浙江萬(wàn)里學(xué)院 王鈺祥中國(guó)社科院財(cái)經(jīng)戰(zhàn)略研究院 孫琪

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基于掃描法的連鎖超市生鮮配送路徑優(yōu)化

浙江萬(wàn)里學(xué)院 王鈺祥
中國(guó)社科院財(cái)經(jīng)戰(zhàn)略研究院 孫琪

摘 要：本文根據(jù)生鮮品自身的特點(diǎn)，以及連鎖超市在生鮮品配送中所面臨的管理問(wèn)題，建立VRP數(shù)學(xué)模型，通過(guò)掃描算法對(duì)原有的配送路徑進(jìn)行優(yōu)化，得出最優(yōu)的配送方案，為確保生鮮品質(zhì)量安全、提高企業(yè)配送效率、滿足客戶高質(zhì)量需求提供理論借鑒。

關(guān)鍵詞：連鎖超市 生鮮配送 掃描法 路徑優(yōu)化

近年來(lái)，外國(guó)零售業(yè)在中國(guó)不斷發(fā)展，一方面為中國(guó)零售業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略提供了借鑒，另一方面加劇了本行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)。隨著人們生活水平的提高，消費(fèi)理念早已從過(guò)去的“吃得飽”轉(zhuǎn)變?yōu)槿缃竦摹俺缘煤谩?，生鮮行業(yè)逐漸成為眾多連鎖超市的主要盈利點(diǎn)。而生鮮品具有易腐、易損耗、生命周期短等特點(diǎn)。據(jù)資料顯示，一個(gè)細(xì)菌在常溫下15小時(shí)后可以滋生10億個(gè)細(xì)菌；而在10℃以下，15小時(shí)后只有1/4的細(xì)菌產(chǎn)生。因此，要保證生鮮品新鮮地抵達(dá)客戶手中，就必須盡可能地做到全程冷鏈，從采購(gòu)預(yù)冷到冷藏車運(yùn)輸，再到最后的制冷貨架，在配送模式方面要做到多品種，少批量，高頻次。綜上，生鮮配送線路是否合理直接影響到配送的時(shí)間、效率和效益，掃描法就是針對(duì)多目標(biāo)的回路運(yùn)輸問(wèn)題，優(yōu)化后的配送路徑不僅可以降低企業(yè)配送成本，提高配送效率，還能提升消費(fèi)者的消費(fèi)體驗(yàn)，使得企業(yè)多盈利。

1　連鎖超市生鮮品配送面臨的問(wèn)題

由于連鎖超市自身的地理位置，以及生鮮品自身易腐易爛的特點(diǎn)，連鎖超市的生鮮配送具有和其他消費(fèi)品配送不一樣的特點(diǎn)，衍生出以下三個(gè)問(wèn)題。

1.1公共資源方面

眾所周知，生鮮品的配送主要是汽車運(yùn)輸，依靠的是道路資源，因此也受其限制和影響。首先，在我國(guó)某些特大城市，配送車輛都受到了嚴(yán)格的交通管制，影響調(diào)度安排；其次，與發(fā)達(dá)國(guó)家不同，我國(guó)的大型連鎖超市大部分處于城市人口密集地帶，交通狀況脆弱，車輛行駛速度變化大。因此，配送車輛的調(diào)度、作業(yè)在很大程度上受到交通管制和交通狀況的影響，這也影響著配送的準(zhǔn)時(shí)性和配送成本。

1.2企業(yè)資源方面

一方面，國(guó)內(nèi)連鎖超市的發(fā)展都是從單個(gè)小門(mén)店開(kāi)始，然后擴(kuò)大到廣領(lǐng)域、多門(mén)店，而配送車輛也面臨著舊有車輛和新型設(shè)備同時(shí)使用的狀況。另一方面，由于連鎖超市的門(mén)店大小各異，需求不同，產(chǎn)品種類多樣，也需要多車型的配送。因此，企業(yè)經(jīng)常面臨多種類型運(yùn)輸設(shè)備同時(shí)使用的情況。

1.3客戶需求方面

由于生鮮品講究一個(gè)“鮮”字，絕大部分消費(fèi)者都希望自己能夠買(mǎi)到當(dāng)天或者前一天的貨物，大部分人會(huì)選擇早市，但對(duì)于上班族來(lái)說(shuō)只能去晚市，結(jié)果就只能買(mǎi)回一些剩余物品。如何保證所有的顧客都能買(mǎi)到新鮮的產(chǎn)品，這就要求生鮮配送要做到多品種、小批量、高頻率。最好可以做到前一天晚上下單，次日早上配送，早晨過(guò)后上午下單，當(dāng)天下午配送。這就對(duì)配送速度和配送成本產(chǎn)生了壓力。

2　連鎖超市生鮮配送的VRP模型描述

分析上述問(wèn)題發(fā)現(xiàn)，連鎖超市生鮮配送的問(wèn)題主要來(lái)源于公共資源、企業(yè)資源、客戶個(gè)性化需求三個(gè)方面，而這三個(gè)方面的阻力都可以通過(guò)配送車輛的調(diào)度和路徑優(yōu)化來(lái)削弱。

2.1多回路運(yùn)輸問(wèn)題

多回路運(yùn)輸是現(xiàn)實(shí)配送中經(jīng)常遇到的問(wèn)題，特別是對(duì)于有諸多服務(wù)對(duì)象的大公司。針對(duì)此類配送問(wèn)題，關(guān)鍵是對(duì)車輛進(jìn)行正確調(diào)度。由此VRP（車輛路徑問(wèn)題）模型隨之而生，成為解決多回路問(wèn)題的一個(gè)重要方法。VRP模型在配送中的應(yīng)用描述為：從物流配送中心同時(shí)向多個(gè)需求地（門(mén)店、客戶）配送貨物，每一個(gè)需求地的地理位置一定，需求量穩(wěn)定，通過(guò)對(duì)運(yùn)輸車輛合理調(diào)度和配送路徑優(yōu)化，使得配送里程盡量短、時(shí)間盡量少、成本費(fèi)用盡量低、車輛次數(shù)盡量少等。同時(shí)需要滿足以下幾個(gè)約束條件：（1）單條配送路線上需求地的總需求量小于等于每臺(tái)配送車輛的核準(zhǔn)載重量； （2）單條配送路線的總長(zhǎng)度小于等于每臺(tái)配送車輛的最大行駛距離； （3）每個(gè)需求地的需求必須滿足并且只能安排一臺(tái)車配送； （4）每臺(tái)配送車輛從離開(kāi)配送中心開(kāi)始到完成任務(wù)回到配送中心形成一個(gè)回路。

2.2生鮮配送與VRP模型

連鎖超市的生鮮配送是在配送中心允許的配送半徑內(nèi)，根據(jù)各超市門(mén)店提供的訂貨信息，對(duì)生鮮產(chǎn)品進(jìn)行采購(gòu)、預(yù)冷、分揀包裝、冷藏運(yùn)輸?shù)茸鳂I(yè)。其目的是盡可能地加快生鮮配送速度，保證生鮮品質(zhì)量，滿足客戶的需求期望從而提高企業(yè)利潤(rùn)。

生鮮品的配送是一個(gè)典型的多回路運(yùn)輸問(wèn)題。生鮮品自身具有生命周期短、易腐爛、運(yùn)輸損耗嚴(yán)重等特點(diǎn)，同時(shí)又是很常見(jiàn)的大眾消費(fèi)品，其安全關(guān)乎人們的身體健康，因此，生鮮品的配送有以下幾點(diǎn)要求：配送環(huán)節(jié)少、速度快；配送設(shè)備齊全，從采購(gòu)到入架全程冷鏈，保證安全；避免回收物流的出現(xiàn)，減少損耗，降低綜合成本。綜上，合理的配送至關(guān)重要，選擇合理化的配送路線、優(yōu)化配送順序、降低配送成本具有重大的意義。VRP模型與其他的運(yùn)輸模型不同之處在于：客戶群體大，單路徑無(wú)法滿足客戶的配送需求，同時(shí)它可以解決配送中主體選擇和配送順序的問(wèn)題。此外VRP模型就是為了實(shí)現(xiàn)配送里程最短、準(zhǔn)時(shí)性最高、勞動(dòng)消耗最低、運(yùn)力掌握最合理等目標(biāo)，使用VRP模型來(lái)解決生鮮配送問(wèn)題十分合理。

3　基于掃描法的連鎖超市生鮮品配送路徑設(shè)計(jì)

3.1掃描算法的描述

掃描算法是求解VRP算法的啟發(fā)式算法之一。其原理是：首先建立坐標(biāo)系，以配送中心O為極坐標(biāo)系的原點(diǎn)，以原點(diǎn)和任意客戶點(diǎn)連線定義為角度O，再給客戶群定義坐標(biāo)。其次，從最小角度的客戶開(kāi)始，建立一個(gè)小組，按逆時(shí)針的方向依次把剩余的客戶添加至小組中來(lái)，直到客戶的需求量超過(guò)了運(yùn)輸車輛的載重量。建立新的小組，繼續(xù)依次進(jìn)行下去，直到所有的客戶都被分完為止。最后，把各小組按照TSP（旅行商問(wèn)題）模型的方法進(jìn)行優(yōu)化，選擇一條合理的線路。

3.2配送路徑優(yōu)化設(shè)計(jì)案例

已知某連鎖超市以A點(diǎn)為基點(diǎn)，分別向B點(diǎn)、C點(diǎn)、D點(diǎn)、E點(diǎn)、F點(diǎn)、G點(diǎn)、H點(diǎn)、I點(diǎn)、J點(diǎn)9個(gè)地區(qū)門(mén)店配送生鮮，該公司標(biāo)配的冷藏車載重量為6t，并有足夠多的車輛。設(shè)各個(gè)點(diǎn)之間的距離為C=｛Cij｜i，j=0，1，2…9｝，各點(diǎn)的需求量為Ni（i=1，2，…9），每臺(tái)冷藏車的行車?yán)锍虨長(zhǎng)i≤600km，以A為中心，門(mén)店點(diǎn)分別為B，C，…J，對(duì)應(yīng)1，2，…9。根據(jù)某公司物流配送資料顯示，各個(gè)門(mén)店的生鮮需求量和配送距離及坐標(biāo)值如表1所示。

表1　門(mén)店需求量及角坐標(biāo)值

各個(gè)門(mén)店之間的距離及與配送中心之間的距離如表2所示。

表2　配送中心以及各個(gè)門(mén)店之間的距離

采用掃描算法對(duì)該公司配送路徑進(jìn)行優(yōu)化，步驟如下。

（1）以冷鏈配送中心A點(diǎn)為掃描中心點(diǎn)，逆時(shí)針為掃描方向，取C點(diǎn)為掃描初始點(diǎn)，其與A點(diǎn)的連線為零角度，建立極坐標(biāo)系。

（2）從角度為零的AC連線開(kāi)始逆時(shí)針掃描，C的需求量load1=1.5t，繼續(xù)掃描，下一個(gè)即將被劃入小組的是A點(diǎn)，load1=1.5+2.5=4t＜6t，繼續(xù)掃描。下一個(gè)即將被劃入小組的是D點(diǎn)，如果D點(diǎn)被劃入小組，load1=1.5+2.5+3=7t＞6t，將超出冷藏車載重量，根據(jù)掃描法分組規(guī)則需要新建一個(gè)小組，這樣第一個(gè)小組有AB兩點(diǎn)。重復(fù)以上的分組過(guò)程，可以得出第二小組有DGH三點(diǎn)，load2=6t，第三小組有EF兩點(diǎn)，load3=4t，第四小組有IJ兩點(diǎn)，load4=3.5t，中止掃描。

（3）小組內(nèi)的線路優(yōu)化過(guò)程。這樣就利用掃描法將9個(gè)點(diǎn)分解成了四組單回路運(yùn)輸問(wèn)題，可以通過(guò)TSP方法求解，然而，對(duì)于數(shù)量較多的TSP問(wèn)題，通常無(wú)法求得最優(yōu)解，只能通過(guò)啟發(fā)式算法獲得較為接近的最優(yōu)解。TSP的解決方法通常有枚舉法、最近點(diǎn)法和最近插入法。枚舉法的列舉次數(shù)一般為（n-1）！次（n表示門(mén)店的個(gè)數(shù)），工程量大一般不用，最近點(diǎn)法雖然計(jì)算快捷方便但是精確度極低，一般只用作計(jì)算初始解。下面使用最近插入法對(duì)四組單回路問(wèn)題求解。

由上述分析可知第一組、第三組、第四組都只有兩個(gè)門(mén)店，由對(duì)稱性可得以上三組可直接構(gòu)成三個(gè)回路。

對(duì)第二組進(jìn)行優(yōu)化，比較表2中從A點(diǎn)出發(fā)的所有路徑大?。?/p>

Min｛C0i｜i∈N，1≤i≤9，且i≠0｝=C17=83.5

這樣，有節(jié)點(diǎn)A，H構(gòu)成了一個(gè)子回路，T=｛A，H，A｝，然后考慮剩下的節(jié)點(diǎn)D，G到A，H兩點(diǎn)的最近距離：

Min｛C0i，C7i｜i∈N，1≤i≤9，且i≠0，7｝=C73=20

這樣節(jié)點(diǎn)A，H，D就構(gòu)成了一個(gè)新子回路，T=｛A，H，D，A｝，然后只剩下一個(gè)節(jié)點(diǎn)G有三個(gè)位置可以插入，現(xiàn)在分析將其插入哪個(gè)區(qū)間合適，θ表示加入G點(diǎn)多走里程：

插入到（A，D）之間，θ=C06+C63-C03=84+85-85=84；

插入到（A，H）之間，θ=C06+C67-C07=84+30-83.5=30.5；

插入到（D，H）之間，θ=C76+C63-C73=30+85-20=95。

比較上述三種情況的增量，插入到（A，H）之間增量最小，所以將G點(diǎn)插入（A，H）之間，結(jié)果為｛A，G，H，D，A｝。最終求得配送路徑如圖1所示。

圖1　最終配送路徑

4　結(jié)語(yǔ)

我國(guó)的超市生鮮配送業(yè)務(wù)最早出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代的外資企業(yè)中。21世紀(jì)以來(lái)，略顯規(guī)范化的本土生鮮配送行業(yè)開(kāi)始發(fā)展，特別是現(xiàn)如今冷鏈技術(shù)發(fā)展方興未艾，為生鮮配送提供了技術(shù)和設(shè)備支持。但是，在運(yùn)行模式和物流管理方面，還與西方以及日本等發(fā)達(dá)國(guó)家存在較大差距，合理化的車輛調(diào)度和路徑優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。解決車輛路徑問(wèn)題的方法有很多，本文針對(duì)生鮮配送面臨的問(wèn)題以及車輛路徑問(wèn)題的特點(diǎn)，對(duì)車輛配送路徑和生鮮配送進(jìn)行了交叉研究，使用掃描法對(duì)連鎖超市生鮮配送路徑進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，高效率完成連鎖超市生鮮配送服務(wù)，達(dá)到了節(jié)約物流成本的目的。

參考文獻(xiàn)

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孫琪（1974-），男，浙江寧波人，中國(guó)社會(huì)科學(xué)院財(cái)經(jīng)戰(zhàn)略

研究院博士后，浙江萬(wàn)里學(xué)院商學(xué)院副教授，主要從事經(jīng)濟(jì)管理等方面的研究。

中圖分類號(hào)：F252

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2096-0298（2016）06（c）-001-02

作者簡(jiǎn)介：王鈺祥（1991-），男，河南洛陽(yáng)人，浙江萬(wàn)里學(xué)院在讀碩士，主要從事全球采購(gòu)與供應(yīng)鏈管理方面的研究；