冷链“最后一公里”配送成本模型优化

黄延萍,宋华岭,张 漪

(山东工商学院a.半岛经济研究院;b.管理科学与工程学院,山东 烟台 264005)

经济管理研究

冷链“最后一公里”配送成本模型优化

黄延萍a,宋华岭a,张 漪b

(山东工商学院a.半岛经济研究院;b.管理科学与工程学院,山东 烟台 264005)

研究了现实冷链配送过程以及现阶段配送中出现的新问题,重新分析了原有模型中的货损成本、能耗成本、风险成本的构成以及参数设定,并且增加配送模式选择成本,进一步完善了原有冷链配送成本模型,针对算例应用线性规划求解模型，得出最低成本的车辆路径分配。

冷链配送;配送成本;线性规划

一、引言

生鲜一直以来都是消费市场的重要品类。60%的消费者表示会在购买生鲜时交叉购买其它零售品,因此生鲜成了零售商引流的重要手段。根据中国物流与采购联合会数据显示,我国冷链物流未来年均增长率将达到25%,预计2017年市场规模将达到4 700亿元人民币[1]。蛋糕虽大,但是很少有企业真正尝到美味。因为冷链在我国刚刚起步,存在行业法规规范不健全、基础设施不齐备、技术水平不先进、信息流通不顺畅诸多问题。正式由于这些先天不足使得从配送中心到终端买家的“最后一公里”冷链配送成为众多生鲜电商最为头疼并亟待解决的问题。据有关数据显示在从事冷链工作的各个盈利企业中,运输型企业占比37.79%, 综合型企业占比32.74%,仓储型企业占比9.98%, 供应链型企业占比10.34%。而配送型企业占比仅为3.81%,深究原因在于冷链配送成本居高不下影响配送企业最终的盈利能力,同样也制约着冷链配送的发展。“麻雀虽小,五脏俱全”,配送作为缩小版的物流也涉及到包装、存储、盘点、运输、装卸、信息处理一系列活动,每一项操作都需要大量的资源投入。因此解决冷链高配送成本迫在眉睫。

出于现实的迫切需要,国内许多学者对配送成本进行了研究,也建立了许多基于各种假设的模型，提出了相应的解决方法。谬小红(2010)在常温配送一般产品的基础上,考虑了冷链配送独有的产品易腐蚀性以及全程低温的特殊情况,增加了货物因为温度变化而导致的损害成本以及违反客户时间窗的惩罚成本。之后借助于MATLAB验证了成本模型的合理性以及可操作性[2]。曹玮(2011)应用了witness仿真技术对乳制品冷链物流配送企业B的库存成本、运输成本、管理成本进行分析,发现了运输成本是成本中最大一类以及运输中存在着车辆时间分配存在不均衡的现象,提出需要合理安排车辆调度计划[3]。计莹锋等(2014)依据易腐品完好率线性递减理论,从供应链整体角度出发分析了从供应点到配送中心,配送中心内部运输以及从配送中心到最终需求点的所有货损,以产品完好度最为目标函数,构建了三级货损成本的冷链物流配送中心选址优化模型[4]。韩印等(2015)以一般的冷藏运输配送路径模型为基础,考虑了在不同交通状况下物流配送成本的变化,得出在冷藏配送中增加交通拥挤程度变量的必要性[5]。

综上所述可以看出,对于“最后一公里”冷链成本的研究越来越细致化,越来越现实化。不过还是存在着成本因素考虑不周、与实际冷链配送的运行不相吻合的情况,从而使得模型建立以及建言建策难以真正支持解决实际生活中的配送问题。本文在考虑电商配送中心最后一公里的配送实际以及借鉴众多优秀文献的基础上进行了成本因素的补充以及现存成本因子的改进,比如增加了最终消费者签收的配送模式成本，研究了制冷随着路程、时间、温度的变化而变化的动态成本，考虑了深夜疲劳驾驶与白昼疲劳驾驶的风险因子不同点,并且结合两部分综合考虑风险成本。此外基于众多生鲜行业资讯可知生鲜冷藏食品在配送中发生的货物折损已达到运输量的3%——10%[6],本文仔细研究折损成本来源。我们所建立的模型，它的最终目的是力求能更加接近于生鲜“最后一公里”实际配送的整个过程。

二、模型建立

结合李玉鹏等对于“最后一公里”快速配送方法的研究,可以用LinkRank社区发现方法将现实生活中物流配送的复杂网络模型简单化一个个一个子模块进行整体配送[7]。这样一来,配送中心与无数个分散的消费者的配送问题可以简化为一个配送中心与有限个集中化代收点的配送问题。

冷链配送的模型为一个配送中心(i=0)为某一区域内n个便民代收点(i=1,2…n)冷链配送生鲜。此外,为了简化模型还必须满足以下几个基本假设:

第一,配送的生鲜是经过标准化包装的,且每一份包裹的重量是一样的,为固定值b。

第二,由m辆机械冷藏车进行配送,且单车承载量大于运输路线上客户需求量总和。 代收点客户需求已知且一个代收点只由一辆车服务。

第三,所有车的起点、落点均落在配送中心,不考虑回程装载情况。

第四,不考虑交通拥堵以及等待时间,假设车辆一路上以u匀速顺畅行驶。

第五,客户有服务时间窗。

本文提出的模型是基于总经济成本最小的决策目标,因此在建立模型前必须首先分析冷链配送中所涉及到的所有成本因素。本文考虑的成本因素包括:运输成本、货损成本、能源成本(制冷成本)、惩罚成本以及配送模式成本。

(一)运输成本

运输成本主要是指车辆正常行驶所使用的资源。它主要分为两部分:一是与运输距离正相关的运输油耗成本,二是固定成本(人工费用、车胎损害、车辆保养维修费用、折旧费)[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辆车的固定成本,C表示单位距离的燃料费用,dij表示两个节点Vi与Vj的距离,b表示每一包裹的重量,gi为第i个代收点总包裹量,xijk=1表示第k辆车经过(Vi,Vj)路段,相反地Xijk=0表示第k辆车不经过(Vi,Vj)路段,yik=1表示第i个客户由第k辆车进行配送,相反地yik=0表示第i个客户不由第k辆车进行配送。

(二)货损成本

不论是果蔬、海鲜还是肉类,这些生鲜产品都属于易腐性产品,在运输过程中,对于温度、湿度的要求十分高。即使全程都处于产品规定的低温状态下,随着时间的流逝,产品的重量量、外观、口感也会逐渐下降,有的甚至出现腐烂而无法食用,只能做报废处理。此外,每到一个配送点进行货物搬运,车内冷空气与车外热空气的对流使得车厢温度上升,也会对产品造成一定的影响。虽然一次搬运影响可以忽略不计,但是一趟车下来反反复复的开门关门对生鲜产品所累积的破坏是不容忽视的。

(7)

注释:p是指单位质量生鲜产品的价格,σ1表示的是单位路程单位质量生鲜产品的运输自然损害系数,σ2表示的是单位搬运时间单位质量生鲜卸货损耗,Gi表示离开i点时车内总货物质量,tj表示在第j个代收点进行货物搬运服务时间。

(三)能源成本(制冷成本)

能源成本同货损成本一样,主要分为两大部分:一是在设定温度条件下所消耗的能源,二是装卸作业时温度升高,制冷机作业所消耗的能源[2]。

(8)

∂1表示的是在设定温度下单位时间能源成本,∂2表示的是制冷机作业时单位时间单位温度平均能源成本,t1～t2表示从i到j点运输时间,t2～t3表示在j点进行搬运的时间,hi表示室外平均温度,h2表示制冷系统设置的冷藏车内恒定温度。

(四)惩罚成本

此模型设定的是代收点配送模式,且一般这种代收点都是24小时营业的,因此它的时间窗比较特殊,有下限但是并不存在上限。配送延迟所带来的较差的顾客服务体验所造成的损失是巨大的,必须要避免惩罚成本发生,因此惩罚成本的系数设置为一个正无穷大的数[7]。

(9)

S.t sj≤Tj.

(10)

e是一个常数系数,表示迟到带来的单位时间损失成本。Sj表示车辆到达代收j点的实际时间,Tj表示最晚达到j点的时间限制,也就是客户下订单要求的时间。

(五)风险成本

由于冷链物流配送中产品对于温度的要求极其高以及城市对特大型载货车辆的进出城市的时间限制,再加上现在众多的电商生鲜提供的物流保证当天16:00以前提交的订单,次日22:00前送达;当日16:00之后的订单也会在一两日内抵达，因此生鲜原产地或者供应基地对配送中心的送货时间段一般集中在凌晨2:00～6:00。而配送中心收到进货时,进行简单的包装,预计大部分当天的订单在午后15:00～16:00进行配送。即便是16:00之后的订单,商家的处理方式是与第二天的16:00之前的一起配送。所以总的来讲配送中心最后一公里点到点的客户配送时间集中在15:00～16:00。国内学者李都厚和刘群对许多国内外发生的重大交通事故进行数据统计分析,得出三个结论:疲劳驾驶是交通事故的主要原因;连续驾驶(作业)超4个小时认定为疲劳驾驶;疲劳驾驶的高发阶段集中在凌晨2:00～6:00和15:00～16:00。但是现实中配送中心与需求点、需求点与需求点之间是同城的,点与点之间运输时间不会超过2小时,因此卸货过程(一般30分钟)给与了司机充足休息时间,可以有效缓解疲劳度[8-9]。介于两者,本文将超过8小时作业认定为疲劳作业(运输+卸载)。生产基地对配送中心的凌晨送货也是为了配合配送中心满足消费者的时间需求,因此发生的风险理应由配送成本承担。介于凌晨以及下午城市车流量以及自然环境(能见度、温度等)的不同,在凌晨与下午发生交通意外的风险也是不一样的,所以配送的风险成本也应分成两部分:凌晨意外风险和下午意外风险。

zr=γ1N+γ2D,

(11)

(12)

yik=〈0,1〉,i=1,2,..n,k=1,2..m, .

(13)

tij=dij/u .

(14)

N代表凌晨疲劳驾驶的损失成本,D代表下午疲劳驾驶的损失下成本,γ1表示凌晨发意外的风险系数,γ2表示下午发生意外的风险系数,ti表示第i个配送点服务时间,tij表示从i到j的运输时间,式(14)表示运输时间的计算公式。

(六)配送模式成本

此模型设定的配送模式为与便民机构合作的自提模式,必然会涉及到与相观机构利润的分配问题。为了简化模型,此处就假定便利店、药店为电商每代收一份快递,分成为h。

(15)

gi表示第i 个代收点的代收包裹量。

模型中运输成本、货损成本、能源成本、配送模式成本相比较而言是一定会发生的成本,不可避免,且目标单位一致,因此直接线性加权的系数为1。而惩罚成本,风险成本通过配送中心的合理车辆调度以及加强配送工作的制度管理,可以有效地规避这类风险,因此在这里赋值+∞的系数使会产生这类成本的调度方案通通不可取。综上分析可以得出,基于便民机构合作的从配送中心到代取点的最后一公里配送模式的总成本为:

minZ=Zt+Zd+Ze+γ1Zp+γ2Zr+Zm,γ1,γ2→+∞ ,

(16)

(17)

(18)

(19)

sj≤Tj,

(20)

tij=dij/u ,

(21)

(22)

注释:式(17)满足单车承载量大于运输路线上客户需求总和;式(18)与(19)满足每个代收点只被一辆车满足;式(20)满足客户的时间窗限制;式(21)表示从i到j的运输时间;式(22)满足避免出现疲劳驾驶状况。

三、数值算例

假设一配送中心p0,拥有3辆不同装载量的装运车,它为同城10个代收点客户提供冷链配送蔬菜。配送中心与代收点的距离、代收点需求量、代收点均为已知。

车辆运输固定成本C=1 000元,单位运输成本c=2元/km,车辆最大载重货分别为1 800kg,2 000kg,2 400kg。货物单价为6元/kg,设定温度下能源成本∂1=50元/h,制冷机作业能源成本∂1=100元/h运输货损σ1=3%,装卸货损σ2=0.2%,室外平均温度h1=30℃,车内温度h2=-20℃,运输速度u=50km/h,服务时间(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数据在参照《食品冷链物流软时窗配送模式优化研究》基础之上对代收点需求量做出了适当的调整,以服从假设条件二。

按照最迟时间窗的限制,我们服务顺序大致满足2——8——4——9——3——7——5——1——6——10。

根据产品配送的要求,运用改进后的成本模式对问题进行线性规划求解,得到的优化结果为:

K=1:P0——P2——P4——P9——P10

K=2:P0——P3——P7——P1——P6

K=3:P0——P8——P5

此时最优成本=66 926元,其中运输成本Zt=16 340元(24.4%),货损成本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%)。从数据可以明显看出,制约冷链配送的关键就是有效控制货损成本。这与之前学者的研究结论是一致的,货损成本才是整个冷链配送成本最为显著的因子[11]。结合实际资源有限的情况,只针对显著因子货损成本提出降低成本的管理措施与运作措施。

四、结论

要解决冷链高运输成本，最有效的方法就是控制生鲜食品在配送过程中发生的自然损耗与人为损耗。依据OS理论可知生鲜食品的完好率与运输距离存在着分段递减的规律[12],因此自然损耗是无法避免的,唯一的解决方法是合理安排运输车辆的路径,使得车辆在完成配送任务的前提下行驶的距离最短,也就是VRP以及TSP问题求解,这类问题之前学者已经做了很详细的研究,不再赘述。而人为的损耗可以通过有效地管理来减少:第一,生鲜食品的包装材料应选择隔热效果较强的材质,可以有效缓解生鲜腐蚀速度。再结合成本因素,泡沫是目前最佳的冷链包装材料。除此,在每一层包装外都要放置冰块,这样在搬运中冰块汽化或者液化均可以在短时间维持生鲜周边空气的低温状态。第二,在货物车厢放置方面,可以结合库存理论中的ABC分类法和生鲜实际出车顺序,将价值大且距离远的产品放置在离车门较远的内部,价值小且距离近的产品放置在靠车门口处。这样子会整体上减少生鲜产品受到温度流动造成的损失。第三,各个代收点必须具备冷藏、冷冻能力,拥有类似于冰箱或者冷藏室的设备,生鲜出车后直接搬运到冰箱或则冷库中去,实现冷链的无缝连接。

表1 配送中心与代收点距离以及代收点需0求量与时间窗[11]

[1]中国物流与采购联合协会.中国物流年鉴2016[M].北京:中国财富出版社,2016.

[2]谬小红.基于GIS的生鲜食品冷链物流配送路径优化研究[D].福州:福建农林大学,2010.

[3]曹玮.乳制品冷链物流配送成本优化研究[D].郑州:河南理工大学,2011.

[4]计莹锋,闫芳园,杨华龙.考虑三级货损成本的冷链物流配送中心选址优化[J].数学的实践与认识,2014,44(5):57-63.

[5]韩印,师攀.基于道路状况的冷链物流配送路径优化[J].物流科技,2015,39(6):90-94.

[6]乐琰.生鲜电商之难:商品货损率3%-5%不等[N].第一财经日报,2017-03-15(1).

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[8]刘秀,王长君,何庆.疲劳驾驶交通事故的特点分析与预防[J].中国安全生产科学技术,2008,4(1):128-131.

[9]李都厚,刘群,袁伟,等.疲劳驾驶与交通事故关系[J].交通运输工程学报,2010,(2):104-109.

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[11]赵艳艳.食品冷链物流软时窗配送模式优化研究[J].安徽农业科学,2008,4(1):128-131.

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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

国家自然科学基金项目“煤炭资源整合协同博弈管理机制、策略与效果评价研究”(71373148);教育部人文社会科学研究项目“我国煤炭资源整合复杂系统及其管理复杂性测度理论方法研究”(11YJA630101);山东省自然科学基金项目“海鲜产品B2C电子商务冷链物流配送实时调度方案生成方法”(ZR2014GQ011)

黄延萍,1993年生,女,江苏扬州人,山东工商学院硕士生,研究方向为物流与供应链管理,(电子邮箱)15763868850@163.com。宋华岭,1957年生,男,山东高唐人,山东工商学院教授,博士, 研究方向为资源管理与复杂性研究。

[责任编辑:刘炜]