冷鏈“最后一公里”配送成本模型優(yōu)化

黃延萍,宋華嶺,張 漪

(山東工商學(xué)院a.半島經(jīng)濟研究院;b.管理科學(xué)與工程學(xué)院,山東 煙臺 264005)

經(jīng)濟管理研究

冷鏈“最后一公里”配送成本模型優(yōu)化

黃延萍a,宋華嶺a,張 漪b

(山東工商學(xué)院a.半島經(jīng)濟研究院;b.管理科學(xué)與工程學(xué)院,山東 煙臺 264005)

研究了現(xiàn)實冷鏈配送過程以及現(xiàn)階段配送中出現(xiàn)的新問題,重新分析了原有模型中的貨損成本、能耗成本、風(fēng)險成本的構(gòu)成以及參數(shù)設(shè)定,并且增加配送模式選擇成本,進一步完善了原有冷鏈配送成本模型,針對算例應(yīng)用線性規(guī)劃求解模型，得出最低成本的車輛路徑分配。

冷鏈配送;配送成本;線性規(guī)劃

一、引言

生鮮一直以來都是消費市場的重要品類。60%的消費者表示會在購買生鮮時交叉購買其它零售品,因此生鮮成了零售商引流的重要手段。根據(jù)中國物流與采購聯(lián)合會數(shù)據(jù)顯示,我國冷鏈物流未來年均增長率將達到25%,預(yù)計2017年市場規(guī)模將達到4 700億元人民幣[1]。蛋糕雖大,但是很少有企業(yè)真正嘗到美味。因為冷鏈在我國剛剛起步,存在行業(yè)法規(guī)規(guī)范不健全、基礎(chǔ)設(shè)施不齊備、技術(shù)水平不先進、信息流通不順暢諸多問題。正式由于這些先天不足使得從配送中心到終端買家的“最后一公里”冷鏈配送成為眾多生鮮電商最為頭疼并亟待解決的問題。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示在從事冷鏈工作的各個盈利企業(yè)中,運輸型企業(yè)占比37.79%, 綜合型企業(yè)占比32.74%,倉儲型企業(yè)占比9.98%, 供應(yīng)鏈型企業(yè)占比10.34%。而配送型企業(yè)占比僅為3.81%,深究原因在于冷鏈配送成本居高不下影響配送企業(yè)最終的盈利能力,同樣也制約著冷鏈配送的發(fā)展?！奥槿鸽m小,五臟俱全”,配送作為縮小版的物流也涉及到包裝、存儲、盤點、運輸、裝卸、信息處理一系列活動,每一項操作都需要大量的資源投入。因此解決冷鏈高配送成本迫在眉睫。

出于現(xiàn)實的迫切需要,國內(nèi)許多學(xué)者對配送成本進行了研究,也建立了許多基于各種假設(shè)的模型，提出了相應(yīng)的解決方法。謬小紅(2010)在常溫配送一般產(chǎn)品的基礎(chǔ)上,考慮了冷鏈配送獨有的產(chǎn)品易腐蝕性以及全程低溫的特殊情況,增加了貨物因為溫度變化而導(dǎo)致的損害成本以及違反客戶時間窗的懲罰成本。之后借助于MATLAB驗證了成本模型的合理性以及可操作性[2]。曹瑋(2011)應(yīng)用了witness仿真技術(shù)對乳制品冷鏈物流配送企業(yè)B的庫存成本、運輸成本、管理成本進行分析,發(fā)現(xiàn)了運輸成本是成本中最大一類以及運輸中存在著車輛時間分配存在不均衡的現(xiàn)象,提出需要合理安排車輛調(diào)度計劃[3]。計瑩鋒等(2014)依據(jù)易腐品完好率線性遞減理論,從供應(yīng)鏈整體角度出發(fā)分析了從供應(yīng)點到配送中心,配送中心內(nèi)部運輸以及從配送中心到最終需求點的所有貨損,以產(chǎn)品完好度最為目標函數(shù),構(gòu)建了三級貨損成本的冷鏈物流配送中心選址優(yōu)化模型[4]。韓印等(2015)以一般的冷藏運輸配送路徑模型為基礎(chǔ),考慮了在不同交通狀況下物流配送成本的變化,得出在冷藏配送中增加交通擁擠程度變量的必要性[5]。

綜上所述可以看出,對于“最后一公里”冷鏈成本的研究越來越細致化,越來越現(xiàn)實化。不過還是存在著成本因素考慮不周、與實際冷鏈配送的運行不相吻合的情況,從而使得模型建立以及建言建策難以真正支持解決實際生活中的配送問題。本文在考慮電商配送中心最后一公里的配送實際以及借鑒眾多優(yōu)秀文獻的基礎(chǔ)上進行了成本因素的補充以及現(xiàn)存成本因子的改進,比如增加了最終消費者簽收的配送模式成本，研究了制冷隨著路程、時間、溫度的變化而變化的動態(tài)成本，考慮了深夜疲勞駕駛與白晝疲勞駕駛的風(fēng)險因子不同點,并且結(jié)合兩部分綜合考慮風(fēng)險成本。此外基于眾多生鮮行業(yè)資訊可知生鮮冷藏食品在配送中發(fā)生的貨物折損已達到運輸量的3%——10%[6],本文仔細研究折損成本來源。我們所建立的模型，它的最終目的是力求能更加接近于生鮮“最后一公里”實際配送的整個過程。

二、模型建立

結(jié)合李玉鵬等對于“最后一公里”快速配送方法的研究,可以用LinkRank社區(qū)發(fā)現(xiàn)方法將現(xiàn)實生活中物流配送的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型簡單化一個個一個子模塊進行整體配送[7]。這樣一來,配送中心與無數(shù)個分散的消費者的配送問題可以簡化為一個配送中心與有限個集中化代收點的配送問題。

冷鏈配送的模型為一個配送中心(i=0)為某一區(qū)域內(nèi)n個便民代收點(i=1,2…n)冷鏈配送生鮮。此外,為了簡化模型還必須滿足以下幾個基本假設(shè):

第一,配送的生鮮是經(jīng)過標準化包裝的,且每一份包裹的重量是一樣的,為固定值b。

第二,由m輛機械冷藏車進行配送,且單車承載量大于運輸路線上客戶需求量總和。 代收點客戶需求已知且一個代收點只由一輛車服務(wù)。

第三,所有車的起點、落點均落在配送中心,不考慮回程裝載情況。

第四,不考慮交通擁堵以及等待時間,假設(shè)車輛一路上以u勻速順暢行駛。

第五,客戶有服務(wù)時間窗。

本文提出的模型是基于總經(jīng)濟成本最小的決策目標,因此在建立模型前必須首先分析冷鏈配送中所涉及到的所有成本因素。本文考慮的成本因素包括:運輸成本、貨損成本、能源成本(制冷成本)、懲罰成本以及配送模式成本。

(一)運輸成本

運輸成本主要是指車輛正常行駛所使用的資源。它主要分為兩部分:一是與運輸距離正相關(guān)的運輸油耗成本,二是固定成本(人工費用、車胎損害、車輛保養(yǎng)維修費用、折舊費)[2]。

(1)

(2)

(3)

(4)

xijk=〈0,1〉,i=0,1…n;j=1,2…n;k=1,2…m.

(5)

yik=〈0,1〉,i=0…n;j=1…n;k=1,2…m .

(6)

Ck表示第K輛車的固定成本,C表示單位距離的燃料費用,dij表示兩個節(jié)點Vi與Vj的距離,b表示每一包裹的重量,gi為第i個代收點總包裹量,xijk=1表示第k輛車經(jīng)過(Vi,Vj)路段,相反地Xijk=0表示第k輛車不經(jīng)過(Vi,Vj)路段,yik=1表示第i個客戶由第k輛車進行配送,相反地yik=0表示第i個客戶不由第k輛車進行配送。

(二)貨損成本

不論是果蔬、海鮮還是肉類,這些生鮮產(chǎn)品都屬于易腐性產(chǎn)品,在運輸過程中,對于溫度、濕度的要求十分高。即使全程都處于產(chǎn)品規(guī)定的低溫狀態(tài)下,隨著時間的流逝,產(chǎn)品的重量量、外觀、口感也會逐漸下降,有的甚至出現(xiàn)腐爛而無法食用,只能做報廢處理。此外,每到一個配送點進行貨物搬運,車內(nèi)冷空氣與車外熱空氣的對流使得車廂溫度上升,也會對產(chǎn)品造成一定的影響。雖然一次搬運影響可以忽略不計,但是一趟車下來反反復(fù)復(fù)的開門關(guān)門對生鮮產(chǎn)品所累積的破壞是不容忽視的。

(7)

注釋:p是指單位質(zhì)量生鮮產(chǎn)品的價格,σ1表示的是單位路程單位質(zhì)量生鮮產(chǎn)品的運輸自然損害系數(shù),σ2表示的是單位搬運時間單位質(zhì)量生鮮卸貨損耗,Gi表示離開i點時車內(nèi)總貨物質(zhì)量,tj表示在第j個代收點進行貨物搬運服務(wù)時間。

(三)能源成本(制冷成本)

能源成本同貨損成本一樣,主要分為兩大部分:一是在設(shè)定溫度條件下所消耗的能源,二是裝卸作業(yè)時溫度升高,制冷機作業(yè)所消耗的能源[2]。

(8)

?1表示的是在設(shè)定溫度下單位時間能源成本,?2表示的是制冷機作業(yè)時單位時間單位溫度平均能源成本,t1～t2表示從i到j(luò)點運輸時間,t2～t3表示在j點進行搬運的時間,hi表示室外平均溫度,h2表示制冷系統(tǒng)設(shè)置的冷藏車內(nèi)恒定溫度。

(四)懲罰成本

此模型設(shè)定的是代收點配送模式,且一般這種代收點都是24小時營業(yè)的,因此它的時間窗比較特殊,有下限但是并不存在上限。配送延遲所帶來的較差的顧客服務(wù)體驗所造成的損失是巨大的,必須要避免懲罰成本發(fā)生,因此懲罰成本的系數(shù)設(shè)置為一個正無窮大的數(shù)[7]。

(9)

S.t sj≤Tj.

(10)

e是一個常數(shù)系數(shù),表示遲到帶來的單位時間損失成本。Sj表示車輛到達代收j點的實際時間,Tj表示最晚達到j(luò)點的時間限制,也就是客戶下訂單要求的時間。

(五)風(fēng)險成本

由于冷鏈物流配送中產(chǎn)品對于溫度的要求極其高以及城市對特大型載貨車輛的進出城市的時間限制,再加上現(xiàn)在眾多的電商生鮮提供的物流保證當天16:00以前提交的訂單,次日22:00前送達;當日16:00之后的訂單也會在一兩日內(nèi)抵達，因此生鮮原產(chǎn)地或者供應(yīng)基地對配送中心的送貨時間段一般集中在凌晨2:00～6:00。而配送中心收到進貨時,進行簡單的包裝,預(yù)計大部分當天的訂單在午后15:00～16:00進行配送。即便是16:00之后的訂單,商家的處理方式是與第二天的16:00之前的一起配送。所以總的來講配送中心最后一公里點到點的客戶配送時間集中在15:00～16:00。國內(nèi)學(xué)者李都厚和劉群對許多國內(nèi)外發(fā)生的重大交通事故進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析,得出三個結(jié)論:疲勞駕駛是交通事故的主要原因;連續(xù)駕駛(作業(yè))超4個小時認定為疲勞駕駛;疲勞駕駛的高發(fā)階段集中在凌晨2:00～6:00和15:00～16:00。但是現(xiàn)實中配送中心與需求點、需求點與需求點之間是同城的,點與點之間運輸時間不會超過2小時,因此卸貨過程(一般30分鐘)給與了司機充足休息時間,可以有效緩解疲勞度[8-9]。介于兩者,本文將超過8小時作業(yè)認定為疲勞作業(yè)(運輸+卸載)。生產(chǎn)基地對配送中心的凌晨送貨也是為了配合配送中心滿足消費者的時間需求,因此發(fā)生的風(fēng)險理應(yīng)由配送成本承擔。介于凌晨以及下午城市車流量以及自然環(huán)境(能見度、溫度等)的不同,在凌晨與下午發(fā)生交通意外的風(fēng)險也是不一樣的,所以配送的風(fēng)險成本也應(yīng)分成兩部分:凌晨意外風(fēng)險和下午意外風(fēng)險。

zr=γ1N+γ2D,

(11)

(12)

yik=〈0,1〉,i=1,2,..n,k=1,2..m, .

(13)

tij=dij/u .

(14)

N代表凌晨疲勞駕駛的損失成本,D代表下午疲勞駕駛的損失下成本,γ1表示凌晨發(fā)意外的風(fēng)險系數(shù),γ2表示下午發(fā)生意外的風(fēng)險系數(shù),ti表示第i個配送點服務(wù)時間,tij表示從i到j(luò)的運輸時間,式(14)表示運輸時間的計算公式。

(六)配送模式成本

此模型設(shè)定的配送模式為與便民機構(gòu)合作的自提模式,必然會涉及到與相觀機構(gòu)利潤的分配問題。為了簡化模型,此處就假定便利店、藥店為電商每代收一份快遞,分成為h。

(15)

gi表示第i 個代收點的代收包裹量。

模型中運輸成本、貨損成本、能源成本、配送模式成本相比較而言是一定會發(fā)生的成本,不可避免,且目標單位一致,因此直接線性加權(quán)的系數(shù)為1。而懲罰成本,風(fēng)險成本通過配送中心的合理車輛調(diào)度以及加強配送工作的制度管理,可以有效地規(guī)避這類風(fēng)險,因此在這里賦值+∞的系數(shù)使會產(chǎn)生這類成本的調(diào)度方案通通不可取。綜上分析可以得出,基于便民機構(gòu)合作的從配送中心到代取點的最后一公里配送模式的總成本為:

minZ=Zt+Zd+Ze+γ1Zp+γ2Zr+Zm,γ1,γ2→+∞ ,

(16)

(17)

(18)

(19)

sj≤Tj,

(20)

tij=dij/u ,

(21)

(22)

注釋:式(17)滿足單車承載量大于運輸路線上客戶需求總和;式(18)與(19)滿足每個代收點只被一輛車滿足;式(20)滿足客戶的時間窗限制;式(21)表示從i到j(luò)的運輸時間;式(22)滿足避免出現(xiàn)疲勞駕駛狀況。

三、數(shù)值算例

假設(shè)一配送中心p0,擁有3輛不同裝載量的裝運車,它為同城10個代收點客戶提供冷鏈配送蔬菜。配送中心與代收點的距離、代收點需求量、代收點均為已知。

車輛運輸固定成本C=1 000元,單位運輸成本c=2元/km,車輛最大載重貨分別為1 800kg,2 000kg,2 400kg。貨物單價為6元/kg,設(shè)定溫度下能源成本?1=50元/h,制冷機作業(yè)能源成本?1=100元/h運輸貨損σ1=3%,裝卸貨損σ2=0.2%,室外平均溫度h1=30℃,車內(nèi)溫度h2=-20℃,運輸速度u=50km/h,服務(wù)時間(t2-t3)=0.5h,每一份包裹分成h=1元,每一份包裹重量b=2kg[10]。

表1數(shù)據(jù)在參照《食品冷鏈物流軟時窗配送模式優(yōu)化研究》基礎(chǔ)之上對代收點需求量做出了適當?shù)恼{(diào)整,以服從假設(shè)條件二。

按照最遲時間窗的限制,我們服務(wù)順序大致滿足2——8——4——9——3——7——5——1——6——10。

根據(jù)產(chǎn)品配送的要求,運用改進后的成本模式對問題進行線性規(guī)劃求解,得到的優(yōu)化結(jié)果為:

K=1:P0——P2——P4——P9——P10

K=2:P0——P3——P7——P1——P6

K=3:P0——P8——P5

此時最優(yōu)成本=66 926元,其中運輸成本Zt=16 340元(24.4%),貨損成本Zd=39 796元(59.5%),能源成本Ze=7 990元(11.9%),模式成本Zm=2 800元(4.2%)。從數(shù)據(jù)可以明顯看出,制約冷鏈配送的關(guān)鍵就是有效控制貨損成本。這與之前學(xué)者的研究結(jié)論是一致的,貨損成本才是整個冷鏈配送成本最為顯著的因子[11]。結(jié)合實際資源有限的情況,只針對顯著因子貨損成本提出降低成本的管理措施與運作措施。

四、結(jié)論

要解決冷鏈高運輸成本，最有效的方法就是控制生鮮食品在配送過程中發(fā)生的自然損耗與人為損耗。依據(jù)OS理論可知生鮮食品的完好率與運輸距離存在著分段遞減的規(guī)律[12],因此自然損耗是無法避免的,唯一的解決方法是合理安排運輸車輛的路徑,使得車輛在完成配送任務(wù)的前提下行駛的距離最短,也就是VRP以及TSP問題求解,這類問題之前學(xué)者已經(jīng)做了很詳細的研究,不再贅述。而人為的損耗可以通過有效地管理來減少:第一,生鮮食品的包裝材料應(yīng)選擇隔熱效果較強的材質(zhì),可以有效緩解生鮮腐蝕速度。再結(jié)合成本因素,泡沫是目前最佳的冷鏈包裝材料。除此,在每一層包裝外都要放置冰塊,這樣在搬運中冰塊汽化或者液化均可以在短時間維持生鮮周邊空氣的低溫狀態(tài)。第二,在貨物車廂放置方面,可以結(jié)合庫存理論中的ABC分類法和生鮮實際出車順序,將價值大且距離遠的產(chǎn)品放置在離車門較遠的內(nèi)部,價值小且距離近的產(chǎn)品放置在靠車門口處。這樣子會整體上減少生鮮產(chǎn)品受到溫度流動造成的損失。第三,各個代收點必須具備冷藏、冷凍能力,擁有類似于冰箱或者冷藏室的設(shè)備,生鮮出車后直接搬運到冰箱或則冷庫中去,實現(xiàn)冷鏈的無縫連接。

表1 配送中心與代收點距離以及代收點需0求量與時間窗[11]

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F252.2

A

1672-5956(2017)06-0068-05

10.3969/j.issn.1672-5956.2017.06.009

2017-06-22

國家自然科學(xué)基金項目“煤炭資源整合協(xié)同博弈管理機制、策略與效果評價研究”(71373148);教育部人文社會科學(xué)研究項目“我國煤炭資源整合復(fù)雜系統(tǒng)及其管理復(fù)雜性測度理論方法研究”(11YJA630101);山東省自然科學(xué)基金項目“海鮮產(chǎn)品B2C電子商務(wù)冷鏈物流配送實時調(diào)度方案生成方法”(ZR2014GQ011)

黃延萍,1993年生,女,江蘇揚州人,山東工商學(xué)院碩士生,研究方向為物流與供應(yīng)鏈管理,(電子郵箱)15763868850@163.com。宋華嶺,1957年生,男,山東高唐人,山東工商學(xué)院教授,博士, 研究方向為資源管理與復(fù)雜性研究。

[責任編輯:劉煒]