互聯(lián)網(wǎng)背景下物流包裝盒回收方案設(shè)計(jì)與調(diào)度優(yōu)化模型

陳楚校 王康 張小蕾 劉智飛 王源蔚

摘 要：隨著互聯(lián)網(wǎng)的日益發(fā)展，網(wǎng)購(gòu)已經(jīng)成為人們生活不可或缺的部分，而隨之帶來的，是物流包裝盒的大量使用，從而造成的資源浪費(fèi)與環(huán)境破壞等問題。本項(xiàng)目利用二維碼對(duì)在途中的物流包裝盒進(jìn)行管理與回收，使用“自動(dòng)拆分機(jī)”協(xié)助回收，并建立模型，以最低的成本和最優(yōu)的調(diào)度方案對(duì)回收后的物流包裝盒進(jìn)行合理調(diào)度。

關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng);二維碼;調(diào)度模型;循環(huán)使用;數(shù)理建模

一、引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)的日益發(fā)展，網(wǎng)購(gòu)已經(jīng)成為人們生活不可或缺的部分，而隨之帶來的，是物流包裝的大量使用，國(guó)家郵政局《中國(guó)快遞領(lǐng)域綠色包裝發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)報(bào)告》顯示，2016年，全國(guó)共消耗了快遞運(yùn)單312.8億份、編織袋32億條、塑料袋147億個(gè)、封套34億個(gè)、包裝箱86億個(gè)。如下：

這個(gè)數(shù)據(jù)表明，到了今日會(huì)有超過100億的包裝箱在使用后被隨意丟棄或者低效使用，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的資源浪費(fèi)而環(huán)境污染的問題。因此，如何更有效地回收物流包裝，以及對(duì)回收的物流包裝盒如何更有效地調(diào)度，成為當(dāng)前物流領(lǐng)域里的一個(gè)重大問題。

近年來國(guó)內(nèi)外針對(duì)物流包裝盒的回收提出不少解決方案。德國(guó)出臺(tái)《包裝廢棄物管理辦法》，提出雙軌制回收系統(tǒng)（DSD）。之后出臺(tái)的《包裝回收再生利用法》，要求除了包裝生產(chǎn)商外，從事運(yùn)輸、代理商、零售的企業(yè)也必須負(fù)責(zé)回收包裝物。日本制定并實(shí)施《能源保護(hù)和促進(jìn)回收法》《包裝再生利用法》，也致力于回收體系的建設(shè)。政府出資建立大量的回收站，并鼓勵(lì)民眾對(duì)包裝廢棄物進(jìn)行分類，指定專人定時(shí)回收、集中轉(zhuǎn)運(yùn)至專門的處理中心，開展再循環(huán)、再利用的回收加工。

李重蓮等在《快遞包裝回收物流系統(tǒng)及其最優(yōu)調(diào)運(yùn)方案設(shè)計(jì)》中針對(duì)快遞包裝回收成本較高、回收效率較低等問題，從快遞包裝回收物流系統(tǒng)主體要素和運(yùn)作模式兩個(gè)方面闡釋了3類典型回收系統(tǒng)，分析了各系統(tǒng)的具體運(yùn)作模式及流程，并在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了快遞包裝回收物流系統(tǒng)最優(yōu)調(diào)運(yùn)方案的基本模型，運(yùn)用表上作業(yè)法對(duì)多維中轉(zhuǎn)運(yùn)輸問題進(jìn)行求解;王泊亭等在《我國(guó)快遞包裝回收：現(xiàn)狀、困境及系統(tǒng)構(gòu)建》中基于我國(guó)快遞包裝回收現(xiàn)狀的分析，發(fā)現(xiàn)我國(guó)快遞包裝回收的現(xiàn)實(shí)困境，構(gòu)建一個(gè)由生產(chǎn)流通子系統(tǒng)、分類回收子系統(tǒng)以及利用與處理子系統(tǒng)構(gòu)成的快遞包裝回收與處理系統(tǒng);徐紅等在《快遞廢棄物回收產(chǎn)業(yè)鏈演化仿真研究》中構(gòu)建了未引入政府約束機(jī)制和引入政府約束機(jī)制的“快遞企業(yè)-消費(fèi)者”演化博弈模型，探索政府、消費(fèi)者及快遞企業(yè)在快遞廢棄物回收產(chǎn)業(yè)鏈營(yíng)建過程中所扮演的角色，得到利益相關(guān)方的演化穩(wěn)定策略和規(guī)律。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)物流包裝盒的回收方案有多種多樣，但其中依然存在不足之處。如：未能最大程度調(diào)動(dòng)消費(fèi)者參與回收工作的積極性、未能徹底解決消費(fèi)者的顧慮、對(duì)回收后的物流包裝盒未能更好地再利用。

二、問題描述

目前國(guó)內(nèi)對(duì)物流包裝盒的回收采用的仍是傳統(tǒng)的回收模式，如菜鳥等物流公司在自提點(diǎn)設(shè)立一個(gè)回收站，但仍是需要消費(fèi)者自行拆解，拆解工具也極為簡(jiǎn)單，這種回收模式并不能很好地調(diào)動(dòng)消費(fèi)者參與回收工作的積極性。而拆解后的物流包裝盒大都因?yàn)槠茡p嚴(yán)重，無法重復(fù)使用，使得物流包裝盒再利用程度極為低下。

本項(xiàng)目通過建立以總成本最低為目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)化模型，來解決物流包裝盒的配送方案。

針對(duì)目前物流包裝盒浪費(fèi)嚴(yán)重的問題，本項(xiàng)目研究的內(nèi)容有兩大方面。一是利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（二維碼）對(duì)物流包裝盒進(jìn)行識(shí)別與管理，并利用“自動(dòng)拆分機(jī)”作為輔助對(duì)物流包裝盒進(jìn)行回收，達(dá)到提高物流包裝盒回收率的效果。二是通過大數(shù)據(jù)分析，對(duì)不同時(shí)期物流配送中心的包裝盒供給量和配送中心附近的商家物流包裝盒需求量進(jìn)行匹配和調(diào)度，通過啟發(fā)式算法和數(shù)理建模分析整個(gè)調(diào)度過程所產(chǎn)生的成本，從而解決物流包裝盒再利用程度低、成本高的問題。

三、回收方案介紹

本項(xiàng)目運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)和自動(dòng)拆分技術(shù)對(duì)快遞包裝盒進(jìn)行回收與管理，并通過大數(shù)據(jù)技術(shù)，將快遞包裝盒從配送中心合理調(diào)度到有需求的商家。

本項(xiàng)目回收方案包括以下三個(gè)方面：

1.物流包裝盒外觀的變化

本項(xiàng)目對(duì)物流包裝盒的外觀做了一些調(diào)整，消費(fèi)者在網(wǎng)上購(gòu)物下單時(shí)會(huì)自動(dòng)生成含有個(gè)人信息和訂單詳情的二維碼，商家將二維碼貼在快遞包裝上，代替?zhèn)鹘y(tǒng)個(gè)人信息外露的訂單。一方面可以憑二維碼識(shí)別物流包裝盒，另一方面有利于解決消費(fèi)者信息泄露的問題。快遞通過運(yùn)輸?shù)竭_(dá)快遞網(wǎng)點(diǎn)，消費(fèi)者在取件后可自主選擇是否使用快遞包裝自動(dòng)拆分機(jī)。

2.用自動(dòng)拆分機(jī)拆解物流包裝盒

進(jìn)入自動(dòng)拆分機(jī)后的快遞包裹會(huì)被智能拆分，并解除消費(fèi)者與二維碼信息的綁定，完成物流信息系統(tǒng)的最后一個(gè)流程，則獎(jiǎng)勵(lì)積分至消費(fèi)者的支付寶賬戶中。消費(fèi)者取出所購(gòu)買的商品后，拆分后的快遞包裝盒由自動(dòng)拆分機(jī)壓縮折疊，并存放在機(jī)器底部收納層。

3.將回收后的物流包裝盒集中于配送中心

經(jīng)過自動(dòng)拆分機(jī)的拆解后，壓縮折疊的快遞包裝盒暫存在快遞網(wǎng)點(diǎn)，等待下一次配送時(shí)跟車運(yùn)往配送中心。物流公司運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析，對(duì)收集的商家的需求數(shù)據(jù)和配送中心的供給數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)配送中心與商家的供需有效對(duì)接。而這其中，如何對(duì)集中在配送中心的物流包裝盒進(jìn)行合理調(diào)度，就需要我們建立一個(gè)合理的調(diào)度模型進(jìn)行分析。

四、構(gòu)建調(diào)度模型

針對(duì)快遞包裝盒再利用所產(chǎn)生費(fèi)用的調(diào)度方案，建立以成本最低為目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)化模型，確定各個(gè)配送中心同時(shí)滿足多個(gè)商家需求的動(dòng)態(tài)調(diào)度方案，這是一種新型的智能配送系統(tǒng)，其中涉及研究的費(fèi)用主要包含運(yùn)輸費(fèi)用和儲(chǔ)存費(fèi)用，具體分析如下：

1.模型假設(shè)

（1）各個(gè)快遞網(wǎng)點(diǎn)附近都設(shè)有獨(dú)立的拆分機(jī)。

（2）每個(gè)配送中心設(shè)置有多個(gè)獨(dú)立的快遞網(wǎng)點(diǎn)。

（3）多個(gè)配送中心可同時(shí)負(fù)責(zé)不同商家的配送任務(wù)。

（4）商家與物流公司成周期性交易。

2.符號(hào)說明

3.建立運(yùn)輸費(fèi)用公式

結(jié)合前面設(shè)定的假設(shè)和動(dòng)態(tài)調(diào)度方案，通過顧客取件的數(shù)量、各個(gè)配送中心到快遞網(wǎng)點(diǎn)和商家的距離、每天寄件所消耗回收箱子的數(shù)量以及利用問卷調(diào)查數(shù)據(jù)分析得到的快遞箱子被回收的概率可計(jì)算出整個(gè)回收系統(tǒng)的運(yùn)輸費(fèi)用：

5.總成本

針對(duì)快遞包裝回收利用所產(chǎn)生費(fèi)用的調(diào)度方案，其中只涉及到回收箱子的運(yùn)輸費(fèi)用和配送中心儲(chǔ)存的儲(chǔ)存費(fèi)用，根據(jù)前面求得的兩種費(fèi)用進(jìn)行加和可得出此調(diào)度方案的總成本W(wǎng)，計(jì)算如下：

五、數(shù)理驗(yàn)證

選取廣東五個(gè)分布均勻的配送中心，分別是：廣州、深圳、清遠(yuǎn)、茂名、梅州。假設(shè)參與交易的四個(gè)商家分別是：深圳市條碼貓、德生智盟、宏威卓昊、廣州兆成;每個(gè)配送中心旗下設(shè)有6個(gè)快遞網(wǎng)點(diǎn)，在每個(gè)快遞網(wǎng)點(diǎn)設(shè)置有獨(dú)立的拆分機(jī)，來取件的取件者可將快遞包裝箱子放入拆分機(jī)中進(jìn)行回收箱子，每天回收到的箱子將跟隨來往運(yùn)輸快遞件的運(yùn)輸車被運(yùn)輸?shù)脚渌椭行模渌椭行膶⒒厥障渥拥男畔浫氲轿锪飨到y(tǒng)中，同時(shí)在物流系統(tǒng)中有各個(gè)商家對(duì)回收箱子的需求情況，然后物流系統(tǒng)按照建立的模型計(jì)算出最低成本下配送中心配送給商家回收箱子的調(diào)度方案，根據(jù)所提供的數(shù)據(jù)可通過lingo軟件大致求解，其中具體事例分析如下。

快遞網(wǎng)點(diǎn)回收到的箱子，一部分用在快遞網(wǎng)點(diǎn)的寄件和剩下運(yùn)輸?shù)脚渌椭行牡南渥樱鍌€(gè)配送中心下的六個(gè)快遞網(wǎng)點(diǎn)寄件的數(shù)量見表1、每天各快遞網(wǎng)點(diǎn)的取件數(shù)量見表2，以及商家的需求量見表3。

被回收的箱子需要運(yùn)輸?shù)脚渌椭行?，在運(yùn)輸?shù)倪^程中會(huì)考慮其運(yùn)輸?shù)馁M(fèi)用。根據(jù)運(yùn)輸費(fèi)用的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，需要知道快遞網(wǎng)點(diǎn)到配送中心的距離和配送中心到商家的距離，按照上面列出的商家和配送中心，假設(shè)數(shù)據(jù)分別見表4、表5。

影響調(diào)度方案的因數(shù)有多個(gè)方面，其中研究快遞網(wǎng)點(diǎn)的回收箱子的概率一定是影響比較大的，我們通過問卷調(diào)查并結(jié)合大數(shù)據(jù)分析得出回收的概率為83.87%，利用回收箱子的概率可以計(jì)算出快遞網(wǎng)點(diǎn)為商家可提供的回收箱子的數(shù)量。在此模型中需要求出最小成本下的動(dòng)態(tài)調(diào)度方案，其中成本等于運(yùn)輸成本加儲(chǔ)存成本，根據(jù)只考慮回收箱子的規(guī)格和運(yùn)輸車輛的規(guī)格可計(jì)算出回收箱子的最大裝車量為800，和一車次每公里的運(yùn)輸費(fèi)用5。利用lingo軟件求解得出最低成本為12631，配送中心的配送調(diào)度方案如下表6。

六、結(jié)論與展望

本文針對(duì)現(xiàn)有物流包裝盒的回收效率低、再利用程度低的問題，提出了利用互聯(lián)網(wǎng)對(duì)物流包裝盒高效回收和合理調(diào)度的方案，建立了回收與調(diào)度一體化的逆向物流模型。通過建立調(diào)度模型并進(jìn)行數(shù)理驗(yàn)證，得出結(jié)論：將回收后的物流包裝盒以本文建立的模型對(duì)周邊商家進(jìn)行調(diào)度，所使用的成本是最低的。本項(xiàng)目今后將在更復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)因素下建立更為優(yōu)化和更具有普遍性和適用性的模型，為配送中心提供更優(yōu)的配送方案。解決現(xiàn)代回收不到包裝盒、回收后無法利用或再利用程度低的問題。

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