互聯網背景下物流包裝盒回收方案設計與調度優化模型

陳楚校 王康 張小蕾 劉智飛 王源蔚

摘 要：隨著互聯網的日益發展，網購已經成為人們生活不可或缺的部分，而隨之帶來的，是物流包裝盒的大量使用，從而造成的資源浪費與環境破壞等問題。本項目利用二維碼對在途中的物流包裝盒進行管理與回收，使用“自動拆分機”協助回收，并建立模型，以最低的成本和最優的調度方案對回收后的物流包裝盒進行合理調度。

關鍵詞：互聯網;二維碼;調度模型;循環使用;數理建模

一、引言

隨著互聯網的日益發展，網購已經成為人們生活不可或缺的部分，而隨之帶來的，是物流包裝的大量使用，國家郵政局《中國快遞領域綠色包裝發展現狀及趨勢報告》顯示，2016年，全國共消耗了快遞運單312.8億份、編織袋32億條、塑料袋147億個、封套34億個、包裝箱86億個。如下：

這個數據表明，到了今日會有超過100億的包裝箱在使用后被隨意丟棄或者低效使用，從而導致嚴重的資源浪費而環境污染的問題。因此，如何更有效地回收物流包裝，以及對回收的物流包裝盒如何更有效地調度，成為當前物流領域里的一個重大問題。

近年來國內外針對物流包裝盒的回收提出不少解決方案。德國出臺《包裝廢棄物管理辦法》，提出雙軌制回收系統（DSD）。之后出臺的《包裝回收再生利用法》，要求除了包裝生產商外，從事運輸、代理商、零售的企業也必須負責回收包裝物。日本制定并實施《能源保護和促進回收法》《包裝再生利用法》，也致力于回收體系的建設。政府出資建立大量的回收站，并鼓勵民眾對包裝廢棄物進行分類，指定專人定時回收、集中轉運至專門的處理中心，開展再循環、再利用的回收加工。

李重蓮等在《快遞包裝回收物流系統及其最優調運方案設計》中針對快遞包裝回收成本較高、回收效率較低等問題，從快遞包裝回收物流系統主體要素和運作模式兩個方面闡釋了3類典型回收系統，分析了各系統的具體運作模式及流程，并在此基礎上，構建了快遞包裝回收物流系統最優調運方案的基本模型，運用表上作業法對多維中轉運輸問題進行求解;王泊亭等在《我國快遞包裝回收：現狀、困境及系統構建》中基于我國快遞包裝回收現狀的分析，發現我國快遞包裝回收的現實困境，構建一個由生產流通子系統、分類回收子系統以及利用與處理子系統構成的快遞包裝回收與處理系統;徐紅等在《快遞廢棄物回收產業鏈演化仿真研究》中構建了未引入政府約束機制和引入政府約束機制的“快遞企業-消費者”演化博弈模型，探索政府、消費者及快遞企業在快遞廢棄物回收產業鏈營建過程中所扮演的角色，得到利益相關方的演化穩定策略和規律。

目前國內外對物流包裝盒的回收方案有多種多樣，但其中依然存在不足之處。如：未能最大程度調動消費者參與回收工作的積極性、未能徹底解決消費者的顧慮、對回收后的物流包裝盒未能更好地再利用。

二、問題描述

目前國內對物流包裝盒的回收采用的仍是傳統的回收模式，如菜鳥等物流公司在自提點設立一個回收站，但仍是需要消費者自行拆解，拆解工具也極為簡單，這種回收模式并不能很好地調動消費者參與回收工作的積極性。而拆解后的物流包裝盒大都因為破損嚴重，無法重復使用，使得物流包裝盒再利用程度極為低下。

本項目通過建立以總成本最低為目標函數的最優化模型，來解決物流包裝盒的配送方案。

針對目前物流包裝盒浪費嚴重的問題，本項目研究的內容有兩大方面。一是利用互聯網技術（二維碼）對物流包裝盒進行識別與管理，并利用“自動拆分機”作為輔助對物流包裝盒進行回收，達到提高物流包裝盒回收率的效果。二是通過大數據分析，對不同時期物流配送中心的包裝盒供給量和配送中心附近的商家物流包裝盒需求量進行匹配和調度，通過啟發式算法和數理建模分析整個調度過程所產生的成本，從而解決物流包裝盒再利用程度低、成本高的問題。

三、回收方案介紹

本項目運用互聯網和自動拆分技術對快遞包裝盒進行回收與管理，并通過大數據技術，將快遞包裝盒從配送中心合理調度到有需求的商家。

本項目回收方案包括以下三個方面：

1.物流包裝盒外觀的變化

本項目對物流包裝盒的外觀做了一些調整，消費者在網上購物下單時會自動生成含有個人信息和訂單詳情的二維碼，商家將二維碼貼在快遞包裝上，代替傳統個人信息外露的訂單。一方面可以憑二維碼識別物流包裝盒，另一方面有利于解決消費者信息泄露的問題。快遞通過運輸到達快遞網點，消費者在取件后可自主選擇是否使用快遞包裝自動拆分機。

2.用自動拆分機拆解物流包裝盒

進入自動拆分機后的快遞包裹會被智能拆分，并解除消費者與二維碼信息的綁定，完成物流信息系統的最后一個流程，則獎勵積分至消費者的支付寶賬戶中。消費者取出所購買的商品后，拆分后的快遞包裝盒由自動拆分機壓縮折疊，并存放在機器底部收納層。

3.將回收后的物流包裝盒集中于配送中心

經過自動拆分機的拆解后，壓縮折疊的快遞包裝盒暫存在快遞網點，等待下一次配送時跟車運往配送中心。物流公司運用大數據分析，對收集的商家的需求數據和配送中心的供給數據進行分析，實現配送中心與商家的供需有效對接。而這其中，如何對集中在配送中心的物流包裝盒進行合理調度，就需要我們建立一個合理的調度模型進行分析。

四、構建調度模型

針對快遞包裝盒再利用所產生費用的調度方案，建立以成本最低為目標函數的最優化模型，確定各個配送中心同時滿足多個商家需求的動態調度方案，這是一種新型的智能配送系統，其中涉及研究的費用主要包含運輸費用和儲存費用，具體分析如下：

1.模型假設

（1）各個快遞網點附近都設有獨立的拆分機。

（2）每個配送中心設置有多個獨立的快遞網點。

（3）多個配送中心可同時負責不同商家的配送任務。

（4）商家與物流公司成周期性交易。

2.符號說明

3.建立運輸費用公式

結合前面設定的假設和動態調度方案，通過顧客取件的數量、各個配送中心到快遞網點和商家的距離、每天寄件所消耗回收箱子的數量以及利用問卷調查數據分析得到的快遞箱子被回收的概率可計算出整個回收系統的運輸費用：

5.總成本

針對快遞包裝回收利用所產生費用的調度方案，其中只涉及到回收箱子的運輸費用和配送中心儲存的儲存費用，根據前面求得的兩種費用進行加和可得出此調度方案的總成本W，計算如下：

五、數理驗證

選取廣東五個分布均勻的配送中心，分別是：廣州、深圳、清遠、茂名、梅州。假設參與交易的四個商家分別是：深圳市條碼貓、德生智盟、宏威卓昊、廣州兆成;每個配送中心旗下設有6個快遞網點，在每個快遞網點設置有獨立的拆分機，來取件的取件者可將快遞包裝箱子放入拆分機中進行回收箱子，每天回收到的箱子將跟隨來往運輸快遞件的運輸車被運輸到配送中心，配送中心將回收箱子的信息錄入到物流系統中，同時在物流系統中有各個商家對回收箱子的需求情況，然后物流系統按照建立的模型計算出最低成本下配送中心配送給商家回收箱子的調度方案，根據所提供的數據可通過lingo軟件大致求解，其中具體事例分析如下。

快遞網點回收到的箱子，一部分用在快遞網點的寄件和剩下運輸到配送中心的箱子，五個配送中心下的六個快遞網點寄件的數量見表1、每天各快遞網點的取件數量見表2，以及商家的需求量見表3。

被回收的箱子需要運輸到配送中心，在運輸的過程中會考慮其運輸的費用。根據運輸費用的計算標準，需要知道快遞網點到配送中心的距離和配送中心到商家的距離，按照上面列出的商家和配送中心，假設數據分別見表4、表5。

影響調度方案的因數有多個方面，其中研究快遞網點的回收箱子的概率一定是影響比較大的，我們通過問卷調查并結合大數據分析得出回收的概率為83.87%，利用回收箱子的概率可以計算出快遞網點為商家可提供的回收箱子的數量。在此模型中需要求出最小成本下的動態調度方案，其中成本等于運輸成本加儲存成本，根據只考慮回收箱子的規格和運輸車輛的規格可計算出回收箱子的最大裝車量為800，和一車次每公里的運輸費用5。利用lingo軟件求解得出最低成本為12631，配送中心的配送調度方案如下表6。

六、結論與展望

本文針對現有物流包裝盒的回收效率低、再利用程度低的問題，提出了利用互聯網對物流包裝盒高效回收和合理調度的方案，建立了回收與調度一體化的逆向物流模型。通過建立調度模型并進行數理驗證，得出結論：將回收后的物流包裝盒以本文建立的模型對周邊商家進行調度，所使用的成本是最低的。本項目今后將在更復雜的現實因素下建立更為優化和更具有普遍性和適用性的模型，為配送中心提供更優的配送方案。解決現代回收不到包裝盒、回收后無法利用或再利用程度低的問題。

參考文獻：

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