旧衣物回收的快时尚服装门店同时送取货车辆路径优化研究.pdf

年第 卷第 期总第 期物流工程与管理 物流技术:./.旧衣物回收的快时尚服装门店同时送取货车辆路径优化研究 张雨婷干宏程(上海理工大学 管理学院上海)【收稿日期】基金项目:国家自然科学基金(.)上海市曙光学者人才计划(.)【作者简介】张雨婷()女湖北随州人硕士研究生上海理工大学管理学院研究方向:物流工程与管理干宏程()男浙江宁波人上海理工大学教授博士研究方向:交通系统工程物流管理 【摘 要】为促进快时尚服装行业的循环经济发展文中结合了旧服装回收过程与门店新品服装配送将回收的服装进行利润转化建立了考虑旧服装回收的快时尚服装门店同时送取货车辆路径优化()模型以碳排放成本和运输成本最小为目标进行路径优化研究并将回收后的旧服装价值利润化以直观感受旧服装回收后为快时尚企业带来的价值 文中的改进自适应遗传算法将选择操作进行了优值保留并对交叉和变异概率进行自适应计算以防止算法产生局部最优解 实例仿真结果表明研究所提出的模型和算法具有实际意义且将旧服装进行回收能够有效地减少污染提高企业的利润率从而促进快时尚服装行业的循环经济发展【关键词】循环经济快时尚同时送取货车辆路径优化遗传算法【中图分类号】【文献标识码】【文章编号】()()【】().【】快时尚行业作为一种主导的商业模式消耗了大量的自然资源来生产服装由于快速的更新模式消费者对于买到的服装的使用次数逐渐减少造成了大量的资源浪费并对社会和环境的可持续发展带来了危机 作为世界上纺织品生产和使用大国我国每年废旧纺织品的产量超过 万吨据统计每吨旧服装回收利用后可节约.吨纺织原料并且每利用 千克的废旧纺织品能减少.千克二氧化碳排放量 .等 在研究中也指出将服装进行回收和再利用的方法能够有效的增加服装的使用寿命促进快时尚服装的循环经济发展 因此企业通过将自己出手的服装进行回收不仅能够降低企业的生产成本还能够减少对环境的污染促进快时尚循环经济的发展同时取送货车辆路径问题()可同时满足客户的送货和取货需求是由 最先提出的 该方式考虑了物流作业的整个循环例如百货商店的运输托盘和容器在配送完成后还可回收继续使用饮料厂进行饮料配送的同时还会将空饮料瓶进行回收通过合理结合正向和逆向物流能够第 期张雨婷等:旧衣物回收的快时尚服装门店同时送取货车辆路径优化研究更大程度的利用车辆在行驶过程中的载量避免空载浪费资源同时带动各企业循环经济的发展增加企业的经济效益 目前涉及快时尚服装领域的 的研究主要集中于门店调换货的研究以新加坡某快时尚零售商为研究对象建立了多商品多服务的同时送取货车辆路径优化模型旨在尽可能将门店所需的商品从其余门店之间进行调换从而减少配送中心压力 等考虑了现实生活中订单的动态性考虑门店调换货的需求是实时更新的因此建立了带有等待策略的多商品同时送取货的车辆路径模型实现了对路由的动态规划 但针对带有服装回收的 研究却极少却有不少研究证实对纺织品最后废弃阶段的干预可以解决在采取和制造阶段创造的行业对环境的影响从而促进快时尚行业循环经济的发展综上所述本文结合了快时尚的新品上新配送和旧服装回收将两者同时进行运输在快时尚企业进行每周的新品上新的同时会将各门店的废旧服装进行回收并运回仓库进行二次利用从而减少纺织垃圾造成的碳排放同时有效减少企业的综合成本提高企业的利润率 为此本文建立了带有快时尚旧服装回收的同时送取货车辆路径问题模型()文 献 在 求 解 问题时都运用的遗传算法由此看来遗传算法对于求解 问题具有良好的效果但传统的遗传算法具有收敛过快导致产生局部最优解的缺点为避免这一现象的发生本文选用了自适应遗传算法并针对本文的模型进行了改进提出了适用于本文模型的改进自适应遗传算法()问题描述及模型.问题描述某快时尚品牌拥有 家线下门店且需要每周进行服装产品上新 物流企业每周需要派遣车辆从快时尚品牌的配送中心装货随后运往品牌的各线下门店 同时该品牌的线下门店提倡消费者将自己的废旧服装打包好投放至门店的服装回收处对于有投放动作的消费者品牌会给予消费者一定的新品购买折扣以此来促进品牌的新品销售 因此配送车辆在对门店进行新品配送的同时还要尽可能的将各门店的回收服装拾取并运回配送中心以方便品牌对其进行再利用 每辆车的最大载重量为 车辆自重为最大行驶距离为 每个门店 的取货需求量为()送货需求量为()在满足各种车辆自身条件约束下实现配送总成本最小化 为更好地建立 模型现做出如下假设:每个门店都有送货和取货需求且此需求已知每辆车必须从配送中心出发沿着配送路径行驶最后返回配送中心每个门店只能由一辆车进行服务车辆在行驶过程中速度保持不变每辆车都有最大载重量和最大行驶距离约束车辆在完成送货和取货需求后返回配送中心时车上仅装载有从门店回收来的废旧服装运输的服装产品不考虑其种类统一按照一种类型来计算其需求量.符号定义本文所涉及到的符号定义如下:表示所有节点的集合 .节点 表示配送中心指所有门店的集合.表示所有配送车辆集合 .为门店指数 为车辆指数 表示配送总成本包括车辆运输成本和碳排放成本指门店 到门店 之间的距离 表示单位碳排放成本表示单位时间的人工费用表示单位燃油成本表示单位里程基本保修费用为单位里程基本折旧费用表示车辆在门店 到门店 之间的平均行驶速度单位:/为决策变量如果车辆 从门店 到门店 则值为 否则为.碳排放成本模型在分析影响汽车燃油状况和碳排放的因素时发现车辆载重对汽车的耗油量影响最为显著因此针对以上因素本文建立了适用于快时尚服装运输的碳排放模型具体公式如下:()其中表示车辆从门店 行驶到门店 的过程中所产生的碳排放量表示车辆从门店 到门店 的过程中的燃油量表示燃油系数针对车辆行驶过程中的燃油量本文使用 等的燃料消耗函数其中单位体积的燃料消耗率()与车辆行驶距离和车辆重量成正比表示车辆 从门店 行驶到门店 的路程中的载重量 是燃料消耗系数具体公式如下:()()已知 为车辆的容量则满载时的燃料消耗率和空载时的燃料消耗率由方程式计算分别是公式()和公式():()()()参数 的计算方式为:()/()因此车辆从门店 行驶到门店 之间的燃油消耗率为:()()()车辆的碳排放成本计算公式为:()().车辆运输成本模型车辆在配送过程中会产生一定的成本包括人工费用、燃料消耗成本以及车辆的保修和折旧成本人工费用根据人员工作时长来计算计算公式如下:()燃料消耗:物流工程与管理第 卷 ()保修费用:()折旧费用:()运输总成本计算公式:().废旧服装回收模型废旧服装回收后的用途主要有以下两种:一是直接再利用即可出售给二手市场或捐赠给慈善机构交由他们进行再次利用二是由品牌对其进行升级改造制成新产品 鉴于此本文建立了一个废旧服装的回收模型将服装回收所带来的效益量化从而降低企业的综合成本提高其利润率如公式()所示()()其中表示品牌回收旧服装所减少的碳排放成本其计算公式如()所示表示品牌所回收的旧服装的使用价值如公式()所示由于回收旧衣物到重复利用之间存在成本消耗并不能完全转化为利润因此这里设置了 作为利润转化系数 .()()()其中和表示所收集的旧服装用来升级和直接再利用的比例表示每升级 旧服装所带来的价值表示每直接利用 旧服装所带来的价值综合上述各模型的分析本文基于快时尚建立的 模型如下:()()(.()().()()()()()()()()公式()为最小化配送总成本的目标函数 公式()表示每个门店不可被多次被服务只能接受一次服务约束()避免形成的配送路径中没有配送中心约束()保证每辆车都是从配送中心出发最后回到配送中心约束()限制车辆的行驶里程不能超过最大行驶距离约束()保证车辆完成一个点到点的服务后的载荷一致性约束()限制车辆不得超载约束()确保消除子行程约束()限制了决策变量的取值 改进自适应遗传算法.交叉变异概率计算传统的自 适 应 遗 传 算 法()是在遗传算法的基础上将之前固定的交叉和变异的概率改为根据进化的情况进行自适应计算而实时更新的因此本文参考文献中的自适应遗传算法的交叉和变异概率的自适应计算公式如公式()和()通过设置最大和最小变异概率结合种群的平均适应度值与每一条染色体的适应度大小来决定交叉和变异概率能够有效提高收敛速度以及计算精度使得出的最优解更可靠 ()()()()公式()和()分别为算法中交叉和变异概率的自适应计算公式其中和表示种群中的最大交叉概率和最小交叉概率和表示种群中的最大变异概率和最小变异概率为种群中的最大适应度为种群平均适应度表示染色体的个体适应度.选择操作采用最优值保留策略将所有解按照适应度值从低到高依次排序选择适应度最低的一半解对其进行复制存档并直接作为新种群的一部分随后采用轮盘赌法选择另一半作为父代的染色体对其进行遗传算法的操作后形成子代的新种群随后将两组新种群结合组成进入下一次循环的种群对其进行适应度计算重复上述步骤直到找到最优解或达到循环次数.算法流程建立初始种群 本文采用实数编码的方式对染色体进行编码例如 即表示配送车辆从配送中心 出发先到达门店 进行服务随后在到达门店 以此类推最后再返回配送中心适应度计算 本文求解的是最小车辆路径问题这里采用以下公式对所得解的适应度进行计算:()()选择操作 选择下一代种群和父代染色体交叉操作 从选择操作中选择的亲本染色体中随机选择两条染色体进行交叉产生亲本染色体本研究采用了顺序交叉法具体操作如图 所示 随机选择两条染色体作为第 期张雨婷等:旧衣物回收的快时尚服装门店同时送取货车辆路径优化研究父代再在父代染色体上随机生成一条线段将两条线段进行交换形成子代的部分染色体再按照顺序将其他基因按照重复则删除缺少则加入进行操作最后生成交叉后的新染色体 通过这种方法可以保证每条染色体上的基因的唯一性图 交叉操作示例图变异操作 用于保持一代之间一定程度的多样性本文的变异方式采用交换变异即随机选择需要变异的染色体上的某两个基因调换这两个基因的位置 具体操作如图 所示图 变异操作示例图结束 当找到最优解或达到设置的迭代次数后则结束操作 否则返回第二步继续操作 实例计算与结果分析.实例数据为了更好的验证模型的准确性和算法的有效性本文根据 的标准算例进行改进生成本文的算例数据具体如表 所示 门店 表示配送中心其坐标位置为()其余均为门店共有 家线下门店他们的新品需求量、旧服装回收量均如表 所示表 各节点实例数据门店()()新品需求量()旧服装回收量().模型参数本文选用自重为.载重为 的燃油货车进行配送车辆的最大行驶距离为 车辆在行驶过程中的平均速度为/根据 等的研究得知原始的 线性公式为 .通过该公式计算得出 则本文的行驶车辆所对应的 函数为 .燃油系数为./同时通过文献可知回收的旧服装的升级比率约为 直接利用率约为 由于服装的定价与多种因素有关因此本文通过文献确定回收旧衣服进行升级和直接利用的价值分别为:.元/.元/.本文在参考相关文献与相关市场定价后将本文所包含的单位成本的取值确定为:碳排放成本.元/吨人工费用 元/车辆每升的燃油成本.元/车辆的保修费用.元/车辆的折旧费用.元/.实例计算本文在 为.运行内存为 的情况下使用.()编程软件对表 的数据进行求解要求总成本最小时为最优求解过程中的种群规模数为 迭代次数为 交叉和变异概率涉及参数分别为:.图 为 模型的配送路径仿真结果图表 为模型具体仿真结果可以看出共需要 辆车对这 个客户点进行送取货服务图 模型配送路径仿真方案图物流工程与管理第 卷 由表 可以看出回收旧服装所带来的利润最高能够占到运输总成本的.总计回收利润超过碳排放成本的 倍 根据本文所设数据回收的旧衣物共.根据重复利用率计算得出可重复利用的旧服装约有.可节约.纺织原料减少.的碳排放量 由此可见快时尚服装企业采取旧服装回收的措施能够有效地减少环境污染和资源浪费提高企业的利润率促进快时尚服装行业的循环经济发展 同时车辆在整体运输过程中的装载率都超过了 有效降低了车辆的空载率表 模型仿真结果车辆路径总成本/元碳排放成本/元运输成本/元旧服装回收利润/元 .总计.图 展示了每辆车装载的旧服装回收所节约的碳排放量与车辆运输全程所产生的碳排放量可以看出回收的旧服装所节约的碳排放远高于车辆行驶所产生的碳排放因此对于推动快时尚行业实现经济循环有很大的帮助图 旧服装回收节约和车辆运输碳排放量对比.算法对比图 算法迭代收敛图对比 如图()和()所示为本文改进自适应遗传算法与传统遗传算法计算收敛图通过对比可以看出本文的自适应遗传算法能够在更短的时间内求出最优解而传统的遗传算法则需要耗时更久且求得的最优解值较高由此可以看出本文的改进自适应遗传算法对本文的模型有更好的求解性能 结束语本文研究了快时尚服装行业正向物流与逆向物流相结合的车辆路径规划问题企业将旧衣物进行回收再利用在减少环境污染的同时为企业带来更多的收益从而促进快时尚服装行业的循环经济发展 本文建立了 模型考虑了车辆运输过程中产生的碳排放成本和运输成本同时将回收的旧衣物进行利润转化综合计算配送过程中所产生的总成本以其最小值作为最优目标运用改进的自适应遗传算法对模型进行求解 最后通过实例仿真验证了本文所提出的模型具有实际意义同时与其它算法对比得出本文的改进自适应遗传算法能够有效地解决本文所研究的问题 研究表明考虑旧服装回收能够大量节约服装污染带来的碳排放量甚至节约的碳排放量要远高于车辆运输所产生的碳排放量同时企业重新利用回收的服装能够有效地增加企业的收益提高利润率 采用同时送取货的方式对旧服装进行回收也减少了车辆在返回配送中心时的空载率避免造成不必要的浪费本文在研究上所考虑的服装回收量为定值且数据来源具有随机性将车辆行驶过程中的速度设为匀速行驶因此在之后的研究中可以寻找更贴合实际的需求数据并考虑动态的服装回收量以及时变路网等情况将静态的研究改为动态的研究能够更加贴近实际情况参考文献 .:第 期张雨婷等:旧衣物回收的快时尚服装门店同时送取货车辆路径优化研究.李静李晓清.积极探索我国废旧纺织品的回收和再利用.中国纤检():.汪颖栋.我国旧服装回收再利用体系建设的探究.当代经济():.邓茗文.化旧衣垃圾山为金山银山 深度解读关于加快推进废旧纺织品循环利用的实施意见.可持续发展经济导刊():.:.():.:.:.:():.:.:.王旭坪李新宇张珺.考虑时空距离的异车型同时集送车辆路径优化.管理学报():.:.刘畅姚建明.社区团购场景下供应链末端配送资源整合优化研究.管理学报():.():.:.刘畅张承瑞孙玉玺.改进自适应遗传算法在多载 调度的应用研究.小型微型计算机系统():.刘雅星郝淑丽.基于产业闭环的废旧纺织品回收再利用价值研究.毛纺科技():.(上接第 页)参考文献 .:.():.():.:.():.何帆刘红霞.数字经济视角下实体企业数字化变革的业绩提升效应评估.改革():.戚聿东蔡呈伟.数字化对制造业企业绩效的多重影响及其机理研究.学习与探索():.任春华.我国发展高端装备制造业存在的问题、成因与关键环节.学术交流():.夏友富何宁.推动我国装备制造业迈向全球价值链中高端的机制、路径与对策.经济纵横():.杨瑾解若琳.装备制造企业颠覆式创新实现机理及路径研究 基于扎根理论的分析.科技进步与对策():.刘云郭栋翟晓荣.我国高端装备制造业创新发展演进特征与政策优化研究 以高档数控机床为例.科学学与科学技术管理():.