考慮帶時(shí)間窗的冷鏈物流配送路徑優(yōu)化模型分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u24155考慮帶時(shí)間窗的冷鏈物流配送路徑優(yōu)化模型分析案例 1111631.1配送車輛路徑問(wèn)題描述 1306881.2模型假設(shè)和約束條件 1252041.2.1模型假設(shè) 1128621.2.2約束條件 2233621.3冷鏈物流配送路徑優(yōu)化模型的構(gòu)建 25781.1.1相關(guān)參數(shù)描述 296101.1.2配送成本分析 3142161.1.3配送車輛駕駛時(shí)間分析 511.1.4目標(biāo)函數(shù)的構(gòu)建 554801.4冷鏈物流配送路徑優(yōu)化模型的求解 626071.4.1C-W節(jié)約法概述 6185851.4.2配送路徑優(yōu)化模型求解步驟 71.1配送車輛路徑問(wèn)題描述本文在考慮時(shí)間窗的情況下，是一個(gè)配送中心給周邊的多個(gè)需求點(diǎn)送貨，配送車輛從配送中心出發(fā)送完貨后再回到配送中心，在整個(gè)配送過(guò)程中貨物都是在低溫環(huán)境下，使用同一型號(hào)的車輛進(jìn)行配送，而且車輛都沒(méi)有達(dá)到滿載，如果配送車輛沒(méi)有在客戶規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)送達(dá)，則需要根據(jù)早到或遲到的時(shí)間進(jìn)行賠償。由于是在凌晨開始進(jìn)行配送任務(wù)，考慮到司機(jī)的安全問(wèn)題，所以司機(jī)送貨時(shí)駕駛車輛的時(shí)間不得超過(guò)2小時(shí)。在滿足客戶的要求和約束條件的基礎(chǔ)上，來(lái)確定的最終運(yùn)輸總成本最小的配送路線。1.2模型假設(shè)和約束條件1.2.1模型假設(shè)在對(duì)冷鏈物流配送車輛路徑問(wèn)題建模時(shí)，做出以下假設(shè)：（1）一個(gè)配送中心向多個(gè)需求點(diǎn)送貨；（2）同一種車型配送，最大的運(yùn)載量大于任何一個(gè)需求點(diǎn)的需求量；（3）從配送中心出發(fā)，配送完成后回到配送中心；（4）配送的貨物為一種生鮮農(nóng)產(chǎn)品，卸貨速率不變；（5）車輛在行駛的速度保持不變；（6）車輛配送的客戶確定，中途不會(huì)出現(xiàn)新的客戶；（7）貨物始終在低溫環(huán)境下；（8）不考慮道路狀況、天氣等問(wèn)題。1.2.2約束條件本文在研究時(shí)所設(shè)的約束條件如下:（1）配送車輛滿足配送需求；（2）一個(gè)需求點(diǎn)由一輛車一次性解決；（3）配送中心的產(chǎn)品數(shù)量滿足全部需求；（4）每輛車的載重量小于最大裝載量；（5）冷鏈配送的貨物在客戶能接受的時(shí)間窗內(nèi)進(jìn)行；（6）配送車輛行駛的時(shí)間不得超過(guò)2小時(shí)；（7）卸貨時(shí)，車上的貨物貨損情況和卸下的貨損情況不同；（8）車輛在配送過(guò)程中不再接受其他訂單。1.3冷鏈物流配送路徑優(yōu)化模型的構(gòu)建1.1.1相關(guān)參數(shù)描述本文模型中的參數(shù)變量如下所示：GC：車輛進(jìn)行一次運(yùn)輸?shù)墓潭ǔ杀?；YC：隨著距離產(chǎn)生的運(yùn)輸成本；HC：配送過(guò)程中的貨損成本；NC：配送過(guò)程中的能源成本；FC：配送過(guò)程中的懲罰成本；m：進(jìn)行配送的車輛總數(shù)；n：需求點(diǎn)的總數(shù)；fk：第k輛車的固定成本；Q：配送車輛的最大裝載量；V：車輛行駛速度；qj：客戶j的需求量；P：貨物的單位價(jià)格；α：運(yùn)輸時(shí)每小時(shí)需要消耗的能源成本；β：卸貨時(shí)每小時(shí)需要消耗的能源成本；θ1：運(yùn)輸時(shí)貨物損失的系數(shù)；θ2：卸貨是貨物損耗的系數(shù)；ε1：早于規(guī)定時(shí)間的懲罰系數(shù)；ε2：晚于規(guī)定時(shí)間的懲罰系數(shù)；Tkj：為第k輛車由中心O出發(fā)到客戶j時(shí)的時(shí)刻；Tko：為第k輛車從配送中心O出發(fā)的時(shí)刻；tkj：第k輛車在需求點(diǎn)j的卸貨時(shí)間；Ckij：第k輛車一次從需求點(diǎn)i行駛到需求處j的運(yùn)輸費(fèi)用；sk是0、1變量，sk=1表示使用第k輛車，否則為0；Xkij是0、1變量，Xkij=1表示第k輛車從需求點(diǎn)i到需求點(diǎn)j，否則為0；Wkj為0、1變量，Wkj=1表示第k輛車配送需求點(diǎn)j，否則為0；C0：?jiǎn)挝痪嚯x的運(yùn)輸成本；[cj,dj]：約定的時(shí)間窗；[bj,ej]：可接受的時(shí)間窗。1.1.2配送成本分析如果有m輛車給n個(gè)需求點(diǎn)送貨，從配送中心出發(fā)，送完貨后回到配送中心，在配送過(guò)程中的速率為V，其中m<n。1、配送過(guò)程中的固定運(yùn)輸成本配送車輛的固定運(yùn)輸成本是指配送車輛從配送中心出發(fā)到完成所有客戶點(diǎn)的配送任務(wù)時(shí)需要的固定成本。（3-1）2、配送過(guò)程中的運(yùn)輸成本配送車輛的運(yùn)輸成本主要是指配送車輛從配送中心出發(fā)，完成該條配送路線的配送任務(wù)并回到配送中心的運(yùn)輸成本。在這個(gè)過(guò)程中，運(yùn)輸成本一般與行駛的距離是成正比，將配送車輛的運(yùn)輸成本記為YC:（3-2）3、配送過(guò)程中的貨損成本在配送過(guò)程中，由于生鮮農(nóng)產(chǎn)品的特殊性，可能導(dǎo)致產(chǎn)品腐敗變質(zhì)。本論文將貨損成本分為兩部分：一部分是在運(yùn)輸過(guò)程中，生鮮產(chǎn)品因長(zhǎng)時(shí)間放在一起引起的貨物成本；另一部分是由于在卸貨過(guò)程中打開車廂門致使車廂里面的溫度升高，導(dǎo)致產(chǎn)品的質(zhì)量下降引起的貨損成本。貨損成本記為HC:（3-3）4、配送過(guò)程中車輛的能源消耗成本在運(yùn)輸過(guò)程中為了能讓生鮮農(nóng)產(chǎn)品始終處于低溫環(huán)境下，運(yùn)輸車輛需要消耗大量的能源成本。本論文將能源消耗成本分為兩個(gè)部分，一部分是車輛配送行駛途中所需的能源消耗，主要是為了保證產(chǎn)品處于低溫環(huán)境下。另一部分是在卸貨過(guò)程中，需要打開車廂門會(huì)使車廂內(nèi)的溫度升高，為了保證車廂內(nèi)的溫度保持不變，則需要加大能源的消耗。能源成本記為NC：（3-4）5、配送過(guò)程中的時(shí)間懲罰成本在現(xiàn)實(shí)生活中，很多因素會(huì)影響配送，導(dǎo)致配送員可能早或晚于客戶規(guī)定的時(shí)間到達(dá)。在冷鏈配送過(guò)程中若沒(méi)有在規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)送達(dá)，則會(huì)產(chǎn)生的時(shí)間懲罰成本。本文的假設(shè)如下：（1）如果配送車輛早于或晚于規(guī)定的時(shí)間窗到達(dá)，客戶將不再接收貨物，如果客戶想要接收這批貨物，則需要進(jìn)行懲罰，此時(shí)將會(huì)產(chǎn)生很大的懲罰費(fèi)用。（2）如果配送車輛在客戶可以接受的時(shí)間范圍內(nèi)送到，無(wú)論是早于還是遲于客戶規(guī)定的時(shí)間窗，此時(shí)都接受貨物，但是需要根據(jù)早到或遲到的時(shí)間進(jìn)行一定的懲罰。（3）如果配送車輛在客戶規(guī)定的時(shí)間范圍內(nèi)到達(dá)，此時(shí)不在產(chǎn)生懲罰費(fèi)用。綜上所述，配送車輛在需求點(diǎn)j可能產(chǎn)生的賠償費(fèi)用如下表示：（3-5）其中zj為到達(dá)需求點(diǎn)j的時(shí)刻，總的懲罰成本FC表達(dá)式為：（3-6）1.1.3配送車輛駕駛時(shí)間分析在進(jìn)行農(nóng)產(chǎn)品冷鏈配送過(guò)程中，由于產(chǎn)品本身的特殊性，使得對(duì)大多是在凌晨左右進(jìn)行配送較多，然而這也是司機(jī)在開車時(shí)最容易犯困的時(shí)間。因?yàn)樵陂_車的過(guò)程中，司機(jī)長(zhǎng)時(shí)間的單調(diào)駕駛特別容易疲勞，特別是凌晨那是人們最困的時(shí)候，人一犯困警惕性就會(huì)自然而然的放低。我國(guó)這些年來(lái)時(shí)常都會(huì)發(fā)生的一些交通事故，而在這些事故中有許多都是因?yàn)樗緳C(jī)長(zhǎng)時(shí)間開車沒(méi)有休息引起的。這關(guān)系到大家的生命安全，因此我國(guó)對(duì)大型車輛的駕駛時(shí)間進(jìn)行了約束限制，如下表3-1所示。表3-1車輛駕駛時(shí)間規(guī)定時(shí)間要求白天駕駛連續(xù)開車3個(gè)小時(shí)后應(yīng)停止開車，不能連續(xù)開車超過(guò)4個(gè)小時(shí)；夜間駕駛1.不能連續(xù)開車超過(guò)2小時(shí)；2.一天開車開車?yán)塾?jì)達(dá)到6個(gè)小時(shí)必須進(jìn)行一次大休息，且在休息慢8小時(shí)候再開車。在生鮮農(nóng)產(chǎn)品配送過(guò)程中，由于配送的時(shí)間基本上都是凌晨，此時(shí)正是人們最困的時(shí)間也是疲勞駕駛最危險(xiǎn)的時(shí)候。駕駛員不僅要不停地開車，還要幫客戶卸貨，這使得配送人員更累。在這情況下，對(duì)安全問(wèn)題應(yīng)該更加重視，考慮在凌晨配送的時(shí)間限制，加強(qiáng)了配送員的自身安全，也可以避免因配送司機(jī)發(fā)生交通事故而給企業(yè)帶來(lái)高額賠款。本文在創(chuàng)建模型時(shí)，就考慮了疲勞駕駛的情況，以此提高配送服務(wù)的安全性，并規(guī)定每輛車在配送過(guò)程中不能超過(guò)2個(gè)小時(shí)地連續(xù)配送。否則可能產(chǎn)生巨額賠償費(fèi)用Z的風(fēng)險(xiǎn)，約束條件如下所示。（3-7）其中，tij是從i處到j(luò)處的時(shí)間；Z無(wú)法確定，表示無(wú)窮大。1.1.4目標(biāo)函數(shù)的構(gòu)建綜上所述，冷鏈物流配送車輛路徑問(wèn)題的目標(biāo)函數(shù)表示如下：（3-8）s.t（3-9）（3-10）（3-11）1.4冷鏈物流配送路徑優(yōu)化模型的求解1.4.1C-W節(jié)約法概述節(jié)約算法，是解決最短路徑問(wèn)題的方法之一。該算法的主要思路是：計(jì)算出各客戶點(diǎn)之間節(jié)省的最大值，然后將其安置在配送路線中，利用節(jié)約值來(lái)制定總里程最小的配送方案。另還需滿足以下條件；（1）滿足客戶的要求；（2）任何一輛車的載重量不能超過(guò)車輛的最大載重量。假設(shè)O是一個(gè)配送中心，A、B是兩個(gè)需求點(diǎn)并且需要的貨物都是從配送中心獲得，且他們的需求量小于配送中心總量。(1)若從O分別使用兩輛車向A、B送貨如圖1.1，則總的運(yùn)輸長(zhǎng)度為：S4=2(S1+S2)（3-10）(2)若從O用一輛車給A、B送貨，送完后再回O點(diǎn)如圖1.2，則總的配送距離為：S5=S1+S3+S2（3-11）比較上面的兩種配送方式的大小，以及節(jié)約值?S：?S=S4-S5=S1+S2-S3＞0（3-12）圖1.1分別向需求點(diǎn)送貨圖1.2用一輛車向需求點(diǎn)送貨1.4.2配送路徑優(yōu)化模型求解步驟在本文使用的C-W節(jié)約算法中，是在C