基于时间窗视角下的城市物流多中心配送路径优化分析

南京 LW 商贸有限公司于 2016 年 2 月 16 日成立，属中小型规模的民营企业，经营范围涉及生、鲜食用农产品、办公用品以及日用百货销售；水过滤、净化机械及装置销售、安装；计算机软硬件研发、销售、技术服务；公路货运代理；道路货物运输
第一章 绪论

1.1 选题背景及研究背景

1.1.1 选题背景

  众所周知，物流业是融合运输、仓储、货代、信息等产业的复合型服务业，是支撑国民经济发展的基础性、战略性产业，已然成为我国国民经济的重要组成部分。而城市物流作为物流业中的主力军，它的发展水平是更能够反映出一个国家或者一个地区现有的综合实力[1]。目前，我国城市物流发展水平较国外城市物流产值来说还不高，发展方式也较粗放。下图 1-1 可表明，近五年来我国城市物流成本与 GDP 的比率一直居高不下，稳定在 15%左右，相对于美国等国外的城市物流水平明显高出近 1 倍，说明我国企业的物流支出成本过高，在提升物流运行效率上存在巨大的进步空间。就国内城市物流总费用的构成而言，配送费用占城市物流总费用的比重常年高达 50%以上，同样具有很大的降幅空间[2]。

如今国内飞速发展的移动互联网，新兴推行的新零售模式，全面开放的电商自建物流，大力倡导的“最后一公里”新商业以及多样化的客户深度诉求等诸多方面逐步重构了城市物流配送业，也就是说，我国城市大环境下的物流总需求对城市物流配送提出了更高的服务要求以及更大的配送挑战[3]。针对城市物流略显艰难的配送环境，比如货物运输管制政策颇多，城市需求量增大，配送面范围扩大等等，越来越多的大型自建物流的企业或是传统物流企业为提高配送效率，选择建立多个中心来满足客户大量的配送需求。同时，各企业为提高自身的市场竞争力，在满足客户配送需求的基础上，致力于提升配送服务的质量，推出了具有强时效性的物流配送服务。因此对于中大型城市，城市物流配送已转向中大规模、多中心且具有时间要求的形态，这进一步明确了本文的问题研究对象。

1.2 国内外研究现状

  关于车辆路径问题（Vehicle Routing Problem，VRP），最初研究重点针对的是单一中心配送，在运筹学中它归于经典组合优化问题，而后续研究基于已有的学术成果进一步提出了多中心配送车辆路径问题（Muti-Depot Vehicle Routing Problem，MDVRP），以上问题统称为 NP-hard 问题，但是对更为复杂的多中心车辆配送路径问题，采用传统的精确算法无法求出满意解，因此启发式算法就成为解决此类 VRP 问题的较好方法。迄今为止，国内外众多学者对于 VRP 问题的研究已有了丰富的学术成果,带给实际作业更多建设性的可能。

第二章 城市配送路径理论基础

2.1 城市物流配送理论

2.1.1 城市物流概述

  城市本身以及其带来集中经济的发展都是社会生产力和商品经济的具象产物，城市经济在发展过程中产生的任何生活消费、生产资料等流动贸易行为都需要在城市这个大框架中运行，即城市是城市经济发展的载体，城市物流依托于城市经济而存在。城市物流在空间结构上可分为城市内部物流和城市外部物流。本文的研究内容都是基于城市内部物流环境，城市内部物流是以城市为主体，服务于城市内部空间或是城市与外部区域间的实物流动过程，并且随着人们的需求增多与多样化，城市物流在不知不觉的发展中已形成了不同的模式、体系以及存在形态[40]。与此同时，城市物流活动覆盖领域非常广，遍及在生产、分配、流通、消费等城市社会再生产过程的每一经济活动环节，充分满足了城市需求。对于服务体系、功能体系及设施设备体系，城市内部物流区别城际物流和乡村物流的地方在于：（1）由专门设立的物流园区、配送中心等物流组织进行，设施布局具有相对均衡性，差异小且具有较强的聚集性以及可控性；（2）配送品类几乎集中在商品、生活用品以及生鲜果蔬等上面。（3）受到城市配送范围的制约，运输方式是以快递和配送为主。（4）货物流动距离小、时间短、数量大、品类多。（5）直接面对最终客户或消费者，配送形态更具有服务性；（6）面临多变的环境因素，运作模式更加高精益化[41]。（7）城市内部空间存在着严重人、物混流现象，物流活动过程具有高度密集性。具体如图 2-1 所示。

城市物流作为城市发展的重要环节，支撑着城市日常经济活动的正常运行。城市物流水平对城市经济发展水平也存在正负两面的影响：（1）若与城市经济发展水平相匹配，两者会产生互相促进的良性互动，主要体现在节约运输成本、扩大城市就业率、优化产业结构、均衡城市产业布局，促进城市的经济发展；（2）若滞后于城市经济发展水平，城市物流水平会间接影响商品流通效率，不利于生产率的提高，阻碍城市加大经济发展圈的趋势；（3）若超前于城市经济发展水平，物流供过于求，就会形成大量物流资源的空置，导致物流成本稳高[42]。总体上，若能均衡城市物流与城市经济发展间的关系，有利于拉动城市各产业经济的发展，增强城市的综合实力，如图 2-2 所示。

第三章 城市多中心配送的 VRPTW 问题模型研究............................................................18

3.1 城市多中心配送网络结构...................................................................................18

3.2 MDVRPTW 问题模型要素描述................................................................................19

3.3 MDVRPTW 问题模型构建说明................................................................................21

3.4 本章小结...............................................................................................................24

第四章 MDVRPTW 问题的算法设计.....................................................................................25

 

4.1 优化算法对比分析................................................................................................25

4.2 混合优化算法选用策略........................................................................................28

4.3 混合优化算法设计................................................................................................30

4.4 本章小结................................................................................................................36

第五章 南京 LW 商贸有限公司 MDVRPTW 实例验证..........................................................38

5.1 桶装水公司介绍....................................................................................................38

5.2 桶装水配送案例说明............................................................................................39

5.3 优化过程分析及结果验证....................................................................................45

5.4 本章小结................................................................................................................49