考虑碳排放的冷链物流配送路径优化研究.pdf
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1、商业研究全国流通经济12考虑碳排放的冷链物流配送路径优化研究赵艺博(天津理工大学管理学院,天津 300384)摘要:本文选择以冷链物流配送为主体,冷链物流车辆配送路径问题为研究对象,将冷链产品冷链物流配送过程的固定成本、运输成本、制冷成本、惩罚成本和货损成本,并与低碳经济下亟须考虑的碳排放成本一起经过分析后组成配送总成本,构建考虑碳排放成本的总成本最小的冷链配送路径优化模型,改进传统遗传算法中的遗传操作,在传统遗传操作基础之上插入自适应搜索概率,防止算法陷入局部最优。最后通过实例分析,为企业降低冷链配送的总成本提供一定的理论支持。关键词:冷链;碳排放成本;路径优化;遗传算法中图分类号:F274
2、;TP393.01;F425.72文献识别码:A文章编号:2096-3157(2023)15-0012-04一、引言随着经济的发展,人民对饮食健康的重视日渐提升,冷链物流行业也迎来了快速发展。冷链物流是一种以低温环境为基础的物流过程,它要求对原材料进行加工和流通,并且通过控制冷链产品的温度来保证其质量,而运输环节则是其中最关键的一环。在进行冷链运输时需要通过带有制冷设备的专用冷藏车运输,因此,冷链配送会比常规配送消耗更多的能源,产生更多的碳排放。碳排放问题是现如今全国重点关注的问题,政府也相继出台多条政策来推进全国的减排工作。根据全球的碳排放数据,运输行业的碳排放数量已经超过了全球碳排放量的
3、10%,而在运输行业内部碳排放的主体就是道路运输。因此,物流行业作为国民经济的支柱,其碳排放量必须得到有效控制和减少,以期望我国的碳排放水平能够得到显著改善。配送路径优化在冷链物流系统优化中占据着重要的地位,它是将产品送至最终客户手中,实现冷链配送“最后一公里”的研究目标。许婷婷等1对实际企业进行实例检验,通过节约成本逐步逼近的方法得到了冷链物流配送的最优路径;张鹏程2认为对配送路径进行优化是降低成本的关键,因此构建了以配送总成本最小为目标的路径优化模型,其中包括运输成本、货损成本和惩罚成本等;Xiao Y 等3为了实现降低物流系统中的碳排放降的目的,考虑了车辆载重和客户时间窗约束对碳排放的影
4、响,构建了一个新的混合整数线性规划模型研究车辆路径优化和调度问题;Jabir E4在低碳物流路径优化方面,结合车辆运输路径与绿色环保,并将碳排放量参数纳入其中,构建车辆路径优化模型,最后通过改进蚂蚁算法与混合人工蜂群算法求解;宁涛等5在构建模型时引入碳税机制,以碳排放量最小和总配送成本最小为目标函数,最后改进基于自适应相位旋转角的量子蚁群算法进行求解;张立毅等6设计了一个新的碳排放量的测量方法,并以碳排放成本为目标函数构建电碳物流路径优化模型。综上所述,本文提出了一种考虑碳排放成本的冷流物流配送优化模型,在综合分析冷藏车的固定成本、运输成本、制冷成本、惩罚成本和货损成本的基础之上加入碳排放成本
5、组成该模型的总成本,以其最小化为模型目标函数并改进设计遗传算法对其求解,降低配送中心的配送成本。二、问题描述与模型构建1.问题描述与假设已知,某生鲜电商公司的一个冷链物流配送中心为众多用户进行冷链配送业务,每个用户点的位置信息和需求量都已经确定,各客户点的位置、需求量和时间窗均已知,而且配送中心拥有大量冷藏车,这些用车的数量足够,但是,在使用这些汽车进行物流时,会产生一定的碳排放费用。此外,配送中心每天运行车辆会产生固定成本和运输成本,为保证生鲜产品的质量产生制冷成本,车辆进行配送时必须严格按照客户的时间窗要求,否则会产生一定的惩罚成本,以及由于生鲜产品的特性,随时间增加而增加的货损成本。为了
6、确保构建的模型具有可行性,我们假设以下条件:(1)配送中心的位置已知,并且拥有足够数量的物流车辆和货物;(2)客户的位置、卸货量、时间窗均已确定;(3)每个客户仅能接受一辆冷藏车的卸货服务,且只能被服务一次;(4)每辆商业研究全国流通经济13冷藏车的最大载重量已知;(5)配送中心的冷链货物对温度的要求一致;(6)车辆行驶速度一致;(7)车辆未在客户规定的时间内进行服务会产生相应的惩罚成本。2.参数说明与决策变量对 本 文 所 涉 及 的 参 数 作 出 如 下 说 明:C为 客 户 点 集合,C=1,2,.,n;O为配送中心与客户点的集合,即O=0 C,其中 0 表示配送中心;K为冷藏车集合,
7、K=1,2,.,k;dij为冷藏车k从节点i到节点j之间的行驶距离;ti、tti为冷藏车 k 到达节点 i 的时刻和冷藏车 k 离开节点 i 的时刻;tij为冷藏车 k 从节点i到节点j之间的行驶时间;Q*、Q0、Q、qi、Qik为冷藏车额定载重量、冷藏车自重、冷藏车行驶时的载重量、客户点i的货物需求量、冷藏车离开客户点i时剩余货物的重量;p1、p2、p3、p4、p5、p6为冷藏车单位车辆的固定成本、冷藏车单位行驶距离的运输成本、行驶过程中单位行驶时间的制冷成本、卸载过程中单位卸载时间的制冷成本、冷链货物的单位价格、单位碳排放价格;Et、Lt为客户规定的最早、最迟送达时间;EEt、LLt为客户
8、可接受的最早、最迟送达时间;1、2为车辆在 EEt,Et、Lt,LLt 内到达客户点产生的单位时间的惩罚成本;0为生鲜产品从配送中心出发时的新鲜程度,一般设为 1;为生鲜产品的新鲜度衰减系数;1、2为生鲜产品在运输过程、卸载过程中的新鲜度衰减系数;为碳排放系数,即车辆消耗单位燃油产生的二氧化碳排放量。模型构建的决策变量有两个:(1)xkij表示当冷藏车从客户点 i 配送到客户点j时,xkij=1,否则为 0;(2)yki表示当冷藏车为客户点i提供服务时,yki=1,否则为 0。3.成本分析为了更加贴近实际的配送过程,配送总成本包括固定、运输、制冷、惩罚、货损和碳排放成本。各成本计算方法如下:(
9、1)固定成本每辆冷藏车只要参与到配送中就会产生相应的固定成本,其包括车辆的折旧费、维修保养费和驾驶员工资等费用。本文研究的是配送中心单日的配送成本,冷藏车的每日总固定成本只与每辆车的固定成本和参与当日配送的车辆总数有关,在本文中单位冷藏车的固定成本为p1,所以固定成本C1可表示为:(1)(2)运输成本由于在进行配送时,冷藏车需要花费一定的时间,行驶一定的距离,这会产生一系列的运输成本,假设冷藏车的运输成本与车辆行驶距离呈正相关,其单位距离运输成本为p2,所以运输成本C2可表示为:(2)(3)制冷成本冷藏车与常规配送车辆的不同之处在于其车厢是带制冷系统的低温车厢,因为冷链产品具有易腐性,例如生鲜
10、农产品以及特殊药品,这些产品需要通过低温环境来降低其损耗,尽可能的保证其质量。冷藏车的制冷成本与制冷剂有关,当车厢门关闭时,车厢内部环境稳定,此时消耗较少的制冷剂就可以保证正常的低温环境;当冷藏车在客户点卸货时,车厢门打开,此时车厢环境会受到外界温度影响,就需要消耗更多的制冷剂来保证车厢内部的温度,所以制冷成本 C3可表示为:(3)(4)惩罚成本在实际的配送过程中,由于客户点提前安排好日常计划,冷藏车就需要严格的按照客户所规定的时间窗内进行配送服务,但是在配送过程中存在恶劣天气等异常情况,导致冷藏车不按照设定好的时间配送,这会产生相应的惩罚成本,本文研究的是软时间窗下的惩罚成本,其公式为分段函
11、数如公式(4)所示:(4)其中时间窗 Et,Lt 为客户规定的时间窗,冷藏车在该时间窗内送达可立即执行卸货服务,既不产生等待惩罚成本,也不产生超市惩罚成本成本;时间窗 EEt,Et Lt,LLt 为客户可以接受的卸货服务时间窗,但是在时间窗 EEt,Et 内会产生等待惩罚成本,在时间窗 Lt,LLt 内会产生超时惩罚成本;在EEt以前到达或者LLt以后到达,客户点拒绝冷藏车进行相应的服务,此时惩罚成本为极大值。1,2分别为早到等待的惩罚系数和超时迟到的惩罚系数,且 1 2,因此总惩罚成本 C4可表示为:(5)(5)货损成本冷链产品在配送过程中的低温环境只是会降低其损耗速率,但是并不能完全避免冷
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- 关 键 词:
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