基于分批運(yùn)輸?shù)霓r(nóng)產(chǎn)品最先一公里路徑優(yōu)化研究

□ 王梅月，武士超

(1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院，江蘇 南京 210031;2.河北工程大學(xué) 管商學(xué)院，河北 邯鄲 075000)

1 引言

隨著“新基建”的提速和推廣，快遞市場不斷完善，我國農(nóng)產(chǎn)品物流也隨之發(fā)展。在2020年的政府工作報(bào)告中，又一次提出健全農(nóng)村的流通網(wǎng)絡(luò)，支持電商和物流業(yè)發(fā)展。農(nóng)村物流給農(nóng)民生活、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及其他農(nóng)村經(jīng)濟(jì)活動(dòng)提供運(yùn)輸、倉儲(chǔ)、加工、配送等基礎(chǔ)服務(wù)保障，從而促進(jìn)農(nóng)村人口的脫貧致富。但是，相對落后的農(nóng)村物流基礎(chǔ)設(shè)施、農(nóng)產(chǎn)品供給的季節(jié)性強(qiáng)等現(xiàn)實(shí)問題，使得農(nóng)產(chǎn)品的“最先一公里”發(fā)展緩慢。

大多數(shù)學(xué)者所建立的模型是以運(yùn)輸成本最小、制冷成本最低為基礎(chǔ)，來規(guī)劃貨物的運(yùn)輸路徑。但是，面對種類繁多的農(nóng)產(chǎn)品，若只是簡單的從運(yùn)輸距離最短來規(guī)劃運(yùn)輸路徑是不可取的。本文以H市某區(qū)為例，對25種農(nóng)產(chǎn)品從產(chǎn)品收益、客戶偏好、易腐程度、供貨周期以及搬運(yùn)復(fù)雜度等五個(gè)指標(biāo)出發(fā)，利用主成分分析法確定權(quán)重[1]，再根據(jù)得到的農(nóng)產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到各農(nóng)產(chǎn)品的相應(yīng)運(yùn)輸批次。使用節(jié)約里程法確定農(nóng)產(chǎn)品最優(yōu)收購路徑[2-3]，并通過節(jié)約里程法進(jìn)行Java實(shí)現(xiàn)，以求得最優(yōu)的運(yùn)輸批次和運(yùn)輸路線。

2 H市某區(qū)農(nóng)產(chǎn)品分批運(yùn)輸

2.1 H市某區(qū)農(nóng)產(chǎn)品分批運(yùn)輸種類

對于種類繁多的農(nóng)產(chǎn)品總體，通過實(shí)地走訪取證，本文挑選了25種具有代表性的農(nóng)產(chǎn)品作為樣本進(jìn)行研究，從收益、客戶偏好程度、易腐程度、供貨周期以及搬運(yùn)復(fù)雜度等五個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)，具體評價(jià)數(shù)據(jù)如表1所示。

2.2 H市農(nóng)產(chǎn)品分批運(yùn)輸評價(jià)指標(biāo)

采用主成分分析法確定指標(biāo)權(quán)重，可以使所得權(quán)重能夠更好的反映各指標(biāo)之間的信息及其差異[4]。利用SPSS分析數(shù)據(jù)可得KMO值為0.605，說明檢驗(yàn)效度可以接受，基本可以進(jìn)行主成分分析確定權(quán)重。

主成分分析法確定權(quán)重等于以方差貢獻(xiàn)率為權(quán)重，對于某個(gè)指標(biāo)在各個(gè)主成分的線性組合中的系數(shù)進(jìn)行加權(quán)平均及歸一化處理，主要有以下三個(gè)步驟：

表1 農(nóng)產(chǎn)品的指標(biāo)數(shù)值

Step1：確定不同的主成分線性組合中指標(biāo)的系數(shù)

各系數(shù)是由其載荷數(shù)除以對應(yīng)的特征根的開方后得到。結(jié)果如表2所示：

表2 不同的主成分線性組合中指標(biāo)的系數(shù)

因此，這兩個(gè)主成分的線性組合如下。

F1=0.376X1+0.773X2-0.875X3-0.961X4+0.186X5

(1)

F2=-0.133X1+0.184X2-0.260X3+0.791X4+1.559X5

(2)

Step2：主成分方差的貢獻(xiàn)率

此結(jié)果同樣可用EXCEL得出，如表3所示。

表3 各個(gè)指標(biāo)在綜合得分模型中的系數(shù)

已知易腐程度(X3)、搬運(yùn)復(fù)雜度(X4)與農(nóng)產(chǎn)品的運(yùn)輸批次呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，在此為方便對其權(quán)重進(jìn)行歸一化處理，將其系數(shù)改為正值，故可得到綜合得分模型：

Y=0.188X1+0.555X2+0.647X3+0.312X4+0.695X5

(3)

Step3：指標(biāo)權(quán)重歸一化處理

對指標(biāo)系數(shù)進(jìn)行歸一化處理后即可得到各指標(biāo)的權(quán)重，如表4所示：

表4 確定指標(biāo)權(quán)重

2.3 H市某區(qū)農(nóng)產(chǎn)品分批運(yùn)輸劃分結(jié)果

使用主成分分析法確定這5個(gè)指標(biāo)的權(quán)重之后，將各個(gè)權(quán)重與農(nóng)產(chǎn)品值相乘并且相對應(yīng)的農(nóng)產(chǎn)品各個(gè)乘積結(jié)果求和，即可得到綜合權(quán)重，從而得出農(nóng)產(chǎn)品的運(yùn)輸批次，具體結(jié)果如圖1所示。

圖1 農(nóng)產(chǎn)品運(yùn)輸批次

在收購過程中，收購中心將根據(jù)不同農(nóng)產(chǎn)品的不同批次派遣一定數(shù)量的車輛進(jìn)行收購，產(chǎn)銷中心也將根據(jù)不同產(chǎn)品的供貨批次進(jìn)行供貨，已達(dá)到提供的農(nóng)產(chǎn)品新鮮程度最高、質(zhì)量最好的要求。

3 基于節(jié)約里程法的農(nóng)產(chǎn)品物流路徑優(yōu)化問題研究

3.1 車輛路徑問題(VRP)

本文研究的農(nóng)產(chǎn)品物流問題可以近似地看作是VRP問題[5]，在H市某區(qū)內(nèi)有一個(gè)收購中心，也就是VRP問題中的centraldepot，在下設(shè)的十個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)中對農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行收購，也就相當(dāng)于VRP問題中的顧客點(diǎn)consumerdepot，收購中心派出有容量限制的車輛對農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行收購，收購?fù)瓿珊筌囕v再回到收購中心。本文是對其中的收購路徑進(jìn)行優(yōu)化研究。

本文根據(jù)VRP的要求和H市某區(qū)農(nóng)產(chǎn)品收購條件，對農(nóng)產(chǎn)品收購路徑進(jìn)行優(yōu)化。在下一小節(jié)中建立農(nóng)產(chǎn)品收購的VRP模型。

3.2 基于節(jié)約里程法的路徑優(yōu)化

本文研究的是H市某區(qū)農(nóng)產(chǎn)品收購路徑優(yōu)化，圖2中A1-A10所示的是該區(qū)內(nèi)的所有農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)銷中心，P為該區(qū)的收購中心?，F(xiàn)已知該收購中心到各產(chǎn)銷中心的距離(線段上數(shù)字)和各產(chǎn)銷中心的供應(yīng)量(括號內(nèi)數(shù)字)，現(xiàn)有收購中心有載重為4t和2t的運(yùn)輸車輛，最大運(yùn)輸里程30km，根據(jù)供貨批次對各產(chǎn)銷中心的農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行收購。

圖2 H市某區(qū)收購中心和產(chǎn)銷中心的分布和相對距離

根據(jù)圖2匯總得出表5最短距離表。

表5 最短距離表

通過使用eclipse中java程序語言計(jì)算各點(diǎn)到收購中心的最短距離，計(jì)算出其節(jié)約里程后進(jìn)行排序，排序結(jié)果如表6所示。

表6 節(jié)約里程排序

根據(jù)節(jié)約里程矩陣和車輛的載重量與產(chǎn)銷中心的供貨量，表7中列舉了收購路線的節(jié)約里程和載重量，根據(jù)表中數(shù)據(jù)，可知需要一輛2t重和兩輛4t重運(yùn)輸車輛。

表7 收購路線節(jié)約里程及載重表

在路徑優(yōu)化之前，收購中心對下設(shè)的產(chǎn)銷中心進(jìn)行一對一收購，從而導(dǎo)致行駛里程高達(dá)148km，而且車輛利用率較低，幾乎每次收購都達(dá)不到車輛載重量的一半，大大增加了收購成本，通過路徑優(yōu)化之后，總的運(yùn)輸里程為80km，幾乎縮短了一半，而且車輛利用率也有了顯著的提高。不僅提高收購效率，還節(jié)省收購成本。

4 農(nóng)產(chǎn)品分批運(yùn)輸與收購路徑優(yōu)化

在上文中，本文基于主成分分析法計(jì)算了農(nóng)產(chǎn)品分批收購的五項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重，并通過計(jì)算各農(nóng)產(chǎn)品的綜合批次得分，對農(nóng)產(chǎn)品的運(yùn)輸批次進(jìn)行了劃分。

由計(jì)算結(jié)果可知，豬肉西瓜等產(chǎn)品可進(jìn)行第一批收購，即每一天收購一次，收購車輛保持不變，仍為載重量2t的車一輛，載重量4t的車兩輛。雞蛋，胡蘿卜等產(chǎn)品可進(jìn)行第二批收購，即每三天收購一次，在原有一批收購的基礎(chǔ)上，再增加載重量2t的車一輛，載重量4t的車兩輛，各產(chǎn)銷中心供貨量在第一批的基礎(chǔ)上增加，增加供貨量與第一批收購一致。紅薯、豆角等產(chǎn)品可進(jìn)行第三批收購，即每五天收購一次，在原有第一批和第二批的基礎(chǔ)上，再增加載重量2t的車一輛，載重量4t的車兩輛，各產(chǎn)銷中心供貨量在前兩批的基礎(chǔ)上增加，增加供貨量與前兩批收購一致。

分批收購的目的，首先是保證收購中新需求的基礎(chǔ)上，保證農(nóng)產(chǎn)品的新鮮程度，做到“隨產(chǎn)隨銷”，減少收購中心的倉儲(chǔ)和保管成本；其次，是為了減少收購中產(chǎn)生的運(yùn)輸成本，人員成本以及其它的物流成本；最后，分批運(yùn)輸可以在保證農(nóng)產(chǎn)品成產(chǎn)周期的基礎(chǔ)上適當(dāng)提高客戶的滿意度，保證對新鮮農(nóng)產(chǎn)品的需求，提高對農(nóng)產(chǎn)品的認(rèn)可程度。

5 結(jié)語

本文從農(nóng)產(chǎn)品運(yùn)輸批次的角度出發(fā)，通過對運(yùn)輸批次的劃分，在原有收購范圍和路徑的基礎(chǔ)上，采用節(jié)約里程法對農(nóng)產(chǎn)品的收購路徑進(jìn)行優(yōu)化。

在此基礎(chǔ)上，本文確定了一下未來研究的方向：在考慮節(jié)約里程的基礎(chǔ)上，以后將把“節(jié)能減排，綠色物流”作為未來重點(diǎn)研究的方向，同時(shí)，將訂貨提前期也考慮在分批運(yùn)輸時(shí)間范圍內(nèi)，以增加農(nóng)產(chǎn)品的快速響應(yīng)能力。