生鲜农产品冷链物流配送问题及其路径优化

随着生活水平的提高，人们对生鲜农产品的需求和品质要求越来越高，促进了冷链相关产业的快速发展。冷藏运输是冷链物流的重要组成部分。生鲜农产品从生产者到最终消费者的过程中，80%以上的时间是在配送和运输中度过的。合适的运输条件不仅可以保证产品质量，而且可以节省产品资源，保持产品的影响价值，增加销售收入，降低能源消耗。欧美经济发达国家由于科学技术先进，对产品安全的重视，其易腐烂产品100%采用冷藏保鲜运输，运输质量完好率达95%以上。然而，我国冷链物流市场尚未形成标准体系。由于运输过程中操作不规范，经常会出现产品损坏、变质的情况。 1958年，美国阿萨德等人认为温度变化会造成质量损失，冷冻产品的质量取决于产品的温度允许限度、冷冻时间和耐受性，称为3T理论。 。根据3T理论，生鲜产品在流通过程中的品质变化主要取决于温度。温度越低，品质保持的时间越长。流通过程中因经历时间和温度而造成的品质劣化是累积性的、不可逆转的，与经历的先后顺序无关。生鲜易腐产品的保质期通常较短，且品质下降不断。只有通过适当的低温控制，才能延长保质期，保证产品的质量。米罗斯瓦夫等人。提出在冷链运输过程中，为了保证产品质量、满足客户需求和限制服务时间，以时间窗口和控制温度作为车辆路径规划问题的约束，以成本最小化为目标的模型成立。彭必涛等.研究了多时间窗口车辆路径问题，建立了多时间窗口车辆路径问题的数学模型。他们首先使用基本的蚁群算法来解决问题，然后添加变异算子，并使用2-opt算法和细胞自动算法来优化结果。 。 Dabia等人在合适的时间为客户提供送货服务，从而减少送货所需的时间，降低送货成本。朱金峰研究了城市冷链物流配送路径优化问题，提出了VRPTW问题优化方法。最后，他发现节省成本的方法不仅可以快速找到最优的物流配送路线，而且可以满足客户的时间窗口要求，可以有效降低物流配送成本。本研究的创新点在于，基于冷链物流配送的特殊性，充分考虑了冷链物流配送过程中的时间、温度、货损等因素。通过合理安排配送路线，可以缩短配送时间，减少货物损失，满足客户时间窗口要求，提高客户满意度和冷链物流企业的竞争力，符合我国冷链物流市场未来的发展方向。

1我国生鲜农产品冷链物流现状

1.1 冷链运输难以满足市场需求

我国生鲜食品在季节、品种供应方面均存在均衡供给的矛盾。随着我国经济的发展，迫切需要解决菜篮子工程。在保障供应、调整时空市场方面，落后的冷链物流体系难以满足市场需求，供需矛盾日益显现，特别是生鲜食品供应不稳定、天气因素异常、市场异常等。大规模紧急事件期间发生的事件。市场竞争等现象。 [LM]

1.2 生鲜消费严重

长期以来，由于现代冷链基础设施的落后以及包装方式、材料、容器和加工方式不当，我国近80%的肉类、水产品、果蔬等生鲜食品从产地到餐桌尚未冷藏。连锁流通，采用常温运输和销售，腐败变质，损失严重。欧美经济发达国家由于科学技术先进和对食品安全的重视，其易腐烂食品100%采用冷藏保鲜运输，质量完好率达95%以上，物流损耗小率仅为5%。我国冷链物流尚处于起步阶段，农业组织化程度较低。以果蔬为例，由于果蔬采收和流通设施落后，果蔬优质率较低。果蔬采摘、运输、储存等物流环节损失率达25%至30%，每年造成约1200万吨水果、1.3吨蔬菜浪费，经济损失超千亿元。同时，生鲜产品的装载大多是在露天环境中进行，而不是在冷库和保温场所进行。 80%~90%的水果、蔬菜、肉类、水产品大多采用普通卡车常温运输，冷藏运输率大约只有10%~20%。由此造成的巨大损失是增产技术无法弥补的。

1.3 冷链运输设备投入不足

农业生产集约化、规模化程度低，生鲜农产品加工多以个体经营为主。高昂的人力物力成本和不稳定的市场行情，导致经营者冷链物流成本投入不足，造成生鲜产品卖难的局面。对温度要求不高的果蔬产品多采用常温卡车运输。少量冷藏车用于运输，也用于出口。冷链物流是制约生鲜农产品销售、储运的瓶颈，阻碍产品快速、安全地进入销售环节。重要原因。

1.4 管理粗放，法规不健全

总体而言，冷链物流仍采用粗放式操作，与国际标准有很大差异。没有解决设施陈旧、不足、分散、成本高、技术落后、管理混乱等基本问题。此外，相应的冷链物流法律法规还不完善，冷链产品的安全监管尚未广泛普及。我国冷链物流区尚处于建设初期。

1.5 市场恶性竞争

搭配新鲜农产品

随着市场的快速增长和资本的涌入，冷链行业有发展成恶性竞争的趋势。主要原因是经销商希望降低冷链物流成本。在物流服务同质化的情况下，为了扩大业务规模、发展市场份额，冷链物流成本将大幅压缩，物流利润将徘徊在盈亏之间。恶性竞争必然导致服务水平下降和市场不稳定，最终威胁食品安全和消费者健康。

2 原材料农产品冷链物流特点

生鲜农产品是人们日常饮食的重要组成部分，其质量安全直接关系到市场稳定和消费者安全。生鲜农产品具有活性，易腐烂。从生产供应来看，具有季节性、分散性、普遍性。因此，与一般物流产品相比，生鲜农产品对物流技术和管理有更高的要求。更加严格，具体体现在以下几个方面。

2.1 物流网络碎片化

生鲜农产品的产地大多集中在郊区或农村，而销售地则多为城乡。因此，生产和销售是分开的。除了稳定的供应关系外，大部分农产品的流向和流向都是分散的。同时，生鲜农产品生产具有地域性、季节性特点，流向和流向存在波动。为了满足人们的日常生活需要，需要庞大的物流网络来支撑。

2.2 交割风险高

与其他农产品相比，生鲜农产品更注重产品的新鲜度。在物流过程中，需要适当的温度来保持产品的质量，避免运输过程中不必要的损坏。这些都会影响生鲜农产品的价值和品质。销售。如何科学、安全地进行物流配送，是降低生鲜农产品冷链物流高风险的重要方法。

2.3 物流成本高

冷链物流成本高主要是由于设备采购成本高、资源投入大、组织工作复杂、能耗高。相关研究表明，冷链物流的成本比常温物流高40%至60%。随着能源价格的上涨，其物流成本将呈现增加的趋势。

3 冷链物流配送路径优化研究

3.1 问题描述和假设

本研究创建的冷链物流运输模型是基于一个冷链配送中心服务多个客户。在满足客户需求、车辆载重限制、客户时间窗口要求等约束下，通过制定合理的运输路线，可以使总配送成本最小化。同时，结合冷链物流配送的特点，做出以下基本假设：（1）配送只是单一订单将货物交付给客户的过程； (2)确定冷藏运输车的载重量； （3）必须满足所有客户的货物需求，并且每个客户所需的货物只能由一辆冷藏车运送； （4）车辆的起点和终点必须是同一配送中心； （5）了解每个客户的地理位置和对商品的需求； （6）确定客户指定的服务时间，必须在规定的时间内进行交付，车辆必须在客户满意的时间窗口内到达，不予处罚；如果车辆在客户满意时间窗口之外到达，将会有一定的时间惩罚，惩罚成本与车辆到达时间相关； (7)配送中心与顾客之间、两个顾客之间的最优配送路线已知； (8)产品需要一定的温度才能保持其品质和价值。

本实验将结合实际配送过程，对冷链物流配送过程中所造成的时间、温度和货损成本进行深入研究，建立总配送量最小的冷链物流配送问题的基本模型。分配成本作为目标函数。在降低物流配送活动能源消耗成本的同时，也保证了产品质量，减少了流通损失。

3.2 冷链物流配送成本定义

根据决策目标，冷链物流配送模型以总成本最低为目标函数。根据冷链物流的特点，冷链物流配送成本可分为三部分，即时间成本、温度成本和货损成本。其中，时间成本包括车辆运输成本和客户时间窗口成本；温度成本包括运输过程中的冷藏成本和卸货时因温差变化而产生的额外能耗成本；货物损坏费用包括随着时间的推移发生的产品损坏。装卸过程中因温差变化而产生的费用和货损费用。

3.2.1 时间成本

3.2.1.1 运输成本

运输是配送过程中的重要环节，也是耗时最长的环节。因此，运输成本是3T成本中时间成本的重要组成部分。配送车辆的运输成本与车辆行驶里程、车辆行驶时间正相关。对于送货车辆运输费用，采用以下公式计算：

[JZ（]C11=[DD（]ni=0[DD）][DD（]nj=0[DD）] [DD（]mk=1[DD）]xkijckij.[JZ）][JY]（1 ）

式中：ckij表示第k辆车从客户i到客户j的运输成本； xkij 是0和1的变量。如果第k辆车完成了客户i到客户j的配送，则xkij=1，否则xkij=0。

3.2.1.2 时间窗成本

为了获得更高效、优质的服务，顾客会要求商家在规定的时间内发货。但现实中，由于配送路线不合适，客户无法在规定时间内收到货物。出现这个问题是由于时间窗口的原因。所产生的成本是隐性成本。与运输成本、温度成本、货损成本这三个显性成本相比，虽然不能实质性改变配送过程中的成本，但会影响客户满意度和服务体验，并且会存在质量恶化、失去客户的风险。 。如果用数学模型显式地表达隐含时间窗成本，则可以将其作为衡量物流配送效率和成本的重要指标。因此，时间窗口成本应该是物流配送成本的重要组成部分。时间窗口成本如下：

[JZ(]C12=[DD(]nj=1[DD)]pqjFj(sj)max{(Ej-sj),(sj-Lj),0}.[JZ)][JY](2)

式中：p代表产品单价； qj代表客户j的需求； sj表示到达客户j的时间； Ej或Lj表示客户j要求的最早或最晚交货时间； Fj(sj)代表违反客户时间窗口。由此产生的损失成本系数函数。

[JZ(]Fj(sj)=[JB({][WB]sjej 或 sjlj[DW]ejsjEj0[DW]EjLj[DW]Ljsjlj[JB)].[JZ)][JY](3)

式中：ej或lj表示客户j可以接受的最早或最晚交货时间； ，表示因违反客户时间窗口而造成的损失成本系数()。

3.2.2 货损成本

冷链物流一般运输易腐烂的产品，产品的质量和价值往往受到温度、湿度、时间等因素的影响。在流通过程中，为了减少产品变质，保证产品质量，通常采用低温运输。但低温运输只是控制和减缓产品变质的一种手段，并不能完全杜绝这种现象的发生。因此，冷链物流配送过程中因产品损坏而造成的货损成本也是必须考虑的重点。影响冷链配送产品腐败变质的因素有很多：（1）假设在运输过程中不考虑其他影响因素，仅在恒温条件下运输产品，则产品的腐败变质仅与运输过程中的温度有关。交货时间; (2)在装卸过程中，由于车内外温差，形成空气对流，导致车内温度发生变化，从而加速产品的损耗。这两部分的货损费用可以用以下公式表示：

[JZ（]C2=p[DD（]mk=1[DD）][DD（]nj=1[DD）]xkjqj（1tk0j+2tkj）.[JZ）][JY]（4）

式中：xkj为0和1的变量，若第k辆车完成客户j的配送，则xkj=1，否则xkj=0； tkoj表示第k辆车从配送中心到客户j车辆的行驶时间； tkj 表示第k辆车在客户j处的装卸时间； 1和2表示产品损坏系数。

3.2.3 温度成本

温度是冷藏产品保存的决定性条件。在合适的温度下，减少或减缓产品的腐败率对冷链物流具有重要意义。生鲜农产品的腐败变质主要是由微生物、酶的作用、氧化、呼吸和机械损伤等作用引起的。温度对上述五个腐败因素有重要影响。控制温度可以有效减少腐烂。在冷链配送过程中，温度成本主要由冷藏车制冷机的能耗产生。因此，研究时忽略其他影响因素，将生鲜食品的温度成本分为两部分：首先，随着车辆运输过程中温度的变化，冰箱的能耗成本也发生变化。计算公式为：

[JZ（]C31=[DD（]ni=0[DD）][DD（]nj=1[DD）][DD（]mk=1[DD）]xkij3tkijT.[JZ）][JY]（5 ）

式中：tkij表示第k辆车从顾客i到顾客j的行驶时间； 3表示产品制冷成本系数； T 车辆内部温度。

其次，生鲜产品装卸过程中，由于车内外温差（T），形成空气对流，导致车内温度急剧变化，从而增加能耗成本冰箱的。计算公式为

[JZ（]C32=[DD（]ni=0[DD）][DD（]nj=1[DD）][DD（]mk=1[DD）]xkij4tkjT.[JZ）][JY]（6 ）

式中：4代表产品制冷成本系数。

3.3 模型建立

综上，构建的冷链物流配送优化模型如下：

minZ=C11+C12+C2+C31+C32=[DD（]ni=0[DD）][DD（]nj=0[DD）][DD（]mk=1[DD）]xkijckij+[DD（] nj=1[DD)]pqjFj(sj)max{(Ej-sj),(sj-Lj),0}+p[DD(]mk=1[DD)][DD(]nj=1[DD) ]xkjqj（1tk0j+2tkj）+[DD（]ni=0[DD）][DD（]nj=1[DD）][DD（]mk=1[DD）]xkij3tkijT+[DD（]ni=0[ DD)][DD(]nj=1[DD)][DD(]mk=1[DD)]xkij4tkjT。 [JY](7)

4 冷链物流配送路径优化实例分析

4.1 成本节约方法

节省成本的方法将每个单独的点连接到源点，形成一条只有一个原点的辐射线，从而计算每个点之间可以节省的最大值。在此基础上，增加时间窗口和温度控制等约束，并结合成本节约方法的特点，提出改进的成本节约方法来解决该问题。该算法的特点是：它是一种逐次逼近方法。它具有技术步骤简单易懂、计算速度快、易于考虑各种实际问题等优点。有时它有自己的优点。目前，冷链物流发展的瓶颈在于配送成本高，其中一个重要方面就是配送时间的要求。添加带有时间窗口的改进节约方法将要求冷链公司在时间限制下对配送路线计划做出最优选择。因此，增加有时间和温度限制的保存方法将更适合实际冷链物流企业的车辆配送情况。

根据冷链物流配送模型公式（7），考虑冷链物流配送过程引起的时间、温度和货损成本约束，以最小化目标函数的总成本。本研究采用成本节约方法优化冷链物流车辆配送路径时，涉及的相关因素包括节省的运输成本、节省的货损成本、节省的冷藏成本和罚款成本。在时间窗口、车辆负载等约束下，考虑配送路线是否可行，找到各点之间可以节省的最大值，计算出最节省的运输路线。解决步骤概括如下： (1)根据客户收货情况按照交货时间先后顺序排序； (2) 以时间窗口最早的客户作为第一个交货点，并根据总成本节省最大的客户确定下一个交货点，以此类推，直到达到车辆负载和时间窗口限制。 ; (3) 删除选中的客户，重复上述步骤，直至所有客户的配送任务完成。

4.2 案例分析

为了验证模型的有效性，采用数值算例进行分析。已知8个客户需求点（编号为1、2、8）、配送中心0与每个客户的距离（km）、每个客户的货运量qi（t）以及所需的时间范围[Ei,Li]（h ）见表1。另外，客户可接受时间ei=0，li=2.5，假设车辆平均行驶速度为40公里/小时，车辆载重为4t，产品单价p=8000元/ t，时间窗成本系数=0.02，=0.04，货损系数=0.2%，0.4%。运输过程中的制冷能源成本为12元/h，但温差引起的制冷成本为2.5元（℃/h）。

5结论

本研究首先对我国生鲜农产品冷链物流进行了概述。基于其特殊性，以冷链物流配送为出发点，分析配送过程中时间、温度、货损成本对配送成本的影响，从而构建总成本最小化的模型。提出了目的的目标函数，并提出了一种基于时间窗的改进成本节省方法，以提高算法的性能和效率。通过冷链物流配送实例验证，结果表明优化后的配送路径能够实现节省配送成本和满足客户需求时间的双重要求。冷链物流的发展是一个循序渐进的过程。为适应市场需求，积极推进城乡一体化冷库建设，实施生鲜农产品原产地预冷、初加工、贮藏保鲜技术，推动建立低温控制运输方式。 ，形成完整的冷链流程。建设从特色产区到大中城市的冷链物流体系，形成跨区域、淡季销售模式，促进我国冷链物流市场发展。

结尾