竞争性食品供应链网络与新鲜农产品的应用外文翻译资料

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竞争性食品供应链网络与新鲜农产品的应用

Min Yu

财务和业务管理部

伊森伯格管理学院

马萨诸塞大学，阿默斯特，马萨诸塞州01003

Anna Nagurney

财务和业务管理部

伊森伯格管理学院

马萨诸塞大学，阿默斯特，马萨诸塞州01003

及

商业、经济和法律学院

哥德堡大学，戈森堡

2012年3月;2012年7月修订

欧洲运筹学杂志224(2)(2013)273-282页。

摘要:以新鲜农产品为研究对象，建立了寡头竞争和易腐败条件下基于网络的食品供应链模型。该模型通过引入弧乘法，包括与处理变质食品相关的丢弃成本，对企业内部的食品变质进行了研究。出于对产品新鲜度和食品安全的关注，以及对与各种供应链活动相关的替代技术的评估，我们允许使用产品差异化。然后，我们提出了一个具有优秀明显特征的计算算法。在这个建模和计算框架内，我们对哈密瓜市场进行了一个案例研究，在这个案例中，我们分析了食物中毒爆发之前/期间/之后的不同情景。

关键词:食品供应链，新鲜农产品，寡头垄断竞争，食品变质，产品差异化

1. 引言

今天，食品供应链是复杂的全球网络，创造了从农场到消费者的途径，涉及到食品的生产、加工、分配，甚至处理(参见boehner(1999年)、vanderVorst(2000年)、Aramyan等人(2006年)、Monteiro(2007年)、Trienekens和Zuurbier(2008年)，以及Ahumada和Villalobos(2009年)。消费者对新鲜食品全年供应的期望鼓励了食品市场的全球化(见Cook(2002)、Monteiro(2007)、Trienekens和Zuurbier(2008)、Ahumada和Vil-lalobos(2009))。例如，美国在国际园艺商品贸易中既是进口国又是出口国，甚至在10年前，在全球440亿美元的园艺贸易中约占18%(Cook(2002))。仅在美国，消费者每年在食品上的花费就超过1.6万亿美元(PlunkettResearch(2011)))。随着全球竞争的日益激烈(Ahumada和Villalobos(2009年))，再加上粮食生产和消费地点之间的距离越来越远(Monteiro(2007年))，要求粮食生产和分销整合整个供应链(boehner(1999年)和Cook(2002年)的压力越来越大，因此，粮食供应链建模、管理、分析和解决方案面临新的挑战。

食品供应链有别于其他产品供应链。食品供应链与其他供应链之间的根本区别在于，食品质量在整个供应链中不断发生重大变化，直至最终消费点(见Sloof、Tijskens和Wilkinson(1996)、vanderVorst(2000)、Lowe和prekel(2004)、Ahumada和villalohanibos(2009)、Blackburn和Scudder(2009)、Akkerman、faraahandandGrunow(2010)，以及gruainow(2010)、Lascello和Micale(2012)。对于新鲜度和安全性日益受到关注的新鲜农产品供应链来说，情况尤其如此。显然，许多消费者喜欢价格合理的最新鲜的产品(Cook(2002)，Wilcock等人(2004)，lutkeentryp等人(2005))。此外，美国农业部(USDA(2011))的统计数字表明，新鲜蔬菜的消费量增长速度远远快于对小麦和其他谷物等传统作物的需求。

鉴于食品行业利润微薄，产品差异化策略越来越多地应用于食品市场(LoweandPreckel(2004)，LuskandHudson(2004)，AhumadaandVillalobos(2009))，产品新鲜度被视为区分因素之一(karkkainen(2003)和lutkeEntrupetal.(2005))，一个成功的例子是新鲜切割的西瓜，包括沙拉、袋装小胡萝卜和新鲜切割的西瓜(Cook(2002))。零售商，如Globus，一个德国零售商，现在也意识到食品新鲜度可以是一个竞争优势(lutkeentrypetal.(2005);也见Aiello，La和Micale(2012))

此外，食品的高易腐性造成了巨大的食品浪费/损失，进一步压力食品供应链以及相关的质量和盈利能力。一些食品浪费和损失是不可避免的在食品供应链网络连接(Thompsom (2002年)，Widodo等人(2006年)，和Gustavsson等人(2011年)。然而，据估计，每年大约有三分之一的全球粮食生产被浪费或损失(Gustavsson等人(2011))。在任何国家，农业新鲜产品总量的20%-60%被浪费或损失(Widodoetal.(2006))。食品通常需要特殊的处理、运输和储存技术(Zhang，Habenicht，andspie(2003)，LoweandPreckel(2004)，TrienekensandZuurbier(2008)，Rong，Akkerman，andGrunow(2011))。此外，即使使用了最先进的设备和条件(Sloof，Tijskens，Wilkinson(1996)和Zhang，Habenicht，和spie(2003))，食品的质量也随着时间的推移而下降。

这些挑战突出了对食品供应链进行有效管理的必要性，这对盈利至关重要。因此，食品供应链越来越受到重视。Nahmias(1982,2011)和Silver，Pyke，和Peterson(1998)对易腐产品的库存管理提供了广泛的评论。Glen(1987)和Lowe以及Preckel(2004)的评论集中在农场规划上。此外，lutkeEn-trup(2005)深入讨论了如何在三个样本食品工业(酸奶、香肠和家禽)中将货架期纳入生产计划。Akkerman，Farahani，andGrunow(2010)概述了定量操作管理在食品分配管理中的应用。Lucas和Chhajed(2004年)的调查介绍了与农业区位问题有关的应用，并认识到农业产业战略性生产-分配规划问题的挑战。由于食品易腐性造成的额外复杂性，与易腐食品相关的文章少于与非易腐食品相关的文章，完全集成的供应链系统方法开发的模型(Ahumada和Villalobos(2009))则更少，这是本文的重点。

我们现在介绍一些文献中的贡献，旨在整合和综合与食品供应链相关的两个或两个以上的过程。Zhang,Habenict和Spie szlig; (2003)研究了一个物流系统，目的是在满足产品质量要求的前提下，使存储和运输的总成本最小化。Widodo等人(2006)通过引入植物成熟曲线和损失函数分别处理新鲜植物的生长过程和腐烂过程，建立了处理农业新鲜产品开花收获和收获输送问题的数学模型。

Ahumada和Villalobos(2011)讨论了新鲜农产品的包装和分配问题，包括易腐性。他们通过在目标函数中使用损失函数，讲存储作为约束处理作物的易腐性。此外，Kopanos，Puigjaner和Georgiadis(2012)在混合整数规划的框架下研究了一个多场地，多产品，半连续食品加工业的生产-分配规划问题。

正如van der Vorst(2006)指出的那样，在食品供应链网络结构的全面复杂性的背景下分析食品供应链势在必行。Monteiro(2007)声称，网络经济学理论(参见Nagurney(1999))提供了一个强大的数学框架，其中可以图形化地表示和分析供应链。他进一步运用网络经济学理论对食品供应链可追溯性的经济学进行了理论研究。Blackburn和Scudder(2009)提出了一个具体易逝品供应链设计的成本最小化模型，捕捉产品随时间的价值递减。他们注意到，随着时间的推移，产品价值显著恶化，其恶化速度在很大程度上取决于温度和湿度。反过来，Rong，Akkerman，和Grunow(2011)，提出了一个混合整数线性规划模型，用于食品生产和分配的计划，重点是产品质量，这是密切相关的温度控制整个供应链。

Liu和Nagurney(2012)建立了一个多周期供应链网络均衡模型。该模型可以通过改变底层网络拓扑结构来解决产品的易腐性。Nagurney和Aronson(1989年)，Masoumi、Yu和Nagurney(2012年)，Nagurney、Masoumi和Yu(2012年)，agurney和Masoumi(2012年)，以及Nagurney和Nagurney(2012年)都采用了弧乘数来捕捉网络中产品流动的易腐性/浪费性。后三个研究从单一企业/组织的角度发展了一种系统优化方法。Nagurney和Aronson(1989)建立了一个广义的动态空间价格均衡模型，该模型可以通过弧乘数来处理易腐产品。Masoumi，Yu和Nagurney(2012)研究了一个与制药行业特别相关的广义寡头垄断模型。

本文从网络角度研究食品供应链管理问题，包括食品变质问题。我们专注于新鲜农产品，如蔬菜和水果，只需要简单或有限的加工，其生命周期可以用天来衡量。本文提出的新鲜农产品供应链网络寡头垄断模型有别于其他关于易腐食品的研究，表现在以下几个方面:

1.我们从一个网络中捕捉到整个供应链中新鲜食物的恶化；

2.我们通过引入弧乘数来处理指数时间衰减(关于如何确定弧乘数的更多细节见第2节)；

3.我们研究了产品差异化的寡头竞争;

4.我们包括处理变质的食品，连同相关的费用;

5.我们允许评估每个供应链活动所涉及的替代技术。

我们强调，经过适当的修改，该模型也将适用于其他寡头垄断竞争下的易腐品的供应链管理，甚至在质量竞争的情况下。

本文组织如下。在第二部分，我们开发了新鲜农产品供应链网络寡头垄断模型，并推导出变分不等式。我们还提供了一些定性的性质。在第三部分，我们提出了计算算法，然后我们应用到一个案例研究集中在新鲜的情况下哈密瓜在第四部分。我们总结了我们的研究结果，并在第5节中提出了我们的结论。

2.新鲜农产品供应链网络寡头垄断模型

在这一部分，我们考虑有限数量的食品公司，用表示一个典型的公司。食品供应链网络活动包括食品的生产、加工、储存、配送和处置。食品公司以寡头垄断的方式进行非合作性的竞争。我们允许消费者在需求市场上有一个产品差异化的时间，因为产品的新鲜度和食品安全问题可能与特定的公司有关。换言之，新鲜食品不一定是同质的。每个公司都试图通过使用图1作为示意图来确定其整个供应链网络的最佳产品流程。

每个食品公司都代表其经济活动的网络。每个来自食品公司;拥有个生产设施、个网络处理器和个配送中心，以满足需求市场的需求。设表示由图1中的节点集和链接集组成的图，，表示与企业相关的活动序列相对应的有向链接集。

连接顶部两层节点的第一组链接对应于企业;的每个生产单位的食品生产，这可能涉及一系列季节性操作，如土壤搅拌、播种、害虫防治、养分和水分管理以及收获。将每个顶层节点与其生产设施连接起来的多个可能链接，捕获了可能与给定设施相关联的不同可能的生产技术。

来自生产设施节点的第二组链路连接到每个公司;的处理器，这些处理器由表示。这些链接对应于生产单位和加工者之间的装运链接。替代运输链表示不同的可能运输方式，代表与运输链相关的不同时间和环境条件。

连接节点到的第三组链接，我表示新鲜农产品的加工。本文主要介绍了食品加工活动包括清洁，分类，贴标签和简单的包装。不同的加工技术可能导致与加工活动有关的质量退化程度不同。

下一组节点表示配送中心，因此，将处理器节点与配送中心连接起来的第四组链接是配送链接。这种与厂家相关联的分布节点;用表示。还有多个运输环节，以便捕捉不同的运输方式。

第五组链接依次连接节点到代表存储链接。由于新鲜农产品可能需要不同的存储条件，我们通过这一层的多个链接来表示这些替代品。

最后一组连接两个底层供应链网络的环节是对配送环节的响应，通过配送环节，存储的新鲜产品从配送中心运到需求市场。在这里，我们也允许多种交通方式。

此外，连接顶层节点和处理器的弯曲链接(表示为)捕获了现场生产和处理的可能性。

图1 新鲜农产品供应链网络拓扑

大多数新鲜农产品在生产时达到最高质量，然后随着时间的推移严重恶化(Blackburn和Scudder(2009))。微生物腐烂是食物品质下降的主要原因之一，尤其是新鲜农产品(FuandLabuza(1993))。因此，食物变质通常遵循指数时间衰变的一级反应(见Ghare和Schrader(1963)，Labuza(1982)，Nahmias(1982)，Tijskens和Polderdijk(1996)，Blackburn和Scudder(2009)，Nga(2010)，Rong，Akkerman和Grunow(2011))。与固定寿命易腐性相比，偶数时间衰减是随机寿命易腐性的一个特殊情况，这意味着损坏的时间是不确定的(Nahmias(1982);参见vanZyl(1964))。它也是不同的温度和其他环境条件下(Blackburn和Scudder(2009年)和Rong，Akkerman和Grunow(2011年))，衰变速率会发生显著变化。因此，根据不同的温度要求，食物供应链可分为三类:冷藏、冷冻和环境。冷藏链的正常温度为-18，而新鲜鱼类的温度为0，冷藏链的土豆和香蕉为15 (SmithandSparks(2004)和

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