基于节约算法的后疫情时代下冷链运输路径的优化研究
文/雷一诺 李欣烨 刘岩 许思鉴 姜方桃  2021年第4期第104页  2021-03-23

  摘要:冷链物流在物流行业中占有重要的地位,随着时代的发展,尤其在后疫情背景下,冷链物流有着更为广阔的发展前景,但同时也存在着一些不可忽视的问题。本文介绍了冷链运输的现状,指出冷链运输过程中存在的问题,并通过节约算法,对冷链运输中的车辆路径问题进行优化,对比分析前后效果,合理安排最佳运输路径,在此基础上,提出一些解决办法。

  关键词:后疫情;冷链运输;路径优化;节约算法

  1.引言

  关于后疫情时代的定义,专家学者各执一词。本文涉及的后疫情时代指的是,新冠肺炎疫情稳定后社会、经济、文化发生深刻变化,并且与疫情前不同的新的历史时期。目前,在全社会的共同努力下,新冠肺炎得到有效控制,我国进入后疫情时代。近几年,随着人们生活水平不断提高,对高质量产品的需求增加,以及此次疫情的影响,冷链物流进入了大众的视野,这预示着冷链物流行业将迎来“大爆发”。

  相较于常温物流,冷链物流是一个低温物流过程,能够更好地保证产品质量,减少产品损耗,满足客户需求。同时,冷链物流所需技术、管理水平和资金投入较高,这导致我国冷链物流发展所需成本较高。[1]运输是冷链物流过程中的重要环节,运输路径的优化可以有效地降低物流成本,提高物流效率,增加客户满意度。

  2.冷链运输的现状

  2.1冷链运输的现状

  冷链运输是冷链物流的重要环节,其成本较高,对温度的控制要求较高,含有比较复杂的移动制冷技术和保温箱制造技术。自2009年以来,我国冷链物流进入了快速发展阶段,随着冷链产品需求的增加,冷链运输这一重要环节也得到了快速发展,作为冷链运输主力军冷链车销量达到近5万辆,同比增长了21.3%。[2]

  据相关研究数据表明,截止2017年,我国的冷链物流市场规模已达到了2550亿元,预测2020年我国的冷链物流市场规模将达到5000亿元,2019年~2023年均复合增长率约为22.26%,2023年我国物流市场规模将突破9000亿元。

  2.2冷链运输路径的现状

  运输路径是指配送车辆向各客户点运输货物时需要经过的路径,其主要是由顶点、有向弧、无向边三个要素组成的运输结构。[3]

  冷链运输路径问题一直都是研究的热点,也是十分典型的困扰的NP-hard问题[4]。1959年,Dangting等首先提出了相关问题,随后国外很多学者开始了深入的研究。而我国开始研究于上世纪90年代初期,但是目前处于飞速发展阶段。

  图 1 冷链运输路径结构图

  2.3 冷链运输中的路径问题

  2.3.1 基础运输设施陈旧、分布不均匀

  据数据显示,冷藏保温车只占全国货运汽车的0.3%左右,数量缺乏。并且,在冷链运输中还存在冷藏车制冷设施陈旧、车辆质量较差、冷库基础设施老旧等问题。除此之外,在冷链物流发展较快的华东、华南地区,冷藏车数量较多,占全国总量35%,而在西南地区分布较少,因此,我国冷链运输在区域上分布不均匀,发展有着较大的区域局限性。

  图 2 冷链车种类占比图2.3.2车辆信息化管控程度较低

  冷链物流运输主要要求货品在运输过程中持续保持低温状态,以确保货品的新鲜度,但现代大多数的冷藏车不具备远距离监控、实时温度调控、定位追踪等信息化功能,因此,无法保证货品的高效率送达。由于冷链物流的特殊性,并且对货品的运输有着更高的要求,但目前,冷链的信息化管控技术较薄弱,信息化建设不完善,缺少对运输车辆的调度和管控方面的技术支持,物流信息化使用率较低。

  2.3.3 运输路径安排不合理

  由于现代冷链运输大多数是以公路运输形式为主的,而在公路运输方面还存在着尚未解决的问题,如重复运输、迂回运输、过远运输等方面。冷链运输路径是由集中中心运送到各个客户再回到集中中心,如遇到几个客户在一条路径上或客户相邻近,则会导致重复运输和迂回运输,大大增高了运输成本,降低了运输效率。

  2.3.4车辆运输成本较高、损耗率大

  冷链商品腐损率高,不易储存;冷库的建设成本过高,用于冷链运输的车辆主要有冷藏车、冷藏保温车、冷藏箱等,冷藏车内部的制冷、保温设备需要进行定期的检修维护,过长的运输路径使得车辆本身的损耗率增大,同时,过长的运输路径会导致车辆的冷藏保温设备维持时间较短,不合理运输会提高货品的折损率,增加了冷链运输成本。

  3 基于节约算法的冷链运输路径优化

  3.1节约算法的简介

  节约算法,又称C-W算法,这一概念最早是由Clarke和Writ提出。其重在解决车辆路径优化问题(VRP问题)。[5]

  它能够在运输车辆满载率较低的问题中,以运输路径中客户需求量小于或者等于送货车辆总载重为前提,优化运输路径,从而缩短运输距离,提高车辆满载率,进而降低运输成本。

  假设O为配送中心,X和Y为两家客户,O与X和Y之间的距离分别为x和y,X与Y之间距离为d。运输路线一:两辆车从配送中心O分别向客户X和Y送货,则车辆路程为S1=2(x+y)(见图3)。路线二:一辆车从配送中心O按顺序向X和Y送货,则车辆路程为S2=x+y+d(见图4)。路线一与路线二的路程差为:△S=S1-S2=2(x+y)-(x+y+d)=x+y-d,由三角形的性质可知,x+y>d,则△S=x+y-d>0。由此可见,路线二的路程小于路线一,路线二更能节省运输成本。

  3.2 建立模型

  本节以D公司为例,在此基础上根据相应的数据进行算法分析,计算出最优路径。D公司有一个配送中心O,以此为出发点向八个客户A、B、C、D、E、F、G、H进行配送,每辆冷藏车载重量为15吨。本文仅考虑车载量及里程,不考虑其他因素。已知配送中心O与各客户之间,以及客户与客户之间的最短距离如下所示:

  表1 最短距离表

  图 5 客户点分布图

  各客户点需求量如下表所示:

  表2 客户点需求量

  结合车载量和里程,原始运输路径如下:

  表3 优化前运输路径

  3.3模型求解

  由节约里程公式:△S=S1-S2=2(x+y)-(x+y+d)=x+y-d,代入D公司实际数据,计算出各客户之间的节约里程。

  表 4 节约里程表

  对节约里程按从大到小排序得出下表:

  表5 节约里程排序表

  由改进节约算法得出最优路径如下:

  表6 优化后运输路径

  由此可看出,原始路径总里程为67km,利用节约算法优化路线后运输总里程为63km,减少4km,从以上对比结果可以得出节约里程法在一定程度上可以降损,效果明显。

  4.后疫情时代下冷链物流运输的优化对策

  4.1加大多元化资金投入,精确客户需求

  中国冷链物流虽处于快速发展阶段,但其基础设施依旧薄弱。尤其在后疫情时代下,消费者对冷链产品的需求增加,政府应根据各地物流发展水平差异,推出在税收、土地建设、购入基础设施、市场开放等方面的优惠政策,吸引外资,改善偏远地区物流运输条件,缩小地区差异。企业利用自身优势,通过市场调研,瞄准客户需求,结合区位因素和车辆运输特点,精确客户订单,完善物流信息系统。

  4.2注重冷链物流人才的培养,提升行业素质

  冷链物流的可持续发展不仅需要过硬的技术设备支撑,还需要高质量的冷链物流人才。企业应加强高素质人才的培养,一方面,可与相关高校联合,实施冷链物流人才培养计划,建立人才培训基地,为优秀学员颁发奖金并提供实习机会;另一方面,可以定时举办员工专业知识技能和思想道德素质培训会,并推行奖惩制度,实行绩效考核,提高员工积极性,更好地促进冷链物流运输的发展;除此之外,企业可以构建内部人员信息化监督体系,注重驾驶人员行车途中的内外环境,对出现不良驾驶行为的人员适时提醒,在一定程度上提升驾驶人员专业素养。

  4.3建立信息化科学平台,降低冷链运输成本

  由于冷链物流系统造价较高,运输过程中存在大量的资源浪费,因此,建立科学完善的信息化物流运输平台尤其重要。利用信息化手段,对技术、管理、知识等要素进行升级,构建节点企业间的信息资源共享的科学化平台。通过平台所获得的数据,结合节约算法,可清晰得出配送点到节点客户间的最短距离,从中梳理出车辆运输的最佳路径和最大载货量,提高载货率,降低运输成本。

  4.4整合同质化路径,提高车辆利用率

  现代冷链物流运输大多依靠公路运输,而在公路运输中同质化现象日益严重,为此,可在节约算法的基础上,考虑可变因素,如车辆装卸费、过路费、车辆经停点、时间窗、运输距离、车辆装载能力等,对同地区的运输路径进行整合,根据客户需求和车辆最大承运能力,合理安排配送车辆,规划最优路径,提高货载率。

  5.结语

  综合看来,在后疫情时代下,将节约算法与实际车辆路径规划问题相结合,一定程度上可以实现物流资源的合理配置,促使企业效益最大化。C

  (作者单位:金陵科技学院)

  基金项目:南京市软科学研究基金项目(201809023);国家社科后期资助基金项目(16FGL010);2019年学校“创客”虚拟班项目(编号:2019001)

  参考文献

  [1] https://baike.so.com/doc/284108-300805.html#284108-3

  00805-2 360

  [2]https://www.sohu.com/a/360944808_533790?_trans_=0100

  04_pcwzy2019冷链物流市场现状及发展趋势分析

  [3]单青州,张天星.带软时间窗的冷链物流配送车辆路径优化建议[J].现代营销(下旬刊),2019(06):108-109.

  [4]石兆. 物流配送选址—运输路径优化问题研究[D].中南大学,2014

  [5] 王其壮.M公司葡萄酒运输路径优化方案研究[D].大连海事大学,2019.

  [6]谌种华,彭瑶.基于改进节约算法的连锁超市配送线路优化研究[J].柳州职业技术学院学报,2019,19(02):27-31.


【编辑:editor】
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