基于时间约束的京东快递配送路线优化以三星镇为例.docx
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基于时间约束的京东快递配送路线优化以三星镇为例
3.4配送线路问题优化分析11
摘要
在物流整体活动中，配送这一环节是与消费者直接相连的，并且配送成本在物流总成本中占据着相当高的比例。
对配送中心来说，配送水平的高低不仅直接影响到客户接受服务的满意度，同时还会对自身经济效益产生重大影响。
而配送线路的安排是决定配送水平（配送成本、准时性、效益等）高低的关键因素之一，特别是多客户的情况下，合理安排配送线路将成为一项极为复杂的工作。
因此，采用科学有效的方法来对配送中心的配送路径进行优化，是配送中心日常运营中的一项重要活动。
本论文以京东快递在金堂县三星镇的城市小区快递配送下线路优化作为主要内容从而展开论述，着眼于快递配送过程中的路线优化问题。
首先本文运用文献分析法通过对国内外关于车辆路径问题的研究进行了分析总结，介绍了路线优化的相关理论知识作为指导，明确了线路优化的方法。
其次，通过实地调研考察收集整理京东快递在三星镇配送线路运行的基本资料，有针对性的提出其存在的配送线路混乱的问题。
同时考虑了车辆装载量和配送时间的约束条件，在构建配送线路优化模型时，利用基于时间窗约束的节约里程法重点对京东快递在三星镇的配送线路进行规划研究，求解出优化后的配送线路方案，并与当前的配送线路进行对比分析，从而得出该方案相较于当前的配送线路有着缩短运输距离，提高配送效率的优势，可为京东快递配送线路优化提供参考。
线路的优化有利于提高配送效率，缩短配送时长，增加了客户的满意度，提升了企业的经济效益。
研究分析具有一定的理论意义和现实意义。
关键词：
配送线路优化时间约束节约里程法
Abstract
Intheoverallactivitiesoflogistics,thelinkofdistributionisdirectlyconnectedwithconsumers,andthecostofdistributionaccountsforahighproportionofthetotalcostoflogistics.Forthedistributioncenter,thelevelofdistributionnotonlydirectlyaffectsthesatisfactionofcustomersreceivingservices,butalsohasasignificantimpactontheirowneconomicbenefits.Thearrangementofdistributionrouteisoneofthekeyfactorstodeterminethelevelofdistribution（distributioncost,timeliness,efficiency,etc.）,especiallyinthecaseofmultiplecustomers,reasonablearrangementofdistributionroutewillbecomeanextremelycomplexwork.Therefore,theuseofscientificandeffectivemethodstooptimizethedistributionpathofthedistributioncenterisanimportantactivityinthedailyoperationofthedistributioncenter.
ThispapertakestherouteoptimizationofJD.comexpressdeliveryinSanxingTownofJintangCountyasthemaincontent,focusingontherouteoptimizationproblemintheprocessofexpressdelivery.Atthesametime,consideringtheconstraintsofvehicleloadinganddistributiontime,whenconstructingthedistributionrouteoptimizationmodel,thesavingmileagemethodbasedontimewindowconstraintisusedtostudythedistributionrouteplanningofJD.comexpressdeliveryinSanxingTown.Theoptimizeddistributionrouteschemeissolvedandcomparedwiththecurrentdistributionroute,thusitisconcludedthatthisschemehastheadvantagesofshorteningthetransportationdistanceandimprovingthedistributionefficiencycomparedwiththecurrentdistributionroute.ItcanprovidereferenceforJD.comexpressdeliveryrouteoptimization.Theoptimizationofthelineisbeneficialtoimprovethedistributionefficiency,shortenthedistributionperiod,increasethecustomersatisfaction,andimprovetheeconomicbenefitsoftheenterprise.Researchandanalysishavecertaintheoreticalandpracticalsignificance.
Keywords:
Distributionrouteoptimization,Timeconstraint,Savingmileagemethod
1绪论
1.1研究背景和意义
1.1.1研究背景
经济的发展使物流业的地位越来越受到重视，但物流成本仍然很高，其中配送成本在物流总成本中占比较高。
因此，合理的控制物流配送成本，提高物流服务水平已成为物流企业的重要竞争力之一。
此外，物流配送作为连接生产者和消费者的重要节点，在整个物流链中发挥着重要作用。
同时，在物流成本相关学者的研究中，配送和运输成本一直是最重要的。
有专家提到，一个有效的物流配送系统可以大幅度提高企业综合利用后的业务价值，将有效地提高交货率40%，减少仓储量50%，将业务收入提高10%[1]。
城市配送路线的选择是直接影响物流配送中运输成本的重要因素，可以预见，合理的城市配送线路优化设计将大大改善城市配送网络，提高城市配送效率，提高城市配送服务的水平。
然而，现代物流业正逐步走向全球化、一体化和信息化，同发达国家相比，国内的物流起步晚，大多数的企业处于发展的早期阶段，导致城市配送的效率低下，配送成本偏高，也造成了交通拥堵、环境污染等城市问题。
如UPS等国际物流巨头逐渐涉及中国市场，更是加剧了国内物流市场的竞争激烈程度。
因此对于国内物流企业来说要想突围，摆脱竞争劣势的困境，优化城市路径，减少中间环节，构建专业高效的服务体系是尤为重要的。
1.1.2研究意义
在物流末端最后一公里，车辆路径问题[2]对于物流企业来说是一个不可忽视的问题，尤其具有时间窗问题的车辆路径，在实践中得到了广泛的应用。
选择合理的车辆路径，优化货物配送方案，最大限度地减少车辆的行驶距离和行驶时间，缩短货物的配送时长，可以降低配送和运输成本，提高收入效益，同时减轻交通压力，这对于提高客户满意度，增强企业市场竞争力，提高社会综合效益，实现科学物流具有重要意义。
另外，从理论上看，车辆路径问题已被证明是一个NP难题[3]，而NP问题通常不能得到最优解，只能尽可能地进行优化，使其接近最优解。
因此，本文应用了基于时间窗约束的节约里程法来优化三星镇京东快递配送中心的路径问题。
对于物流活动来说，最基本的形式就是配送环节，而快递配送这一活动，作为物流配送环节的“最后一公里”，物流配送系统的质量决定了物流商品或服务带给消费者的体验水平，直接影响到顾客的满意度。
因此，一种高效的物流配送模式和方法对整个物流供应商和上下游供应链都有很大的影响。
1.2研究现状
1.2.1国外研究现状
Balinski等人在1962年首先提出了关于VRP的集分割，直接考虑可行解集合，并基于此进行优化，建立了最简单的VRP模型[4]。
1971年，Eilon等人提出将动态规划法应用于固定车辆数的VRP，并通过递归方法求解[5]。
1974年，Wren，Gillett等人提出Sweep算法（扫描法）[6]。
1981年，Christofides等人提出了k度中心树和相关算法,对固定车辆数m的m一TSP进行k度中心树松弛[7]。
后来，M.L.Fishe对这种方法做了进一步改进，可行解有134个客户的VRP[8]。
经过学者们的研究和延伸，诞生了很多解决线路优化问题的方法。
在这些研究中，节约里程法的研究相对较早，因此它相对成熟且具有代表性。
P·Wark（1994）和其他人提出重复匹配算法[9]解决车辆路径问题。
该模型中，考虑时间约束、容量约束两个影响因子。
这个新的算法的一个重要特征是它可以用来解决大规模VRP问题，而以前的一些算法无法解决这些问题。
MariaAlbareda,ElenaFernandez,GilbertLaporte（2007）[10]等人通过建立两阶段模型解决了随机的物流资源计划问题。
1.2.2国内研究现状
近年来，物流行业的发展已成为社会关注的焦点，作为物流行业中重要组成部分，配送路线的选择也受到广泛关注，国内对于配送路线的优化研究也日渐成熟。
陈晓伟，张悟移，耿继武[11]（2003）他们在文章中，通过分析节约里程算法，了解到了这种方法的不足，因此针对这些存在的问题，他们提出了优化措施，使得节约里程法更加的完善。
李如娇[12]（2008）通过对节约里程法研究，发现了物流配送效率的影响因素，为以后的人对配送路线的优化研究提供了帮助。
王荣花[13]（2011）提出快递企业的核心管理对象是物流配送线路规划。
若要使低成本、短距离和高效率的配送得以实现，就有必要选择合理的配送路线优化方法，来达到其降低成本，提高效率等目的。
张颖敏[14]（2011）在研究物流运作全过程时发现，物流配送是整个物流环节中最重要一环。
因此对物流配送的研究就显得很重要。
其在研究时主要抓住了以下几个对物流配送有较大影响的因素：
车辆流量、客户分布、车辆装载量以及车辆运行约束条件，并采用节约里程算法优化了物流配送线路。
最后提出了在对复杂配送网络构建模型时的一些改进方法。
1.3本文研究内容
本文通过对京东快递在金堂县三星镇配送线路的运行特点进行调查，分析京东快递配送中存在的问题，并以配送路程最短，配送时间合理为目标，建立了基于时间窗约束的节约里程法的配送路线规划模型求解，主要的内容框架结构如下：
1.绪论。
本文研究背景、意义以及介绍了国内外物流配送的相关研究学术成果。
2.相关理论与方法概述。
本章从配送线路优化方面简单的介绍了相关理论，并对本文采用的节约里程法解释说明了它的研究原理。
3.京东快递配送线路现状分析。
本章在调查了京东快递三星镇配送中心配送现状的基础上，对其从配送小区的布局，配送线路的规划等方面对其配送路线进行了重点分析，总结了京东快递在三星镇的制约因素，提出了问题分析，为下一步优化分析提供了理论依据。
4.京东快递配送线路优化分析。
本章主要通过构建数学建模的方法，以带时间窗约束的节约里程算法为三星镇京东快递配送系统构建路径优化模型，并对模型通过实例分析进行求解。
5.总结。
对全文研究内容和结果进行简单的归纳总结，认识到了不足之处。
2相关理论与方法概述
2.1配送线路优化的相关理论
1.配送线路优化内涵
所谓配送路线优化，就是指在满足相关限制条件（如车辆最大行驶距离限制、最大载重量限制等）情况下，合理组织和分配城市配送区域内配送中心和需求点的配送运输车辆，以便准确及时地将货物交付给客户，并达到一定的优化目标（如配送车辆运输里程最短、综合配送运输成本最低、车辆准时到达率最高等）[15]。
配送路线优化是城市配送合理化的核心，对促进企业成长和社会发展具有重要意义，然而由于现代城市配送中商品种类越来越复杂、需求点越来越多、配送量不断波动、路况复杂多变等因素的制约，很难对配送路线进行准确、长期的优化分析，使得这一问题已成为现代物流学术研究中的一个多项式难题。
2.配送线路优化的原则
（1）配送车辆里程数最小。
配送车辆的行驶里程通常与配送运输成本成正比。
它直接反映了配送车辆的燃油消耗成本、人力成本和时间成本，如果其他因素与城市配送成本关系较弱，那么配送车辆的里程数将直接影响城市配送的经济效益，以配送车辆最小里程作为优化模型的目标函数也是适当的，这样可以大大简化配送线路优化的复杂计算。
（2）配送车辆投入最少。
使用最少配送车辆完成城市配送任务，也意味着提高了配送车辆的装载率，同时显著降低人力成本，这要求配送路线优化要合理安排运输距离和运力，充分利用配送中心的资源，有效地完成配送服务。
（3）准时送达率最高。
及时准确地向客户送货是城市配送的主要服务内容。
根据需求点所需的时间，协调和安排配送路线优化，依次完成配送任务，确保各网点之间的有效连接，合理利用资源。
（4）配送服务质量最优。
现代城市配送应适应消费者需求多元化发展趋势，更好地满足用户不同的配送需求，根据客户需求灵活有效地完成服务。
因此，优化配送路线可以选择大幅度提高配送服务水平作为目标，使个性化服务在城市配送中得到应用和发展，增强物流的核心竞争力，获得更多的市场合作机会。
（5）综合费用最少。
一般来说，降低城市配送的综合成本是配送路线优化的基本原则。
城市配送的综合成本包括人力成本、配送车辆的运输成本、维修成本、调度管理成本等，其中配送车辆的运输成本占总成本的比例最大，要求综合成本最低即全面降低所有成本，需要考虑的因素比较复杂，配送线路的优化操作具有相当大的难度。
3.配送线路优化的约束条件
城市配送作为物流中非常重要的一个环节，是一个复杂特殊的综合物流活动，其线路优化当然也不可避免地会涵盖到多方面因素，有许多现实条件对其进行约束，主要有以下几点：
（1）配送车辆距离限制。
配送员配送时间、车辆的配送距离和车辆的油耗都与之密切相关，对它在一定程度上的限制保证了货物交付的及时性，因此在配送路线优化中，配送车辆的最大距离往往受到约束。
（2）配电车辆的载重量和容量限制。
任何类型配送车辆都有最大的体积和载重量。
考虑配送车辆的最大容量和最大载货量是配送路线优化的必要条件，也是最重要的约束条件之一。
（3）道路运行状况的限制。
道路拥挤一直是城市交通运行中的一个常见问题。
配送线路的优化应考虑到配送道路的限制和停车点设置的变化，充分保证配送车辆的高效运行。
（4）配送时间窗限制。
配送路线优化的基本任务是按时高效地完成配送任务，以及于何时到达何地完成配送任务，对这一过程进行量化分析，可以更好地保证配送运输过程中的准时准点要求。
（5）自然因素限制。
近年来，城市空气质量不断下降，气象异常频发，极大地影响了城市配送运输成本，气象条件、地理变化、应急处理等逐步纳入配送线路规划范围，并应用于实际配送活动中。
2.2节约里程法介绍
节约里程法也叫节约算法[16]，它更多的是解决在配送车辆数量不确定的情况下的配送线路优化分析，它是目前应用最有效、最经典的启发式算法[17]。
与其他路径优化方法相比，节约里程法更注重配送运输过程的优化，可以大大缩短配送运输距离，提高配送效率。
1.节约里程法原理
在配送中心的配送范围、车辆载货能力、运输时间等条件下，降低配送中心与各网点的相对距离，推算出最合理的配送路线，从而使配送车辆的载货量最小，使得配送网络的总距离和配送时间最短，使资源的综合利用达到最优。
节约里程法可以使配送车辆的运输能力发挥最佳作用，但还需要满足以下三个条件：
（1）配送线路上的每辆车不能超载；
（2）每辆运输车在分配路线上的总行驶距离不得超过规定的最大行驶距离；
（3）每个需求点的配送量只能由一辆配送车来完成。
节约里程法的主要思想：
假设只有两个需求点A、B，P为需求点的配送中心，若对每个需求点都进行分别配送，完成后空车返回，那么配送车辆的运输距离S=2SPA+2SPB，但是，在其他配送条件允许的情况下，如果将A、B共同联合起来配送，即运输车辆从P点出发，先到A需求点再到B需求点，最后回到配送中心（如图2-1所示），这时配送车辆的运输距离Sˊ=SPA+SAB+SPB。
运输距离S与运输距离Sˊ对应差值ΔS=S-Sˊ=SPA+SPB-SAB>0，这个差值ΔS就是节约出来的里程数。
图2-1节约里程法原理图
2.节约里程法步骤
在运输配送中，通常需要对多个需求点进行配送，在配送运输其他基本条件均可满足的情况下，首先计算各个需求点之间的节约里程数，然后将节约里程数进行降序排列，按照其大小顺序依次将它们的需求点连接入设计的配送路线中，直到配送运输车辆满载，从而形成第一条配送路线，以此类推，以同样的方法形成其他线路，直到所有的需求点均可完成配送为止，主要可以分为以下几个歩骤：
（1）制作运输里程表。
将配送中心到各需求点以及各需求点之间的最短配送距离以表格的形式列出，这是节约里程法的主要初始条件。
（2）制作节约里程表。
运用节约里程法，通过计算各点之间相对应的节约里程数，然后将相关数据做成表格形式。
（3）做节约排序表。
根据数据大小，按降序排列，做成表格。
（4）优化后的配送线路。
考虑到配送车辆的一系列约束，按节约里程表的顺序依次接入需求点，从而形成配送线路。
3京东快递三星镇配送线路现状分析
3.1配送中心概况
京东快递是京东物流的服务之一。
京东快递在金堂县三星镇拥有三家快递网点，分别是西南交大希望学院网点，成都文理学院网点，西南航空职业学院网点。
前面两家网点主要服务对象为在校学生，但是位于四川西南航空职业学院的网点不仅为在校学生提供快递服务，同时还负责金堂县三星镇区域内城市小区以及小区附近商铺的快递配送服务。
四川西南航空职业学院京东派位于四川西南航空职业学院足球场后面，占地面积30平米左右，规模不算大。
配送中心拥有4名工作人员，其中3人为快递配送员，1人负责校园京东派店内的包裹取件；快递配送三轮车有3辆，都作为送货车辆。
京东快递配送中心将三星镇城市小区划分为3个配送区域，每天早上8、9点，由一辆大型的京东城市快递配送货车将隶属于四川西南航空职业学院配送范围内的快递送至配送网点，然后由店内的4名工作人员一起将货物卸下来进行站点信息扫描，信息录入完成后进行分区域装车，装车完毕后由3名快递员分别配送区域范围内的货物。
京东快递每天配送两次，上午和下午各一次。
上午配送时间为10:
0015:
00时间段；下午配送时间为16:
0019:
00时间段。
京东快递日常的配送量为100多件，如果处于商品促销活动期间，那么每天的配送量会多达200多件。
3.2配送线路运行现状
3.2.1配送网点布局
京东快递在金堂县三星镇根据物流购买力的分布，在金堂大学城附近几所学校里建立起了配送网点，其中在四川西南航空职业学院建立的配送网点负责配送三星镇内城市小区的快递，另外几所学校里的配送网点则只针对该学校区域范围内的快递配送，因此本文着重研究四川西南航空职业学院配送中心的配送线路优化。
本文的城市小区配送点的选择主要是基于人口密集，派件量相对较大的小区为主，选择出来的配送点派件量还包含小区周围商铺的快递。
各小区配送点见表3-1，配送中心和各个配送点之间的实际地理位置如图3-1所示。
表3-1小区配送点
配送中心
配送点
四川西南航空职业学院
星兰小区A区
金堂县教师新村
棕榈湖
易山国际壹号街区
和裕欧景
希望未来城
鹭洲城邦
星岛国际
学府星川
学府新居
图31配送中心与各配送点之间的实际位置图
3.2.2配送线路规划
虽然京东快递渐渐在三星镇范围内建立起来自己的配送网络，依靠自身的配送队伍涵盖三星镇各个城市小区，但是在进一步的调查中却发现其配送线路是混乱无章的，并未经过科学合理的规划与分析。
京东快递针对三星镇各个小区的配送线路的选择采取的是以经验法为主的配送，划定一片配送区域，在区域内由快递员自行根据经验或者喜好随机选择路线进行快递配送，完成当前配送任务，具体区域划分如下图3-2所示。
图3-2原配送区域划分图
3.3配送线路存在的问题
1.配送站点少
虽然京东在三星镇的配送网络路线比较完善，但是在各个小区的内部或者周围区域却没有建立起来配送站点，只有零星的几个小区附近有几家京东便利店，可以用来临时存放客户快递，详细站点分布见表3-2。
这些没有配送站点的基本上由京东快递人员在现场给客户打电话通知客户取件，然后等待客户拿货，客户若长时间未来取件，会导致京东配送员的长时间等待，然后对后面配送点的客户造成晚点取件，影响整个配送效率。
表32京东快递在各小区配送站点情况表
配送点
有无配送站点
星兰小区A区
无
金堂县教师新村
无
棕榈湖
菜鸟驿站
易山国际壹号街区
无
和裕欧景
京东便利店
希望未来城
无
鹭洲城邦
无
星岛国际
无
学府星川
菜鸟驿站
学府新居
无
2.配送时间过长
由于京东快递在三星镇各个城市小区里的配送站点过于稀少，导致京东快递员在配送货物时需要花费大量的时间来等待客户取货，这不仅仅延长了后面客户的收件时间，导致客户晚点取件，也耽搁了京东配送人员的吃饭和休息时间。
因此应该对配送时间进行限制。
收集整理得到的京东配送员配送时长见表3-3。
表33快递员配送时长表
编号
配送范围
配送时长
休息时间（午）
快递员01
区域1
10:
00~13:
30
16:
00~19:
00
1.5h
快递员02
区域2
10:
00~13:
25
16:
00~18:
45
1.58h
快递员03
区域3
10:
00~13:
40
16:
00~19:
00
1.33h
3.配送路线混乱
三星镇城市小区划分了三个配送区域，由各个区域快递员独自配送。
根据实地调查，发现每个区域的快递配送员在配送货物时都没有进行相应的线路规划。
从行驶路程来看，它没有一定的规则和规范化流程，配送组织散乱，快递员可以根据自己喜好来随机选择配送点，这样就造成了配送线路的混乱，并且根据京东快递员的描述，他们每天配送快递时路线都是不一样的。
就拿星岛国际这一区域为例：
昨天快递员的配送路线为鹭洲城邦→星岛国际→学府星川→学府新居；那么今天就可能会变为鹭洲城邦→学府星川→学府新居→星岛国际；明天也可能会变成另外一条路线，重复线路，绕行运输等增加运输里程时有发生，这样没有规划的混乱路线，必然会造成路径长度的增加，造成不合理的运输现象。
3.4配送线路问题优化分析
1.配送站点的设立
对于各个小区配
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