考虑节点中断与碳排放的冷链物流网络规划研究

作者简介:
曾敏刚(1972-),男,博士,华南理工大学工商管理学院副教授,硕士研究生导师,研究方向为物流供应链管理;王秀慧,华南理工大学工商管理学院(广州 510640);黎建宇,华南理工大学计算机科学与工程学院(广州 510640)。

原文出处:
华南理工大学学报:社会科学版

内容提要:

基于冷链物流较普通物流产生更多碳排放的实际情况和现实中物流网络中的节点存在中断风险,利用情景描述法刻画冷链物流网络中节点中断的情景,兼顾货损成本、碳排放成本和缺货损失成本、运输成本,构建了冷链物流网络规划模型。利用改进遗传算法求解模型,求解过程主要采用模拟二进制交叉算子对决策变量进行降维。通过算例证明了冷链物流仓库网络规划模型可行性,并与贪婪算法对比证明算法的有效性。研究结果表明,企业可以根据公司的现状和商品的性质来选择合适的弹性系数使公司的物流总成本最小。


期刊代号:F14
分类名称:物流管理
复印期号:2022 年 02 期

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      随着人们生活品质的提高和生活节奏的加快,人们对于冷链品的需求体量也越来越大。为保持新鲜食品以及冷冻食品从供应地到接收地的品质,冷链物流应运而生。由于运输产品易腐变质的特性,需要在合适的低温环境进行预冷、转运、存贮和配送,相应增加制冷设施,这造成冷链物流比普通物流配送过程产生更多的二氧化碳,成本比普通物流要高出40%~60%。随着能源价格的调整,冷链物流的成本总体上呈现持续走高的趋势[1-2]。根据我国冷链物流起步较晚、基础薄弱、标准体系不完善等情况,政府出台了相应政策来规范冷链物流行业的发展。目前,冷链物流行业还存在基础设施相对落后、专业化水平不高、有效监管不足等问题。2017年国务院办公厅颁布的《加快发展冷链物流保障食品安全促进消费升级的意见》指出:希望到2020年,我国能初步建立一个覆盖广泛、布局合理、衔接顺畅的冷链基础设施网络,基本建立“标准健全、全程温控、应用广泛、绿色安全”的冷链物流服务体系。冷链物流体系建设关键不是强调“冷”,而是强调“链”。节点中断问题频发使追求精益化的整个供应链面临挑战[3],给企业带来额外的缺货成本、货损成本,给冷链品公司日常运营带来很大的不便。例如,2019年因为蔬菜、水果价格居高不下而引发的“水果自由”①问题之中,其售价的70%是用来补贴流通过程中的损失[4],其中就包含供应节点中断带来的腐损问题。综上,考虑冷链物流网络中的节点存在中断风险情景下,研究如何构建引入碳排放成本的冷链物流网络规划,采取有效措施提高冷链效率,防止冷链中断对于企业自身、消费者和整个社会环境来说无疑具有重要意义。

      本文研究在冷链物流网络中工厂—冷藏仓库两层节点存在中断风险的情况下,应该如何规划物流网络,进行仓库选址和流量分配,如何增强节点弹性能力,满足弹性系数要求。另外,响应碳减排政策,在数学建模时考虑加入碳排放成本,提高冷链物流的效率,并最小化物流总成本,为冷链物流企业设计物流网络进行决策支持。

      二、研究综述

      结合国家标准(GB/T18354-2006),冷链物流网络(CCLN)的定义是:“根据物品特性,为了保持其品质、降低物流成本、提高物流服务水平,采用冷链技术将物品由原产地到消费者手中的实体流通中一直保持低温状态,在这过程中包含的所有物流系统组织和设施的集合。”[5]尽管冷链物流运输中物流成本居高不下,但合理的物流网络规划可以更好地控制运输过程,从而减少损耗,这引起了国内外广大学者对冷链物流规划问题的关注。学者们对冷链物流网络的研究重点聚焦于网络模式选择、网络规划与建立、网络中心点选择和配送路径的选择等方面[6],对于不同的优化方向,学者们所构建的模型和求解方法不尽相同。

      在冷链物流网络规划模型建立方面,Bogataj等[7]分析了影响冷链物流系统中易腐败品的品质的各种因素,建立了以最低货损率为目标的冷链物流网络优化模型,并通过在时域内得到的公式和在频率空间中的公式相结合来求解该模型。Wang等[8]研究了生鲜食品冷链投资与定价决策,建立了以冷链物流中各成员利润最大化为目标的冷链物流网络优化模型,其研究结果确定了冷链建设和广告的最优投资水平以及最优定价。Hsiao等[9]将质量水平引入冷链物流网络规划研究中,综合考虑了送货员劳务费、燃油费、温度设定费、碳排放成本、缺货成本、质量替换成本,并开发了一种基于生物地理学的优化算法(BBO)求解物流网络规划问题。Qin等[10]为了在冷链物流路径优化问题中同时考虑成本、顾客满意度和碳排放,基于成本效益的思想,提出了以单位满意顾客成本最小为目标的综合冷链车辆路径优化模型。梁海红[11]结合生鲜农产品易损耗的特点,构建了具有互联网时代特点的农产品物流配送中心选址模型。陈靖等[12]以物流速递服务企业为研究对象,在随机配送服务需求场景下,受车辆运载能力限制与客户产品新鲜度要求的约束,分析企业包含冷链硬件能力等环境参数与集配数量、客户服务水平相关指标的关系,对生鲜品的物流集配问题进行建模。吴芳芸等[13]基于轴辐式理论研究了生鲜品运输开始节点至目的地节点新鲜度最大为约束条件的冷链物流网络优化模型,其中成本综合考虑了冷链物流运输成本、制冷成本和货损成本。袁群等[14]研究的冷链物流网络设计以总成本最低为目标函数,综合考虑时间窗、货物品质及客户服务水平,利用混合遗传算法对模型求解。杨晓芳等[15]结合冷链运输对时间的敏感性,建立了客户满意度最大化和物流成本最小化的双目标优化模型进行冷链物流网络设计。陈淑童等[16]以配送中心费用最少为目标并考虑货损成本情形下,构建了考虑时效和货损的混合整数线性规划模型,分析了时间与货损率的变化对冷链物流网络构建的影响。但以上文献较少考虑碳排放量因素,也较少将碳排放量转化为碳税作为冷链物流网络规划的成本之中。

      在冷链物流网络规划优化算法方面,张文峰等[17]提出了非线性混合整数规划模型,利用量子粒子群算法,对冷链物流网络的网点布局和运输进行优化。杨华龙等[18]建立了考虑了货物损失的速度的冷链物流网络规划模型,并利用遗传算法求解该模型。肖建华等[3]构建了考虑节点应急能力的弹性供应链网络优化模型,针对问题复杂度高的特点,引入基于最短增广链法的改进遗传算法对模型进行求解。Osvaid等[19]采用禁忌搜索的启发式算法求解有生命周期的易腐产品冷链配送分布的车辆路线模型。Yu[20]利用最短路径搜索模型对,实现了云计算环境下冷链物流配送船舶航线的在线规划算法优化设计,提高云计算环境下冷链物流配送的效率。李军涛等[21]建立基于碳排放量、配送总成本和客户满意度的多目标配送路径优化模型来解决冷链物流路径规划问题。丁秋雷等[22]的研究针对干扰事件导致鲜活农产品冷链物流配送难的情况,以生成扰动最小的调整方案为突破口,运用干扰管理思想,分析干扰事件对厂商、顾客和第三方物流配送商三个行为主体的影响,采用改进的蚁群算法——混合蚁群算法进行求解配送优化模型,并证明该方法相较于重调度方法能够生成综合考虑多个主体的利益的解决方案。鲍春玲等[23]提出引入一个虚拟车场将多配送中心问题转化为单配送中心问题的改进遗传算法求解路径优化问题,结果发现联合配送在冷链配送费用和碳排放成本两方面远远低于传统分区配送。刘虹等[24]构建了考虑客户厌恶度的冷链物流配送优化问题模型,采用了微粒群算法与局部搜索算法进行优化求解。陈久梅等[25]建立了生鲜农产品多隔室车辆路径优化模型,利用粒子群算法进行了求解。蔡浩原等[26]考虑鲜活农产品的变质函数和配送时间的惩罚函数,采用人工蜂群算法对带有时间窗的鲜活农产品冷链物流路径优化模型进行了求解。王维军等[27]采用改进的智能水滴算法对带时间窗的冷链物流配送路径优化模型进行求解冷链物流网络规划问题。任腾等[28]基于客户满意度对低碳冷链车辆规划进行建模并采用改进型蚁群算法高效求解。但上述文献在应用算法时,均未考虑不确定节点中断情景下[3,29,30],如何进行冷链物流网络设计。同时运用复杂模型的决策变量降维的方法上,也缺少有效的措施。因此,本文的主要创新点在于:一是响应碳减排政策,将碳排放量转化为碳税计入冷链物流网络规划的成本之中。二是考虑冷链物流中两级节点中断情况并采用改进的遗传算法求解模型。

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