考虑新鲜度约束的生鲜冷链配送路径优化研究

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摘要：摘 要：随着生鲜市场交易规模日益增加，生鲜冷链配送中存在着损耗高、保鲜率低、冷链流通率低、成本高等一系列现实问题。因此可构建车辆使用成本、配送運输成本、配送制冷成本、碳排放成本、生鲜产品新鲜度和时间窗惩罚成本的生鲜冷链配送车辆路径优化模型，

　　摘 要：随着生鲜市场交易规模日益增加，生鲜冷链配送中存在着“损耗高、保鲜率低、冷链流通率低、成本高”等一系列现实问题。因此可构建车辆使用成本、配送運输成本、配送制冷成本、碳排放成本、生鲜产品新鲜度和时间窗惩罚成本的生鲜冷链配送车辆路径优化模型，提出变邻域搜索改进遗传算法，并通过MATLAB软件对生鲜配送路径进行仿真得出配送总成本最优解，结果表明：变邻域搜索改进遗传算法(VNS-GA)求解的结果更加有效地避免了遗传算法出现局部最优解的情况，同时能降低总配送成本。

　　关键词：生鲜产品新鲜度;模糊时间窗;遗传算法;变邻域搜索

　　0 引 言

　　随着人们工作节奏的不断加快和对生活品质要求的逐步提高，我国居民对选择蔬菜水果类生鲜产品送货上门的社区生活方式需求程度空前高涨。但是蔬菜水果类生鲜产品在配送过程中存在的“损耗高、保鲜率低、成本高”等问题仍未得到有效解决，因此研究如何以最小的成本将最新鲜的生鲜产品准时配送到用户手中的问题具有现实意义。

　　生鲜冷链物流配送路径问题是在传统车辆路径问题(VRP)上考虑生鲜产品时效性、易损耗的特性上进行的扩展和延伸。由于生鲜产品时效性强，Solomon等首次将服务时间窗引入了VRP问题[1]。李娜以硬时间窗为约束条件构建车辆配送成本最小的生鲜食品配送模型，并且通过改进蚁群算法来求解该问题[2]。由于现实配送过程中客户对不能在指定时间窗内送到并不会直接拒绝，因此马雪丽等以软时间窗为约束条件考虑食品生命周期服从负指数分布的损耗成本，构建供应商利润最大化为目标的易腐食品生产调度和路径优化联合的问题，并应用改进遗传算法进行求解[3]。对于生鲜产品易损耗的特征，Ghezavati V R等以生鲜农产品新鲜度和成熟度来构建零售商利润最大为目标的配送路径优化模型[4]。李桂娥以配送时间和卸货温度差对产品新鲜度影响来刻画生鲜货损成本，构建配送总成本最小为目标的生鲜产品冷链物流配送路径问题，并通过节约成本法进行求解[5]。刘炎宝等考虑生鲜产品新鲜度下降的惩罚成本，结合碳排放成本构建生鲜农产品冷链物流配送车辆路径优化模型，并采用禁忌搜索的改进遗传算法对其求解，结果验证了改进后算法比传统遗传算法得到结果更优，加快了收敛速度同时配送成本更低[6]。

　　国内外生鲜产品冷链物流车辆路径问题研究领域中，考虑生鲜产品新鲜度和时间窗共同约束的文献较少，研究不足，因此将新鲜度和时间窗惩罚成本囊括进配送目标函数更能丰富或完善该项研究。本文将重点研究如何以最小化配送成本将生鲜产品送到顾客手中，目的是在有效地降低配送成本的基础上提高人们对生鲜产品新鲜度的满意度。

　　1 生鲜冷链物流配送路径问题描述及建模

　　1.1 问题描述与假设

　　本研究以一个生鲜冷链物流配送中心，多个顾客需求点来考虑生鲜产品配送服务车辆路径问题。在顾客新鲜度和时间窗要求等约束条件下构建配送总成本最小化的生鲜冷链物流配送路径优化模型，并基于生鲜冷链物流配送特征，进行如下假设：

　　(1)仅有一个配送中心，且可使用车辆有限，车辆均为同一类型，且已知其最大载重;

　　(2)配送车辆从配送中心发出，独立完成配送任务后回到配送中心处，配送车辆从配送中心出发最后返回配送中心，均要符合配送中心的工作时段;

　　(3)顾客需求独立不可分割，且需求量不大于车辆的最大载重;

　　(4)每一条路线上只安排一辆车，避免车辆浪费;

　　(5)每辆配送车辆可以服务多个顾客节点，但是每个顾客只能由一辆车进行配送;

　　(6)服务系统允许缺货，一旦缺货，需求就流失;

　　(7)生鲜产品从储存到配送处于恒温下，不考虑温度对产品变质的影响，新鲜度仅与时间相关;

　　(8)车辆配送过程中行驶速度被假定是不变的。

　　1.2 相关参数表示

　　1.3 配送成本分析

　　(1)车辆使用成本

　　车辆单次使用成本包括车辆单次损耗折旧费用和人工费用的总和。

　　C=c*Z (1)

　　(2)配送运输成本

　　假设需求点处的坐标位置是提前已知的，但是在现实中道路并不是呈直线状态，为了研究方便假设距离为直线距离，并且采用欧几里得直线距离表示，定义D为从i到j的直线距离，如式(2)所示。生鲜配送运输总成本如式(3)所示。

　　d= (2)

　　C=c*d*X (3)

　　(3)制冷成本

　　生鲜产品为了更好地维持新鲜度需要在配送过程中将采用冷藏车进行配送，冷藏车将从生鲜配送中心出发直到最后一个需求点完成服务都会产生制冷成本。本文将生鲜产品配送过程中的总制冷成本分为配送过程中制冷成本和卸货过程中制冷成本，如式(4)所示。

　　C=c*d*Z+y*st*c (4)

　　(4)碳排放成本

　　生鮮配送过程中自身油耗加上制冷效果，排放的CO2比普通货物配送产生的CO2要多，冷链配送过程主要涉及到的碳排放，是由车辆油量燃烧产生的，而车辆油量燃烧又与运输距离相关。本文计算配送过程中将以碳排放成本以单位距离碳排放成本和行驶距离乘积为结果。

　　C=cd (5)

　　(5)生鲜产品新鲜度惩罚成本

　　由于生鲜产品新鲜度函数随时间推移会发生变化，因此本文分析生鲜产品新鲜度随时间变化的函数如式(6)所示。

　　ft=2-e， β>0， 0≤t≤ (6)

　　其中：β为新鲜度衰减系数，β值越大，代表新鲜度衰减速度越快。t=0时，ft=1，代表生鲜产品从配送中心送出时生鲜的新鲜度最佳。t=时生鲜产品新鲜度衰减到0，表示生鲜产品失去全部食用价值。如图1表示生鲜产品新鲜度与时间的关系。

　　图1中表示，当配送车辆到达配送点时，生鲜产品新鲜度f，假设顾客期望的生鲜产品新鲜度为f，最低能接受生鲜产品新鲜度为F，因此若当配送车辆到达配送点时，生鲜产品新鲜度f>f，则满足顾客满意度为100%，对产品或公司增加了好感度，则会产生相应的激励成本，随着用户对生鲜产品的要求能力越高，单位激励成本φ值越大;当配送车辆到达配送点时，生鲜产品新鲜度F

　　W=φmaxe-e， 0+φmaxe-e， 0 (7)

　　(6)配送时间窗不准时惩罚成本

　　本文将研究模糊时间窗的情况，假设顾客预约配送服务的时间为s，e，如果在预约服务时间窗内配送，则不会产生顾客不满意惩罚成本。但是在实际的配送过程中，不合理的配送安排或者交通拥堵都可能导致车辆在与顾客预约的时间之前或者之后到达，这就会降低顾客满意度。设S代表顾客能接受的最早服务时间，E代表顾客能接受的最晚服务时间，在S，s或E，e时间范围内，顾客满意度随着与指定时间的差距增大而减小。当配送车辆在S，E时间范围外到达，则顾客不满意惩罚成本为无穷大。顾客对配送时间满意函数如图2所示。

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