JZ順豐快遞路徑優化設計

(北京物資學院 北京 101149)

一、引言

物流作為“第三利潤源泉”受到國內各行業的極大重視并得到較快發展。隨著中國經濟的發展，經濟全球化的進一步深化，市場競爭瞬息萬變，物流在國民經濟中的重要性與日俱增，與此同時，快遞物流業已成為我國發展最快的行業之一。在快遞企業發展當中，制定合理的車輛配送路徑可以有效節約時間，提高企業配送效率，更好的響應客戶[1]。

二、車輛配送路徑優化問題

車輛路徑問題(VRP)是運籌學領域中的一大類重要問題，它是物流配送中的一項重要研究內容。車輛配送路徑問題的優化算法分為精確式算法和啟發式算法。精確式算法主要包括動態規劃算法、分支界定算法、割平面算法、和網絡流算法等，這種算法可以得到最優解，但是它只能解決小規模的，簡單約束的問題，而且只有在給定運行時間的前提下才能求得精確解。啟發式算法是指一種基于觀察或經驗，并從中得到啟發的一類算法。其主要目的是尋求解決問題的滿意解而不是其精確解。與精確算法相比，啟發式算法根據某種啟發信息進行若干迭代，在短時間內以逐漸逼近的方式獲得相對滿意解[2]。

三、配送模型的建立以及二階段法的應用

(一)JZ順豐快遞的配送路徑現狀分析

JZ順豐快遞公司主要從事包裹、快件等零擔貨物的派送，近年來，JZ快遞公司發展速度較為穩定，擁有比較成熟的銷售渠道。但是在配送車輛管理配送系統上沒有引起足夠的重視，雖然應用了傳統的節約法對車輛路徑進行了規劃，但是仍然存在著多方面的問題。比如：貨物按時送達率較低，多次出現車輛非滿載配送，以及在配送過程中較少考慮路況的問題[3]，因此在進行車輛路徑優化時，應當加入路況系數，使改進后的節約法更加符合JZ順豐快遞公司的實際配送情況。

(二)配送網點模型建立

JZ順豐快遞公司在JZ市內的古塔區、太和區、凌海區三個大區共有29個個網點，遍布JZ市各個城區的每條街段與周邊小區。在這里為了便于計算，統一用數字1-29分別表示錦義街店，松坡路店，廣西街店，宜昌路店，白日南里店，云飛街店，解放路店，南京路店，安居小區店，東花苑店，菊花里店，寶地城店，士英街店，長安里1店，長安里2店，凌西大街店，太平街店，陵西店，光明園店，西寧街店，科技路店，渤大小區店，渤海大學1店，渤海大學2店，文化里店，文勝里店，遼工東苑店，北川路店，敬業南里店。

根據相關地圖坐標數據，以O(JZ站)為坐標原點，作出的JZ順豐快遞公司各網點的相對坐標如圖1所示，單位為千米。

圖1 配送網點坐標圖

各個配送網點的需求量見表1所示，單位為噸。

表1 網點需求量表

(三)應用二階段啟發式算法求解

O為配送中心所在地，1-29為配送網點所在地。現在可以利用的車輛為統一裝載量為4噸的廂式貨車，并限制車輛一次巡回走行里程在35公里以內，設送到時間均符合用戶要求。

1.掃描法的應用

對圖1所示的JZ順豐快遞網點模型使用掃描法，將各個配送點按照其配送規模與路徑狀況使用旋轉射線進行區域劃分，變成小規模的TSP問題，具體操作步驟如下：

(1)由正北方向開始順時針旋轉掃描；

(2)考慮車的載重量與最遠行駛距離的約束條件；

(3)進行區域劃分。

按上述步驟操作進行后可將區域劃分為：區域A包含點1，2，10，8；區域B包含點5，9，4，7；區域C包含點6，11，12；區域D包含點21，22，23，24；區域E包含點19，18，17，20；區域F包含點16，15，14，13，25；區域G包含點26，29，27，28。

2.改進節約法的應用

本例中所有配送網點均為市內網點，但由于其交通狀況，道路建設(例如馬路寬度，建設時間)，車流量的不同情況，導致各條配送路線的實際距離有所不同。這里，為了方便求解，將道路狀況分為以下三種情形：(1)道路狀況很好，平均車速在60km/h，用級別A表示；(2)道路狀況良好，平均車速在40km/h，用級別B表示；(3)道路狀況一般，平均車速在30km/h，用級別C表示。

根據調查路況統計，配送中心P0與各個網點之間的道路狀況均為良好，古塔區網點Pj(j=3，13，14，15，25，26…29)之間的總體道路狀況較差，凌河區網點Pj(j=1，2，4…12)之間的總體道路狀況良好，太和區網點Pj(j=16…24)之間的總體道路狀況很好。各區之間的道路狀況均為良好。

利用改進節約法來確定最終的配送方案，具體步驟為：

(1)將實際距離轉化為有效距離：Si=δi×Li，其中：δi代表公路的轉化系數；Li代表公路的實際距離；

(3)取區域A中的網點，利用MATLAB軟件，按照節約法的程序，首先輸入改進后的距離矩陣，然后計算節約里程，并且按照從大到小的順序排列，判斷是否符合載重量和行駛里程要求，最終確定配送路線，具體程序運行后的截圖為圖2所示。

(a)區域A的節約值矩陣截圖

(b)區域A的節約值排序截圖

(c)區域A的最終的路線圖

圖2 區域A節約法運行截圖

(4)確定配送路線。因為程序中單純的將點按順序排序，因此這里進行手動修復，最終配送路線應為P0-P1-P2-P10-P8-P0，實際行駛里程10.1km，載貨量為3.9t。

(5)將其他區域應用此方法可求得相應配送路線。

四、傳統節約法與改進節約法的比較與分析

(一)結果比較

使用傳統的節約法確定配送路線，此時使用未經修正系數修正前的各個配送中心與各快遞網點間的距離矩陣。將傳統的節約法與改進的節約法的輸出結果進行對比，如表2所示。

表2 傳統節約法與改進節約法的輸出結果對比表

通過將傳統的節約法與改進的節約法的配送路線對比可知，在區域A，C，D，G中，兩者的配送路線相同。不過在區域B，E，F中，兩中方法求出的配送路線均不相同。在區域B中，使用改進的節約法求出的行駛里程與傳統的節約法求出的行駛里程相同，而在區域E和區域F中，使用改進的節約法求出的行駛里程均比使用傳統的節約法求出的行駛里程要多，這是符合改進節約法的特點的，因為在以往的配送問題解決當中，常假設不存在道路受阻的情況，而未將交通的通暢度考慮在內，因此，得到的實際配送時間和計劃配送時間并不吻合，甚至相差很大。例如：配送車輛在道路擁擠的市中心行駛時實際上要比在郊區線路上行駛時所用時間長，但在用傳統的節約法選擇配送路線時，僅考慮了路程的長度。使用改進的節約法可以對不同的配送路線進行一個有效距離的轉化，使得所優化的配送線路更接近于現實中的配送線路，這樣更能及時、準確、高效地完成客戶的任務。

(二)方法分析

對于一般的城市快遞配送路徑優化問題，本文提出的二階段啟發式算法得到的分組便于管理，并且提高了優化路徑目標的效果，使用車輛減少，平均每輛車服務的節點數增加，平均載重率提高，總路程明顯減少；同時，旋轉射線劃分區域之后，區域范圍減小，更加便于改進節約法的人工計算。算例表明，使用二階段啟發式算法簡單快捷，且結果較為令人滿意，然而它也存在一些問題，改進的節約算法雖然已經考慮了城市交通道路堵塞、道路狀況及各種交通管制等對于配送時間的影響因素，可是并不能涵蓋所有情形，具體道路仍然存在不同的考慮問題，且利用該方法選擇配送路線不能對配送點的需求進行靈活多變的處理，車輛的運輸空間可能無法完全利用[5]。

五、結論

本文將掃面法和改進的節約法應用到基于JZ順豐快遞公司的具體案例中，構建了符合JZ順豐快遞公司車輛配送路徑實際情況的車輛路徑問題數理模型，并對其進行了求解，得出了可行的滿意解，從而驗證了改進后的節約法的可行性和適用性。