宋華嶺,黃延萍,張 漪,姜 咪

(山東工商學(xué)院 a.半島經(jīng)濟(jì)研究所;b.管理科學(xué)與工程學(xué)院,山東 煙臺 264005)

一、引言

生鮮電子商務(wù)的出現(xiàn)帶動(dòng)了冷鏈物流行業(yè),使得冷鏈物流成為學(xué)術(shù)界目前比較熱門的研究新領(lǐng)域。根據(jù)中國物流與采購聯(lián)合會數(shù)據(jù)顯示,我國冷鏈物流未來年均增長率將達(dá)到25%,預(yù)計(jì)2017年市場規(guī)模將達(dá)到4 700億元人民幣[1]。冷鏈物流既有一般大宗產(chǎn)品物流發(fā)展存在的問題,同時(shí)由于自身獨(dú)特性,比如由于冷鏈?zhǔn)称返囊赘砸约凹竟?jié)性,冷鏈物流建設(shè)對于時(shí)間、技術(shù)、安全、固定設(shè)施的要求比一般供應(yīng)鏈物流更為嚴(yán)格。要求嚴(yán)格意味著行業(yè)市場準(zhǔn)入門檻高,這嚴(yán)重制約冷鏈物流行業(yè)的發(fā)展。本文在結(jié)合眾多文獻(xiàn)以及實(shí)事資訊基礎(chǔ)上,選擇了目前最為影響冷鏈行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)性問題——以成本(費(fèi)用)為切入點(diǎn)研究配送中心的選址問題。配送中心作為連接生產(chǎn)制造者與零售商的橋梁,在生鮮冷鏈運(yùn)輸中更是必不可少。而且現(xiàn)代化配送中心除了運(yùn)輸貨物基礎(chǔ)功能之外,還承擔(dān)著對產(chǎn)品進(jìn)行二次加工、包裝以及安排貨物同區(qū)域集中配送等功能。新功能的開發(fā)在降低單位運(yùn)輸費(fèi)用的同時(shí)延長了保鮮時(shí)間,也能為冷鏈物流行業(yè)帶來更多附加價(jià)值。與此相關(guān)的文獻(xiàn)也是不少,有基于時(shí)效性考慮建造運(yùn)營費(fèi)用和運(yùn)輸貨損費(fèi)用構(gòu)建配送點(diǎn)位置規(guī)劃的文獻(xiàn)[2]。基于當(dāng)下服務(wù)式消費(fèi)以及“互聯(lián)網(wǎng)+”的盛行,也有文獻(xiàn)在前文基礎(chǔ)上考慮了響應(yīng)性因素對于配送成本的影響,使得配送中心選址更加符合未來發(fā)展趨勢[3]。也有研究者獨(dú)辟蹊徑,結(jié)合集合覆蓋模型理論從固定成本角度出發(fā),在滿足需求前提下最小化配送中心的建造數(shù)量[4]。自然、社會、市場的不確定性情況下使得設(shè)施選址不僅要立足當(dāng)下,更要有長期適應(yīng)性,這類問題研究統(tǒng)稱為可靠性設(shè)施選址問題(RFLP)[5]。這類研究在我國也才剛起步,但是也有一些研究人員關(guān)注到這一點(diǎn)。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)市場需求不確定使得彼此之間的相互轉(zhuǎn)運(yùn)愈加頻繁,因此在選址上考慮了可變費(fèi)用,增強(qiáng)了模型的應(yīng)用廣泛性[6-7]。也有研究者在選擇評估預(yù)備點(diǎn)時(shí)考慮了固定設(shè)施的失效風(fēng)險(xiǎn),這種風(fēng)險(xiǎn)成本也是有現(xiàn)實(shí)存在依據(jù)的和研究價(jià)值的[8-9]。目前關(guān)于冷鏈配送設(shè)施選址的研究非常之多,但是大部分文章為了追求理論研究價(jià)值,忽視了研究的現(xiàn)實(shí)實(shí)用性價(jià)值,建造的模型異常復(fù)雜,可操作性低,使得模型在一般配送中心應(yīng)用度不高[10]。出于冷鏈在我國仍處于初級發(fā)展階段以及企業(yè)資源有限的客觀現(xiàn)實(shí),模型的實(shí)用性與可操作性顯得尤為重要。因此本文在構(gòu)建設(shè)施選址的0-1混和整數(shù)規(guī)劃成本模型時(shí),充分考慮了生鮮冷鏈物流的設(shè)施建造費(fèi)、配送費(fèi)用、運(yùn)輸費(fèi)用、損耗費(fèi)用。因?yàn)槠溆噘M(fèi)用雖然也會發(fā)生,比如轉(zhuǎn)運(yùn)費(fèi)、缺貨損失費(fèi),但是這些費(fèi)用并不是一定會發(fā)生的,有的即使發(fā)生影響也小。在求解模型方面,介于Lingo作為一套用于求解線性和非線性規(guī)劃以及整數(shù)問題的軟件所具有的數(shù)據(jù)輸入和輸出簡單、求解準(zhǔn)確快速特點(diǎn)[11],本文采用Lingo求解程序得出生鮮配送中心的選址決策問題。

二、物流配送中心選址模型

1.問題描述

本文描述的是在滿足所有需求地要求的前提條件下,在一個(gè)區(qū)域選取有限個(gè)物流配送中心,使得最終總成本最低的設(shè)施選址問題。通過相關(guān)文獻(xiàn)了解到,農(nóng)產(chǎn)品和普通生鮮果品大多以水路為主,所以運(yùn)輸時(shí)間比較長,途中的腐爛損耗成本一般是按運(yùn)輸時(shí)間和距離綜合考慮計(jì)算的。除此之外對于生鮮易腐品,腐爛多發(fā)生在從配送中心到各個(gè)需求地的過程中。因此本文模型成本包括供應(yīng)點(diǎn)到配送中心的運(yùn)費(fèi)總成本、配送中心到需求地運(yùn)費(fèi)總成本、從配送中心到需求地的腐爛損耗成本以及建設(shè)配送中心固定費(fèi)用[12]。

2.問題變量

有關(guān)物流配送中選址問題需要明確以下幾個(gè)要素和變量,數(shù)量為m的供貨點(diǎn),在L個(gè)備選點(diǎn)中初選出有限個(gè)適宜的配送中心向n個(gè)需求地供貨。在約定的期限內(nèi),供貨點(diǎn)需要向配送中心供貨次數(shù)為n1,配送中心向需求地供貨的次數(shù)為n2。

3.模型的構(gòu)建

假設(shè)有m個(gè)供貨點(diǎn),貨物通過L個(gè)候選配送中心向n個(gè)商品需求地實(shí)施貨物配送,三地之間的供需關(guān)系和商品流通情況構(gòu)成了整個(gè)物流配送系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)框架,如圖1所示[13]。其中Ai表示供應(yīng)點(diǎn),Bj表示物流配送中心,Ck表示需求地。本模型不考慮運(yùn)輸車輛回程以及配送中心轉(zhuǎn)運(yùn)這兩種情況,其中供貨點(diǎn)和需求地的位置都是已知的。

圖1 物流中心網(wǎng)點(diǎn)布局結(jié)構(gòu)示意圖

符號說明:m為供應(yīng)點(diǎn)個(gè)數(shù);L為物流中心的備選地點(diǎn)個(gè)數(shù);n為需求地的個(gè)數(shù);n1為供貨點(diǎn)向配送中心的供應(yīng)次數(shù);n2為配送中心向需求地的供應(yīng)次數(shù);aij為從供貨點(diǎn)到配送中心的單位運(yùn)輸成本;cjk為從配送中心到需求地的單位配送成本;xij為從第i個(gè)供貨點(diǎn)到第j個(gè)配送中心的運(yùn)輸量;yjk為從第j個(gè)配送中心到第k個(gè)需求地的運(yùn)輸量;fj為建設(shè)物流配送中心j的固定費(fèi)用;wjk為從配送中心到需求地的單位量腐爛損耗;Zj為在備選地j建設(shè)物流配送中心的選擇變量;Ai為第i個(gè)供應(yīng)商供應(yīng)量;Dk為第k個(gè)需求地的需求量;Mj為第j個(gè)配送中心的最大容量。

目標(biāo)函數(shù)

(1)

約束條件為:

(2)

(3)

(4)

(5)

xij≥0,yjk≥0,k=1,2,…,n;i=1,2,…,m;j=1,2,…,L,

(6)

Zj={0,1},j=0,1,…,L .

(7)

式(1)中n1aijxij表示供貨中心到物流配送中心的運(yùn)費(fèi)總和;n2cjkyjk表示配送中心到需求地的物流費(fèi)總和;zjwjkyjk表示物流配送中心到需求地的腐爛損耗;zjfj表示配送中心的固定費(fèi)用。式(2)表示供貨點(diǎn)發(fā)出貨物的數(shù)量不能超過自身庫存最大數(shù)量。式(3)表示配送中心向需求地配送貨物的數(shù)量要滿足需求地的需求量。式(4)表示配送中心進(jìn)貨數(shù)量與供貨數(shù)量相等。式(5)表示供應(yīng)點(diǎn)給各個(gè)配送中心供貨的數(shù)量不能超過其自身的最大容量。式(6)表示模型中的變量必須大于或等于零。式(7)中表示Zj兩種狀態(tài),Zj=0表示不在第j個(gè)備選地建立配送中心,Zj=1表示在第j個(gè)備選地建立配送中心。

三、煙臺大櫻桃物流配送中心選址規(guī)劃模型的應(yīng)用

1.煙臺市櫻桃市場現(xiàn)狀

煙臺由于日照條件充足,地處高山,種植的櫻桃色澤艷麗、口感甜脆,享譽(yù)世界。借助于得天獨(dú)厚的港口優(yōu)勢,其櫻桃市場不僅遍布中國各地,也部分遠(yuǎn)銷海外。盡管2016年煙臺大櫻桃產(chǎn)量在全國居于首位,但是由于煙臺市自身冷鏈物流發(fā)展不健全,物流基礎(chǔ)設(shè)施以及相應(yīng)信息技術(shù)的缺乏使得大櫻桃在運(yùn)輸過程中的損耗比較嚴(yán)重,所以在很大程度上限制了煙臺櫻桃的銷售,錯(cuò)失了市場機(jī)會。因此建立煙臺櫻桃專項(xiàng)冷鏈物流體系是一個(gè)迫切需要解決的問題。櫻桃屬于生鮮易腐品,其自身價(jià)值沿著加速遞減趨勢發(fā)展。此外櫻桃對溫度、時(shí)間要求極高,所以在運(yùn)輸過程中對專業(yè)性、標(biāo)準(zhǔn)化有著很高的要求。基于目前短時(shí)間內(nèi)技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)難以提高,因此從冷鏈物流管理角度出發(fā)降低損耗,節(jié)約成本。本文擬從煙臺市三個(gè)區(qū)中選擇六個(gè)具體位置給出相應(yīng)的選址決策,以滿足不同地區(qū)對煙臺大櫻桃的需求。

2.煙臺大櫻桃配送中心選址模型的描述

根據(jù)煙臺大櫻桃的產(chǎn)地分布密集程度,從芝罘區(qū)、開發(fā)區(qū)、萊山區(qū)中選出可以滿足需求的區(qū)域來建設(shè)煙臺果品的物流配送中心,借助煙臺城市副中心發(fā)展的契機(jī)和“一帶一路”的東風(fēng),打造適合煙臺果品的特色冷鏈物流配送中心,以保證櫻桃的“絲綢”之路更加順暢。

(1)大櫻桃供應(yīng)點(diǎn)的選擇(如表1所示)

表1 煙臺各區(qū)大櫻桃的種植面積和產(chǎn)量表

從表1中可以看出,福山區(qū)和棲霞市的大櫻桃種植面積和總產(chǎn)值位居前二,同時(shí)考慮區(qū)域位置就近整合,以福山為主整合蓬萊、開發(fā)區(qū)的產(chǎn)量,以棲霞為主整合牟平、萊山的產(chǎn)量。選取福山和棲霞作為煙臺大櫻桃的供應(yīng)點(diǎn),其中將福山用A1表示,棲霞用A2表示。

(2)大櫻桃需求地的選擇

煙臺大櫻桃需求地很多,但大致可以歸納為省內(nèi)需求、省外需求以及國外需求三類。這三類需求可以通過濟(jì)南、青島、濰坊、煙臺港、威海這五個(gè)地方運(yùn)送到目的地。其中,濟(jì)南和青島是國家級物流級物流配送中心,煙臺港在整個(gè)煙臺甚至山東省的地位比較突出,其他幾個(gè)地方的地理位置和交通運(yùn)輸也比較發(fā)達(dá)。其中濟(jì)南、青島、濰坊、煙臺港、威海用C1、C2、C3、C4、C5表示。

(3)大櫻桃物流配送中心的選擇

本文將棲霞和福山選為大櫻桃的供貨點(diǎn),將濟(jì)南、青島、濰坊、煙臺港、威海作為大櫻桃的需求地。此外,本文結(jié)合實(shí)際在煙臺市初步選擇了6個(gè)配送中心,配送中心概況如表2所示。

表2 物流配送中心選址表

3.配送中心選址算例描述

用A1和A2表示福山和棲霞兩個(gè)供貨點(diǎn),用C1、C2、C3、C4、C5分別表示五個(gè)需求地濟(jì)南、青島、濰坊、煙臺港、威海,用B1、B2、B3、B4、B5、B6分別表示擬定的6個(gè)配送中心。本文希望選取的物流配送中心使得一年內(nèi)的運(yùn)費(fèi)、腐爛費(fèi)用和固定費(fèi)用之和最小。其中,供貨點(diǎn)到各個(gè)物流配送中心的單位運(yùn)費(fèi)見表3,配送中心到需求地的單位運(yùn)費(fèi)以及腐爛損耗、物流配送中心的固定費(fèi)用見表4。

表3 供應(yīng)點(diǎn)到配送中心運(yùn)費(fèi)表(千元/噸)

4.算例求解

本文利用lingo程序求解得到了三方面的結(jié)果。程序如下所示:

model:

sets:

gh/G1,G2/:R;

ps/P1..P6/:M,w,f,Z,L;

yh/Y1..Y5/:D;

linksgp(gh,ps):a,x;

linkspy(ps,yh):c,y;

endsets

data:

R=100 100;

M=100 110 120 90 125 110;

f=30000 20000 30000 25000 30000 40000;

D=10 15 12 15 10;

w=6 4 5 5 4;

a=25 19 15 30 40 30

30 45 25 30 25 35;

c=20 25 20 35 30

25 30 25 25 30

35 42 45 55 46

60 65 55 45 35

45 35 40 40 55

35 30 40 46 55;

enddata

@for(ps:@bin(Z));

@for(linksgp(I,J):

x(I,J)=@if(Z(J)#eq#O,O,x(I,J)));

@for(linkspy(I,J):

y(I,J)=@if(Z(I)#eq#O,O,y(I,J)));

@for(gh(I):

@sum(ps(J):x(I,J))<=R(I));

@for(yh(I):

@sum(ps(J):y(J,I))>=D(I));

@for(ps(I):

120*(@sum(gh(J):x(J,I)))=260*(@sum(yh(K):y(I,K))));

@for(ps(I):

L(I)=120*@sum(gh(J):x(J,I)));

@for(ps(I):

@sum(gh(J):x(J,I))<=Z(I)*M(I));

@sum(ps:Z)<=3;

T1=@sum(linksgp:120*a*x);

T2=@sum(linkspy:260*c*y);

T3=@sum(ps:Z*f);

T4=@sum(ps:w*f);

min=T1+T2+T3+T4;

end

表4 配送中心到需求地運(yùn)費(fèi)表(千元/噸)

根據(jù)程序首先求解出基于成本最小目標(biāo)的櫻桃冷鏈配送中心建設(shè)與運(yùn)營成本。在此基礎(chǔ)之上,還按照成本類型分別計(jì)算出配送中心建設(shè)費(fèi)、損耗費(fèi)以及A到B,B到C的運(yùn)輸費(fèi)用的結(jié)果。其次,進(jìn)一步得出了2個(gè)供貨點(diǎn)A1和A2與B1、B2、B3、B4、B5、B6這6個(gè)配送中心的供貨關(guān)系以及配送量的大小,6個(gè)配送中心與5個(gè)需求地的業(yè)務(wù)聯(lián)系和服務(wù)量。

根據(jù)程序求解報(bào)告,我們得出了一系列費(fèi)用發(fā)生的明細(xì)情況。程序報(bào)告顯示,objective value與objective bound的值最優(yōu)化之后的結(jié)果均為1 661 500,這也就是我們目標(biāo)函數(shù)Z的最優(yōu)值。也就是說,在滿足所有需求的情況下,配送中心建設(shè)完成與運(yùn)營順暢至少需要花費(fèi)1 661 500元。T1、T2、T3、T4分別按順序表示目標(biāo)函數(shù)Z的四個(gè)成本構(gòu)成因素。其中T1=351 600,表示供應(yīng)點(diǎn)到配送中心的運(yùn)輸費(fèi)用為351 600元;T2=414 900表示物流配送中心到需求地的總運(yùn)輸費(fèi)用414 900元;T3=50 000,表示物流配送中心到需求地的腐爛損耗為50 000元;T4=845 000表示物流配送中心的建設(shè)費(fèi)用為845 000元。Zj表示取值為0或者1的選擇變量,其中結(jié)果得到z(p1)=1,z(p2)=1,z(p3)=0,z(p4)=0,z(p5)=0,z(p6)=0,這就表明最終模型只需要建立兩個(gè)櫻桃配送中心,選址地點(diǎn)分別在B1與B2。

當(dāng)程序運(yùn)算到最小成本時(shí),供貨點(diǎn)與配送中心的業(yè)務(wù)往來運(yùn)行結(jié)果為:X(G1,P1)=0,X(G1,P2)=100,X(G1,P3)=0,X(G1,P4)=0,X(G1,P5)=0,X(G1,P6)=0,X(G2,P1)=34.33333,X(G2,P2)=0,X(G2,P3)=0,X(G2,P4)=0,X(G2,P5)=0,X(G2,P6)=0。所以我們可以得到A1只向配送中心B2發(fā)送貨物,運(yùn)送量為100噸,A2負(fù)責(zé)向B1發(fā)送貨物34.333 3噸。

配送中心與需求地之間配送關(guān)系可以從程序運(yùn)行結(jié)果具體為:Y(P1,Y1)=0.524 305,Y(P1,Y2)=15,Y(P1,Y3)=0.321 849,Y(P1,Y4)=0,Y(P1,Y5)=0,Y(P2,Y1)=9.475 695,Y(P2,Y2)=0,Y(P2,Y3)=11.678 15,Y(P2,Y4)=15,Y(P2,Y5)=10,Y(P3,Y1)=0,Y(P3,Y2)=0,Y(P3,Y3)=0,Y(P3,Y4)=0,Y(P3,Y5)=0,Y(P4,Y1)=0,Y(P4,Y2)=0,Y(P4,Y3)=0,Y(P4,Y5)=0,Y(P5,Y1)=0,Y(P5,Y2)=0,Y(P5,Y3)=0,Y(P5,Y4)=0,Y(P5,Y5)=0,Y(P6,Y1)=0,Y(P6,Y2)=0,Y(P6,Y3)=0,Y(P6,Y4)=0,Y(P6,Y5)=0,Y(P6,Y6)=0。我們可以看出只有配送中心B1與B2進(jìn)行配貨業(yè)務(wù),這與上文的結(jié)論是一致的。其中配送中心B1分別向需求地C1、C2、C3的供貨0.52噸、15噸、0.32噸,不給C4、C5提供貨物;配送中心B2分別向需求地C1、C3、C4、C5的供貨9.48噸、11.68噸、15噸、10噸,不給C2提供貨物。

5.案例總結(jié)

煙臺市櫻桃配送中心選擇與配送路徑如下。兩個(gè)物流配送中心分別在福山區(qū)張格莊附近和棲霞市大楊家附近。其中,福山區(qū)張格莊配送中心負(fù)責(zé)向濟(jì)南、濰坊、青島供貨;棲霞市大楊家配送中心負(fù)責(zé)向濟(jì)南、濰坊、煙臺港、威海供貨。這兩個(gè)櫻桃物流配送中心建成以后,就成為煙臺櫻桃物流樞紐中心和轉(zhuǎn)運(yùn)站,不僅極大地滿足當(dāng)?shù)厝藢ιr果品的需求,也可以讓同省份更多的消費(fèi)者獲取質(zhì)量有保證、更加新鮮的櫻桃。

四、結(jié)論

本文建立了基于成本最優(yōu)的煙臺市櫻桃配送中心選址模型,并借助lingo軟件確定了合適的櫻桃配送中心位置。然而煙臺市櫻桃主產(chǎn)區(qū),其生鮮農(nóng)作物還包括棲霞蘋果、萊陽梨等等。與櫻桃相比,蘋果、梨的易腐性稍弱,保鮮保質(zhì)期更長,因此前文選取的櫻桃物流樞紐中心還可以兼顧作為蘋果、梨等水果生鮮的配送中心,使得原先單一櫻桃物流樞紐中心逐步發(fā)展成為煙臺市新型果品物流樞紐中心與中轉(zhuǎn)站。此外,煙臺市背靠港口,與韓國、日本緊靠,之后隨著我國冷鏈規(guī)范與國際接軌,可以通過該配送中心將山東的水果輸送到亞洲鄰近國家,逐步打造出山東省生鮮果蔬國際品牌。本文在農(nóng)產(chǎn)品物流選址模型的基礎(chǔ)之上,建立了具有現(xiàn)實(shí)參考意義的生鮮現(xiàn)代化冷鏈物流配送中心選址模型,推進(jìn)了生鮮果品物流節(jié)點(diǎn)選址方法的實(shí)用性進(jìn)程,也促進(jìn)了煙臺市農(nóng)產(chǎn)品的品牌化進(jìn)程。然而,本文建立的模型并沒有考慮到風(fēng)險(xiǎn)因素,比如配送中心供不應(yīng)求時(shí)發(fā)生的轉(zhuǎn)運(yùn)。因此在選擇備選點(diǎn)時(shí),就需要考慮到轉(zhuǎn)運(yùn)可能帶來的成本。因此未來生鮮物流設(shè)施選址研究應(yīng)該注重到風(fēng)險(xiǎn)因素,提升模型延展性與適用性。

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