王待模

（華北理工大學研究生院，河北 唐山 063210）

現(xiàn)如今，隨著國民經(jīng)濟的加速發(fā)展，物流領(lǐng)域發(fā)展得越來越快，而冷鏈物流作為物流業(yè)的一個重要分支，也得到了迅猛的發(fā)展。冷鏈物流為人們的生活帶來便利的同時，自身也有很多問題亟待解決。與其他發(fā)達國家相比，我國的冷鏈物流設備不夠完善，發(fā)展速度緩慢，導致在行業(yè)中仍處于初階段位。冷鏈物流在進行配送的過程中，不僅需要保證物品的質(zhì)量，還要保證配送的時效性，同時，在整個配送過程中，全程的低溫冷藏導致高能量的消耗和二氧化碳的高排放量。這就使得冷鏈物流成為一個能源消耗大、碳排放多的領(lǐng)域。

冷鏈物流擔負著國家民生工程的時代艱巨使命，冷鏈物流在配送的過程中，需要盡可能地做到成本優(yōu)化，在保證商品的質(zhì)量的基礎上，優(yōu)化整個冷鏈物流配送鏈條的科學性、合理性、高效性目標，推進冷鏈物流產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

1 冷鏈物流路徑研究現(xiàn)狀

在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展迅速的大背景下，李曉晨[1]考慮將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有效地融入冷鏈物流，更加合理地安排冷鏈物流的運輸，使運輸質(zhì)量更加有保障，有效地招攬更多的顧客，擴大運輸范圍，使得整個物流鏈更加完整、有效率，進而提高冷鏈物流的經(jīng)濟效益。在“雙循環(huán)”的大背景下，陳勇等人[2]以農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流為研究對象，提出在內(nèi)循環(huán)下，可以利用國家頒布的一些好政策、大量落實“新基建”項目、利用供給側(cè)改革抓住時機來實現(xiàn)升級；在外循環(huán)下，通過利用自貿(mào)區(qū)和跨境生鮮電商來實現(xiàn)升級。

為了降低碳排放量，劉志碩等人[3]建議在冷鏈運輸領(lǐng)域應用電動汽車，以建立客戶的軟時間窗需求，從而形成了具有柔性時窗的冷鏈電動汽車路徑優(yōu)選問題的整數(shù)線性規(guī)劃模式。高英騰等人[4]通過考察市區(qū)內(nèi)車速和對備選路線的影響，給出了蟻群和Dijkstra 混合的計算，同時考慮了多個成本因素，并以總成本的最低為目標函數(shù)，結(jié)果證明這種混合算法可縮短應對路況所需時間，可根據(jù)交通實時路況合理規(guī)劃路徑。

唐聰?shù)热薣5]也將客戶滿意度納入考慮，具有最少費用限制的時間窗口限制，結(jié)果表明，此模型和算法可以有效地降低成本、提高客戶滿意度。

通過上述對國內(nèi)文獻的回顧與整理，可以發(fā)現(xiàn)冷鏈物流領(lǐng)域的研究已經(jīng)較為成熟，多位學者將客戶滿意度納入考慮之中，建立帶有時間窗的模型。本文在考慮客戶滿意度、貨損成本、碳排放量等多種因素的基礎上，研究通過遺傳算法來優(yōu)化冷鏈物流路徑的方案。

2 遺傳算法

2.1 基礎知識

在自然生物進化論的啟發(fā)下，約翰霍蘭等人創(chuàng)立了基因算法，在生物學上，染色體通過“適者生存”的方式，不斷地淘汰弱小的群體，使其不斷進化，最終實現(xiàn)整體的最佳。因為遺傳算法的本質(zhì)就是對染色體進行平行處理，對基因進行持續(xù)的遺傳變異，是一種高效、快捷的全局搜索方法。

2.2 算法設計

2.2.1 種群初始化

人口初始化與特定問題相關(guān)。例如，有n 個決定變量{x1，x2，xn}。每一個決策變量都有一個值區(qū)間：下限{L1、L2、Ln}、上邊界{U1、U2、Un}，在決策變量的數(shù)值區(qū)間中，群體中的個人初始化是隨機產(chǎn)生各決策變量的數(shù)值：X={x1，x2，...，xn}，其中xi屬于范圍(Li，Ui)內(nèi)。所有的個體即構(gòu)成種群。當每個個體都初始化后，即種群完成初始化。

2.2.2 編碼與解碼

由于問題空間的參數(shù)，是沒有辦法被用遺傳算法直接處理的，必須要用遺傳空間中的染色體或個體，來對問題空間進行解碼。因此，正確地選取基因編碼方法會對遺傳算法的效果產(chǎn)生很大的影響。

2.2.3 適應度函數(shù)

適應性函數(shù)是一種對自然適應能力的定量指標，它的數(shù)值大小直接影響著個體的生存狀況，通常，適應性越強，解決問題的質(zhì)量也就越高。

2.2.4 判斷算法是否收斂

如果迭代次數(shù)超過Tmax，則算法結(jié)束，如果迭代次數(shù)超過Tmax，則循環(huán)迭代。另外，當平均適應值函數(shù)在一定時期內(nèi)趨于平穩(wěn)時，該方法會收斂。

總之，使用者通過不斷地進行遺傳變異，從中選出具有最大容量的配對。然而，由于基因變異的限制，系統(tǒng)的容量在局部最優(yōu)，因此，必須將隨機選擇與確定性選擇相結(jié)合，以求出最優(yōu)的生存規(guī)律，避免系統(tǒng)匹配陷入局部最優(yōu)。

2.3 本章小結(jié)

綜上所述，遺傳算法能夠具有全局搜索與優(yōu)化搜索的能力，對搜索方向的目標函數(shù)和對應的適應性函數(shù)進行處理，從而為復雜系統(tǒng)問題的解決提供了一種通用的解決方案。

3 冷鏈物流的優(yōu)化模型的考慮因素

冷鏈物流路徑優(yōu)化模型以一般路徑問題(Vehicle Routing Problem，VRP)為基礎。該問題是指車輛通過物流中心或者倉庫開始出發(fā)，通過不同路線運輸途徑多個客戶，然后開始進行裝卸貨，之后到達下一個目的地，最終返回物流中心。同時在配送過程中，車輛運輸必須滿足其相關(guān)的約束條件和限定目標。而路徑目標主要包括距離最短、用車最少、顧客滿意度最高和費用最小等。

路徑應用原理模型是一個典型的分層次結(jié)構(gòu)模型，這樣，在涉及頂層設計時，會考慮不同方面的因素來對全鏈路成本進行優(yōu)化。結(jié)合冷鏈物流配送過程，在整個過程中所涉及的時間成本、溫度成本、貨損成本、運輸成本之總和為最低。

3.1 時間窗成本因素

在物流運輸配送的過程中，需要在客戶所支持的時間內(nèi)完成配送任務。如果出現(xiàn)早到，則會增加物流車輛等待成本，如果履約不及時則會出現(xiàn)顧客等待時間，由此降低顧客體驗度，增加時間窗成本。從整個冷鏈物流配送流程來看，時間窗成本是衡量冷鏈物流配送水平的關(guān)鍵要素。

3.2 貨損成本因素

冷鏈物流運輸過程中，冷藏品或者醫(yī)藥品等易損品因為其對運輸環(huán)境具有相當高的要求，因此極易在運輸過程中出現(xiàn)腐爛、變質(zhì)等問題，同時貨運中貨物與貨物碰撞也容易造成貨運損害，貨損成本與冷鏈物流運輸?shù)牡缆非闆r、溫度、濕度、時間等因素強相關(guān)。

3.3 溫度成本因素

對于特定的一些產(chǎn)品，如農(nóng)副產(chǎn)品以及醫(yī)藥產(chǎn)品，只有在合適的溫度以及濕度下，才能確保其品質(zhì)無異常。由此冷鏈運輸過程中，需要通過制冷器以及其他霧化設備對溫度和濕度進行控制，由此抑制微生物的侵襲、霉變等狀況。

3.4 運輸成本因素

從物流公司的角度出發(fā)，其路徑的選取必須基于高效、快捷的目標，即是最短路徑。但由于交通網(wǎng)絡相對復雜，而且道路狀況也存在著一定的隨機性，由于不同路徑的物流量問題，因此實際的出行者在決定路徑時，也會依據(jù)實際情況進行路徑的修正。

3.5 本章小結(jié)

本章總結(jié)了在冷鏈物流成本優(yōu)化模型下所需要考慮的四個因素，同時四個因素的主次地位，對于成本影響也有所不同，對于服務水平要求高的產(chǎn)品類，時間窗成本屬于主導因素，對于長距離運輸?shù)漠a(chǎn)品，則運輸成本以及貨損成本占據(jù)主要因素。所以最終建立模型后還要根據(jù)實際情況，調(diào)整各項因素的權(quán)重比例，最終完成對物流路線的規(guī)劃以及鏈路成本的優(yōu)化。

4 冷鏈物流成本優(yōu)化模型的建立

冷鏈物流配送成本的優(yōu)化分為四個部分：運輸成本，時間窗成本，貨損成本，溫度成本。通過對整個物流配送中的幾個成本計算，以及相關(guān)約束條件，在符合實際情況下，能夠得到整體冷鏈物流的最終成本，即得到最優(yōu)化的物流配送線路。

4.1 模型假設

為了方便模型的建立和計算，同時由于現(xiàn)實問題過于復雜，因此需要提出以下假設：

1.最終送貨地點已知，包括地理位置以及貨物種類以及需求量、配送時間。

2.每個送貨地僅需要一輛車服務一次，各個溫層需求量總和小于配送車輛的最大載重量。

3.車輛型號規(guī)格相同，同時磨損程度相同，耗油程度相同，折舊速度相同。

4.車輛起點為物流配送中心，完成配送任務后均需要返回配送中心。

4.2 符號說明

N=0,1,2,...,m：配送中心與門店集合；0 是配送中心，1,...,m 代表各個配送點；K=1,2,...,n：代表所有車輛之集；H=1,2,3：代表商品所處于常溫，冷藏，冷凍三種不同的溫層；qih為客戶點i對h類貨物的需求數(shù)量；Qhk是指車輛k裝載第h類貨物的裝載數(shù)量。

4.3 模型的建立

4.3.1 時間窗成本

對于物流物流域送貨而言，如上文所述，考慮到商品的時效性以及連續(xù)性，所以對配送時間的要求比較高，若提前到達配送點，由于裝卸貨不及時，則會對物流運輸車輛產(chǎn)生等待成本；而如果延遲到貨，則會讓顧客進行等待，減少顧客滿意度，增加了機會成本。

上式中，a表示單位時間產(chǎn)生的等待成本；[Ei-Li]表示可接受的時間窗；Ph表示單位貨物的價值；λ表示商品滯銷的時間系數(shù)；為車輛到達門店i的時間。

4.3.2 貨損成本

貨物貨損成本來源于在運輸過程中會因為路途的顛簸產(chǎn)生碰撞，或者因運輸長時間存放造成部分貨物損失（尤其是農(nóng)副產(chǎn)品以及其他食品），以及運輸過程中車輛的故障等。其中m表示單位運輸距離的貨損比例，C2表示單位貨物價值。

4.3.3 溫度成本

配送車輛的溫度成本主要為制冷成本，制冷成本與制冷劑價格、制冷器耗電量、制冷溫度、冷凍區(qū)內(nèi)外溫差、制冷體積以及物品的熱傳導系數(shù)有關(guān)系。

4.3.4 運輸成本

運輸成本包括固定成本與可變成本，其中固定成本有人員費用、車輛折損與維修費等，可變成本主要跟運輸距離相關(guān)。由此，fk用表示固定費用，C單位運輸距離的運輸成本，xijk為節(jié)點間的距離。

根據(jù)以上因素考慮，最終物流成本優(yōu)化的最終目標函數(shù)為：

4.4 本章小結(jié)

在構(gòu)建好成本最優(yōu)模型后，通過遺傳算法，利用例如MATLAB 等數(shù)學軟件可以找到具體問題最優(yōu)解，即找到冷鏈物流運輸?shù)淖顑?yōu)路徑，通過該最優(yōu)路徑能夠得到最終全鏈路成本的最優(yōu)解即最小值，完成目標需求。

5 結(jié)語及展望

綜上所述，考慮到物流行業(yè)的全局要求，冷鏈物流的全鏈路優(yōu)化是必不可少的。本文中，作者建立起冷鏈物流運輸成本優(yōu)化模型，同時提出通過遺傳算法能夠?qū)⒛Ｐ瓦M行求解，最終得到冷鏈物流配送的最優(yōu)路徑，由此達到整體冷鏈物流成本的最優(yōu)解。通過研究，幫助我們在建立當下冷鏈物流系統(tǒng)中，實現(xiàn)效能最大化和利潤最大化的要求。

在當下的經(jīng)濟社會建設中，我們期待把冷鏈運輸進行系統(tǒng)化、高級化，從而達到可持續(xù)化的經(jīng)濟建設。正因如此，對于物流產(chǎn)業(yè)來說，建設一個可持續(xù)的發(fā)展體系就迫在眉睫。通過深入研究，并運用以上本文的這些技術(shù)思想方法，將能夠進一步優(yōu)化、調(diào)整一些商業(yè)實體的物流配送網(wǎng)絡，落地一種合理的物流配送產(chǎn)業(yè)，幫助商業(yè)組織創(chuàng)造最佳的效益，從而促進現(xiàn)代化的發(fā)展進程。