魏慶豪，吳 憲

（山東中醫(yī)藥大學(xué)馬克思主義學(xué)院，濟(jì)南 250355）

2010年中央一號(hào)文件指出，中國(guó)要構(gòu)建健全的農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)，優(yōu)化鮮活農(nóng)產(chǎn)品的綠色通道。隨著中國(guó)國(guó)民生活水平以及消費(fèi)水平的逐漸提高，人們的消費(fèi)習(xí)慣也隨之改變，生鮮農(nóng)產(chǎn)品在中國(guó)的消費(fèi)需求逐年增加，品質(zhì)要求也越來越高，因此，中國(guó)的冷鏈物流行業(yè)步入了快速發(fā)展時(shí)期。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，截至2018年，中國(guó)冷庫總規(guī)模已經(jīng)超過了13 000 萬m3，同比增長(zhǎng)10%。與此同時(shí)，中國(guó)的冷鏈物流企業(yè)數(shù)量和規(guī)?？焖僭鲩L(zhǎng)，相關(guān)政策也在逐漸完善。但與普通物流相比，冷鏈物流的配送要求更加嚴(yán)格，管理與資金的投入也相對(duì)較高。因此，研究生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流配送路徑優(yōu)化，對(duì)降低企業(yè)的成本與損失、提升企業(yè)的利潤(rùn)等方面具有重要的理論與實(shí)踐意義。

1 中國(guó)生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流現(xiàn)狀

1.1 冷鏈運(yùn)輸難以滿足市場(chǎng)的需求

中國(guó)地理面積廣大，生鮮農(nóng)產(chǎn)品在季節(jié)與品種方面存在均衡供應(yīng)不暢的矛盾。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)民生活水平提高，現(xiàn)有的冷鏈物流體系難以有效地解決供給，并調(diào)節(jié)時(shí)間和空間方面的矛盾。市場(chǎng)需求不斷增加，但冷鏈物流無法較好地滿足市場(chǎng)，導(dǎo)致供需矛盾加劇，尤其是大型的突發(fā)事件發(fā)生后，常常會(huì)出現(xiàn)生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，甚至因天氣異常造成市場(chǎng)不良競(jìng)爭(zhēng)等問題。

1.2 生鮮農(nóng)產(chǎn)品耗損嚴(yán)重

由于現(xiàn)有的冷鏈基礎(chǔ)設(shè)施不健全以及包裝處理不合理，中國(guó)的果蔬、肉類以及水產(chǎn)品等生鮮農(nóng)產(chǎn)品，在從產(chǎn)地到餐桌的流通過程中，約有80% 未經(jīng)過冷鏈運(yùn)輸而以常溫方式運(yùn)輸，容易導(dǎo)致食物腐壞，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，借助于先進(jìn)的科技以及嚴(yán)格的食品安全要求，容易腐壞的食物需要全程100% 冷藏保鮮運(yùn)輸，物流損失率僅為5%。目前，中國(guó)的冷鏈物流仍處于發(fā)展初期，組織化、集約化程度較低，每年約有1 200 萬t 的果蔬腐壞，經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)千億元。

1.3 冷鏈運(yùn)輸設(shè)備投入不足

中國(guó)現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)集約化、規(guī)?；潭容^低，生鮮農(nóng)產(chǎn)品的加工大多采取個(gè)體經(jīng)營(yíng)模式，人力與物力成本較高，市場(chǎng)缺乏穩(wěn)定，經(jīng)營(yíng)者難以在冷鏈物流方面投入較多的成本，導(dǎo)致生鮮農(nóng)產(chǎn)品難以銷售的局面。部分對(duì)溫度要求不高的果蔬產(chǎn)品，大多通過常溫方式運(yùn)輸，僅有的少部分冷藏運(yùn)輸?shù)霓r(nóng)產(chǎn)品也基本上為出口產(chǎn)品。冷鏈物流制約了中國(guó)生鮮農(nóng)產(chǎn)品的運(yùn)輸和銷售，導(dǎo)致中國(guó)的生鮮農(nóng)產(chǎn)品難以高效地進(jìn)入市場(chǎng)。

1.4 粗放式管理，缺乏健全法規(guī)

目前，中國(guó)的冷鏈物流在整體上仍采取粗放式操作，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，且明顯存在設(shè)施陳舊、設(shè)施不足、設(shè)施分散、成本高、技術(shù)落后、管理差等問題。另外，中國(guó)還缺乏針對(duì)冷鏈物流的法律法規(guī)，現(xiàn)有的法律法規(guī)不完善，導(dǎo)致中國(guó)的冷鏈物流產(chǎn)品缺乏安全的監(jiān)督管理。總之，中國(guó)的冷鏈物流目前仍處于初期發(fā)展階段。

1.5 惡性市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)

生鮮農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，尤其是資本的進(jìn)入，使中國(guó)的冷鏈物流行業(yè)出現(xiàn)了惡性市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的發(fā)展特征。這主要是由于基于物流服務(wù)同質(zhì)化的大環(huán)境下，為推動(dòng)營(yíng)業(yè)規(guī)模的增長(zhǎng)、市場(chǎng)份額的增加，經(jīng)銷商通常會(huì)以壓縮冷鏈物流成本來實(shí)現(xiàn)總成本的降低。而惡性市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)必然會(huì)引起服務(wù)水平的下降和市場(chǎng)的不穩(wěn)定，最終難以保證農(nóng)產(chǎn)品的安全，從而損害消費(fèi)者的利益。

2 基于客戶滿意度的農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流配送路徑優(yōu)化數(shù)學(xué)模型

2.1 配送路徑優(yōu)化目標(biāo)選取

為更好地進(jìn)行配送路徑優(yōu)化，需要制定出可遵循的根本性依據(jù)。在制定依據(jù)前，要分析物流配送的作業(yè)流程，從而實(shí)現(xiàn)物流配送的有序化，提升物流配送的效率與質(zhì)量。同時(shí)，構(gòu)建模型需要以物流配送的作業(yè)流程為指導(dǎo)，詳細(xì)地、全面地解釋路徑優(yōu)化過程中配送的順序與具體流程。

在確定冷鏈物流配送路徑優(yōu)化目標(biāo)時(shí)，要滿足以下幾個(gè)方面：①配送成本的最小化或配送利益的最大化。企業(yè)的利益與成本有著直接的關(guān)聯(lián)，以配送成本最小化為目標(biāo)能夠提升企業(yè)的利益。②配送距離的最小化。配送成本中，配送距離的影響較大，同時(shí)其他因素的影響較小。配送距離越小，配送成本越低，配送距離的最小化能夠?qū)崿F(xiàn)配送成本的最小化。③配送服務(wù)的最優(yōu)化。若準(zhǔn)時(shí)送達(dá)是首位需求或要以成本為代價(jià)保證優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，在此背景下，需要在成本最大接受度的情況下，以服務(wù)水平作為關(guān)鍵性目標(biāo)。④配送勞動(dòng)的消耗最低化。將勞動(dòng)物質(zhì)化，以消耗的勞動(dòng)最低化作為目標(biāo)。

2.2 配送路徑優(yōu)化問題描述

在傳統(tǒng)的配送路徑優(yōu)化研究中，大多數(shù)以運(yùn)輸費(fèi)用最低或運(yùn)輸時(shí)間最少為目標(biāo)。結(jié)合傳統(tǒng)目標(biāo)，本研究將基于客戶滿意度的配送路徑優(yōu)化問題的目標(biāo)總結(jié)為3 個(gè)方面，分別是客戶滿意度最優(yōu)化、車輛等待時(shí)間最小化、車輛運(yùn)輸成本最低化。由于客戶滿意度最為關(guān)鍵的影響因素是配送準(zhǔn)時(shí)性，因此，在路徑優(yōu)化過程中需要重視配送準(zhǔn)時(shí)性對(duì)客戶滿意度的描述。

本研究借助時(shí)間窗的概念來解決配送時(shí)間范圍的問題，時(shí)間窗表示一個(gè)時(shí)間段［St，Et］，其中，St表示客戶需求的最早服務(wù)時(shí)間，Et表示客戶需求的最晚服務(wù)時(shí)間，二者之間的范圍就是客戶對(duì)配送服務(wù)的需求時(shí)間。目前，關(guān)于時(shí)間窗的研究較多，內(nèi)容通常包含了3 個(gè)方面，即硬時(shí)間窗、軟時(shí)間窗以及混合時(shí)間窗。

1）硬時(shí)間窗。硬時(shí)間窗表示每一項(xiàng)商品的配送任務(wù)需要在規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)完成，如圖1 所示。

圖1 硬時(shí)間窗示意

由圖1 可知，如果配送車輛早于最早服務(wù)時(shí)間到達(dá)，配送人員需要等到最早服務(wù)時(shí)間，才能夠完成配送任務(wù)；如果配送車輛遲于最晚服務(wù)時(shí)間到達(dá)，則客戶會(huì)拒絕配送服務(wù)。

2）軟時(shí)間窗。軟時(shí)間窗表示每一項(xiàng)任務(wù)不能夠在規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)完成，如圖2 所示。

圖2 軟時(shí)間窗示意

由圖2 可知，配送車輛需要在客戶指定的時(shí)間范圍內(nèi)提供配送服務(wù)，這一范圍內(nèi)的配送服務(wù)準(zhǔn)時(shí)性最高，質(zhì)量也最高。

3）混合時(shí)間窗?；旌闲蜁r(shí)間窗表示在系統(tǒng)中有一部分客戶劃分為硬時(shí)間窗，有一部分客戶劃分為軟時(shí)間窗，在通常情況下，客戶大多是混合使用硬時(shí)間窗與軟時(shí)間窗，如圖3 所示。

圖3 混合時(shí)間窗示意

由圖3 可知，配送車輛若能在客戶需求的時(shí)間內(nèi)完成配送服務(wù)，在這種情況下，配送服務(wù)的水平最高，質(zhì)量也相對(duì)較高，客戶滿意度也達(dá)到最高值。

2.3 基于客戶滿意度的配送路徑優(yōu)化

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈程度逐漸增加，為提升客戶與配送的配合度，增強(qiáng)客戶的忠誠(chéng)度，要求在客戶的需求時(shí)間內(nèi)完成配送服務(wù)，從而保證配送的準(zhǔn)時(shí)性，增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，獲取客戶的最佳滿意度。但在實(shí)際運(yùn)行中，配送中心的資源是固定、有限的，要對(duì)資源進(jìn)行整合，優(yōu)先服務(wù)規(guī)模較大的客戶，由于無法滿足每個(gè)客戶的要求，因此，也難以讓所有客戶滿意。在配送中，如果配送車輛早于客戶指定的最早服務(wù)時(shí)間到達(dá)，則需要等到最早服務(wù)時(shí)間，才能夠完成配送服務(wù)，以增強(qiáng)客戶滿意度，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的等待成本。而如果配送車輛遲于客戶指定的最晚服務(wù)時(shí)間到達(dá)，則會(huì)導(dǎo)致客戶滿意度下降?；诳蛻魸M意度的時(shí)間窗如圖4 所示。

圖4 基于客戶滿意度的時(shí)間窗示意

分析發(fā)現(xiàn)，客戶滿意函數(shù)、車輛等待成本函數(shù)都與配送車輛的到達(dá)時(shí)間有著緊密的關(guān)聯(lián)，等待機(jī)會(huì)成本、客戶不滿意導(dǎo)致的成本均出現(xiàn)在客戶指定服務(wù)時(shí)間的兩側(cè)。基于現(xiàn)實(shí)情況，采取超過時(shí)間窗范圍的配送處罰措施，實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)模型的處理，進(jìn)而提升模型的可解性。在通常情況下，配送車輛與固定時(shí)間的偏差越高，其懲罰成本越高，懲罰函數(shù)公式如下：

式中，c1和c2的大小需要結(jié)合實(shí)際配送情況確定。如果配送車輛在指定的最晚服務(wù)時(shí)間Et(n)前到達(dá)客戶n處，則對(duì)應(yīng)的等待成本為c1(Et(n) -T(k,n))；如果配送車輛在允許車輛進(jìn)入站點(diǎn)的最晚時(shí)間Lt(n) 后到達(dá)客戶n處，客戶對(duì)配送服務(wù)的滿意度下降，此時(shí)對(duì)應(yīng)的懲罰成本為c2(T(k,n) -Lt(n))；如果配送車輛在指定的服務(wù)時(shí)間窗[Et(n),Lt(n)]內(nèi)到達(dá)客戶n處，此時(shí)客戶滿意度最高，等待成本也最低，懲罰成本為0，因此得到懲罰函數(shù)的示意，如圖5 所示。

圖5 懲罰函數(shù)示意

根據(jù)分析可得，所有配送車輛的懲罰成本都可以表示成如下形式：

式中，P表示懲罰成本的總和，p(k,n) 表示第k輛配送車輛對(duì)第n個(gè)客戶的懲罰函數(shù)值，Et(n)、Lt(n) 分別表示允許車輛進(jìn)入站點(diǎn)的最早時(shí)間和最晚時(shí)間。

2.4 建立模型

分析發(fā)現(xiàn)，基于客戶滿意度的配送路徑優(yōu)化模型主要由2 個(gè)部分構(gòu)成，分別為協(xié)同配送成本與客戶滿意的懲罰成本?？赏ㄟ^2 個(gè)成本總和，計(jì)算出基于客戶滿意度的配送路徑優(yōu)化模型，公式如下：

式中，Z表示目標(biāo)函數(shù)，是以配送總成本最低建立的；s（m，n，k）表示配送中心m的第k輛車輛調(diào)度，L（m，k，i，j）表示配送中心m由客戶i到客戶j，mk表示配送中心m當(dāng)前有k輛車輛可供調(diào)度，D（i，j）表示客戶i與客戶j之間的距離，D（m，n）表示站點(diǎn)n與配送中心m之間的距離。

模型的構(gòu)建是基于配送路徑優(yōu)化的基礎(chǔ)上完成的，因此，該模型的變量、約束條件與協(xié)同配送相一致。

3 基于客戶滿意度的農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流配送路徑優(yōu)化算法設(shè)計(jì)

Clarke 與Wright 提出了無時(shí)限的節(jié)約法，該方法主要用來解決物流配送問題，屬于啟發(fā)性的算法，能夠得出滿意解，但不一定能夠保證其為最優(yōu)解。由于節(jié)約法具有較高的實(shí)用性且容易調(diào)整，因此，在物流行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。如假設(shè)有配送中心o，需要為客戶i與客戶j提供配送服務(wù)，配送中心o到客戶i與客戶j的距離分別為doi、doj，客戶i與客戶j之間的距離為dij，節(jié)約算法原理描述如圖6 所示。

圖6 節(jié)約算法原理描述

如果配送中心o分別向客戶i與客戶j送貨，此時(shí)配送中心需要同時(shí)發(fā)2 個(gè)車次，2 個(gè)車次的配送路線分別為o→i→o,o→j→o，總配送路程為S1= 2(doi+doj)。但是如果2 個(gè)客戶只用1 個(gè)車次完成配送，則需要進(jìn)行巡回送貨，配送路線為o→i→j→o，總配送路程為S1=doi+doj+dij。2種配送方式相比，節(jié)約的配送路程為ΔS=S1-S2=2(doi+doj)-(doi+doj+dij)=doi+doj-dij> 0（結(jié)合定理“三角形兩邊之和大于第三邊”）。如果存在3 個(gè)客戶，則多客戶分布如圖7 所示。

圖7 多客戶分布

由于客戶1 與客戶3 之間無法直接到達(dá)，此時(shí)，如果安排1 輛配送車輛為客戶1 與客戶2 提供服務(wù)，配送路線為d01→d12→d02；另外安排1 輛配送車輛為客戶3 提供服務(wù)，配送路線為d03→d03。如果安排1 輛配送車輛同時(shí)為3 個(gè)客戶提供服務(wù)，則配送路線為d01→d12→d23→d03。2 種配送方式相比，節(jié)約的配送路程為ΔS=do2+do3-d23> 0。通過類推可知，計(jì)算同一路程下的最短行駛路線，必須首先運(yùn)用節(jié)約算法原理計(jì)算出路徑中兩兩連接點(diǎn)之間的節(jié)約量，然后按照從大到小的方式進(jìn)行排序，最后進(jìn)行回路填充。如果ΔSij最大，則連接點(diǎn)i與連接點(diǎn)j之間形成了一個(gè)回路(o→i→j→o)，然后再計(jì)算出第二大的節(jié)約量ΔSkl，并且將另一段以(o,k) 開始的路徑合并到當(dāng)前回路中。如果配送車輛的車載和體積允許，則可充分考慮回路的合并操作，直到完成所有的合并操作，此時(shí)結(jié)束合并。但是，每次連接都能夠使總路程得到最大化節(jié)約，即路程增加量最小化，最終實(shí)現(xiàn)所有配送路程的最小化。因此，隨著客戶數(shù)量不斷增加，需要制定滿足約束條件的路程組合，不同的路程組合能夠形成不同的節(jié)約路程。

4 農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流配送路徑優(yōu)化模型實(shí)證研究

以某市中東旭冷鏈為例，分別用m1，m2，m3表示該公司的3 個(gè)配送中心，配送中心需要為11 個(gè)客戶（編號(hào)分別為1,2，…，11）提供配送服務(wù)。配送中心m1負(fù)責(zé)的客戶為1，4，5；配送中心m2負(fù)責(zé)的客戶為3，7，8，11；配送中心m3負(fù)責(zé)的客戶為2，6，9，10。為更好地核算客戶與配送中心之間的距離，將所有客戶與配送中心的位置在x與y平面上表示出來，客戶與配送中心之間的距離分別采用直線距離的1∕10 表示。配送中心和客戶坐標(biāo)位置如表1 所示。站點(diǎn)配送情況如表2 所示。

表1 配送中心和客戶坐標(biāo)位置

表2 站點(diǎn)配送情況

結(jié)合配送中心和客戶坐標(biāo)位置，計(jì)算配送中心與客戶之間的距離，如表3 所示。

表3 配送中心與客戶之間的距離 （單位：60 m）

假定配送中心僅有1 輛配送車輛提供服務(wù)，該配送車輛的最大載重為12 t，平均車速為20 km∕h，單位里程費(fèi)用為20 元∕km，車輛調(diào)度費(fèi)用為100 元∕次。另外，懲罰成本系數(shù)c1、c2分別為50、60，分別代表配送路徑優(yōu)化前后與之相對(duì)應(yīng)的費(fèi)用。如果配送服務(wù)無法滿足客戶的時(shí)間要求，則會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的懲罰成本。配送路徑和費(fèi)用如表4 所示。

配送中心m1從客戶4 到客戶1 時(shí)提前了0.1 h到達(dá)，其他配送服務(wù)均在時(shí)間窗內(nèi)完成，共產(chǎn)生懲罰成本0.1c1；配送中心m2從客戶7 到客戶3 時(shí)延遲了0.04 h 到達(dá)，從客戶11 到客戶8 時(shí)提前了0.5 h到達(dá)，共產(chǎn)生懲罰成本0.5c1+ 0.04c2；配送中心m3從客戶9 到客戶10 時(shí)提前了0.6 h 到達(dá)，從客戶10到客戶2 時(shí)延遲了1 h 到達(dá)，共產(chǎn)生懲罰成本0.6c1+ 1c2。

結(jié)合表4 可知，配送中心m1、m2的配送車輛負(fù)載不足，要求進(jìn)行協(xié)同配送。對(duì)配送中心m1而言，客戶1 是相對(duì)獨(dú)立的個(gè)體，配送中心m3配送時(shí)產(chǎn)生的費(fèi)用最低。對(duì)配送中心m2而言，客戶11 也是相對(duì)獨(dú)立的個(gè)體，配送中心m3配送時(shí)產(chǎn)生的費(fèi)用最低。結(jié)合本研究的協(xié)同調(diào)度算法，能夠有效地計(jì)算出協(xié)同配送的調(diào)度方案和成本，如表5 所示。

配送中心m2從客戶4 到客戶7 時(shí)延遲了0.8 h到達(dá)，共產(chǎn)生懲罰成本0.8c2；配送中心m3從客戶3到客戶6 時(shí)延遲了1.54 h 到達(dá)，而從客戶9 到客戶1 時(shí)延遲了1.04 h 到達(dá)，共產(chǎn)生懲罰成本2.58c2。由表5 可知，與之前的普通配送方式相比，協(xié)同配送方式具有顯著的優(yōu)勢(shì)，費(fèi)用成本有較為明顯的改善。

由表4 可得，普通配送方式總成本Z1=198.2+273.2+310.0=781.4 元，總配送距離L1=33 km。由表5 可得，協(xié)同配送方式總成本Z2=255.6+393.6=649.2元，總配送距離L2=22.32 km。成本之差為Z=Z1-Z2=781.4-649.2=132.2 元，配送距離之差為L(zhǎng)=L1-L2=33-22.32=10.68 km。

表4 配送路徑和費(fèi)用

表5 協(xié)同配送的調(diào)度方案和成本

通過計(jì)算可知，協(xié)同配送有助于減少配送成本，提升配送車輛的利用率，減少資源損耗。分析發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化前后的路徑分別如圖8 和圖9 所示。

圖8 優(yōu)化前路徑

圖9 優(yōu)化后路徑

5 小結(jié)

本研究對(duì)生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流配送路徑優(yōu)化進(jìn)行了探討，并從客戶滿意度出發(fā)，構(gòu)建冷鏈物流配送路徑優(yōu)化模型，結(jié)合改進(jìn)的遺傳算法求解該模型，并將此模型運(yùn)用到具體的案例分析中。研究表明，該模型效果較好，既能夠節(jié)省企業(yè)的支付成本，還能夠提升客戶滿意度。案例分析結(jié)果有效地驗(yàn)證了該模型的合理性以及算法的有效性，為冷鏈物流企業(yè)的高質(zhì)量配送路徑方案選擇提供了相應(yīng)的指導(dǎo)。