基于遺傳算法的農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流配送中心選址研究

許軍 梅軍軍

摘 要：我國農(nóng)產(chǎn)品消費(fèi)規(guī)模不斷擴(kuò)大，SN集團(tuán)作為北京市規(guī)模最大的集農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、配送和銷售一體的國有企業(yè)，肩負(fù)著北京市農(nóng)產(chǎn)品市場的穩(wěn)定和繁榮的重任。本文基于SN集團(tuán)農(nóng)產(chǎn)品物流配送的現(xiàn)狀，考慮配送中心選址的建設(shè)成本、運(yùn)輸成本和運(yùn)輸時(shí)間等因素建立數(shù)學(xué)模型，在擬選的四個(gè)地址：北苑、三元橋、大洋路、草橋中應(yīng)用遺傳算法對采集的數(shù)據(jù)代入模型中進(jìn)行運(yùn)算。研究結(jié)果表明：在草橋和大洋路建立冷鏈物流配送中心成本最優(yōu)。

關(guān)鍵詞：農(nóng)產(chǎn)品；冷鏈物流；配送中心選址

冷鏈物流配送中心選址是冷鏈物流網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中至關(guān)重要的一環(huán)。配送中心上接物流中心分配的貨物，向下為各社區(qū)門店提供貨源。如果冷鏈物流配送中心與農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流上下游之間不能有效的運(yùn)轉(zhuǎn)，將導(dǎo)致整個(gè)農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流服務(wù)水平低下、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量不能得到保證。因此，在農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流配送中心選址方面應(yīng)該綜合考慮經(jīng)濟(jì)、交通便利性、政治等各方面的影響因素，選址最為合適的地址作為農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流配送中心。

SN集團(tuán)長期從事的農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)、加工和銷售，為北京市的農(nóng)產(chǎn)品市場提供了大量穩(wěn)定農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)?！笆濉逼陂g，SN集團(tuán)將緊緊圍繞首都經(jīng)濟(jì)發(fā)展內(nèi)涵，加大對農(nóng)產(chǎn)品物流業(yè)的增量投入，擬在草橋、大洋路、北苑和三元橋四個(gè)地點(diǎn)中選擇兩個(gè)建立農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流配送中心。

本文根據(jù)SN集團(tuán)農(nóng)產(chǎn)品物流現(xiàn)狀，以配送中心建設(shè)成本、物流成本和配送時(shí)間成本最低為目標(biāo)建立數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用遺傳算法進(jìn)行模型求解，從SN集團(tuán)四個(gè)備選地址中選擇最優(yōu)的地址作為SN集團(tuán)農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流配送中心。

一、引言

隨著農(nóng)產(chǎn)品物流的發(fā)展，國內(nèi)學(xué)者對其農(nóng)產(chǎn)品配送中心選址和農(nóng)產(chǎn)品配送過程中的路徑規(guī)劃方面的研究不斷深入。國內(nèi)外學(xué)者對配送中心選址模型和模型的算法等方面做了大量研究。

張亮對易腐貨物的配送問題，研究了一個(gè)具有多個(gè)時(shí)間窗的異構(gòu)車隊(duì)選址依賴車輛路徑模型，并采用自適應(yīng)大鄰域搜索算法來求解該模型。劉繼等人研究了冷鏈物流配送網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化方案，并發(fā)現(xiàn)半掛車是提升冷鏈物流運(yùn)輸效率的有效交通工具。鮑張研究了聯(lián)合配送中冷鏈物流的路徑優(yōu)化問題，并指出聯(lián)合配送不僅在配送成本上優(yōu)于部分配送，而且在碳成本上也優(yōu)于部分配送?；陬A(yù)測的冷鏈產(chǎn)品損耗參數(shù)，莫莉分析了易腐產(chǎn)品在冷鏈配送過程中的損耗過程，提出了考慮損耗時(shí)間變化的冷鏈配送車輛路徑優(yōu)化模型。

Vidal等人提出了一種求解多集散點(diǎn)車輛路徑問題和周期性車輛路徑問題的混合遺傳算法框架。Juan等人將偏隨機(jī)化與迭代局部搜索相結(jié)合，開發(fā)了一種求解多集散點(diǎn)車輛路徑問題的混合方法。Absalom E. Ezugwu提出了兩種混合元啟發(fā)式算法，其將指數(shù)型和近似型模擬算法結(jié)合到基本的智能水滴算法中。Haghani和Oh提出了一種用于配送作業(yè)的多商品、多模式網(wǎng)絡(luò)流模型的制定和求解方法。

農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流配送中心選址不僅要考慮配送路徑最優(yōu)還需要結(jié)合具體的環(huán)境將配送中心的建設(shè)成本、環(huán)境因素、政治因素、農(nóng)產(chǎn)品的時(shí)效性和易損性等因素考慮在內(nèi)。本文基于以上幾點(diǎn)考慮，在以上文獻(xiàn)綜述的基礎(chǔ)上，結(jié)合SN集團(tuán)的實(shí)際情況，對SN集團(tuán)農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流配送中心選址進(jìn)行研究。

二、SN集團(tuán)農(nóng)產(chǎn)品物流現(xiàn)狀分析

（一）SN集團(tuán)簡介

SN集團(tuán)一直致力于種植業(yè)的發(fā)展，其擁有南口、東郊、巨山等一批老牌農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)基地及外埠生產(chǎn)基地1萬余畝。同時(shí)，SN集團(tuán)還擁有雙日物流、三元及第等一批專業(yè)化物流企業(yè)，已經(jīng)在北京市形成較為完整的物流網(wǎng)絡(luò)體系。另外，SN集團(tuán)下屬三元梅園在北京已有70余家連鎖店，三元、華都、大發(fā)等食品加工企業(yè)也已與超市、商場、購物中心、社區(qū)店等零售終端建立了廣泛的業(yè)務(wù)聯(lián)系。在北京市SN集團(tuán)建立了五十家社區(qū)銷售門店。這些農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸和銷售設(shè)施共同構(gòu)建了SN集團(tuán)農(nóng)產(chǎn)品物流網(wǎng)絡(luò)。

（二）SN集團(tuán)物流現(xiàn)狀分析

SN集團(tuán)在京郊固安、濟(jì)南、東營及濱州等地分別建設(shè)了預(yù)冷加工中心，并配備相應(yīng)的冷庫、周轉(zhuǎn)箱、升降臺、叉車等設(shè)備。在北京五環(huán)和六環(huán)之間建立了四個(gè)物流中心，用來作為從北京阜外生產(chǎn)基地運(yùn)輸農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)入北京的中轉(zhuǎn)站。生產(chǎn)基地生產(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品經(jīng)過預(yù)冷加工中心加工運(yùn)往北京市物流中心，再通過北京物流中心的分發(fā)運(yùn)送到SN集團(tuán)下屬的各個(gè)社區(qū)銷售門店進(jìn)行銷售。

SN集團(tuán)在“十二五”期間制定了一個(gè)“農(nóng)產(chǎn)品全產(chǎn)業(yè)鏈物流協(xié)同服務(wù)體系建設(shè)”的項(xiàng)目。該項(xiàng)目中明確提出了建立SN集團(tuán)農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流體系，并且在北京市建立兩個(gè)農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流配送中心，作為SN集團(tuán)農(nóng)產(chǎn)品從物流中心到社區(qū)門店的中轉(zhuǎn)站。建立配送中心后，SN集團(tuán)農(nóng)產(chǎn)品物流流程如下圖所示。

三、模型建立

（一）模型假設(shè)

在滿足一定的約束條件下，本文需要解決的問題是從擬選配送中心地址中選擇兩個(gè)最優(yōu)的地址作為SN集團(tuán)冷鏈物流配送中心根據(jù)配送中心選址影響因素，對模型的建立提出以下合理假設(shè)：

1.配送中心無配送容量限制；

2.配送中心到社區(qū)門店的配送車型一致。假設(shè)配送車型相同可以簡化問題復(fù)雜度，減少解的復(fù)雜性，從而提高算法搜尋速度；

3.不考慮物流中心農(nóng)產(chǎn)品容量問題，假設(shè)物流中心始終能給滿足配送中心對農(nóng)產(chǎn)品種類和數(shù)量的需求。

（二）符號說明

配送中心選址模型的建立應(yīng)以成本最低為目標(biāo)函數(shù)，該成本指的是配送中心的建設(shè)成本和物流中心到配送中心以及配送中心到銷售門店的物流成本。在滿足社區(qū)門店的配送要求下，建立模型的約束條件。下面先進(jìn)行模型中涉及各種符號的說明。

（三）目標(biāo)函數(shù)

農(nóng)產(chǎn)品在運(yùn)輸過程中易腐蝕和損壞，并且隨著運(yùn)輸距離和運(yùn)輸時(shí)間的增長，農(nóng)產(chǎn)品的腐蝕和損壞程度越嚴(yán)重。因此，在運(yùn)輸過程中農(nóng)產(chǎn)品的消耗也需要考慮在目標(biāo)函數(shù)中。以S（Q）函數(shù)表示農(nóng)產(chǎn)品運(yùn)輸過程中的損耗，建立的函數(shù)為： ，其中L表示距離，t表示運(yùn)輸時(shí)間。配送中心選址的目標(biāo)函數(shù)是使得配送中心的選址成本最低，選址成本包括：配送中心建設(shè)成本、物流中心到配送中心的運(yùn)輸成本、配送中心到社區(qū)門店的物流成本、物流中心到配送中心運(yùn)輸過程中的損耗成本、配送中心到社區(qū)門店運(yùn)輸過程中的損耗成本。

式（3-1）表示目標(biāo)函數(shù)，式（3-2）——（3-10）為約束條件。式（3-2）表示每個(gè)社區(qū)門店只能由一個(gè)配送中心負(fù)責(zé)配送；式（3-3）表示物流中心到配送中心的運(yùn)量等于配送中心的需求量；式（3-4）物流配送中心到社區(qū)門店的運(yùn)量等于社區(qū)門店的需求量；式（3-5）（3-6）如果第j個(gè)配送中心沒有被選中，則到第j個(gè)配送中心的運(yùn)量為0，也不會(huì)有從第j個(gè)配送中心給社區(qū)門店配送貨物；式（3-7）（3-8）（3-9）為整數(shù)約束；式（3-10）為非負(fù)約束。

四、數(shù)據(jù)分析

SN集團(tuán)目前有物流中心4個(gè)，備選配送中心4個(gè)，已建和擬建的社區(qū)門店共50個(gè)。對以上基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到以下內(nèi)容。

（一）配送中心建設(shè)成本

配送中心備選點(diǎn)的建設(shè)成本主要包括配送中心土地成本、廠房建設(shè)成本和基礎(chǔ)設(shè)備采購成本等。四個(gè)備選點(diǎn)的土地成本和建設(shè)成本可按照當(dāng)前北京市房價(jià)可預(yù)估。基礎(chǔ)設(shè)備采購成本通過查詢SN集團(tuán)使用的基礎(chǔ)設(shè)備品牌價(jià)格即可得知。

（二）社區(qū)門店的農(nóng)產(chǎn)品需求量

SN集團(tuán)五十個(gè)社區(qū)門店用L1～L50分別表示。根據(jù)北京市SN集團(tuán)所屬部分各社區(qū)門店農(nóng)產(chǎn)品的每天銷售量和周邊人口密度，預(yù)估得出五十個(gè)社區(qū)門店的農(nóng)產(chǎn)品每日需求量，具體數(shù)據(jù)如表3所示。

（三）物流中心、配送中心備選點(diǎn)、社區(qū)門店之間的距離

本文將SN集團(tuán)配送中心各備選點(diǎn)，用R1～R4表示，其中，R1代表草橋、R2代表大洋路、R3代表北苑、R4代表三元橋。根據(jù)SN集團(tuán)現(xiàn)有物流中心和社區(qū)門店以及配送中心備選點(diǎn)的實(shí)際運(yùn)輸距離，物流中心到配送中心備選點(diǎn)的車輛實(shí)際運(yùn)輸距離如下表4所示，配送中心備選點(diǎn)到社區(qū)門店的車輛實(shí)際運(yùn)輸距離如下表5所示。

（四）模型算法中其他參數(shù)

本文模型算法中的其他參數(shù)，如車速、農(nóng)產(chǎn)品運(yùn)輸過程的損耗率和農(nóng)產(chǎn)品配送過程中的單位成本等如下表6所示。

五、結(jié)果分析

根據(jù)上文的算法和數(shù)據(jù)用MATLAB對算法進(jìn)行編程，設(shè)定最大迭代次數(shù)為20次，得到模型的最優(yōu)目標(biāo)值的變化軌跡如下圖所示。最優(yōu)染色體對應(yīng)的選擇結(jié)果如下圖2所示。

從該圖可以看出，在進(jìn)化的前3代，最優(yōu)解的變化下降地很快，說明該階段搜索速率很快，這是因?yàn)閷m應(yīng)度函數(shù)采用了動(dòng)態(tài)線性標(biāo)定方式，加強(qiáng)了算法的局部搜索能力，使得算法在進(jìn)化的初始階段的搜索速率很快。在第7代搜索到了一個(gè)局部最優(yōu)解為最終的最優(yōu)解，最優(yōu)解為R1和R2。R1、R2與各社區(qū)門店之間的關(guān)系如下表6所示。

從表6可以看出在4個(gè)備選的配送中心中草橋和大洋路被選中，草橋配送中心負(fù)責(zé)社區(qū)門店是L8、L11、L12、L15、L20、L21、L22、L25、L30、L31、L32、L35、L36、L40、L41、L43、L44，其他的社區(qū)門店由大洋路配送中心配送。

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注：本文系河南省教育廳社科項(xiàng)目“基于供應(yīng)鏈協(xié)同的農(nóng)產(chǎn)品流通利益機(jī)制研究”（項(xiàng)目編號：2015-GH-096）、河南科技大學(xué)研究生教改項(xiàng)目“物流工程專業(yè)學(xué)位研究生實(shí)踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)”（項(xiàng)目編號：2016YJG-013）的部分研究成果