摘要：為了解決生鮮農(nóng)產(chǎn)品物流配送系統(tǒng)的優(yōu)化問(wèn)題，考慮生鮮農(nóng)產(chǎn)品保質(zhì)期短的特點(diǎn)，結(jié)合農(nóng)產(chǎn)品物流配送網(wǎng)絡(luò)模型的整體優(yōu)化思路，建立了基于混合遺傳算法的冷鏈物流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型。該最優(yōu)模型以物流網(wǎng)絡(luò)的總運(yùn)行成本為目標(biāo)，引入碳稅政策來(lái)分析碳稅對(duì)總成本和碳排放的影響，證明碳稅政策可以有效減少農(nóng)產(chǎn)品物流網(wǎng)絡(luò)中的CO2排放。通過(guò)實(shí)際案例分析獲得的仿真結(jié)果表明，該模型為農(nóng)產(chǎn)品物流企業(yè)提供了綠色環(huán)保的位置分配方案。

　　關(guān)鍵詞：農(nóng)產(chǎn)品物流;位置路由問(wèn)題;混合遺傳算法;碳排放

　　中國(guó)生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈需求不斷增長(zhǎng)，而冷鏈物流的網(wǎng)絡(luò)布局不合理，且投入成本大，新鮮農(nóng)產(chǎn)品的保質(zhì)期相對(duì)較短。為了減少產(chǎn)品的腐爛，農(nóng)產(chǎn)品物流必須在合適的溫度下進(jìn)行加工、包裝、運(yùn)輸，并在最短時(shí)間內(nèi)送達(dá)消費(fèi)者手中[1，2]，這在一定程度上促進(jìn)了農(nóng)產(chǎn)品物流的快速發(fā)展。與傳統(tǒng)物流相比，制冷設(shè)備的正常運(yùn)行會(huì)在農(nóng)產(chǎn)品物流中產(chǎn)生大量的碳排放，加上運(yùn)輸過(guò)程中配送車(chē)輛產(chǎn)生的CO2及其他排放氣體，將加劇空氣污染和溫室效應(yīng)[3，4]。因此，如何減少農(nóng)產(chǎn)品物流中的碳排放，從而緩解溫室效應(yīng)引起的全球變暖，已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。

　　在考慮利益和環(huán)境約束的同時(shí)，有必要對(duì)農(nóng)產(chǎn)品物流網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益之間的平衡，從而實(shí)現(xiàn)雙贏。關(guān)于農(nóng)產(chǎn)品物流LAP和VRP的文獻(xiàn)較多[5-7]，針對(duì)新鮮農(nóng)產(chǎn)品的LRP研究較少。無(wú)論是基本的LRP還是LRP的變體，大多數(shù)都僅以運(yùn)營(yíng)成本為優(yōu)化目標(biāo)，很少考慮碳排放量。但是，隨著可持續(xù)發(fā)展理念逐漸深入人心，許多節(jié)能減排政策正在實(shí)施，農(nóng)產(chǎn)品物流配送運(yùn)作中的碳排放已成為物流公司要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。鑒于此，本研究提出了一種考慮碳排放的綠色環(huán)保農(nóng)產(chǎn)品物流網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型——低碳定位路由問(wèn)題(LCLRP)模型，采用混合遺傳算法求解[8-11]。以期通過(guò)數(shù)值試驗(yàn)驗(yàn)證模型的有效性和可行性。

　　1 農(nóng)產(chǎn)品物流網(wǎng)絡(luò)

　　農(nóng)產(chǎn)品物流網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮的是將農(nóng)產(chǎn)品從供應(yīng)點(diǎn)(SP)運(yùn)輸?shù)脚渌椭行?DC)，在有限的時(shí)間、空間、資源等約束下，將產(chǎn)品從配送中心運(yùn)輸?shù)礁鱾€(gè)終端需求點(diǎn)(TDP)。農(nóng)產(chǎn)品物流網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。因此，農(nóng)產(chǎn)品物流網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的位置分配問(wèn)題(LAP)和車(chē)輛路線(xiàn)問(wèn)題(VRP)是優(yōu)化設(shè)計(jì)中的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。在農(nóng)產(chǎn)品物流配送中，不同的LAP方案會(huì)導(dǎo)致不同的VRP規(guī)劃，VRP規(guī)劃的結(jié)果又會(huì)影響LAP方案。因此，解決配送過(guò)程中LAP和VRP的聯(lián)合決策問(wèn)題，即農(nóng)產(chǎn)品物流網(wǎng)絡(luò)中的位置路線(xiàn)問(wèn)題(LRP)至關(guān)重要[12，13]。

　　2 農(nóng)產(chǎn)品物流網(wǎng)絡(luò)建模

　　2.1 問(wèn)題描述

　　不同的新鮮農(nóng)產(chǎn)品具有不同的冷藏運(yùn)輸條件，例如預(yù)冷方式、冷藏運(yùn)輸方式、溫度、濕度等。水產(chǎn)品和蔬菜一般在生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行預(yù)冷卻，預(yù)冷卻方式相對(duì)落后。高速公路和鐵路運(yùn)輸是蔬菜跨區(qū)域運(yùn)輸?shù)闹饕椒āＭǔ＃忸?lèi)在加工廠(chǎng)預(yù)先冷卻，并在冷凍和冷藏條件下運(yùn)輸。水產(chǎn)品在預(yù)冷后有兩種運(yùn)輸方式，即速凍水產(chǎn)品的長(zhǎng)途運(yùn)輸一般是通過(guò)鐵路運(yùn)輸，而新鮮水產(chǎn)品的長(zhǎng)途運(yùn)輸主要通過(guò)航空運(yùn)輸。

　　鑒于不同的新鮮農(nóng)產(chǎn)品有不同的存儲(chǔ)和運(yùn)輸環(huán)境要求，因此針對(duì)特定類(lèi)別(包括水產(chǎn)品、蔬菜、肉類(lèi)、水果等)，本研究構(gòu)建了新鮮農(nóng)產(chǎn)品的物流網(wǎng)絡(luò)，即確定始發(fā)地，預(yù)冷站和生鮮配送中心之間的運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)。確定物流網(wǎng)絡(luò)應(yīng)考慮建立預(yù)冷站、配送中心的成本，新鮮農(nóng)產(chǎn)品的倉(cāng)儲(chǔ)成本和運(yùn)輸成本。同時(shí)，在建立生鮮農(nóng)產(chǎn)品物流網(wǎng)絡(luò)時(shí)，應(yīng)考慮生鮮農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地運(yùn)輸需求、市場(chǎng)產(chǎn)品需求以及預(yù)冷站和配送中心的儲(chǔ)存能力等。

　　本研究建立的農(nóng)產(chǎn)品物流LCLRP模型如下：通過(guò)多個(gè)冷藏車(chē)將農(nóng)產(chǎn)品交付到不同客戶(hù)的農(nóng)產(chǎn)品物流候選配送中心，并且客戶(hù)位置是已知的。在客戶(hù)需求和車(chē)輛容量的限制下，通過(guò)綜合考慮所有成本，構(gòu)建綜合成本最低的LCLRP模型，從而獲得經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的配送方案，并確保同時(shí)完成配送服務(wù)。

　　2.2 模型開(kāi)發(fā)

　　農(nóng)產(chǎn)品物流LCLRP模型以總成本最小為目標(biāo)函數(shù)[14，15]。應(yīng)分析各子成本，由各種子成本確定位置分配過(guò)程的總成本。

　　2.2.1 模型目標(biāo)函數(shù)分析

　　1)固定成本。固定成本是指配送中心的運(yùn)營(yíng)成本。LCLRP模型中的固定成本[C1]見(jiàn)式(1)。

　　[C1=g∈LgCgZgk+g∈Lgk∈KgZgYkCkLggKgZg=1xkij=0VgCe] (1)

　　式中，[Lg]為候選配送中心[g]的集合;[Cg]表示配送中心g的固定成本;[Zg]為二值函數(shù)，若配送中心[g]運(yùn)營(yíng)，則[Zg=1]，否則[Zg=0];[Kg]為配送中心[g]的冷藏車(chē)數(shù)量;[Yk]為二值函數(shù)，若配送中心使用冷藏車(chē)[k]，則[Yk=1]，否則[Yk=0];[Ck]表示冷藏車(chē)[k]的固定成本;[Vg]表示分配給配送中心g的客戶(hù)集合;[Ce]表示冷藏車(chē)在運(yùn)輸過(guò)程中單位時(shí)間的制冷成本。

　　2)運(yùn)輸成本。車(chē)輛的運(yùn)輸成本受燃料消耗、維護(hù)和其他因素的影響，并且與車(chē)輛行駛的里程呈正比。LCLRP模型中的運(yùn)輸成本[C2]見(jiàn)式(2)。

　　[C2=g∈Lgk∈Kgi，j∈VgckijxkijZgYk] (2)

　　式中，[ckij]表示冷藏車(chē)[k]從客戶(hù)[i]到客戶(hù)[j]的單位距離運(yùn)輸成本;[xkij]為二值函數(shù)，[xkij=1]表示冷藏車(chē)[k]通過(guò)了客戶(hù)[i]和客戶(hù)[j]之間的道路，否則[xkij=0]。

　　3)制冷成本。易腐性是農(nóng)產(chǎn)品物理特征之一。因此，農(nóng)產(chǎn)品物流要求貨物始終處于低溫環(huán)境中，以確保其質(zhì)量，在運(yùn)輸及配送過(guò)程中，必須不斷消耗能量以保持溫度不變。為了維持適當(dāng)?shù)臏囟龋撝评涑杀臼潜匾摹＠洳剀?chē)在運(yùn)輸過(guò)程的制冷成本[C31]見(jiàn)式(3)。

　　[C31=g∈Lgk∈Kgi∈Vgj∈VgZgCexkijtkij] (3)

　　式中，[tkij]表示冷藏車(chē)[k]從客戶(hù)[i]到客戶(hù)[j]的運(yùn)輸時(shí)間。

　　達(dá)到TDP后，冷藏車(chē)卸貨過(guò)程產(chǎn)生的制冷成本[C32]見(jiàn)式(4)。

　　[C32=g∈Lgk∈Kgj∈VgZgCe′ykjwjykj=1] (4)

　　式中，[Ce′]表示冷藏車(chē)在卸貨過(guò)程中的制冷成本;[ykj=1]代表冷藏車(chē)[k]服務(wù)于客戶(hù)[j];[wj]表示冷藏車(chē)[k]的卸貨時(shí)間。

　　因此，總制冷成本[C3]見(jiàn)式(5)。

　　[C3=C31+C32=][g∈Lgk∈Kgi∈Vgj∈VgZg(Cexkijtkij+Ce′ykjwj)]

　　(5)

　　式中，[tkij=tkij+max{ETi-tkj，0}]，[max{ETi-tkj，0}]表示車(chē)輛[k]在不卸載的情況下為客戶(hù)[j]服務(wù)的等待時(shí)間，[tkj]表示冷藏車(chē)[k]到達(dá)客戶(hù)[j]的時(shí)間。

　　4)懲罰成本。在農(nóng)產(chǎn)品物流中，城市交通擁堵給物流配送帶來(lái)很大困難[16]：若不能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)送達(dá)，則必須支付一定的違約金[C4]，見(jiàn)式(6)。

　　[C4=g∈Lgk∈Kgi∈VgZg(μ1max{ETi-tki，0}+μ2max]

　　[{tki-LTi，0})] (6)

　　式中，[max{ETi-tki，0}]表示冷藏車(chē)[k]服務(wù)客戶(hù)[i]的提前到達(dá)時(shí)間;[max{tki-LTi，0}]表示冷藏車(chē)[k]服務(wù)客戶(hù)[i]的延遲到達(dá)時(shí)間;[μ1]表示冷藏車(chē)提前到達(dá)客戶(hù)節(jié)點(diǎn)時(shí)單位時(shí)間內(nèi)的等待成本;[μ2]表示冷藏車(chē)遲到客戶(hù)節(jié)點(diǎn)時(shí)單位時(shí)間的罰款成本。

　　5)損害成本。引入了冷藏貨物質(zhì)量的變量函數(shù)[D(t)=D0e-?t]用于計(jì)算損害成本。貨物的損壞成本在配送過(guò)程中分為兩部分，包括冷藏車(chē)在行駛過(guò)程中隨著時(shí)間的推移累積的貨物損壞成本，以及由于開(kāi)門(mén)而造成的門(mén)附近貨物損失的成本。由冷藏車(chē)在行駛過(guò)程中造成的貨物損壞成本[C51]見(jiàn)式(7)。

　　[C51=g∈Lgk∈Kgi∈VgZgykiPqi(1-e-?1(tki-tk0))] (7)

　　式中，[P]表示冷藏車(chē)貨物的單位價(jià)值。

　　當(dāng)冷藏車(chē)到達(dá)客戶(hù)服務(wù)地點(diǎn)時(shí)，此時(shí)的損耗率假設(shè)為[?2(?2>?1)]，貨物損耗的成本[C52]見(jiàn)式(8)。

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