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1、考虑货损和碳排放的生鲜产品配送路径优化简要：摘要: 为减少生鲜产品运输过程中的价值损耗和碳排放量，考虑生鲜产品易腐性和冷链物流高排放的特点，对货损和碳排放来源进行细化分析，发现货损主要包括物理损伤、呼吸作用引摘要: 为减少生鲜产品运输过程中的价值损耗和碳排放量，考虑生鲜产品易腐性和冷链物流高排放的特点，对货损和碳排放来源进行细化分析，发现货损主要包括物理损伤、呼吸作用引起的腐败损失和冷藏车开门导致生鲜产品加速腐败的损失，碳排放主要由车辆行驶和制冷机组在运输和卸货过程中运行所消耗的燃油产生。以固定本钱、货损本钱、燃油本钱、碳排放本钱和时间惩罚本钱之和最小为目标，构建生鲜产品配送路径优化模型，并用
2、遗传算法进行求解。算例分析说明，当总本钱在可接受范围内变动时，物流企业可以为客户提供更优质的效劳。本文源自上海海事大学学报 发表时间：2022-03-31?上海海事大学学报?杂志，于1979年经国家新闻出版总署批准正式创刊，CN:31-1968/U，本刊在国内外有广泛的覆盖面，题材新颖，信息量大、时效性强的特点，其中主要栏目有：机械工程、计算机科学、社会科学等。关键词: 冷链物流; 车辆路径问题( VRP) ; 货损; 碳排放; 遗传算法0 引 言生鲜产品易腐败的特性以及人们对生鲜产品品质要求的提升，对生鲜产品的物流配送问题提出了挑战，冷链配送应运而生。合理有效规划生鲜产品的冷链物流配送路径，
3、不仅能提高配送时效性，减少生鲜产品的货损，还能缩短配送里程，节约配送本钱，减少能耗和碳排放，在最大限度保证生鲜产品新鲜度的前提下，提高配送效劳水平。国内外学者对生鲜产品配送车辆路径问题( vehicle routing problem，VRP) 进行了深入研究，已经取得了诸多成果。HSU 等1将能源消耗本钱和违反客户时间窗的惩罚本钱作为优化目标，建立了带时间窗、随机的易腐品配送路径优化模型; OSVALD 等2提出将易腐性作为关键考虑因素对新鲜蔬菜进行配送，建立了基于客户时间窗和配送时间窗的车辆路径优化模型; SONG 等3分析了车型混用的多种易腐品的配送路径问题，将客户满意度与生鲜产品新鲜度
4、结合起来，建立非线性数学模型，在保证易腐品新鲜度的同时，减少配送损耗; 孙国华4研究带软时间窗的开放式满载车辆的路径优化问题，认为软时间窗与现实状况更加契合，因此构建了惩罚本钱随配送时间变动的线性函数关系; 葛显龙等5针对生鲜物流如何将最新鲜的产品以最短时间配送到消费者手中的问题，建立了考虑时间窗和生鲜货损的配送模型，并设计自适应遗传算法进行求解; 崔岩等6以累积前景理论为根底，将代理点需求、车辆载质量和代理点要求效劳的时间窗作为约束条件，以总本钱最小为优化目标，建立生鲜电商配送路径优化模型; 姚源果等7认为冷藏车制冷能耗本钱与冷藏车的运行时间、开门时长和开门次数有关，以总本钱最小为优化目标，
5、提出在冷链配送中合理设置接驳点可以有效降低配送本钱并能提高客户满意度。黄星星等8、康凯等9研究了碳规那么下生鲜农产品冷链配送路径优化问题，以减少冷链物流的碳排放量。VRP 模型求解方法多样，常用的有大邻域搜索算法10、蚁群算法11-12、混合自学习粒子群优化算法13、自适应禁忌搜索算法14以及遗传算法15-16等。以上研究说明，同时考虑货损和碳排放因素的冷链物流 VRP 的研究成果相对较少，且现有文献很少对货损和碳排放来源进行细化分析。本文提出货损主要包括生鲜产品的物理损伤、呼吸作用引起的腐败损失和冷藏车开门导致生鲜产品加速腐败的损失; 碳排放量的计算不仅考虑车辆行驶过程中的燃油消耗，还要考虑
6、运输过程和卸货过程中制冷机组运行所产生的燃油消耗。在细致量化货损本钱和碳排放本钱的根底上，再考虑固定本钱、燃油本钱和时间惩罚本钱，建立总本钱最小的生鲜产品配送路径优化模型，应用遗传算法进行求解，得出合理的优化路径，提高配送效率，降低生鲜产品的损耗，实现最大的经济效益。1 问题描述本文所研究的冷链物流生鲜产品配送路径优化问题，可以具体描述为: 由某生鲜产品配送企业的一个配送中心为 n 个客户提供配送效劳; 客户的地理坐标、需求量是的，客户对配送效劳有相应的时间要求，在时间区间外到达会产生相应的惩罚本钱; 冷藏车的额定载质量、发动机相关参数都是的。在满足给出的约束条件以及保证所有客户都配送完毕的前
7、提下，将综合本钱最小作为优化目标，对全程配送路径和运输方案进行优化求解。为更好地界定所要研究的问题，假设: ( 1) 冷藏车完成任务后返回配送中心; ( 2) 一个客户只能接受一辆冷藏车的配送效劳，每辆冷藏车能为多个客户提供配送效劳; ( 3) 冷藏车最大行驶距离相同; ( 4) 在冷藏车配送运输过程中，室外温度保持不变，不考虑其他任何因素引起的温度变化; ( 5) 在每辆车的配送线路上，客户需求量均小于冷藏车额定载质量。2 数学模型2. 1 符号说明N = 0，1，2，n 为节点集，0 表示配送中心，其余节点表示客户; K 为冷藏车集合，kK; F 为冷藏车的固定本钱; p 为生鲜产品单位价
8、值; qi 为客户 i 的生鲜产品需求量; 为生鲜产品破损率; a 为变质率与温度的系数; 1、2 为生鲜产品变质率，与温度有关; tki为车辆 k 从配送中心行驶到客户 i 的时间; ti 表示为客户 i 效劳的时间; v 为车辆行驶速度; Q 为车辆的最大载质量; dij为从客户 i 到客户 j 的距离; c 为燃油价格; c0 为碳税; 为燃油的碳排放系数; 1、2 为惩罚系数; TE，i，TL，i 为客户 i 期望被效劳的时间窗; Te，i，Tl，i 为客户 i 能接受的效劳时间窗; sk 为 0-1 变量，假设车辆 k 被使用那么 sk = 1，否那么 sk = 0; yki为 0-
9、1 变量，假设车辆 k 为客户 i 效劳那么 yki = 1，否那么 yki = 0; xkij为 0-1 变量，假设车辆 k 经过路段( i， j) 那么 xkij = 1，否那么 xkij = 0。2. 2 本钱分析本文所构建的目标函数涉及固定本钱、货损本钱、燃油本钱、碳排放本钱和时间惩罚本钱。2. 2. 1 固定本钱固定本钱包括车辆的折旧费用、驾驶员的薪资、车辆的维修费用等，通常与参与配送的冷藏车数量成正比，可以表示为 C1 = kK ( Fsk ) ( 1)2. 2. 2 货损本钱根据现实货损情况分析，生鲜产品损失来源有 3 个:1) 装卸和碰撞产生的货损。装货、卸货等操作和运输途中的
10、颠簸，会对生鲜产品造成实体损伤，其货损本钱表示为 C21 = kK iN ( ykipqi ) ( 2)2) 呼吸作用引起的货损。用以指数速度腐败的连续型生命周期函数表示生鲜产品随时间变化的货损情况，该生命周期函数比拟符合生鲜产品的腐败特性。生鲜产品在经过时间 t 后的剩余品质( 即生鲜产品的衰败函数) 为 Q( t) = e -1t ( 3) 为更好地刻画函数，引入阿伦尼乌斯方程表示反响速率 g 与温度 T 之间的关系，对 Q( t) 进行改良: g = Ue -E/LT ( 4) Q( t) = ge -1t ( 5)式中: E 为反响的活化能，U 为频率因子，这两个参数均是经研究得到的经
11、验常数; L 为气体摩尔常量。冷藏车从配送中心出发后，在运输中由呼吸作用引起的货损本钱为 C22 = kK iN ( ykipqi ( e -1t0 - ge -1( tki+t0) ) ) ( 6)式中: t0 是指生鲜产品从采摘到运送到配送中心存储的总时间。3) 卸货时冷藏车开门导致温度变化从而产生的货损。翻开冷藏车车门后，车厢内温度( Tin ) 变化函数依据吕宁等17测定的数据拟合得到: Tin = 2. 65ln t + 14， 0翻开车门后，车厢内温度 Tin会骤然上升，然后趋于平稳; 在关闭车门时，车厢内温度 Tin逐渐下降。Tin 随时间 t 的变化趋势见图 1。图 1 中:
12、T1 为冷藏车运输时车厢内温度; T2 和 t1 分别为翻开车门后车厢内到达的恒定温度和到达恒定温度所需要的时间;t2 为关车门的时间。生鲜产品的变质率2 也随温度变化，采用 MUKHOPADHYAY 等18提出的公式描述变质线性函数关系: 2 = aTin ( 8)式中: a 为系数，是一个常数值。当冷藏车到达客户 i 时，因翻开车门卸货而产生的货损本钱为 C23 = kK iN ( ykipqi ( e -1t0 - ge -2( ti+t0) ) ) ( 9)综上，配送运输过程中发生的总货损本钱可以表示为 C2 = C21 + C22 + C23 = kK iN ( ykipqi ( +
13、 2e -1t0 - ge -1( tki+t0) - ge -2( ti+t0) ) ) ( 10)2. 2. 3 燃油本钱本文研究的是配备独立制冷机组的冷藏车，燃油消耗主要有 3 个来源:1) 车辆行驶燃油消耗。使用综合模型对车辆行驶燃油消耗进行计算: F1 = kK n i = 0 n j = 1 ( xkijRF dij /v) ( 11)式中: 为转换系数，其数值一般取 737，用来将油耗率单位从 g /s 转换成 L /s; RF 为油耗率，单位为 g /s，其表达式为RF = ( NVs + P /) / ( 12)式中: 为燃料与空气的质量比，取值为 1; 为发动机摩擦系数，取
14、值为 0. 2 kJ/( rL) ; N 为发动机转速，取值为 36. 67 r/s; Vs 为发动机排量，取值为 6. 9 L; P 为车辆的总牵引功率，取值为 170 kW; 为柴油发动机效率参数，取值为 0. 9; 为柴油的热量值，取值为 44 kJ/g。( 2) 运输时制冷机组所产生的燃油消耗。冷藏车产生的热负荷主要来自通过太阳辐射传入车厢内部的热量和车厢漏气造成的热量差值，冷藏车在行驶过程中产生的热负荷可以表示为 Gt = ( 1 + ) RS( Tout - Tin ) ( 13)式中: 为常数，由车厢整体劣化程度决定; R 是热导率，单位是 1 000 cal /( hm2 )
15、( 1 cal =4. 186 J) ; S 为车厢受太阳辐射的面积，通常 S = 槡SoutSin，其中 Sout和 Sin分别表示车厢体外和体内外表积，m2 ; Tout为车厢环境温度，。因此，此项燃油消耗为 F2 = kK n i = 0 n j = 1 ( xkij1Gt tkn ) ( 14)3) 冷藏车停车时制冷机组所产生的燃油油耗。 F3 = kK n i = 0 ( xki2Gt ti ) ( 15) 式中: 2 为降低单位热负荷所消耗的燃油量。由于冷藏车车厢门翻开，制冷机组需消耗更多燃油，因此 2 1。综上，生鲜产品在整个配送过程中所消耗的燃油本钱是冷藏车行驶和制冷机组运行所消耗的总的燃油本钱，其表达式为 C3 = c( F1 + F2 + F3
