張 浩,萬 晗,全 慧
(1.南京林業(yè)大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院,江蘇 南京 210037;2.南京林業(yè)大學(xué)現(xiàn)代物流研究中心,江蘇 南京 210037;3.南京林業(yè)大學(xué)環(huán)境與發(fā)展系統(tǒng)工程研究所,江蘇 南京 210037)
中國電子商務(wù)發(fā)展迅猛,物流網(wǎng)點(diǎn)布局問題的研究和應(yīng)用越來越得到重視。很多學(xué)者從不同角度進(jìn)行了理論探索,比如:以降低總成本為目標(biāo)建立非線性混合整數(shù)規(guī)劃模型,用量子粒子群算法對(duì)該模型進(jìn)行求解[1];考慮客戶的滿意度,建立距離懲罰成本函數(shù)求解[2];針對(duì)物流網(wǎng)點(diǎn)的時(shí)效性,采用改進(jìn)PSO算法進(jìn)行分析[3];根據(jù)網(wǎng)點(diǎn)時(shí)空特征,建立空間自相關(guān)模型及匹配度模型等[4]。近年來加強(qiáng)了應(yīng)用研究,特別是基于GIS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)分析和網(wǎng)點(diǎn)布局優(yōu)化[5]。但在以下兩方面存在深入討論的必要:第一,現(xiàn)有模型算法非常復(fù)雜,很難在實(shí)踐中廣泛運(yùn)用,特別是對(duì)廣大中小電商企業(yè)幾乎是望塵莫及;第二,現(xiàn)有研究大多以提高效率、降低成本為目的,對(duì)于低碳環(huán)保問題考慮不足。
目前低碳環(huán)保的理念已深入人心,相關(guān)研究倍受重視,其中碳足跡是主流研究理論之一[6],并從不同的視角取得了很多突破。比如:從產(chǎn)品制造過程進(jìn)行碳足跡核算[7];從產(chǎn)品生命周期視角的評(píng)價(jià)[8];基于IPCC排放因子等方法對(duì)某地區(qū)進(jìn)行碳足跡估算等[9-10]。然而總體來講,方法論方面仍存在許多問題,特別是計(jì)算過程非常復(fù)雜[11],Laura等提出一種確定區(qū)域碳足跡的簡(jiǎn)化方法[12],但由于數(shù)據(jù)獲取等問題,在實(shí)際中直接運(yùn)用的難度仍很大,對(duì)于物流網(wǎng)點(diǎn)布局問題的應(yīng)用研究有待探索。本文嘗試提出一種基于碳足跡的簡(jiǎn)易算法,可為中小電商企業(yè)所掌握,以便解決物流網(wǎng)點(diǎn)布局優(yōu)化問題。
(1)通過指導(dǎo)學(xué)生實(shí)習(xí)等方式,對(duì)某電商企業(yè)(MM化妝店)進(jìn)行調(diào)研。收集了以下幾方面的數(shù)據(jù):過去一年內(nèi)各供貨點(diǎn)(生產(chǎn)商)的收貨情況、發(fā)往全國各地的快遞單有效數(shù)據(jù)、快遞包裝箱尺寸和包裝填充物等。
(2)通過實(shí)地考察的方式,收集了郵政EMS、順豐速運(yùn)和圓通快遞等公司使用的包裝箱和包裝物數(shù)據(jù),以及常用車輛及載貨情況。
(3)通過參觀考察的方式,調(diào)研了蘇寧易購某大型物流配送中心,收集了月均吞吐量、耗電量等數(shù)據(jù)。
物流網(wǎng)點(diǎn)布局的模型和算法有很多,比如:位圖法、重心法、評(píng)分法等,多用于一元網(wǎng)點(diǎn)布局問題,即選擇一個(gè)地點(diǎn)建設(shè)或租用倉庫。目前許多中小電商企業(yè)面臨這一問題,自己設(shè)立倉庫,從多個(gè)供貨點(diǎn)(如生產(chǎn)商)進(jìn)貨,然后直接通過快遞發(fā)給最終消費(fèi)者,但從實(shí)際情況看,幾乎不需要上述算法,因?yàn)橹苯泳徒O(shè)倉即可。
近年來物流寶等倉儲(chǔ)配送一體化網(wǎng)絡(luò)模式發(fā)展迅猛,從共同配送的原理可知,這種模式的效率高、成本低。許多企業(yè)自己不再設(shè)倉,而在不同地區(qū)租用倉庫,貨物直接從多個(gè)供貨點(diǎn)發(fā)往多個(gè)倉庫(收貨點(diǎn)),再從倉庫發(fā)給消費(fèi)者。這就形成了多個(gè)發(fā)貨點(diǎn)和多個(gè)收貨點(diǎn)的地址選擇和運(yùn)量?jī)?yōu)化問題,最小元素法是處理此類問題最簡(jiǎn)單有效的方法,本文以此作為基本模型。
模型可表示為:一定時(shí)期內(nèi)(如一個(gè)月),從m個(gè)供貨點(diǎn)(產(chǎn)地)A1,A2,···,Am直接向n個(gè)收貨點(diǎn)(倉庫)B1,B2,···,Bn供貨,各供貨點(diǎn)的發(fā)貨量分別是a1,a2,···,am,各倉庫的收貨量分別為b1,b2,···,bn。產(chǎn)地Ai到倉庫Bj的單位物品運(yùn)價(jià)為cij,求總運(yùn)費(fèi)最小的調(diào)運(yùn)方案。
但是該模型從應(yīng)用的角度存在以下兩點(diǎn)改進(jìn)必要:(1)物流量的度量,基本算法是以t·km為單位,然而電商的物流方式以快遞為主,因此改為以“件”為單位;(2)目標(biāo)的選擇,基本算法是成本最低并以元為計(jì)量單位,如果以低碳環(huán)保為目標(biāo),可以用碳排放量(kg)為計(jì)量單位,事實(shí)上這兩個(gè)目標(biāo)是不矛盾的[13]。如果用碳排放量為計(jì)量單位,則涉及碳足跡的算法選擇。
(1)基本算法及改進(jìn)原理。計(jì)算碳排放量有很多方法,但從實(shí)際應(yīng)用來看,最簡(jiǎn)單方便的是采用計(jì)算器。根據(jù)碳排放的定義及基本原理,很多研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)開發(fā)出了一些計(jì)算軟件或平臺(tái),這些被統(tǒng)稱為碳足跡計(jì)算器。其中山水自然保護(hù)中心設(shè)計(jì)的碳足跡計(jì)算器是典型的代表[14],本文采用此計(jì)算器(以下稱原計(jì)算器)的基本算法原理,計(jì)算依據(jù)主要有兩方面:①使用的物資,即不同材料、不同用量的背后有不同的碳排放量;②發(fā)生的行為,特別是出行,即選用不同的交通工具和里程會(huì)產(chǎn)生不同的碳排放量,可用下式表示:
式中,C為總碳排放量,Wi為第i種物資(如紙)或能源(如電)的消耗量,αi為該物資或能源的碳排放系數(shù);Hj為第j種行為的度量(如乘地鐵的公里數(shù)),βj為該行為的碳排放系數(shù)。
然而該計(jì)算器主要針對(duì)家庭生活、工作及出行等方面的實(shí)際應(yīng)用,對(duì)于物流過程的碳排放很難直接形成對(duì)應(yīng)關(guān)系,很多物資和行為沒有出現(xiàn)在計(jì)算器中,因此有必要加以改進(jìn)。改進(jìn)思路是在計(jì)算依據(jù)不變的前提下,將快遞使用的物資和物流全過程中發(fā)生的行為進(jìn)行換算,從而與原計(jì)算器中的統(tǒng)計(jì)口徑形成對(duì)應(yīng)關(guān)系。
(2)使用物資的碳排放計(jì)算。對(duì)于快遞而言,最主要的物資是包裝箱,計(jì)算碳排放時(shí),先換算為原計(jì)算器中的相同物質(zhì),再按使用的重量或個(gè)數(shù)直接進(jìn)行計(jì)算。按照材質(zhì)的相似性,將包裝物分為兩類:①紙類,并按重量計(jì)算,包裝箱多為紙箱,并以瓦楞紙為主,不妨直接換算成紙計(jì)算;②塑料袋,包裝物中的其他部分主要有:塑料袋、膠帶、泡沫等填充物,其材質(zhì)屬性相似,均為石化產(chǎn)品,可按重量換算成塑料袋計(jì)算。但經(jīng)實(shí)際測(cè)算,每個(gè)包裝箱中這些物資的碳排放量很小,因此以下計(jì)算中忽略之。
此外,物流實(shí)踐中每件貨的尺寸可能各不相同,很難用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)度量,但郵政EMS的標(biāo)準(zhǔn)已為國內(nèi)外廣大用戶認(rèn)可,因此以此為基準(zhǔn)。在調(diào)研的基礎(chǔ)上,根據(jù)工作人員的認(rèn)知和操作習(xí)慣,可分為大、中、小三類,再按用量大小用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法歸類,具體尺寸范圍見表1,以此作為實(shí)際操作的參考。
(3)物流過程的碳排放計(jì)算。每件快遞都要經(jīng)歷一個(gè)完整的物流過程,但該過程十分復(fù)雜且很多指標(biāo)難以精準(zhǔn)測(cè)度,因此僅考慮最主要的物流活動(dòng),不考慮途中轉(zhuǎn)運(yùn)和末端配送等環(huán)節(jié)。最主要的物流活動(dòng)發(fā)生在路途和節(jié)點(diǎn)上,路途中最主要的是運(yùn)輸,節(jié)點(diǎn)上最主要的活動(dòng)是裝卸、搬運(yùn)、分揀等。
對(duì)于運(yùn)輸,以公路和鐵路運(yùn)輸為主,其中公路運(yùn)輸工具以貨車為主,但在原計(jì)算器中沒有此交通工具選項(xiàng),根據(jù)碳排放的基本原理,應(yīng)按油耗進(jìn)行選擇和換算。經(jīng)調(diào)研分析,最接近交通工具的是公共汽車。此外,原計(jì)算器計(jì)算出來的是以人為單位的碳排放量,即每人每公里的碳耗量,因此需要從運(yùn)載量的角度進(jìn)行換算,即換算成每件貨每百公里的碳耗量,這與包裝箱的大小有關(guān)。
對(duì)于節(jié)點(diǎn)的物流活動(dòng),主要有裝卸、搬運(yùn)、分揀等多個(gè)環(huán)節(jié),很難具體測(cè)量計(jì)算,但從碳排放的角度看以用電為主,因此選擇原計(jì)算器中的電耗作為計(jì)量單位??紤]到物流自動(dòng)化分揀系統(tǒng)的應(yīng)用越來越普及,能夠用一個(gè)系統(tǒng)完成上述所有作業(yè),因此可簡(jiǎn)易地用系統(tǒng)耗電量除以吞吐量計(jì)。由于在節(jié)點(diǎn)作業(yè)中,無論貨物大小,每個(gè)作業(yè)環(huán)節(jié)一個(gè)都不能少,且要均攤公共的電耗,因此區(qū)分包裝箱大小的意義不大。為了簡(jiǎn)化計(jì)算,不妨用物流中心的月均總耗電量除以月均總吞吐量。
為方便實(shí)際操作,給出不同類別包裝箱碳排放計(jì)算的參考標(biāo)準(zhǔn)(見表1),表1中每類的計(jì)算參考值以均值計(jì)。具體計(jì)算時(shí)參考表中帶*行中的數(shù)值,只要知道公路或鐵路的里程數(shù)即可簡(jiǎn)易計(jì)算。例如,每件中等包裝的碳排放量=0.88+0.34+0.13×公路運(yùn)輸里程(100km)+0.09×鐵路運(yùn)輸里程(100km)。
表1 三類包裝箱碳排放的參考計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)
第一步,確定m個(gè)供貨點(diǎn)和n個(gè)收貨點(diǎn)的數(shù)量和具體地點(diǎn)。通常供貨點(diǎn)的數(shù)量和地址可直接根據(jù)生產(chǎn)廠家確定,因此主要是確定收貨點(diǎn)的數(shù)量和地址。由于每筆訂單都有收貨地點(diǎn),因此可根據(jù)歷史銷量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和預(yù)測(cè),建立銷量與地區(qū)的對(duì)應(yīng)關(guān)系,通過聚類的方法,找到最合適的類別數(shù),該數(shù)量即為n。然后對(duì)每一類別,根據(jù)實(shí)際情況確定一個(gè)合適的地點(diǎn)。例如無錫、南京、鎮(zhèn)江、馬鞍山為同一類別,再根據(jù)交通和其他情況確定倉庫具體地址,如南京某倉庫。
第二步,確定各供貨點(diǎn)的發(fā)貨量a1,a2,···,am,以及各倉庫的收貨量b1,b2,···,bn,這里的發(fā)貨量和收貨量均以“件”計(jì),具體應(yīng)根據(jù)企業(yè)的收發(fā)貨業(yè)務(wù)量確定。
第三步,給出每個(gè)供貨點(diǎn)到每個(gè)收貨點(diǎn)的公路和鐵路運(yùn)輸里程,可從網(wǎng)上方便查詢,實(shí)際操作中可能只出現(xiàn)公路運(yùn)輸一種情況。
第四步,按表1根據(jù)企業(yè)最常用的包裝箱確定類別,并計(jì)算每個(gè)供貨點(diǎn)到每個(gè)收貨點(diǎn)的碳排放量(kg/件),從而得到物流量和碳排放量表。
第五步,進(jìn)行初始調(diào)運(yùn)分析,得到暫時(shí)的優(yōu)化方案。具體計(jì)算時(shí),方法步驟和最小元素法相同,限于篇幅,不再給出。
第六步,初始結(jié)果的檢驗(yàn)與調(diào)整,最常用的方法是位勢(shì)法和逆回路法,直至得到最優(yōu)方案,根據(jù)企業(yè)其他情況也可適當(dāng)再進(jìn)行調(diào)整。
第七步,上述計(jì)算結(jié)果可為具體的物流安排提供參考,從而產(chǎn)生直接應(yīng)用。比如:倉容設(shè)計(jì)或倉庫租用面積分析、運(yùn)量合理安排、運(yùn)輸工具和承運(yùn)公司選擇等。
下面以調(diào)研企業(yè)(MM化妝店)為例進(jìn)行分析,并給出主要步驟的結(jié)果。該電商企業(yè)只進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)銷售,不涉及生產(chǎn),原有的物流模式如圖1所示,連云港既是供貨點(diǎn)又是自己的倉庫,另兩個(gè)供貨點(diǎn)為:鄭州和汕頭,發(fā)貨至連云港后通過快遞向全國發(fā)貨。
根據(jù)企業(yè)的業(yè)務(wù)量,運(yùn)用SPSS20.0對(duì)銷售量數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè),對(duì)銷售地點(diǎn)的城市、省份等數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析,結(jié)合其他因素分析得到的收貨點(diǎn)為南京、哈爾濱、株州和太原,即擬在此租用倉庫(物流寶倉庫)。
確定包裝箱的類別,從方便操作的角度,這里選擇用量最大的包裝箱,其尺寸為300mm×250mm×200mm,根據(jù)表1確定為中等包裝箱。經(jīng)前四步計(jì)算后得到物流量和碳排放量表(見表2),表中的物流量供需平衡并以“件”為單位,任意兩地點(diǎn)間的碳排放量以kg為單位。
圖1 原物流模式
表2 物流量與碳排放量表
經(jīng)第五、六步計(jì)算可得總碳排放量最小的最優(yōu)調(diào)運(yùn)方案(見表3),單位均為“件”,例如汕頭平均每月發(fā)給株州3 840件貨。
表3 最優(yōu)的調(diào)運(yùn)方案表
根據(jù)表3,MM化妝店優(yōu)化后的物流模式和具體運(yùn)量如圖2所示,結(jié)合其他因素和實(shí)際情況,也可適當(dāng)微調(diào),如每月汕頭只發(fā)南京40件貨,運(yùn)量太小,可考慮取消此線路,協(xié)商讓連云港增加相應(yīng)的供貨量。
目前低碳環(huán)保理念已成全球共識(shí),碳足跡是主流理論和方法之一,物流網(wǎng)點(diǎn)布局優(yōu)化等也是大勢(shì)所趨,但是算法的復(fù)雜性限制了在實(shí)踐中的應(yīng)用。針對(duì)目前中小電商企業(yè)的物流現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì),選擇了簡(jiǎn)單易用的最小元素法作為基本模型并加以改進(jìn)。從方便實(shí)際操作的角度,采用碳足跡計(jì)算器作為計(jì)算工具,對(duì)包裝箱分成3類,分別給出了以件為單位的物流全過程的碳排放計(jì)算參考標(biāo)準(zhǔn)。以MM化妝店為案例,對(duì)物流網(wǎng)點(diǎn)布局的調(diào)運(yùn)方案進(jìn)行優(yōu)化,從而證明了本文算法的簡(jiǎn)易性和可行性。這有助于開發(fā)出簡(jiǎn)單適用的快遞物流碳排放計(jì)算器、物流網(wǎng)點(diǎn)布局優(yōu)化計(jì)算器等工具,在網(wǎng)絡(luò)上共享以便讓更多的人使用。由于調(diào)研的數(shù)據(jù)量有限,如果結(jié)合大數(shù)據(jù)分析,本文給出的計(jì)算參考值有待進(jìn)一步完善。
圖2 優(yōu)化后的物流模式