本文是一篇物流博士论文,本文关于应急冷链物流配送优化问题的实例分析中仅考虑了小规模算例,后续研究可以设计启发式算法来解决大规模问题。
第一章 绪论
1.1 研究背景
构建双循环的新发展格局,迫切需要流通体系的完善和畅通,其中,物流是支撑流通体系的重要内容,而冷链物流是物流领域的重要组成,在国民经济和人民日常生活中发挥着非常重要的作用。在我国消费市场加速提质升级的背景下,人们对生鲜农产品、加工食品、医药等冷链产品的品质要求逐步提高、市场需求不断扩大,这对冷链物流的发展提出了新的要求。生鲜农产品冷链物流一头连着田间,一头连着餐桌,与人们的基本需求保障和追求健康的切身利益息息相关。我国对冷链物流越来越重视,并于2021年底出台了我国历史上首个冷链物流领域的五年规划,系统部署了“十四五”期间冷链物流体系建设。
2020年以来的疫情,给食品保障类物资的市场带来了较大的压力。随着疫情防控进入常态化,构建安全可靠的生鲜农产品供应链对保障社会稳定与经济发展意义重大。生鲜农产品生产、加工、存储、运输、销售的各环节和要素,都会对其供应产生影响。疫情对生鲜农产品供应链上的各级成员与流通环节造成中断风险,不仅严重影响了交通运输业以及各企业的运转和经营,也使得生鲜农产品供应、流通与消费都受到制约。不同于传统意义上的供应链瞬时中断(如地震、海啸等自然灾害造成的中断),疫情造成的供应链中断呈现出明显差异性特征:长期干扰的存在、不可预测的规模、引发中断连锁反应、物流设施中断等。这种中断风险对供应链系统造成了全方位的影响,严重时会致使人民群众基本生活物资供应保障出现一定程度的紧张。
在不确定性条件下,生鲜农产品的供应更易受到诸多不可控因素的影响,易导致市场的异常波动和供应紧张,对社会稳定、经济发展和心理预期产生冲击。因此,有必要结合疫情进行相关研究,在不确定性环境下将生鲜农产品冷链物流的应急配送、供应链协同机制和供应链中断的恢复策略置于同一视阈下进行考虑,从而建立一套较为完整的应对不确定性环境的生鲜农产品冷链物流策略,以期为政府和企业保障生鲜农产品的稳定供应和冷链物流的正常运转提供一种解决思路。
1.2 研究目的及意义
本文的研究目的在于分析不确定性环境下生鲜农产品冷链物流的优化与决策问题,其理论意义和现实意义在于:
1.2.1 理论意义
本文基于疫情对生鲜农产品冷链物流带来的影响,研究不确定性环境下生鲜农产品冷链物流的应急配送、协调机制与恢复策略等问题。首先应用改进多指标聚类算法,对冷链物流中心的选址进行优化研究,为基于聚类的选址研究提供了新思路和方法;其次综合考虑需求不确定性、时间窗、物品采购、车辆租赁等多种因素,构建了考虑多情景的应急冷链物流配送优化模型,并通过实际企业数据验证了模型的有效性;运用系统动力学方法研究疫情背景下农产品供应链的中断问题,通过设置供给滞销、产能中断、需求突变、需求转移及道路阻断等几类典型中断情景,给出了基于政府补贴、备用供应商选择等策略的供应链恢复机制,扩宽了基于系统动力学研究供应链中断问题的研究视角。因此,本文在研究过程中改进了生鲜农产品供应链相关的模型与算法,拓宽了系统动力学与供应链管理相关理论应用范围,进一步推动了管理科学与工程领域的相关理论方法与应用。
1.2.2 现实意义
构建安全可靠的农产品供应链对我国经济发展、社会稳定起着至关重要的作用。本文通过对内蒙古自治区多家生鲜农产品冷链物流行业的企业进行问卷调研和实地考察,深入了解生鲜农产品冷链物流存在的问题,从当地实际问题与需求出发,围绕不确定性环境下的生鲜农产品冷链物流相关问题进行研究,主要具有两方面的现实意义。一方面是为不确定环境下,如何解决生鲜农产品的供应链“不断链”,实现稳定供应,以及应急配送的优化问题,提出了相关的策略和建议;另一方面,在论文的应用研究中,采用冷链物流企业的实际数据进行案例分析与数值计算,同时为相关地方政府和企业提供了一定的决策参考。
第二章 基本概念与文献综述
2.1 冷链物流基本概念
冷链物流是为了最大程度的保证物品的品质和质量安全,减少冷藏冷冻类物品的损耗,通过相应的冷冻工艺和制冷技术,使冷藏冷冻类物品从生产、初加工、储存、运输、再加工、配送、销售到消费者的全过程中各个环节始终处于规定低温环境下的专业物流活动[1]。
冷链物流按物品类别可分为以下四类:(1)食品类冷链物流,包括果蔬类、肉类、水产类、禽蛋类、乳类、粮食类及其加工制品等;(2)医药、医疗类冷链物流,主要为药品、医疗器械、生物样本等;(3)花卉、植物类冷链物流,包括花卉、植物及其鲜切产品等;(4)其他冷链物流,主要包括化学品、精密仪器、电子产品等[2]。
冷链物流是连接田间地头到百姓餐桌的重要民生领域,2021年底,国务院出台了我国历史上第一个冷链物流领域的五年规划,聚焦“6+1”重点品类,包括肉类、水果、蔬菜等主要生鲜农产品以及疫苗等医药产品[3-4]。本文研究范围界定为果蔬、肉类生鲜农产品。
2.2 物流选址文献综述
选址问题起源于一种在20世纪初提出的经典问题——韦伯问题[5],其目的是确定一个中心仓库的选址地点,使所有被服务客户与确定好的仓库之间的总距离最小。随着研究的不断深入,选址问题根据问题的性质得到了划分。一般来说,选址问题可分为单设施选址问题和多设施选址问题两个大类。单设施选址问题是一种以距离最小化或成本最小化为目标,确定单个设施位置的问题。常用的方法包括Weiszfeld法[6]和重心法[7]。然而,由于设施覆盖范围的扩大和覆盖面积的增加,单个服务设施已经无法满足实际问题的需求。因此,多设施选址问题是目前的研究重点。
多设施选址问题广泛应用于人道主义救援[8-9]、应急响应[10]、医疗设施选址[11-12]等诸多领域。众多研究从不同的角度考虑了设施选址时使用的目标函数和目标准则,如总运输成本、总运输时间、顾客满意度[13]等。由于多设施选址问题涉及领域范围大、可考虑的影响因素多,可将其根据不同侧重细分为不同的特定问题。根据研究问题中给出的信息是否确定,可分为确定性选址问题和不确定性选址问题。确定性选址问题主要包括最大化覆盖问题[14-15]和最小化资源问题[16]等。而不确定性问题源自于众多学者对选址问题中的各种不确定性进行的深入讨论,如不确定需求[17-18]、不确定的中断风险[19]等。不确定性问题可分为随机规划问题[20]和鲁棒优化问题[21]。Wang等[22]对多设施选址问题进行了细致的分类,对不同侧重点的问题划分提供了参考。
求解多设施选址问题的方法主要有两种:精确求解算法和启发式算法[23]。在早期的研究中,问题规模较小,可以使用分支定界法[24]、割平面法[25]等精确求解方法较快地求得准确解。随着问题规模和约束条件的增加,准确解的获得变得困难。在合理时间内求得大规模问题的较优解成为了研究的主流,启发式算法也因此被提出。常用的启发式算法包括遗传算法[26]、粒子群优化算法[27]、禁忌搜索算法[28]、布谷鸟搜索算法[29]、拉格朗日松弛算法[30]等。然而,使用这些启发式算法寻找更好的解仍然是一个比较繁重的过程。
第三章 基于改进多指标聚类算法的冷链物流中心选址 ........................... 15
3.1 引言 .............................. 15
3.2 算法模型构建 .............................. 15
3.2.1 改进聚类算法 ................................ 16
3.2.2 重心法 ............................ 20
第四章 需求不确定条件下应急冷链物流配送多情景规划模型 ............... 33
4.1 引言 .................................. 33
4.2 问题描述 ................................... 33
4.3 模型构建与处理 ................................ 34
第五章 考虑共同努力的生鲜农产品三级供应链协调机制研究 ............... 47
5.1 引言 ................................... 47
5.2 模型构建及求解 .............................. 47
第七章 考虑供应中断与需求转移风险的生鲜农产品供应链恢复策略研究
7.2 系统结构及模型描述
7.2.1 系统结构
本文以呼和浩特市的实际调研情况为背景,设定研究系统为由供应商(批发市场)、零售商(实体商超、电商平台)和消费者组成的三级供应链。该系统中存在两个供应商,即主供应商和备用供应商,两个供应商在稳定性和成本方面存在差异。其中,主供应商在中断出现之前一直稳定满足零售商需求,其与零售商之间的物流更通畅且成本更低,但可能会受到干扰;而备用供应商作为应急来源,当主供应商受到干扰时满足零售商需求,与零售商之间的联系需要重新搭建,且成本更高,但较为可靠。农产品从供应链前端的供应商到末端消费者的流程如图7-1所示,作为供应商的批发市场将农产品按照零售商需求运输到零售商仓库后,零售商按照接收到的消费者需求订单后,将农产品通过线下渠道或线上渠道出售给消费者。
第八章 结论与展望
8.1 研究结论
本文研究不确定性环境下生鲜农产品冷链物流的优化与供应链恢复策略问题,主要包括:基于改进多指标聚类算法的冷链物流中心选址,需求不确定下应急冷链物流配送多情景规划模型,考虑共同努力的生鲜农产品供应链协调机制研究,考虑中断风险的生鲜农产品供应链恢复策略研究、供应中断和需求转移下的生鲜农产品零售商恢复策略研究。主要工作总结如下:
(1)第三章从选址的实际情况出发,综合考虑了经济发展状况、交通拥挤程度、物流需求总量这三类非空间指标,将其与城市运输距离相结合,重新定义了对象间的相似性度量的距离因子;并使用聚类算法对需求点进行区域划分。在区域划分后,利用重心法对聚类中心进行修正,选出了每个区域内的冷链物流中心位置。本文提出了一种基于改进聚类算法和重心法的两阶段选址模型,并利用内蒙古自治区12个盟市的相关数据进行了实例分析,为内蒙古自治区冷链物流中心选址提供了参考方案。模型在优化配送路径的同时,也优化了物品采购和冷链运输车辆租赁决策,并通过企业实际数据验证了模型的有效性。
(2)第四章针对需求的不确定性,利用情景分析方法建立了应急冷链物流配送多情景规划模型。多情景规划模型考虑了需求不确定性、时间窗、物品采购、冷链运输车辆租赁等多种因素。由于缩短交货期对于减少易腐物品的损耗具有重要意义,因此该模型的目标是在降低总成本的同时缩短交货期。模型在优化配送路径的同时,也优化了物品采购和冷链运输车辆租赁决策。并通过食全食美公司实际数据验证了模型的有效性。本文提出的方法对于冷链物流企业有效应对当前的困境具有较大的实用价值。
参考文献(略)
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