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1、 硕 士 学 位 论 文 MATERS DISSERTATION 论文题目 基于风险控制与信息共享的生鲜农产品 三级供应链协调研究 作者姓名 梁进刚 学位类别 工程硕士 指导教师 侯玉梅教授 2015 年 12 月 中图分类号： F274 学校代码： 10216 UDC： 300 密级：公开 工程硕士学位论文 (应用型研究 ) 基于风险控制与信息共享的生鲜农产品三级 供应链协调研究 硕 士 研 究 生 ：梁进刚 导 师 ：侯玉梅教授 副 导 师： 付春元高级工程师 申 请 学 位 ：工程硕士 工 程 领 域 ：工业工程 所 属 学 院 ：经济管理学院 授予学位单位 ：燕山大学 A Disser
2、tation in Industry Engineering STUDY ON THREE-LEVEL FRESH AGRICULTURAL PRODUCT SUPPLY CHAIN COORDINATION BASED ON RISK MANAGEMENT AND INFORMATION SHARING by Liang Jingang Supervisor: Professor Hou Yumei Yanshan University December,2015 燕山大学硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于风险控制与信息共享的生鲜 农产品三级供应链协调研究，是
3、本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间 独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写 过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确 方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。 作者签字： 日期： 年 月 日 燕山大学硕士学位论文使用授权书 基于风险控制与信息共享的生鲜农产品三级供应链协调研究系本人在燕山 大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归燕 山大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解燕山大 学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件 和电子版
4、本，允许论文被查阅和借阅。本人授权燕山大学，可以采用影印、缩印或 其它复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。 本学位论文属于 保密 ，在 年解密后适用本授权书。 不保密 。 (请在以上相应方框内打 “” ) 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 摘 要 摘 要 本文研究了在生鲜农产品有损耗的前提下带有多个零售商的三级生鲜农产品供 应链的协调及优化。综合运用博弈理论、优化理论、委托代理理论、数值分析等方 法，定性与定量相结合，研究三级生鲜农产品供应链的协调策略。 本文首先探讨在信息对称情况下的风险控制。以 CVaR 为风险度量工具，文章 建立了有多个非竞争的风
5、险厌恶零售商的三级生鲜农产品供应链的斯坦伯格博弈模 型，利用逆向递推法给出分散决策下和集中决策下供应链的最优订货策略，比较了 不同决策下的收益大小以及影响因素。而后设计出了跨级的收益共享契约来协调该 供应链，并且确定了契约参数的范围，实现了供应链的 Pareto 最优。最后通过数值 算例证明了结果的有效性。 在此基础上进一步分析了信息不对称情况下的三级生鲜农产品供应链模型。分 销商的投入水平为私有信息，在此前提下探讨供应链各成员的收益变化情况，从而 确定信息不对称对供应链的影响。随后运用显示原理，构造出一组批发价格契约， 对具有隐藏信息的分散决策供应链进行协调，解决了信息不对称引起的 “ 双重
6、边际 效应 ” 。最后通过数值算例对批发价格契 约进行了深入研究，并证明了结果的有效性。 最后，结合京津冀农产品供应体系的实际背景，以首都农业集团为例探讨其生 鲜农产品供应链的协调性问题，提出了供应链协调管理的合理建议。 关键词 ：生鲜农产品；三级供应链；风险控制；不对称信息 - I - - II - 燕山大学工程硕士学位论文 Abstract Considering the losses of fresh agricultural products, a three level fresh agricultural products supply chain with multiple re
7、tailers, one distributor and one producer is studied. In this paper, qualitative and quantitative methods are combined, using game theory, optimization theory, principal-agent theory and numerical analysis methods to study the coordination strategy of this three levels fresh agricultural products su
8、pply chain. Firstly, this paper mainly focuses on risk management in the case of information symmetry. Using CVaR as risk measurement, a three-level fresh agricultural products supply chain Steinberg game model with multiple noncompetitive risk-averse retailers is established. Then figure out optima
9、l order strategies under decentralized control and centralized control with reverse recursive method, compare the differences and influence factors between these two modes. Supply chain contracts are designed to coordinate the supply chain. The values of the contract parameters are figured out to ac
10、hieve Pareto improvement. Finally, a numerical example result shows the validity of this game model. On this basis, the paper explores this three level fresh agricultural products supply chain under information asymmetry. Considering the invest level of distributor as private information, changes in
11、 revenue of Supply chain members are reckoned, then, work out the influence of asymmetric information on supply chain. Then construct a set of wholesale price contracts to this three level coordinate supply chain with private information, and solve double marginal effect caused by information asymme
12、try. Numerical example results show the validity of the result. Finally, choose the agricultural products supply system of Beijing Capital Agriculture Group as an example, discuss the agricultural products supply chain coordination problems. Then reasonable suggestions are given for supply chain man
13、agement. Keywords: fresh agricultural product; three-level supply chain; risk management; information asymmetry - 3 - 目 录 目 录 摘 要 . I ABSTRACT . II 第 1 章 绪 论 . 1 1.1 研究背景及研究意义 . 1 1.1.1 研究背景 . 1 1.1.2 研究意义 . 2 1.2 国内外研究现状 . 2 1.2.1 国外研究现状 . 2 1.2.2 国内研究现状 . 4 1.3 研究内容和研究方法 . 6 1.3.1 研究内容 . 6 1.3.2 研
14、究方法 . 7 1.4 研究思路 . 7 第 2 章 相关理论基础 . 9 2.1 生鲜农产品物流 . 9 2.2 条件风险价值相关理论 . 10 2.3 不对称信息与显示原理 . 11 2.4 本章小结 . 12 第 3 章 对称信息下生鲜农产品三级供应链风险控制研究 . 13 3.1 带有风险规避零售商的生鲜农产品三级供应链博弈模型构建 . 13 3.2 对称信息下生鲜农产品三级供应链博弈模型的求解与分析 . 15 3.2.1 集中决策条件下零售商的最优采购量 . 15 3.2.2 分散决策条件下三级供应链的博弈模型求解 . 16 3.2.3 生鲜农产品三级供应链的收益共享协调契约设计 .
15、 20 3.3 数值算例与结果分析 . 23 3.4 本章小结 . 28 第 4 章 不对称信息下生鲜农产品三级供应链信息共享研究 . 29 4.1 具有隐藏信息的生鲜农产品三级供应链博弈模型构建 . 29 4.2 不对称信息下生鲜农产品三级供应链的博弈模型的求解与分析 . 30 4.3 三级供应链隐藏信息的机制设计 . 35 4.4 数值算例与结果分析 . 38 燕山大学工程硕士学位论文 - 4 - 4.5 本章小结 . 42 第 5 章 生鲜农产品供应链的协调对策 以首都农业集团为例 . 44 5.1 京津冀农业物流圈背景介绍 . 44 5.1.1 京津冀区位因素 . 44 5.1.2 京
16、津冀生鲜农产品物流现状 . 45 5.2 首都农业集团生鲜农产品供应链分析 . 48 5.2.1 首都农业集团有限公司背景介绍 . 48 5.2.2 首都农业集团京津冀生鲜农产品一体化调度体系 . 48 5.2.3 首都农业集团京津冀生鲜农产品供应链的协调 . 49 5.3 京津冀生鲜农产品供应链优化的对策和建议 . 51 5.4 本章小结 . 52 结 论 . 54 参考文献 . 56 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果 . 61 致 谢 . 62 作者简介 . 63 - 1 - 第 1 章 绪 论 第 1 章 绪 论 1.1 研究背景及研究意义 1.1.1 研究背景 在我国国民经济和
17、社会发展十二五规划 (2011-2015)纲要中提出 “ 加快转变农业 发展方式，提高农业综合生产能力、抗风险能力和市场竞争能力 ” 。河北省科学和技 术发展 “ 十二五 ” 规划 (2011-2015)中提出到 “ 十二五 ” 末，研发供应链管理服务系 统以及提升农业特色产业竞争能力。由此可见提升农业产业市场竞争能力以及抗风 险能力是国家重点关注的领域，本文就针对这两项内容进行研究。除了技术研发外， 提高农产品供应链协作也是提升农产品产业市场竞争能力的重要手段。 蔬菜、水果、肉类、蛋、奶等生鲜农产品是与人民生活息息相关的必需品。它 们热敏度高，成熟期 短，如果不能及时采摘并销售给消费者，就会
18、烂熟损失落；而 采摘后的有些生鲜农产品保鲜困难，贮运条件十分苛刻，如何管理生鲜农产品销售 的 “ 瓶颈 ” 问题减少生鲜农产品价值流失对农业发展的不利影响是亟待解决的问题。 另外，我国经济正在快速发展，居民消费方式也日新月异，消费者对生鲜农产品不 断提出更高的要求，需求呈现出多样化、个性化、新鲜化和无害化的特点，这些客 户需求迫切要求提高生鲜农产品产销管理水平。生鲜农产品的产销管理水平的提高 关系到我国的民生，也关系到我国国民经济的发展。 我国生鲜农产品的产销模式具有小生产与 大市场之间的矛盾，所谓的大市场是 指生鲜农产品的主要销售对象不是产区农村，而是城市、国外和地理跨度较大的销 售区；而小
19、生产是指生产生鲜农产品的农户生产者大多采取家庭式的小规模生产， 生产过程非常分散，难以有效完成流通任务，必须借助中间流通环节才能实现产品 销售到需求市场。为解决生鲜农产品的小生产与大市场的矛盾，有限的办法是建立 生鲜农产品的销售渠道，通过借鉴国外生鲜农产品的配送渠道的原有研究成果，应 用博弈论的相关理论研究生鲜农产品的配送中心是核心企业的三级供应链。 因此，本文重点解决生鲜农产品的供应渠道的 问题，理论结构方面具体研究的 供应链模型是由一个供应商、一个分销商以及多个面对不同市场的零售商的生鲜农 产品三级供应链，研究该类供应链的协调、风险控制和信息共享问题。该问题的研 - 2 - 燕山大学工程硕
20、士学位论文 究是从生鲜农产品的销售渠道问题中提炼出来，该问题的研究成果是生鲜农产品的 多级供应链理论成果的拓展，对于生鲜农产品的销售渠道的科学定量的管理具有非 常重要的指导意义。 1.1.2 研究意义 生鲜农产品的运营情况不容乐观， 2012 年我国大中城市蔬菜的平均每亩成本利 润率尽管比上一年提高了 8.48%，也仅仅达到 67.36%，这与发达国家相比还有相当 的差距 1。而生鲜农产品是国民生活水平息息相关的特殊商品，由于其易变质性导致 的生鲜农产品的交易流程具有特殊性，定量研究该类问题具有其困难的一面，因此 国际国内学术界对于该类问题的研究非常匮乏 2。 生鲜农产品的市场需求较为稳定，但
21、是农产品的生产及运输受自然灾害等突发 事件的影响，呈现供应不确定的特征。供应链上的成员面对这些风险，应该如何做 出决策是我们要研究的内容。为了使得农业生产更好的为人民生活水平提高服务， 生鲜农产品运营问题的研究显得更为重要，尤其是 “ 协调生鲜农产品供应链、降低 损耗、减少成本、控制风险 ” 等问题的研究既有现实又有重要理论意义。 1.2 国内外研究现状 1.2.1 国外研究现状 对生鲜农产品的研究最初侧重于变质商品的库存研究， Wee 研究了需求随时间 线性变化的了变质产品订购策略 3， Benkherouf 在此基础上做了扩展，研究了需求随 时间非线性变化的了变质产品订购策略 4， Chu
22、ng et al 从现金流的角度研究变质产品 库存模型 5， Arcelus et al 研究变质产品的零售商定价和信贷问题 6。在需求依赖于存 货水平的假设下， Hark et al 研究了变质产品最优订货策略 7， Zhou et al 在此基础上 进一步引入 LIFO 原则 8 。 Wee 研究了变质率随时间变化的库存补充问题 9 ， Papachristos & Skouri 则更进一步考虑了产品随时间积压的情况 10。 契约设计是实现供应链协调有效协调的关键问题，在以往的研究中，诸多的国 内外学者对这一问题进行了多样的研究，并取得了很多有价值的成果。以往的研究 探索出了一些模式，供应
23、链协调的协调可以依靠多种协调契约来完成，研究比较充 分的协调契约包括 : 着眼于收入分配的收益共享契约、以约定货物数量的方式协调供 - 3 - 第 1 章 绪 论 应链的数量弹性契约、将数量与价格挂钩的批发价格契约、风险共同承担的回购契 约以及期权契约等。 Cachon 等人对供应链系统中涉及到的各种契约进行了全面综述， 研究了不同契约的实现方式和预期结果等问题，在供应链契约的研究中有重要参考 价值 11。 在三级供应链的协调研究中，大多数学者通过设计契约来达到供应链协调，我 们从五个方面进行分析： (1)利用收益共享契约协调三级供应链，譬如 Giannoccaro and Pontrando
24、lfo 对收益共享契约在供应链协调中的应用做了研究 12； (2)利用回购契约协 调三级供应链， Ding and Chen 研究了带有柔性回报合同的三级供应链的协调问题 13； (3)利用批发价格契约协调三级供应链，如 Munson and Rosenblatt 的研究成果 14； (4)Jaber et al 利用价格折扣、收益共享契约协调三级供应链 15； (5)Hou et al 研究下游 分销商向零售商提供回购契约，上游制造商向分销商提供收益共享契约，以此协调 三级供应链 16。 He&Zhao 研究了需求和供应都不确定的三级供应链，通过制造商和 零售商之间签订回购契约、供应商和制造
25、商之间签订价格契约，从而提高三级供应 链的效率 17。除上述利用契约对简单三级供应链的研究外，一些学者从另一角度分 析三级供应链， Jaber et al 利用学习曲线理论研究三级供应链的协调问题 18， Seifert et al 研究了三级供应链中次协调 (供应链两个成员的协调 )对供应链的影响 19。 为了研究供应不确定因素对企业所造成的影响，最近几年来，一些研究人员从 不同的方面进行了分析与探讨，定性或定量地得到了一些有效的策略应对供应不确 定问题。有关的文献大致可以分为两大类：第一类是采用定性化的方法和实证研究 的方法来建立应对供应不确定性的理论框架，分析不确定因素的来源、类型以及风
26、 险管理过程等问题，如 Craighead 定性研究了供应链的抗风险能力 20，以及 Ritchie and Brindley 探讨了供应链风险的研究框架 21；第二类是采用量化模型法，建立适当的量 化决策模型，进而得出在供应不确定环境下的最优决策方案，如参见 Xiao and Yu 关 于双寡头垄断供应链风险的研究 22以及 Hou and Zhang 的供应中断情况下的库存研 究 23。 Tang 从供应链风险管理的角度对有关不确定需求和不确定供应的文献进行了 很好的综述研究 24。 生鲜农产品面临着更加复杂的风险环境，如政策引导、生产环境、流通渠道、 市场需求等，而零售商又大多是小本经营
27、的小商户，他们容易带有风险厌恶的经营 态度，因此将生鲜农产品供应链中纳入有风险厌恶的零售商进行研究更具有现 实意 - 4 - 燕山大学工程硕士学位论文 义。 Pedro Amorim 等在二级变质产品供应链中引入了风险态度因素，比较了多种风 险度量下的模型，探讨风险偏好对供应链的影响 25；而风险态度的度量常用的有均 值 -方差 (Mean-variance)、价值风险 (Value at Risk,简称 VaR)、条件价值风险 (conditional value at risk，简称 CVaR)等， Amorim P 等学者比较了不同风险度量工具在变质产品 供应链中的应用，证明了 CVaR
28、 是最适合变质产品供应链的风险度量 26。 CVaR 方法 在其他问题的风险度量方面，也应用广泛，是近年来供应链风险控制的热点工具。 条件价值风险方法 (CVaR)由 Rockafellar 和 Uryasev 提出，将投资风险的求解过程转 化为凸优化问题 27 ，并进一步讨论了在损失模型中的运用 28；条件价值风险满足传 递不变性、正齐次性、次可加性、单调性，能有效衡量投资风险大小，是一个一致 的风险度量工具 29，因此，本文选择条件价值风险来度量零售商的风险厌恶度。 Xiao et al 充分考虑了生鲜农产品物流中的距离因素，研究了到岸价格模式下的生鲜农产 品供应链，并设计合理机制，通过成
29、本在多个参与者之间的共担来协调供应链 30。 1.2.2 国内研究现状 在政策引导和现实需求下，民生问题逐渐成为学术界关注的热点，其中对生鲜 农产品的关注程度也随之不断升温，对生鲜农产品的供应链的探索和解读逐渐成为 学术研究的热点。但斌和陈军以研究了产品存在价值损耗下如何实现两级生鲜农产 品供应链协调的问题 31 ，然后考虑了在产品存在实体损耗的情形 32。张春勋等研究 了供应关系中产生争议时，通过契约手段约束参与者行为，建立稳定的合约关系 33。 赵霞等将产出和需求都考虑为随机情况，研究此时农产品两级供应链协调问题 34。 吴庆和但斌研究第三方物流在经营低值易逝品过程中的收益共享协调合同。文
30、晓巍 等以多种易变质商品为研究对象，将市场需求视为根据时间不同而变化的可变因素， 研究了该供应链条件下的订购策略 35。 有三级供应链生鲜农产品的研究不多见，具有代表性的研究成果见林略等的系 列研究，该研究构造在运输过程中的新鲜度和损耗比例依赖于运输时间的模型 36， 利用收益 共享契约或时间折扣契约协调该三级供应链 37，又考虑了线性时变需求 38。 然而该项研究中的零售商是单一的，这一点与实际的生鲜农产品销售情况不符。 陈菊红等研究了退货契约在短生命周期产品的三级供应链协调中的应用 39。戢 守峰等探讨了在三级供应链中运用收益共享契约实现协调 40，林略等利用收益共享 - 5 - 第 1
31、章 绪 论 契约探讨突发事件对医疗防护用品三级供应链的影响 41，另外，庞庆华通过改进收 益共享契约使得三级供应链协调且可以应对突发事件 42。刘浩利用回购契约来协调 三级供应链 43，侯雅莉等利用批发价格契约协调三级供应链 44。汪传旭在随机需求 下分析了三级供应链的数量折扣协调策略 45，随后扩展到模糊需求的情况进行了进 一步研究 46 。 由以上分析可知，三级供应链的协调已经引起一些学者的关注，然而上述研究 成果大都针对于单一零售商进行研究，然而现实生活中生鲜农产品供应链中的零售 商常常有多个，理论模型是对现实世界的大大简化，并未考虑三级供应链中存在多 个零售商情形。 本文在此基础上，考
32、虑生鲜农产品在运输过程存在损耗情形，考虑包含多零售 商的供应链，对以生鲜农产品为销售对象的三级供应链进行协调性研究。 目前，学术界对生鲜农产品供应链的风险因素研究较少，而且研究内容大多较 为简化，不够深入：刘秋生等用简单的分段线性函数来刻画零售商的损失厌恶特， 研究了闭环供应链的协调策略 47；颜波对农产品供应链中的风险因素的 重要性进行 排序 , 筛选出主要风险指标，提出了农产品供应链的风险控制策略 48；郭飞在有风险 偏好的供应链中引入了奖励策略，激励下游决策者订购更多产品，最大化供应链收 益 49；凌六一等研究有随机产出和随机需求的二级农产品供应链，文章关注供应链 采取不同的风险共担合同
33、时，各成员和供应链整体利润的受合同的影响 50。 但斌等学者分别构建了分销商完全隐藏、部分隐藏、完全共享信息的主从博弈 模型，并提出协调策略 51；刘珩等运用委托代理；理论分析了有损失厌恶零售商参 与的信息不对称的供应链，设计价格补贴契 约加以协调 52；郎艳怀研究销售商的成 本为私有信息的委托代理模型，证明分对称信息下激励机制的系统总收益大于对称 信息下的系统总收益 53；贡文伟将不对称信息引入到逆向供应链，探讨政府在该供 应链中的最优决策 54；宋玮楠等文献建立了 Stackelberg 博弈的不同信息共享模式下 制造企业和零售企业的利润模型，说明信息共享有助于提高企业利润 55。 综上所
34、述，在国内研究中对生鲜农产品供应链的研究大多局限于单个分销商对 单个零售商的情况，很少将多零售商的情形纳入到生鲜农产品供应链的研究范围。 因此在考虑生鲜农产品的损耗特性情况下，研究包含有多个零售商的生鲜农产品三 级供应链的协调问题，并分析供应链中零售商、分销商、供应商的订货策略。除此 - 6 - 燕山大学工程硕士学位论文 以外，风险控制方面的研究较少，由于农产品供应链极易受天气变化等不确定因素 的影响，对农产品供应链的风险性分析很有必要。最后根据分销商与零售商往往不 属于同一地区，从而导致的信息共享很难达到这一情况，设立某一契约机制激励三 级供应链成员之间信息共享，这是推进上述研究成果的重要步
35、骤。 1.3 研究内容和研究方法 1.3.1 研究内容 本文主要研究了具有多个零售商的生鲜农产品供应链，主要考虑生鲜农产品销 售供应链的优化。销售初期，零售商根据其历史经验预测的市场需求向分销商订购 一定数量的商品，由于生鲜农产品具有损耗的特性，所以零售商需要向分销商提出 的实际定购量大于根据历史信息预测的需求量。收到零售商的订单后，分销商向制 造商定购生鲜农产品，考虑商品的损耗。由于生鲜农产品需求不确定外加存在损耗 等特点，供应链各方如何选择订货量或者批发价格是本文所关注的主要研究内容之 一。 在上述研究成果的基础之上，本文分析供应链上零售商的风险态度，以及他们 的风险态度对供应链整体收益以及协调性的影响，并研究该供应链的帕累托 改进。 随后研究在信息不对称的条件下，生鲜农产品三级供应链的协调与信息共享机制设 计。 本文研究内容概述如下： 第 1 章：绪论。在本章中介绍了本文研究背景、阐述了研究方法，并且指明了 研究意义；然后将国内外文献当中关于三级供应链协