的基礎(chǔ)上,修正為κ(υt)=1-(υt)2/T2,其中0≤t≤T。那么,在信息不對稱時,供應(yīng)鏈成員的博弈模型為:

零售商的收益函數(shù)為:

供應(yīng)商的收益函數(shù)為:

將式(17)代入式(2)可得零售商的決策函數(shù)為:

易知?2CVaR(qυd)/?(qυd)2＜0,則CVaR(qυd)是關(guān)于訂購量qυd的嚴格凹函數(shù),那么由一階條件?CVaR(qυd)/?qυd=0,可得零售商的最優(yōu)反應(yīng)函數(shù)為:

代入供應(yīng)商的決策函數(shù),可得最優(yōu)批發(fā)價格,并反代入到零售商的最優(yōu)反應(yīng)函數(shù)中,則有:

由于供應(yīng)商謊報新鮮度,造成零售商訂貨量增多。由于受新鮮度的影響,市場的實際需求會小于零售商的訂貨量,因此這種情形下零售商的實際收益為:

將式(21)代入式(22)中,可得零售商和供應(yīng)商的收益分別為:

因為,κ(t)＜κ(υt),進而有因此,可以看出供應(yīng)商的謊報行為能夠增加自身的收益,降低零售商的收益。

3.3 投資區(qū)塊鏈技術(shù)情形

分散決策時,供應(yīng)鏈投資區(qū)塊鏈技術(shù)不僅能夠縮短生鮮產(chǎn)品的出產(chǎn)時間,而且還能夠?qū)崿F(xiàn)信息共享,并且通過區(qū)塊鏈智能合約技術(shù)降低交易成本。因此,在投資區(qū)塊鏈技術(shù)時,零售商和供應(yīng)商的博弈模型為:

零售商的收益函數(shù)為:

供應(yīng)商的收益函數(shù)為:

將式(24)代入式(2),可得零售商的決策函數(shù)為:

將式(27)代入供應(yīng)商的決策函數(shù),可得最優(yōu)批發(fā)價格,并反代入到零售商的反應(yīng)函數(shù)中,則有:

進而可得供應(yīng)鏈成員的收益分別為:

結(jié)論2對比Stackelberg博弈情形,有如下結(jié)果:

(1)投資區(qū)塊鏈技術(shù)后零售商的最優(yōu)訂購量與成本分擔比例δ無關(guān),與零售商的風險規(guī)避度呈反比;且的符號由單位產(chǎn)品區(qū)塊鏈技術(shù)投入成本^c、縮短后的時間^t及單位產(chǎn)品的節(jié)約成本共同決定,而與零售商的風險規(guī)避程度無關(guān)。其綜合比較結(jié)果如表1、表2和表3所示。

(2)謊報行為與否并不影響供應(yīng)商的批發(fā)價格,投資區(qū)塊鏈技術(shù)前后產(chǎn)品的批發(fā)價格^w與區(qū)塊鏈技術(shù)投入成本的分擔系數(shù)有關(guān),當

(3)投資區(qū)塊鏈技術(shù)后供應(yīng)鏈成員的收益是關(guān)于零售商風險規(guī)避度的減函數(shù),與成本分擔系數(shù)δ無關(guān);區(qū)塊鏈技術(shù)的投資條件為

分別討論以上兩式,可得如表1的結(jié)論。

表1 Stackelberg博弈下零售商訂貨量比較Table 1Comparison of retailer orders under stackelberg game

其中θ1=(p-c)(1-κ(υt)/κ(^t))+2,θ2=(p-c)(1-κ(t)/κ(^t))+2。

討論以上兩式可得如表2的結(jié)論。

表2 Stackelberg博弈下零售商收益比較Table 2Comparison of retailers′ revenue under stackelberg game

討論以上兩式可得如表3的結(jié)論。

表3 Stackelberg博弈下供應(yīng)商收益比較Table 3Comparison of supplier′ revenue under stackelberg game

結(jié)論2表明:(1)供應(yīng)商謊報新鮮度與否和零售商的風險規(guī)避行為,并不會影響其設(shè)定的批發(fā)價格,投資區(qū)塊鏈技術(shù)后其批發(fā)價格由單位產(chǎn)品的區(qū)塊鏈技術(shù)投入成本及技術(shù)投資分擔系數(shù)共同決定。(2)當供應(yīng)商謊報信息時,零售商的實際訂貨量會增加,但是受新鮮度的影響市場實際需求量減少,進而導(dǎo)致零售商的收益減少,造成供應(yīng)商侵占零售商的收益,導(dǎo)致供應(yīng)鏈不穩(wěn)定。(3)當供應(yīng)商謊報信息程度較低時,供應(yīng)商能夠通過區(qū)塊鏈技術(shù)投資獲得更多的收益,此時,供應(yīng)商可能更趨向于技術(shù)投資,而非隱瞞新鮮度。(4)Stackelberg博弈情形下,是否投資區(qū)塊鏈技術(shù)主要供應(yīng)商決定,只要供應(yīng)商愿意投資零售商也隨之受益,并且當零售商投入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)能獲取較大的收益時,可采取補貼供應(yīng)商的方式,共同進行區(qū)塊鏈技術(shù)的推廣。(5)當κ(υt)/κ(t)的比值越趨近于1,θ5就越小,投資區(qū)塊鏈技術(shù)越能縮短出產(chǎn)時間,保持產(chǎn)品的新鮮度,區(qū)塊鏈技術(shù)的投資閾值范圍越大。

4 基于區(qū)塊鏈技術(shù)投資的契約協(xié)調(diào)

在二級Stackelberg博弈供應(yīng)鏈中,供應(yīng)鏈成員各自以其收益最大化為決策目標,這就會加劇供應(yīng)鏈的雙重邊際化效應(yīng),降低供應(yīng)鏈系統(tǒng)的整體收益,導(dǎo)致供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,因此就有必要進行供應(yīng)鏈的協(xié)調(diào)設(shè)計,以消除這種雙重邊際化效應(yīng)給供應(yīng)鏈系統(tǒng)帶來的損害。

4.1 風險規(guī)避供應(yīng)鏈收入共享契約

在本節(jié)中我們設(shè)計收入共享契約來協(xié)調(diào)供應(yīng)鏈。契約形式為:供應(yīng)鏈上下游雙方達成相關(guān)協(xié)議,即在銷售期初,供應(yīng)商向零售商提供低于成本部分的批發(fā)價格,銷售季節(jié)末,供應(yīng)鏈雙方成員按照協(xié)商的比例分享銷售利潤。假設(shè)零售商分得的比例為φ,供應(yīng)商所分的比例為1-φ,則有:

零售商的收益函數(shù)為:

供應(yīng)商的收益函數(shù)為:

將式(36)代入式(2)可得零售商的決策函數(shù)為:

因此,當wco∈(wco/min,wco/max)時,供應(yīng)鏈系統(tǒng)的收益達到合作博弈的效果。要使得上下游成員共同接受該契約,必須滿足,即批發(fā)價格應(yīng)當滿足:

進一步,注意到

因此,滿足上述條件的批發(fā)價格為非空集合,同時可以得出:

當零售商的風險規(guī)避度α(零售商根據(jù)適當?shù)那樾芜M行調(diào)整)和區(qū)塊鏈技術(shù)投資成本的分擔比例δ(可由上下游成員談判確定)滿足下述方程組時

結(jié)論3在收入共享契約協(xié)調(diào)下,當供應(yīng)商提供的產(chǎn)品批發(fā)價格滿足wco∈(wco/min,wco/max),供應(yīng)鏈系統(tǒng)的收益達到合作博弈的效果;當供應(yīng)商所制定的批發(fā)價格滿足wco∈,供應(yīng)鏈整體收益不但達到集中決策水平,且供應(yīng)鏈上下游成員的收益實現(xiàn)帕累托改進。

結(jié)論3表明在收入共享契約協(xié)調(diào)中,如果供應(yīng)商制定的批發(fā)價格較高,那么在收益共享過程中零售商所分得收入比較高,但所支付的批發(fā)成本也較高;而供應(yīng)商分擔零售商收益的比例較低,但是固有的收益較高,兩者存在一種截然相反的狀態(tài),我們找到一個最佳的批發(fā)價格閾值,使得雙方能夠共同達到雙贏的狀態(tài)。

4.2 收入共享契約的非對稱納什均衡收益談判

本節(jié)中,我們采用非對稱納什均衡談判模型對收入共享協(xié)調(diào)所產(chǎn)生的盈余收益進行分配。在納什均衡談判模型中,其決策變量為契約協(xié)調(diào)過程中雙方所受益的最優(yōu)批發(fā)價格,目標函數(shù)是供應(yīng)鏈成員在契約協(xié)調(diào)過程中最優(yōu)收益,必須將其最大化。每個參與方的收益取決于契約協(xié)調(diào)下的利潤與Stackelberg博弈情形下收益之間的差額。因此非對稱的納什均衡收益談判,可用如下模型來刻畫:

其中τ為供應(yīng)商的談判能力,1-τ為零售商的談判能力,分別為Stackelberg博弈下供應(yīng)商和零售商的收益,求解上述模型,可得:

4.3 風險規(guī)避供應(yīng)鏈回購補償契約

在本節(jié)中我們設(shè)計另一種契約——回購補償契約來協(xié)調(diào)供應(yīng)鏈。生鮮作為易逝品的典型代表,在實際的運輸經(jīng)營過程中很容易發(fā)生腐爛變質(zhì)等,在這種情形下零售商作為初始階段的產(chǎn)品受體,面臨不確定的市場需求,同時考慮到自身的收益等因素,進一步導(dǎo)致其決策受限。為了刺激零售商訂貨,本節(jié)中,我們設(shè)計回購補償契約進行供應(yīng)鏈的協(xié)調(diào),即:在期初,供應(yīng)商向零售商提供產(chǎn)品批發(fā)價格為^wb,在銷售季節(jié)末,對未出售的生鮮產(chǎn)品供應(yīng)商以每單位Φ的價格進行補貼。因此,在回購補償契約條件下,供應(yīng)鏈成員的收益分別為:

將式(53)代入式(2)可得零售商的決策函數(shù)為:

將式(56)分別代入式(53)、式(54)則有:

供應(yīng)鏈上下游成員的收益實現(xiàn)帕累托改進,達到雙贏的效果,因此有以下結(jié)論。

結(jié)論4投資區(qū)塊鏈技術(shù)后,Stackelberg博弈的供應(yīng)鏈可由回購補償契約進行協(xié)調(diào),且其協(xié)調(diào)形式為:

結(jié)論4表明在回購補償契約中,當供應(yīng)商制定的批發(fā)價格為^wb?,供應(yīng)鏈整體收益達到集中決策水平。起協(xié)調(diào)作用的批發(fā)價格與補償價格之間呈負相關(guān)關(guān)系,供應(yīng)商給予零售商的補償價格越高,所制定的批發(fā)價格越高,其邊際收益增加,而零售商的邊際收益降低。當供應(yīng)商提供的補償價格滿足,供應(yīng)鏈上下游成員的收益實現(xiàn)帕累托改進。

4.4 回購補償契約的非對稱納什均衡收益談判

本節(jié)中,我們采用非對稱納什均衡談判模型對回購補償契約協(xié)調(diào)所產(chǎn)生的盈余收益進行分配。在納什均衡談判模型中,其決策變量為契約協(xié)調(diào)過程中雙方所受益的最優(yōu)單位產(chǎn)品的補償價格,目標函數(shù)是供應(yīng)鏈成員在契約協(xié)調(diào)過程中最優(yōu)收益,必須將其最大化。每個參與方的收益取決于契約協(xié)調(diào)下的利潤與Stackelberg博弈情形下收益之間的差額。因此非對稱的納什均衡收益談判,可用如下模型來刻畫:

其中μ為供應(yīng)商的談判能力,1-μ為零售商的談判能力,分別為Stackelberg博弈下供應(yīng)商和零售商的收益,求解上述模型,可得:

此外,一般情形下,不同的契約協(xié)調(diào)給供應(yīng)鏈成員帶來的收益也不相同,并且在現(xiàn)實中決策者往往只能選擇其中的一種契約方式進行供應(yīng)鏈的協(xié)調(diào)。因此,本文將在后續(xù)的算例分析中給出在滿足區(qū)塊鏈技術(shù)投資的條件下,供應(yīng)鏈成員的最優(yōu)契約選擇策略。

5 算例分析

本節(jié)中我們采用MATLAB進行數(shù)值仿真,分析相關(guān)參數(shù)對均衡解及供應(yīng)鏈系統(tǒng)收益的影響,并進一步驗證相關(guān)結(jié)論。設(shè)某一生鮮產(chǎn)品的二級供應(yīng)鏈系統(tǒng),產(chǎn)品的單位成本(例如:生產(chǎn)成本,運輸成本等)為c=2,單位產(chǎn)品的銷售價格為p=8,且生鮮產(chǎn)品的生命周期為T=20;并且產(chǎn)品從生產(chǎn)到送達零售商的實際出產(chǎn)時間t=4;每次交易過程單位產(chǎn)品節(jié)約成本為=0.5,當生鮮產(chǎn)品的新鮮度為1時,市場需求量x服從[0,200]的均勻分布。

圖1描述了單位產(chǎn)品區(qū)塊鏈技術(shù)投入成本和風險規(guī)避度對合作博弈供應(yīng)鏈系統(tǒng)的訂貨量及收益的影響,表明當區(qū)塊鏈技術(shù)投入成本滿足0＜^c＜(p-c)(1-κ(t)/κ(^t))+2時,投資區(qū)塊鏈技術(shù)后,零售商的訂貨量增加,并且供應(yīng)鏈系統(tǒng)的收益增加,因此投資區(qū)塊鏈技術(shù)有利于供應(yīng)鏈系統(tǒng);當單位產(chǎn)品區(qū)塊鏈技術(shù)投入成本滿足＜^c＜(p-c)(1-κ(t)/κ(^t))+2,零售商的最優(yōu)訂貨量雖然增加,但供應(yīng)鏈系統(tǒng)的收益卻較投資區(qū)塊鏈技術(shù)之前降低,因此在實際操作過程中,供應(yīng)鏈成員要當心這一陷阱;當^c＞(p-c)(1-κ(t)/κ(^t))+2時,投資區(qū)塊鏈將不利于供應(yīng)鏈系統(tǒng)的收益,這也進一步驗證了結(jié)論1。圖2表明,在Stackelberg博弈過程中,區(qū)塊鏈技術(shù)投入成本越高、風險規(guī)避度越高零售商的訂貨量就越低,結(jié)合圖3、圖4可以看出,供應(yīng)商和零售商的收益也會降低,并且在新鮮度信息透明和不透明兩種情形下,都存在一個區(qū)塊鏈技術(shù)投入的臨界值,并且供應(yīng)商和零售商所能接受的最優(yōu)投資閾值不同。圖5表明當區(qū)塊鏈技術(shù)投入成本分擔系數(shù)較低、風險規(guī)避度較高時,投資區(qū)塊鏈技術(shù)會導(dǎo)致批發(fā)價格降低,當區(qū)塊鏈技術(shù)投入成本分擔系數(shù)較高、風險規(guī)避度較低時,投資區(qū)塊鏈技術(shù)會導(dǎo)致批發(fā)價格升高。由圖6可以看出,當供應(yīng)商的隱瞞系數(shù)越高,其收益越高。但是當供應(yīng)商隱瞞程度較低時,供應(yīng)商能夠通過區(qū)塊鏈技術(shù)投資獲得更多的收益,因此供應(yīng)商可能更趨向于技術(shù)投資,而非隱瞞新鮮度。

圖1 ()對合作博弈供應(yīng)鏈均衡解的影響Figure 1Impact of ()on the equilibrium solutions under cooperative game

圖2 ()對Stackelberg博弈零售商訂購量的影響Figure 2Impact of ()on the order of retailer under Stackelberg game

圖3 ()對Stackelberg博弈零售商收益的影響Figure 3Impact of ()on the revenue of retailer under Stackelberg game

圖4 ()對Stackelberg博弈供應(yīng)商收益的影響Figure 4Impact of ()on the revenue of supplier under Stackelberg game

圖5 ()對Stackelberg博弈批發(fā)價格的影響Figure 5Impact of ()on the wholesale price under Stackelberg game

圖6隱瞞系數(shù)對Stackelberg博弈供應(yīng)商收益的影響Figure 6Impact of υon the the revenue of supplier under Stackelberg game

圖7 、圖9給出收入共享契約協(xié)調(diào)下,區(qū)塊鏈技術(shù)投入成本對批發(fā)價格對供應(yīng)鏈成員收益的影響,當批發(fā)價格位于時,供應(yīng)鏈上下游成員的收益實現(xiàn)帕累托改進,達到雙贏的效果,這也進一步驗證了結(jié)論3。圖8表明,供應(yīng)商所提供的回購補償價格越高,出于收益最大化的考慮,供應(yīng)商所制定的批發(fā)價格就會越高;圖10給出Φ對回購補償供應(yīng)鏈成員收益的影響,可以看出當制造商提供的購補償價格滿足此時供應(yīng)鏈上下游成員也實現(xiàn)帕累托改進。

圖7 區(qū)塊鏈技術(shù)投入成本對收入共享批發(fā)價格的影響Figure 7Impact of ^con the wholesale price under revenue-sharing contract

圖8 Φ對回購補償契約批發(fā)價格的影響Figure 8Impact of Φon the wholesale price under repurchase compensation contract

圖9 區(qū)塊鏈技術(shù)投入成本對收益共享契約成員收益的影響Figure 9Impact of the revenue of supply chain members under revenue-sharing contract

圖10 Φ對回購補償契約成員收益的影響Figure 10Impact of Φon the revenue of supply chain members under repurchase compensation contract

表4中對比了收入共享契約、回購補償契約供應(yīng)鏈成員收益的變化,從中可以看出,在滿足區(qū)塊鏈技術(shù)投資條件下,回購補償契約對零售商更有利,收入共享契約對供應(yīng)商更有利。因此,在實際決策的過程中零售商應(yīng)選擇回購補償契約,供應(yīng)商應(yīng)選擇收入共享契約,但是對于供應(yīng)鏈系統(tǒng)來說,不論選擇哪種契約協(xié)調(diào),其總收益均達到集中決策的情形。

表4 契約協(xié)調(diào)前后供應(yīng)鏈成員收益對比Table 4Comparison of the profits of supply chain members before and after contract coordination

6 結(jié)論與展望

區(qū)塊鏈技術(shù)所具有的非中心化、開放性、自治性、信息不可篡改性和匿名性等特性,使得該技術(shù)在促進供應(yīng)鏈信息溯源和透明化管理方面極具吸引力,通過該技術(shù)可以實現(xiàn)產(chǎn)品實時信息溯源,供應(yīng)鏈透明化,進一步消除信息不對稱的影響。此外,區(qū)塊鏈技術(shù)所具有的“智能合約技術(shù)”能夠節(jié)約交易成本、縮短交易時間,進而能夠減少生鮮產(chǎn)品新鮮度在流通過程中的損耗。

因此,本文構(gòu)建由單一的供應(yīng)商和風險規(guī)避零售商組成的二級生鮮供應(yīng)鏈,利用區(qū)塊鏈技術(shù)來解決生鮮供應(yīng)鏈中新鮮度不對稱問題,抑制供應(yīng)商新鮮度的謊報行為,探討不同情形下該技術(shù)的最優(yōu)成本投資閾值和該技術(shù)投資前后對供應(yīng)鏈均衡解的影響。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計收入共享契約、回購補償契約來進行供應(yīng)鏈的協(xié)調(diào)設(shè)計,并提出非對稱的納什均衡收益談判模型,進行供應(yīng)鏈盈余收益的分配。研究表明:在合作博弈的條件,投入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)前后,零售商的最優(yōu)訂貨量、供應(yīng)鏈系統(tǒng)收益大小由單位產(chǎn)品區(qū)塊鏈技術(shù)投入成本、縮短后的時間及單位產(chǎn)品的節(jié)約成本共同決定。當區(qū)塊鏈技術(shù)投入成本越低,零售商的風險規(guī)避度越低,那么零售商的訂貨量、供應(yīng)鏈系統(tǒng)的收益就越高,并且存在一個由區(qū)塊鏈技術(shù)投入、縮短的時間和技術(shù)投入后所節(jié)約的成本三者之間的一個關(guān)系閾值,只有在低于閾值時投入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)供應(yīng)鏈才會收益,否則不利于供應(yīng)鏈績效的提升。Stackelberg博弈情形下,是否投資區(qū)塊鏈技術(shù)取決于供應(yīng)商,當零售商投入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)能獲取較大的收益時,可采取補貼供應(yīng)商的方式,共同進行區(qū)塊鏈技術(shù)的推廣。在新鮮度信息透明和不透明兩種情形下,都存在一個區(qū)塊鏈技術(shù)投入的臨界值,并且供應(yīng)商和零售商所能接受的最優(yōu)投資閾值不同。投資區(qū)塊鏈技術(shù)后,通過回購補償契約、收入共享契約均能夠?qū)崿F(xiàn)供應(yīng)鏈的協(xié)調(diào),使得供應(yīng)鏈上下游成員的收益達到帕累托改進,實現(xiàn)雙贏的效果。在非對稱的納什均衡談判過程中,若供應(yīng)商的談判能力較強時,其分得的收益越高,反之就越低。

本文所提出的模型雖然對生鮮供應(yīng)鏈產(chǎn)品信息溯源的管理具有一定的實踐意義,但其仍然存在一定的局限性。首先,為了簡化分析,將市場需求量假定為僅關(guān)于新鮮度的隨機需求函數(shù),因此下一步我們可以考慮將價格變動等影響因素引入到模型中;其次,本文只考慮了單個的制造商和零售商,而未考慮存在競爭的情形,下一步,我們將從競爭的角度出發(fā)做更深入的研究。