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家乐福超市物流配送路线优化 作者：漆华兰 家乐福超市物流配送路的线优化 摘要 在物流配送业务中，合理确定配送路径是提商服务质量，降低配送成本，增 加经济效益的重要手段。物流配送系统中最优路线的选择问题一直都是配送中心 关注的焦点，针对当前家乐福物流配送体系不完善等方面的现状，本文从可持续 发展的角度，用系统的观念，来研究家乐福物流配送体系，优化配送路线，使配 送体系合理化。 通过对家乐福超市现有物流配送路径的分析研究，发现其中存在的一些问题， 并由此提出解决办法，结合背景材料，建立了数学模型，运用遗传算法对家乐福 物流配送路线进行优化选择，并得出结果。由此可见，家乐福超市原有的物流配 送路线还可以进行再优化，从而达到运输成本最小化的目标。 关键词：物流配送；路径优化；遗传算法 家乐福超市物流配送路线优化 作者：漆华兰 THE LOGISTICS OF SUPERMARKET OF CARREFOUR PROVIDES AND DELIVERS THE ROUTE TO OPTIMIZE Abstract In logistics and distribution business, a reasonable path is to determine the distribution to service quality, reduce distribution costs, an important means to enhance economic efficiency. Logistics and distribution system in the selection of the optimal route distribution center has been the focus of attention, in view of the current system Carrefour logistics aspects of the current situation leaves much to be desired, this article from the perspective of sustainable development, the concept of using the system, to study at home Lok Fu logistics system and optimize the distribution line, so that the rationalization of distribution systems. Carrefour supermarket on the existing logistics and distribution analysis of the path and found some problems and propose solutions which, combined with background materials, the establishment of a mathematical model, Carrefour use of genetic algorithms to optimize logistics and distribution routes choices and the outcome. This shows that Carrefour supermarket logistics original route can also be used for further optimization, in order to minimize transportation costs to reach the goal. Key words： logistics and distribution; path optimization; genetic algorithm 家乐福超市物流配送路线优化 作者：漆华兰 目目 录录 1.绪论.1 1.1 选题目的和意义1 1.2 国内外物流配送路线优化研究现状2 1.3 研究内容与技术路线3 2. 家乐福超市配送路线现状.5 2.1 家乐福超市概况5 2.2 家乐福超市配送路线作业现状6 2.2.1 配送距离分析6 2.2.2 车辆数分析7 2.2.3 需求量分析8 2.2.4 商品品种分析8 2.3 家乐福超市配送现有路线问题分析11 3.配送路线优化建模与求解.12 3.1 研究对象目标设定12 3.2 模型的构建14 3.2 遗传算法16 3.2.1 遗传算法介绍16 3.2.2 算法思想与算法流程18 4.优化结果分析.21 4.2 优化后结果21 4.3 结论22 5.总结与建议.23 参考文献.24 致谢.25 附录一：MATLAB 编程26 家乐福超市物流配送路线优化 作者：漆华兰 第 0 页 共 33 页 1.绪论 1.1 选题目的和意义 配送是一项特殊的、综合性的物流运动，其运行和发展有着深刻的社会根源 和历史背景。在市场经济体系中，物流配送如同人体的血管，把国民经济各个部 分紧密地联系在一起。配送是物流中一个重要的直接与消费者相连的环节，是将 货物从物流结点送达收货人的过程，是在集货、配货基础上，完全按用户要求， 包括种类、品种搭配、数量、时间等方面的要求所进行的运送，是“配”和“送” 的有机结合形式。其主要包括集货作业、配货作业、车载货物的配装、配送线路 的确定。 在生活中，基于电子商务的物流配送业务量逐渐增加，如果还沿用以前的物 流方法来组织配送，会产生很多问题。这些问题归纳起来，包括以下几点: 1)服务质量的下降。电子商务的特征是交易量巨大和交易速度极快，而传统 物流配送的特点是人工调度、反应时间长。信息流与物流的矛盾会导致整个电子 商务客户服务的低效。也许客户可以在几十秒内完成一次交易，却要等上一个星 期才能收到货物，这样的服务只能逐渐失掉客户。 2)物流成本控制困难。传统的物流配送大多是由人工调度的，在交易量较小 的情况下，可以合理地安排配送，降低成本。一旦交易量增加、交易速度加快， 配送调度就会超出人工的能力范围，会导致大量的不合理调度的出现，物流成本 无法控制。 3)增加城市交通的负担。物流配送调度的不合理，会使物流配送的行车路线 变长，导致在运车辆增加，从而给本已拥挤的城市交通加重负担。要解决以上的 问题，使物流配送调度满足以下目标准时送货。就是要客户选择货物送达他们 指定地点的时间，要按照每个客户的时间要求安排物流配送。总成本最低。 总行车路径最短。 当前，物流的现代化水平不仅成为反映一个国家现代化程度和综合国力的重 要标志，也成为城市经济发展水平的体现，被喻为促进经济发展的“加速器” 。 物流配送是一种先进的现代物流形式，它不但给供应者和需求者带来降低物流成 家乐福超市物流配送路线优化 作者：漆华兰 第 1 页 共 33 页 本、享受优质服务的直接效益，而且还能为社会节省运输车次、缓解交通压力、 减少运输污染、保护生态环。 而今，由于小批量、多批次的及时配送方式的发展，运输费用正在逐年提升， 许多企业的运费已经超越了库存费用，城市交通与改善物流的矛盾也愈演愈烈， 城市交通混杂、阻塞、车辆噪音、尾气污染、车祸事故和能源浪费等现象更加严 重，若物流路线选择的不合理，还会使物流配送的行车路线变长，导致在运车辆 增加，从而给本己拥挤的城市交通加重负担，这就势必要选择合理有效的运输路 线来减少重复运输、倒流运输、迁回运输、单程运输和空驶等，这样不仅提高配 送效率，控制了物流成本，而且可限制车辆在城市中的运行时间，有效缓解城市 交通负担。 物流配送系统中最优路线的选择问题一直都是配送中心关注的焦点，对于城 市配送而言，由于受交通堵塞和各种交通管制的影响，导致配送路径寻优更具复 杂性。所以本文通过对具有动态的交通堵塞和交通拥挤限制信息及静态禁止通行 等限制信息的实际配送网络的描述，提出解决两种限制情况下配送网络寻优的方 法，建立了配送网络图中权重确定模型，并基于此进一步建立了城市物流配送决 策系统数学模型，运用二分领域搜索算法对其寻优。 针对当前家乐福物流配送体系不完善等方面的现状，本文从可持续发展的角 度，用系统的观念，来研究家乐福物流配送体系，优化配送路线，使配送体系合 理化:一方面通过建立一种快速、高效、网络化的物流组织系统降低物流成本， 增加利润;另一方面，增强家乐福的竞争力，使其配送系统相应得到优化，从而 使家乐福物流取得阶段性成果，因此，对家乐福物流配送体系及其路线的优化问 题进行研究将具有很大的现实意义。 1.2 国内外物流配送路线优化研究现状 物流配送路线优化，是物流系统优化中关键的一环，也是电子商务活动不可 缺少的内容。对物流配送路线优化，可以提高物流经济效益，实现物流科学化。 可以说对物流配送路线优化理论与方法进行系统研究是物流集约化发展，构建综 合物流系统，建立现代调度指挥系统，发展智能交通运输系统和开展电子商务的 基础。 家乐福超市物流配送路线优化 作者：漆华兰 第 2 页 共 33 页 配送路线合理与否对配送速度，成本，效益影响很大，特别是多用户配送线 路的确定更为复杂。采用科学的，合理的方法来确定配送路线，是配送活动中非 常重要的一项工作。 路线优化问题最早是由 DANTZIG 和 RAMSER 于 1959 年提出的，由于这一问题 的理论涉及很多学科，很多实际问题的理论抽象都可归结为这一类问题，应用前 景广阔，所以很快便引起运筹学，应用数学，图论与网络分析，物流学科，交通 运输工程，管理科学与工程，计算机应用等学科的专家，工程技术人员和管理者 的极大重视，自此，一直成为运筹学与组合优化领域的前沿与研究热点问题。 在国外，物流配送路线优化问题已广泛应用于生产，生活的各个方面。如 报纸投递及线路的优化，牛奶配送及送达线路的优化，电话预订货物的车辆线 路设计，垃圾车的线路优化，连锁商店的送货的线路优化等等。目前，研究水 平已有很大发展，其理论成果除在汽车运输领域外，在水运，航空，通讯，电 力，工业管理，计算机应用等领域也有一定的应用，还用于航空乘务员轮班安 排，轮船公司运送货物经过港口与货物安排的优化设计，交通车线路安排，生 产系统中的计划与控制等多种组合优化问题。 在国内，该问题的系统研究还不多见。近年来有李军等人课题组承担的国家 自然科学基金 不确定信息条件下动态车辆路径 等研究工作。 纪寿文等人 根据深圳市科技园的实际路网图，采用神经网络的方法对运输车辆优化调度进行 了试验研究。王正彬等人在分析 VRP 现有启发式算法的基础上，建立了考虑线 路安排的物流配送方案模型，并提出了求解该问题的搜索算法。 1.3 研究内容与技术路线 本文结构： 家乐福超市物流配送路线优化 作者：漆华兰 第 3 页 共 33 页 绪论（研究背景，目的，意义及现状） 路线优化现状（公司概况，需求货物品种，货物 需求量，分店分布，车辆数，现有路线分配方法） 构建模型（目标设定，函数构建） 模型求解（遗传算法介绍，算法流程， 编程实现） 优化结果分析 结论，总结与建议 图 1-1：论文结构图 本文章节安排： 第一章：研究背景，目的及意议，研究发展现状，论文结构与技术路线； 第二章：家乐福超市物流配送路线现状分析，及存在的问题分析； 第三章：针对问题设定目标，构建数学模型，引入遗传算法，编程实现； 第四章：优化结果分析； 第五章：结论，总结与建议； 本文技术路线： （1）分析家乐福超市物流配送路线状况，并针对路线优化提出问题； （2）在考虑成本最小化的目标及其各种约束条件的基础上建立数学模型； （3）根据具体物流配送的特点和要求，提出车辆路线优化方案； （4）引入遗传算法进行求解，采用 MATLAB 计算机编程进行算法实现； 家乐福超市物流配送路线优化 作者：漆华兰 第 4 页 共 33 页 2. 家乐福超市配送路线现状 2.1 家乐福超市概况 成立于 1959 年的家乐福集团是大卖场业态的首创者，是欧洲第一大零售商， 世界第二大国际化零售连锁集团。现拥有 11,000 多家营运零售单位，业务范围 遍及世界 30 个国家和地区。 集团以三种主要经营业态引领市场：大型超市，超市以及折扣店。此外，家 乐福还在一些国家发展了便利店和会员制量贩店。2004 年集团税后销售额增至 726.68 亿欧元，员工总数超过 43 万人。 2005 年，家乐福在财富杂志编排的全球 500 强企业中排名第 22 位。 法国家乐福集团是大型超级市场（Hypermarket）概念的创始者，于 1963 年 在法国开设了世界上第一家大型超市。1999 年 8 月 30 日家乐福兼并普罗莫代斯 组成世界第二大零售集团。如今家乐福已发展成为欧洲最大、全球第二大的零售 商。2004 年，家乐福集团被财富杂志评为全球 500 强企业的第 22 位。 家乐福于 1969 年开始进入国际市场，目前在世界上 31 个国家和地区拥有一 万多家销售网点，涉及的零售业态包括大卖场、超级市场、折扣店、便利店、仓 储式商店与电子商务，集团的 50 万名员工正致力于为 20 亿消费者服务。家乐福 集团建立了全球性的采购网络，向不同国家和地区的供应商采购具有市场竞争力 的商品。 家乐福的经营理念是以低廉的价格、卓越的顾客服务和舒适的购物环境为广 大消费者提供日常生活所需的各类消费品。家乐福对顾客的承诺是在价格、商品 种类、质量、服务及便利性等各方面满足消费者的需求。家乐福力争通过自己的 努力成为当地社区最好的购物场所，为消费者带来更多的实惠和便利，并携手和 各商业伙伴为当地经济的繁荣做出贡献。 家乐福于 1995 年进入中国后，采用国际先进的超市管理模式，致力于为社 会各界提供价廉物美的商品和优质的服务，受到广大消费者的青睐和肯定，其 “开心购物家乐福”、“一站式购物”等理念已经深入人心。如今，家乐福已成 功地进入了中国的 25 个城市，在北至哈尔滨、南至深圳、西至乌鲁木齐、东至 家乐福超市物流配送路线优化 作者：漆华兰 第 5 页 共 33 页 上海的中国广袤土地上开设了 109 家大型超市，聘请 3 万多名员工。在在华外资 零售企业中处于领先地位。家乐福还向中国引进迪亚折扣店和冠军食品超市两种 业态。2004 年，家乐福(中国)被国内媒体评为“在华最有影响力的企业”之一。 2004 年约有 2 亿多人光顾了家乐福在中国的各门店，其中 68%为女性，32% 乘公共汽车，37%步行，15%骑自行车，9%乘坐出租车或小轿车前往家乐福购物。 家乐福成为了各地居民的好邻居。 通过多年的经营，家乐福向中国的商业界输入了大型超市经营管理方面的技 能和先进经验，并对商品采购、营销管理、资产管理以及人力资源开发等各方面 实现现代化和本地化，为当地经济发展做了积极的贡献。 2.2 家乐福超市配送路线作业现状 2.2.1 配送距离分析 (1)配送需求点坐标： 现在以家乐福物流配送中心为原点(0,0),建立直角坐标系,各商店的坐标如 下表所示:X(km);Y(km) 表表 2-12-1 分店所在地坐标分店所在地坐标 XY 189 2-45 324 41020 53-30 667 7815 8-7-6 9159 101012 11910 12-8-13 134-5 1466 15-7-8 坐标 分店与配送中心间距离 家乐福超市物流配送路线优化 作者：漆华兰 第 6 页 共 33 页 1634 17-510 1829 191-15 2083 i=1，2.20； 2 0i 2 0i Y-Y)x(xD）（ (2) 现有路线是固定不变且为已知,每条线路行驶距离可由表 2-3 求得, 配送 中心与商店之间，商店与商店之间的距离分析如下表： 表表 2-22-2 配送中心与分店之间配送中心与分店之间, ,分店与分店之间的距离分店与分店之间的距离 (0(0 点表示配送中心点表示配送中心) ) 01234567891011121314151617181920 00126.44.522309.2179.2171613156.48.5115119.2158.5 1120137.811392.862173.61.427153.6237.1136256 26.41306.12136101611191614181310137.15.17.22112 34.57.86.1018345131314119.2209.24.51519.25196.1 422112118050145.43112810382615331718143617 530393634500374526414340202536243441391533 69.22.8105143708.3189.26.44.224121204.2114.5234.5 717616135.4458.30269.23.65.132209.22712148.53112 89.22111133126182602725237.1111821416171217 9177191412419.29.22705.86.132189.528132013289.2 10163.616118436.43.6255.802.231187.22611158.5289.2 11131.4149.210404.25.1236.12.2029165248.5147.1267.1 1215271820382024327.1323129014245.12023249.223 136.415139.2262512201118181614011119.11714108.9 148.53.6104.5153619.2189.57.2524110193.6125223.6 15112313153324202722826245.1111901618191119 1657.17.1117344.2121413118.5209.13.6160105.1195.1 1711135.19.21841111416201514231712181007.12615 189.267.2514394.58.517138.57.124145195.17.10248.5 191525211936152331122828269.2102211192624019 208.56126.117334.512179.29.27.1238.93.6195.1158.5190 2.2.2 车辆数分析 所需车辆数分析(家乐福配送中心一年(365 天)的车辆调度): 家乐福超市物流配送路线优化 作者：漆华兰 第 7 页 共 33 页 表表 2-32-3 车辆调度情况车辆调度情况 车辆运用数 101291110111010891011 运用天数 2530364246494838241386 表表 2-42-4 车辆运用数所占比率车辆运用数所占比率 车辆运用数相对比率累计比率 120.070.07 120.080.15 110.100.25 100.120.37 120.130.50 110.130.63 130.130.76 100.100.86 140.070.93 150.040.97 130.020.99 110.011.00 则家乐福平均每天所用车辆数为 12 辆。 2.2.3 需求量分析 表表 2-52-5 每个分店（一年每个分店（一年 365365 天）平均每天的需求量天）平均每天的需求量 分店 12345678910 需求 量 2324123513 分店 11121314151617181920 需求 量 2342121322 2.2.4 商品品种分析 超市以满足消费者对基本生活用品一次性购买需要为经营宗旨，是一种经营 品项较多的零售业态。下面对商品进行分类分析。 一、大分类 大分类是超市最粗线条的分类。大分类的主要标准是商品特征，如畜产、水 家乐福超市物流配送路线优化 作者：漆华兰 第 8 页 共 33 页 产、果菜、日配加工食品、一般食品、日用杂货、日用百货、家用电器等。为了 便于管理，超级市场的大分类一般以不超过 10 个为宜。 二、中分类 中分类是大分类中细分出来的类别。其分类标准主要有： (1)按商品功能与用途划分。如日配品这个大分类下，可分出牛奶、豆制品、冰 品、冷冻食品等中分类。 (2)按商品制造方法划分。如畜产品这个大分类下，可细分出熟肉制品的中分类， 包括咸肉、熏肉、火腿、香肠等。 (3)按商品产地划分。如水果蔬菜这个大分类下，可细分出国产水果与进口水果 的中分类。 三、小分类 小分类是中分类中进一步细分出来的类别。主要分类标准有： (1)按功能用途划分。如“畜产”大分类中、 “猪肉”中分类下，可进一步细分出 “排骨” 、 “肉米” 、 “里肌肉”等小分类。 (2)按规格包装划分。如“一般食品”大分类中、 “饮料”中分类下，可进一步细 分出“听装饮料” 、 “瓶装饮料” 、 “盒装饮料”等小分类。 (3)按商品成份分类。如“日用百货”大分类中、 “鞋”中分类下，可进一步细分 出“皮鞋” 、 “人造革鞋” 、 “布鞋” 、 “塑料鞋”等小分类。 (4)按商品口味划分。如“糖果饼干”大分类中、 “饼干”中分类下，可进一步细 分出“甜味饼干” 、 “咸味饼干” 、 “奶油饼干” 、 “果味饼干”等小分类。 四、单品 单品是商品分类中不能进一步细分的、完整独立的商品品项。如上海申美饮 料有限公司生产的“355 毫升听装可口可乐” 、 “125 升瓶装可口可乐” 、 “2 升瓶 装可口可乐” 、 “2 升瓶装雪碧” ，就属于四个不同单品。 需要说明的是，商品分类并没有统一固定的标准，各超市公司可根据市场和 自身的实际情况对商品进行分类。但商品分类应该以方便顾客购物、方便商品组 合、体现企业特点为目的。具体分类如下表所示： 家乐福超市物流配送路线优化 作者：漆华兰 第 9 页 共 33 页 表表 2-62-6 商品品种商品品种 食品日用品 1.粮油1.日化产品 粮食 米面 淀粉 食用油 主食熟食 豆制品 其他粮油 2.日杂用品 2.果蔬3. 家居用品 新鲜蔬菜 新鲜水果 食用菌 蔬菜制 品 干果|坚果 果蔬深加工 其他果 蔬 4. 清洁用品及用具 3.水产5.餐具 鲜活水产品 粗加工水产品 精加工水 产品 其他水产 6.厨具 畜产7.日用小家电 鲜活畜禽 鲜肉类 鲜蛋类 鲜奶类 肉制品 蛋制品 乳制品 蜜制品 8.家用塑料制品 4.糖酒饮料9.首饰 糖类 酒类 茶叶 软饮料 冲饮品 冷饮 咖啡豆|可可 其他糖酒饮料 10.衣物 5.加工食品11.箱包,袋,皮具 保健食品 休闲食品 方便食品 罐头 食品 特色食品 调味品 其他加工食 品 12. 文体用品 6.烟草13.日用小五金 烟叶 香烟 其他烟草14.休闲家具 7.添加剂15.个人护理用品 食品添加剂 其他添加剂 发酵制品16.卫浴用品 8.包装机17.炊具 加工设备 食品包装 其他机械包装 制冷设备 18.灶具 家乐福超市物流配送路线优化 作者：漆华兰 第 10 页 共 33 页 2.3 家乐福超市配送现有路线问题分析 家乐福的配送系统和信息系统是较落后的.家乐福至今没有在中国建立起统 一的配送体系,且计算机系统的开发和建立,要落后于竞争对手沃尔玛好几年.家 乐福这种”滞后”的配送系统与信息系统是其战略规划的成果,因为商品的集中 配送是连锁商业带来的,但是目前中国连锁商业基础非常薄弱,只有通过大的配送 系统的完善和整合才能形成规模的,高效的,社会化的物流配送系统. 家乐福配送路线的分配存在以下几方面的问题： （1）物流公司与门店之间的分布太分散，难以形成固定的配送线路 （2）送货难以达到及时 （3）难以保证适量的库存而不压货 （4）路线里程未达最短 （5）费用消耗大 （6）劳力消耗大，运力难以适当分配，难以调度车辆 （7）配送车辆吨位公里数大 （8）配送未实现自动化 （9）配送未实现网络化 （10）配送服务未实现系列化 家乐福超市物流配送路线优化 作者：漆华兰 第 11 页 共 33 页 3.配送路线优化建模与求解 3.1 研究对象目标设定 物流配送常考虑以最小化总运输成本或距离最短为目标，总运输成本主要由 由两部分组成:(1)运输固定成本：如服务所有客户所需要的车辆数、总行驶距离 (或总行驶时间)和与所使用的车辆有关的固定费用；(2)运输营业成本：如司机的 管理费,各种工作人员的工资等. 家乐福超市的业务运输成本是物流总成本的主要组成部分，占有 56%。因此 降低公司运输成本成为提高公司效益的直接有效途径。公司自有货运成本各项比 例如下表： 表表 3-13-1 公司货运成本比例表公司货运成本比例表 固定费用（22%）营业费用（78%） 折旧费（租赁费）： 装卸工具，车库，办公室， 水电，通迅，差旅费，公务车费用 业务印刷费 人力（司机）： 工资,额外福利，装卸费 投资利息： 车辆，车库,办公室 管理成本： 职工月工资,额外福利,旅游和娱乐费用, 房屋维修费，牌照费，职工培训费，宣传 费及业务手续费。 车辆运营成本： 燃料（燃油，润滑油，过滤器） 维修费（人工费+零部件） 轮胎费，交通规费，养路费 大修理基金提存 道路服务： 通行费,保险,许可证和登记费 高速公路使用费,燃油 司机费用占总营业成本的 29.4%；维修费和折旧费占总营业成本的 19.5%； 其它的运营费用占总营业成本的 32.6%；燃料费占总营业成本的 18.5%； 表上所述：公司车辆运营成本占据了总运输成本的 78%。随着道路服务政策 的变化，车辆营业成本在公司总成本中所占比例日益增大。距离是影响运输成本 的主要因素，因为它直接对劳动、燃料和维修保养等变动成本发生作用。针对公 家乐福超市物流配送路线优化 作者：漆华兰 第 12 页 共 33 页 司当前成本构成状况，可以知道：通过优化公司配送路线，减少运输车辆行驶总 里程，可以减少车辆燃油费和道路服务费支出，进而减少物流总成本。 因此，本文针对家乐福配送中心车辆路线优化问题，提出的目标是：总运输 成本最小化。 5 9 4 配送中心 6 3 27 8 1 配送中心 分店 车辆路线 图图 3-13-1 家乐福的配送模式家乐福的配送模式 此问题可以描述为：这是一种分送式配送模型,是由一个供应点对多个客户的 共同配送。对配送中心负责的需求网点（家乐福分店） ，确定适当的配送车辆行 驶路线，使其从配送中心出发，有序地通过各个分店各一次，最后返回配送中心， 并在满足一定的约束条件下(如车辆容量限制、行驶里程限制、时间限制、顾客需 求量、交发货时间等)，达到费用最少的目标。 本文研究的是不考虑时间窗的非满载车辆优化调度问题。表述如下：将货物 从配送中心配送到各分配送中心,由分配送中心派出容量为的货车承运，现有 mq 辆车，各分店对所需求的货物有一定的要求，第 i 个分店的货运量为 家乐福超市物流配送路线优化 作者：漆华兰 第 13 页 共 33 页 gi， （i=1，2l）已知，在途中只有卸货任务,完成任务后返回配送中心,qgi 求满足配送需求的费用最少行车线路。 图图 3-23-2 家乐福配送体系结构家乐福配送体系结构 3.2 模型的构建 为建模方便，需考虑以下几个前提假设条件： （1）配送中心不会出现缺货的可能并且对顾客的基本配送资料（需求量、地理 位置）为已知，配送中心的位置也已知； （2）不考虑配送时间限制，即客户对货物的需求没有时间窗的规定； （3）不考虑每辆车为每个客户的服务时间，即不考虑每个客户的卸货时间； （4）一个配送中心根据配送条件可以负责多个客户，即一个配送中心服务多个 客户； （5）车辆由配送中心出发，服务被指定的需求点后，再返回配送中心，区域内 的需求点假设为固定数量且位置已知，不发生变动。 （6）配送中心拥有一定数量的单一车型的配送车辆，且每辆车的容量已知。 （7）每条配送路径上各客户需求量之和不超过配送车辆的容量； （8）每个客户只能由一辆配送车辆送货； （9）每辆车配送总里程不超过其最大行驶距离； （10）各道路均顺畅，不考虑交通堵塞拥挤等特殊情况。 将配送中心编号为 0，车辆编号为 k，任务编号为 i=1,2 , 所有车型载重l 量单一，每辆汽车的最大载重量为 g，需要向 L 个需求点送货，每个需求点的需 求量为，并且满足，需求点 i 到 j 的运距为，配送中心到), 2 , 1(Liqigqiijd 各个需求点的距离为，再设为第辆汽车配送的需求点数（,.,L),jidi210(jknk 分配送中心 1 分配送中心 2 分配送中心 3 分店 1 分店 2 分店 3分店 4 . 配送中心 家乐福超市物流配送路线优化 作者：漆华兰 第 14 页 共 33 页 =0 表示未使用第辆汽车） ，用集合表示第 k 条路径，其中的元素表示需knkkRkir 求点在路径中的顺序为 （不包括配送中心） ，令=0 表示配送中心，为kirki0krm 每辆车单位里程的行驶费用，为每辆车的派遣费用，考虑运输量约束,停车点车C 辆数目等约束,可以定义如下的基本模型: (3-1)CK n nsignddmZ K ki krrrr k k k knkiik 11 )(min 0)1( (3-2) n gq k ki i r 1 (3-3) Lnk0 (3-4) Ln K k k 1 (3-5) ,.,2 , 1,.,2 , 1| kkikik niLrrR (3-6) 其他0 11 )( k k n nsign 在上述模型中各个公式所代表的涵义如下： （3-1）式为目标函数，求总的配送费用最低； （3-2）式用于保证每条路径上各个需求点的需求量和不超过汽车的载重量； （3-3）式表明每条路径上的需求点数不超过总需求点数； （3-4）式表明每个需求点都得到配送服务； （3-5）式表示每条路径的需求点的组成； （3-6）式表示当第辆汽车服务的客户数大于或等于 1 时，说明该辆汽车参k 加了配送，则取，当第 k 辆汽车服务的客户数小于 1 时，表示未使用1)( k nsign 该辆汽车，因此取；0)( k nsign 家乐福超市物流配送路线优化 作者：漆华兰 第 15 页 共 33 页 3.2 遗传算法 3.2.1 遗传算法介绍 遗传算法与其它传统方法相比,具有如下优点: （1）适用范围广，具有很强的搜索能力； （2）能以很大的概率找到问题的全局最优解； （3）能有效处理较大规模优化问题； （4）搜寻空间并行性； （5）鲁棒性强； （6）智能性； （7）只通过目标函数计算适应度，不受约束条件束缚。 基于以上几点,本文将采用遗传算法对家乐福超市物流配送路线进行寻优。 遗传算法是由美国Michigan大学的Holland教授于1969年提出,后经 DeJong、Goldberg等人归纳总结所形成的一类模拟进化算法。它来源于达尔文的 进化论、魏茨曼的物种选择学说和孟德尔的群体遗传学说。 本文所设计的遗传算法的基本流程如下： STEP1：初始化，产生初始种群。 STEP2：个体评价，即计算种群中每个个体的适应度。 STEP3：按选择概率 PS，执行选择算子，从当前种群中选择部分个体进入下一代 种群。 STEP4：按交叉概率 PC，执行交叉算子。 STEP5：按变异概率 Pm，执行变异算子。 STEP6：若满足设定的终止条件，则执行 STEP7，否则执行 STEP2。 STEP7：输出种群中适应度最优的个体作为问题的最优解或满意解。 家乐福超市物流配送路线优化 作者：漆华兰 第 16 页 共 33 页 图图 3-33-3 应用遗传算法求解问题示意图应用遗传算法求解问题示意图 第一步和第二步可以归结为建立优化问题的模型，可以是解析性的数学模型， 也可以是非解析性模型。这是应用任何优化算法求解优化问题都需要的步骤。 第三步“编码”实际上包含了设计或选择个体基因型的表示方法、设计解的 表现型到个体基因型的转换算法。 第四步“解码”是因为遗传算子只作用于编码后的染色体，而染色体的优劣 要到解空间计算其对应的值由个体表现型计算目标函数值后才能进行判断。 第五步“确定适应度转换规则”是因为染色体所对应的解空间的值可能相差 很大，不适合直接用来定量评估个体的优劣。 第六步“设计遗传算子”即为设计交叉、变异、选择等遗传操作，遗传算子 与待优化问题、染色体的编码方案有很大的关系，也是遗传算法应用领域的一个 重要创新点。 第七步“确定运行参数”即确定遗传算法中的交叉概率、变异概率、最大进 化代数等参数。 最优化问题描述 确定决策变量,约束条件建立优化模型 编码,解码 确定适应度转换规则 个体基因型 x 适应度 F(X) 设计遗传算子 确定运行参数 遗传算法 解空间 遗传算法空间 第一步 第二步 第三四步第五步 第六步 第七步 家乐福超市物流配送路线优化 作者：漆华兰 第 17 页 共 33 页 3.2.2 算法思想与算法流程 首先根据每项任务的需求量 qi，总任务量以及每辆车的最大载重量 q，每辆 车的任务不超过其最大载重量 g，确定至少需要 m 辆车来完成任务,最后计算每辆 车的总里程，其中总里程最小的即为所求任务安排。 （1）构造染色体 设车辆的可行线路可以编成自然数编码的长度为 m+ 的染色体l （i11，i12，i13，i1s；i21，i22.i2t；im1，im2.im.） ，ikj为 l 有需求的分店,即第 ikj项任务, 为分店的总数目，m 为车辆从配送中心出发,经过l 各分店后,又回到配送中心的各条回路，即 m 辆车；车辆行驶线路为：第一辆车 从配送中心出发，每个分店访问一次，经过 i11，i12，i13，i1s的路线，又回 到配送中心，形成子路径 1；第二辆车从配送中心出发，每个分店访问一次，经 过以前未经过的 i21，i22.i2t路线，又回到配送中心，形成子路径 2；这样重复， 直到每个分店都被访问到且每个分店只访问一次， 项任务全部完成为止；其中l i1s 与 i2t交换位置,表示行驶路径的改变,也使函数目标改变；算出每条路径的总行 程，其中总行程最小的即为所求的最优化路径，其总运输费用最小。 如染色体 12345678 表示行车路线： 子路径 1：配送中心任务 1任务 2配送中心 子路径 2：配送中心任务 3任务 4任务 5配送中心 子路径 3：配送中心任务 6任务 7任务 8配送中心 这种染色体结构子路径内部是有序的，若子路径 1中点 1，2 交换位置，会使函 数目标值改变；而子路径之间是无序的，若子路径 1和子路径 2交换位置， 却不会改变目标函数的值。 （2）初始种群 满足编码方案的前提下,随机产生 L 个需求点的全排列,构成初始种群,如： i1，i2，.i 。若qijg 且 qijg 将 S 至 的基因依次向后移动一位,使 l 1s 1j s 1j l S 位空出,将 0 插入 S 位。接着若 qijg 且 qijg 如上面的操作,使 t 空出, 1t sj t sj 将配送中心插入第 t 位。如此继续，直到将 m 个配送中心全部插入染色体为止。 家乐福超市物流配送路线优化 作者：漆华兰 第 18 页 共 33 页 这样就构成了一条初始染色体，如此反复，构造满足群体数的染色体个数。 （3）适应度函数 对种群中的每个染色体 Vi(i=1,2,l)根据目标函数的式子计算其值为 Ui,若染 色体对应的是不可行解，则赋予其目标函数值一个很大的整数，适应度函数可以 设为：fi =1/Zi+M*1000,则 fi 0，Zi为染色体 Vi对应的运输成本；fi 为染色体 Vi 的适应度，fi越大，其性能越好，其对应的解越接近最优解。 （4）遗传算子 1)选择算子 个体选择的分配方法:按比例的适应度分配。 利用比例于各个体适应度的概率决定其子孙的遗留可能性，选择概率公式为: p i= fi / fi 即适应度越大，其选择概率越大。 M i 1 根据计算父代和子代的适应度，并将每代群体中的 N 个个体按适应度由大到 小排列，排在第一位的个体性能最优，将它复制一个直接进入下一代，并排在第 一位。下一代群体的另 N-1 个个体需要根据前代群体的 N 个个体的适应度，采用 轮盘赌选择法产生。 2)交叉算子 对通过选择操作的新群体，除排在第一位的最优个体外，另 N-1 个个体要按 交叉概率 pc进行配对交叉重组。本文采用顺序法实施交叉操作： a)随机在你代个体中选取一个交配区域,如两父代个体及交配区域定为：A = 47|8563|921，B=83|4691|257； b)将 B 的交配区域加到 A 的前面，A 的交配区域加到 B 的前面，得： A=4691|478563921，B=8563|834691257； c)在 A，B中自交配区域后依次删除与交配区相同的自然数，得到最终的两个 个体分别为：A=496178532，B=856349127。 3)变异算子 以一定的变概率 Pm随机选取发生变异的个体染色体，然后在该染色体上随 机选取 2 个非零基因位，把这 2 个位置上的基因互换形成新的基因串。 （5）控制参数和算法的终止条件 家乐福超市物流配送路线优化 作者：漆华兰 第 19 页 共 33 页 1)参数设置 交叉概率 Pc=0.6；变异概率 Pm=0.01；终止代数 T=100；初始种群 N=100； =0.65；车辆数 m=qi/+1（gi为需求点 i 的货运量） ；g=8 吨； m i 1 2)终止条件 由于计算时间的机器容量都是有限的，代数不能无限长，故当迭代次数达到 规定值 T 时，停止计算。 4.优化结果分析 4.14.1 优化前结果优化前结果 表表 4-1 优化前路线分析优化前路线分析 现有路线 行驶距离 （KM） 实载量（吨）准载量（吨）实载率（%） 0-2-5-0363.8847.5% 0-9-12-0323.9848.75% 0-15-18-0193.8847.5% 0-4-0223.6845% 0-10-17-0153.7846.25% 0-1-19-0253.9848.75% 0-3-11-09.23.8847.5% 0-8-09.24.8860% 0-6-14-013.9848.75% 0-16-20-05.13.8847.5% 0-13-06.43.7846.25% 0-7-12-0325.7870.125% 合计211.945.180(平均)50.3% 家乐福超市物流配送路线优化 作者：漆华兰 第 20 页 共 33 页 优化前成本经计算为 10757 元。 4.2 优化后结果 表表 4-2 运行结果分析运行结果分析 所需车辆数行驶距离（KM）运输成本（元） 第 1 次7376.8712706 第 2 次7372.6312579 第 3 次7333.5211406 第 4 次7381.5912848 第 5 次7416.6913901 第 6 次7374.5812637 第 7 次7383.3612901 第 8 次7291.5710147 平均值7366.3512291 最小值7291.5710147 表表 4-34-3 优化后路线优化后路线 优化后路线 行驶距离 （KM） 实载量（吨）准载量（吨）实载率% 0-11-13-19-0267.6895% 0-10-5-7-0886.5881.25% 0-20-3-1-013.95.5871.25% 0-12-16-18-025.17.8897.5% 0-8-9-6-036.27.4892.5% 0-4-17-2-023.17.9898.75% 0-15-14-0192.9836.25% 合计231.345.656（平均）81.43% 优化后只需要 7 辆车，减少了 5 辆车；实载率增加到 81.43%，提高了 31.13%; 总成本减少了 610 元。 D=291.57KM;K=7 辆;minZ=10147 元. 4.3 结论 在物流配送业务中，合理确定配送路径是提商服务质量，降低配送成本，增 加经济效益的重要手段。本文以家乐福物流配送路径为研究背景，探讨物流配送 路径优化问题，针对家乐福物流配送路径的现状，分析其不足之处，找出了车辆 路径优化存在的问题；分析了相关的配送数据，并对优化计算方法进行了分析， 家乐福超市物流配送路线优化 作者：漆华兰 第 21 页 共 33 页 结合实际情况，选择遗传算法作为论文的主要方法；结合背景材料，建立了数学 模型，并设计了遗传算法；通过本文的分析可知，家乐福的现有配送路线还可以 再优化，而达到节约运输成本的目的；还证明了遗传算法在路径优化问题中是一 种很实用的计算方法，具备很多优点。 5.总结与建议 总配送中心统筹规划车辆数量，调整各个分配送中心的车辆数，预留一定的 备用车辆，分配送中心编排好车辆的出车顺序，兼顾车辆保养保修等；此外，公 司的发展必然使其业务范围扩大，出现新的货物类别，所以需要适时地增加其他 的车型。 针对配送车辆，特提出以下几点意见： （1）对重要客户指定某几辆车专门负责，以保证服务质量； （2）划分配送区域时区，针对较远的客户群，使用较大配送量的车辆负责 配送，而较近的客户群则使用一般性的车辆负责配送； （3）指定某几辆车专门负责临时需求，即随要随送； （4）在路线安排上，一般方法是将客户按地理位置分成几个区域，再按照 客户要求的送