快遞末端物流配送仿真優(yōu)化研究

李乃文，趙云龍，李 丹

（遼寧工程技術(shù)大學(xué)，遼寧 葫蘆島 125105）

快遞末端物流配送仿真優(yōu)化研究

李乃文，趙云龍，李 丹

（遼寧工程技術(shù)大學(xué)，遼寧 葫蘆島 125105）

為了滿足減少城市“最后一公里”物流配送費用的要求，在城市配送的“最后一公里”建立配送中心并整合所有物流公司，實現(xiàn)協(xié)同配送，以物流配送費用最小為原則構(gòu)建模型，提出模型假設(shè)和約束條件，列出目標(biāo)模型并用MATLAB軟件求解出最優(yōu)配送中心并優(yōu)化配送路徑。

協(xié)同配送；“最后一公里”；配送中心；仿真優(yōu)化

1　城市“最后一公里”物流配送的現(xiàn)狀

我國現(xiàn)在知名的快遞公司有順豐、天天、中通、圓通、申通和韻達等，這些快遞公司在城市“最后一公里”配送階段幾乎都是自行配送，這就造成了物流配送車輛在配送快遞時，出現(xiàn)車輛不滿載甚至半空車的現(xiàn)象，并且由于配送路線規(guī)劃的不合理，延長了車輛配送的配送距離。這些現(xiàn)象不僅嚴重地增加了配送的成本和配送需要的時間，同時，大量的快遞車輛排放的尾氣也增加了城市環(huán)境保護的負擔(dān)。

由于我國在城市“最后一公里”物流配送的情況不是很理想，各種問題層出不窮，特別是在雙11之類的節(jié)假日顯得格外突出。因此，本文旨在解決有限區(qū)間內(nèi)進行協(xié)同配送的問題，

主要步驟如下。

①在城市配送的物流末端的上一層建立配送中心；②根據(jù)末端節(jié)點的快遞業(yè)務(wù)需求量，來確定在物流配送的末端節(jié)點的配送范圍，并在這個范圍中找個合適的位置作為協(xié)同配送的末端節(jié)點。③確定配送中心到各個末端節(jié)點的距離。

根據(jù)每天各個快遞公司到配送中心的快遞數(shù)量并對其按各個末端節(jié)點的需求進行分類，用MATLAB軟件仿真優(yōu)化技術(shù)對該配送中心內(nèi)待配送貨物進行統(tǒng)籌和整合，從而實現(xiàn)配送中心到末端節(jié)點的統(tǒng)一配送。一方面，進行統(tǒng)一安排配送的時間、車輛、次數(shù)、路線和貨物數(shù)量，不僅大大降低了傳統(tǒng)的各自配送模式的成本，而且實現(xiàn)了人員、物資等資源的有效利用。

2　快遞末端物流配送仿真優(yōu)化研究假設(shè)

①城市“最后一公里”物流配送都使用公路運輸，物流公司到配送中心，由配送中心到末端節(jié)點的單位公里運輸價格均相同。②除了“雙十一”等節(jié)假日，其他時間的各個末端節(jié)點和各個物流公司配送到城市的快遞總?cè)莘e按照平均值計算。③在每一個城市建造配送中心和日常管理費用均為常數(shù)，且費用相等。④各個末端節(jié)點的位置是按照各個物流公司在某一范圍內(nèi)所設(shè)置的站點，將這些站點通過聚類的方法來確定。⑤配送中心的建設(shè)費用用10年來進行分攤。

3　仿真模型的構(gòu)建

選擇最優(yōu)的物流配送中心，使從物流公司在興城市配送的起點到配送中心，配送中心到末端節(jié)點以及配送中心的固定投資費用之和最小。因此，本文主要是以最低的配送成本為目標(biāo)函數(shù)來建立數(shù)學(xué)模型，建立模型如下。

I：物流公司，I=｛1，2，…，i｝；

J：預(yù)建配送中心的備選地，J=｛1，2，…，j｝；

K：末端節(jié)點，K=｛1，2，…，m，…，n，…，k｝；

Ai：物流公司配送的快遞容量，Ai=｛a1，a2，…，ai｝；

Cj：每天分攤的配送中心建設(shè)費用，其中Cj1表示土地費用，Cj2表示建筑成本，Cj3表示設(shè)施設(shè)備成本（單位：公里）；

Dij：物流公司i到配送中心j的距離（單位：公里）；

Djk：備選配送中心j到末端節(jié)點k的距離（單位：公里）；

Dmn：表示兩個末端節(jié)點之間的距離（單位：公里）；

Xij：供應(yīng)商i向備選配送中心j的供貨量（供貨的貨物體積，單位：立方米）；

Xjk：備選配送中心j向需求地k的送貨量（送貨的貨物體積，單位：立方米）；

Xk：表示貨車從末端節(jié)點k運送到下一站的載貨量（單位：立方米）；

Yk：表示末端節(jié)點k的需要的送貨量；

Z：需要同時派送的車輛數(shù)量，Z=5；

Q：表示配送車輛的容量，Q=25（配送車輛都是統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)）；

Ljkz：表示車輛z從配送中心j行駛到末端節(jié)點k建立0-1變量；

Lmnz：表示車輛z從末端節(jié)點m行駛到末端節(jié)點n建立0-1變量；

Smz：表示末端節(jié)點m的供貨由車輛z在來滿足建立0-1變量；

P：表示每立方米貨物每公里所需的費用，單位：元/（立方米·公里）。

式（1）表示每天進行協(xié)同配送所需要花費的費用總和；

式（2）表示每天配送中心到達的快遞全部都能配送出去；

式（3）表示各個物流公司的快遞全部都要運到配送中心；

式（4）保證每條配送路徑各個末端節(jié)點的供貨總量不超過配送車輛能夠容納的最大量；

式（5）表示每天分攤的配送中心建設(shè)費用；

式（6）表示末端節(jié)點m向末端節(jié)點n的送貨量有貨車離開末端節(jié)點m的載貨量與貨車離開末端節(jié)點n的載貨量之差得到的；

式（7）保證配送車輛的數(shù)量不超過配送車輛的總量；

式（8）每個末端節(jié)點的供貨只能有一輛車滿足；

式（9）和式（10）表示配送車輛從配送中心出發(fā)最后回到配送中心；

式（11）、（12）、（13）表示0-1變量。

4　基于興城市物流配送的實例分析

4.1基于興城市物流配送的實例仿真分析

4.1.1興城市配送中心情況概況

目前，興城市已知快遞公司有順豐、天天、中通、圓通、申通與韻達等，這些快遞公司在興城“最后一公里”配送階段都是自行配送，這就造成了物流配送車輛在配送快遞時，出現(xiàn)車輛不滿載甚至半空車的現(xiàn)象，并且由于配送路線規(guī)劃的不合理，更加延長了車輛配送的配送距離，這些現(xiàn)象不僅嚴重的增加了配送的成本和配送需要的時間。

4.1.2相關(guān)數(shù)據(jù)來源

已知建設(shè)配送中心的3個備選地到分布在興城市的20個末端節(jié)點的距離（末端節(jié)點的選取是在走訪興城市各個快遞公司末端節(jié)點的情況下，將各個快遞公司在一起的末端節(jié)點運用聚類的方法確定的）具體數(shù)據(jù)見表1的Dmn；不同末端節(jié)點每天的快遞量（快遞的總體積，單位用立方米表示）見表2的Hk（k=1，2，…，20）；已知配送起點（剛進入興城市的起點，有以下三個起點：興城火車點、葫蘆島、興城汽車站）到備選地的距離具體數(shù)據(jù)見表3的Dij，而優(yōu)化前不同快遞公司到各個末端節(jié)點的每天供貨量用Hik（i=1，2，…，6；k=1，2， …，20）.因 此，，即Hk=Xjk，Hi=Xij。每天分攤的配送中心建設(shè)費用，其中Cj1表示土地費用，Cj2表示建筑成本，Cj3表示設(shè)施設(shè)備成本（單位：元/天），見表4。同時，物流3從興城火車站方向運送到配送中心，物流2、4從興城汽車站方向運送到配送中心，物流1、5、6從葫蘆島方向運送到配送中心。根據(jù)本文研究的20個末端節(jié)點中，編號1-3也表示3個備選配送中心，編號1-20表示20個末端節(jié)點。

表1　末端節(jié)點距離Dmn

表2　配送起點到各個末端節(jié)點的配送量

4.1.3求解程序的編寫

（1）輸入配送中心到各個末端節(jié)點的距離Djk（序號1-3其中一個是配送中心但同時都是末端節(jié)點）。

（2）將任意兩個末端節(jié)點連接在一起，利用Smk=Djm+Djk-Dmk，計算節(jié)約值，得S=｛s（m，k）|s（m，k）＞0｝，令j=1，如果有h個末端節(jié)點，那么節(jié)約值得數(shù)量為。

（3）對集合S中的數(shù)進行從小到大的排序。

（4）若S是空集，則算法結(jié)束.否則，看S是否滿足以下任何一個條件，如果滿足任何一個則轉(zhuǎn)步驟（5），否則轉(zhuǎn)步驟（7）。

①末端節(jié)點m和k都在已經(jīng)構(gòu)成的不同線路上，并且分別在各自的首位和末位；②末端節(jié)點m和k一個在構(gòu)成線路上且在首位或者末位，而另一個不在已經(jīng)構(gòu)成的線路上；③末端節(jié)點m和k都不在已經(jīng)構(gòu)成的線路上。

表3　配送起點末端節(jié)點的距離Dij

表4　各個部分建設(shè)費用

（5）計算連接末端節(jié)點m和k之后，線路上的貨物量如果小于貨車容量則轉(zhuǎn)為步驟（6），否則轉(zhuǎn)步驟（7）。

（6）將末端節(jié)點m和k連接成一條配送線路。

（7）刪除集合S中的元素，且末端節(jié)點m和k不能作為車輛最初或者最終的線路點。接著搜索其余各點，將全部的Ch2各節(jié)約值訪問完畢。最終，找到一條最優(yōu)的路線。

（8）再令j=2，令j=3分別找出一條最優(yōu)路線，然后分別計算所需要花費的費用。

4.1.4實例仿真程序運行結(jié)果

當(dāng)j=1也就是在南關(guān)附近建立配送中心，則運行結(jié)果為MinW≈1 013（元/天）。

當(dāng)j=2也就是在北川橋附近建立配送中心，則運行結(jié)果為MinW≈1 066（元/天）。

當(dāng)j=3也就是在金天屹時代廣場附近建立配送中心，則運行結(jié)果為MinW≈1 044（元/天）。

4.2分析結(jié)果

由4.1的分析結(jié)果可知，在興城市南關(guān)附近建立配送中心時，每天所需要的運輸費用等總和最小而且交通便利，其路徑如下。

車輛1：1—11—12—20—1；

車輛2：1—9—8—7—1；

車輛3：1—10—6—1；

車輛4：1—4—15—14—3—5—13—1；

車輛5：1—16—17—18—19—2—1；

運行結(jié)果圖1所示。

圖1　興城市配送路線圖

5　興城市物流配送優(yōu)化前后比較

5.1優(yōu)化前物流配送費用

根據(jù)優(yōu)化前的6家物流公司配送情況來計算物流配送費用，見

4.1.2的具體數(shù)據(jù)可知，每個物流公司在興城配送的總數(shù)量只需要一輛汽車就可以配送到位，由于優(yōu)化后末端節(jié)點的選擇是按照各個物流公司在某一范圍內(nèi)所設(shè)置的站點，將這些站點通過聚類的方法確定。所以在這里就近似作為優(yōu)化前的末端節(jié)點進行處理，同時，由于一輛車就可以配送全部站點，因此，這里只需要確定各個物流公司在興城配送的配送路徑然后計算出費用就行，令費用用f表示。

有公式：

跟蹤各個公司物流車輛同時也咨詢各個物流公司，得到各個物流公司的配送路線如下（末端節(jié)點用序號表示）。

物流公司1：火車站—15—14—11—10—9—20—12—2—19—18—16—17—1—13—3—8—7—6—5—4

物流公司2：汽車站—16—14—11—10—9—8—7—6—5—4—1—13—3—20—12—2—19—18—17—16

物流公司3：汽車站—15—16—17—18—19—2—11—10—12—20—9—8—7—3—6—5—13—14—1—4

物流公司4：葫蘆島方向—5—6—7—8—9—20—12—10—3—11—13—4—1—14—2—19—18—17—16—15

物流公司5：葫蘆島方向—6—7—8—9—10—3—5—13—11—12—20—19—2—14—1—4—15—16—18—17

物流公司6：葫蘆島方向—5—6—7—8—9—10—3—11—12—20—19—2—14—13—1—4—15—16—18—17

計算費用如下。

5.2優(yōu)化前后對比分析

通過優(yōu)化前和優(yōu)化后進行對比，可知，優(yōu)化后各個公司每天的運輸費用明顯降低，同時，縮短了每輛車的總公里數(shù)，來節(jié)約配送時間，從而提高了物流配送的經(jīng)濟效益。

主要參考文獻

［1］李昌兵，杜茂康，曹慧英.基于層次遺傳算法的物流配送中心選址策略［J］.計算機應(yīng)用研究，2012（1）.

10.3969/j.issn.1673 - 0194.2016.18.049

F252

A

1673-0194（2016）18-0075-03

2016-08-20