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冷链配置设计：利用协调、价值退化和大数据逼近的位置分配决策
Adarsh Kumar Singh Nachiappan Subramanian
Kulwant Singh Pawar Ruibin Bai
摘要
本研究提出了一种基于大数据近似的冷链选址配置决策模型，该模型考虑了客户的价值恶化和协调，并根据有限的货架寿命、机会成本和产品运输单位对客户进行了价值评估。在本研究中，客户可以被定义为任何冷链的成员，如冷库商店、零售商和最后一英里服务供应商。每一个客户都可以被定义为冷链的成员，如冷库商店、零售商和最后一英里服务供应商。每个客户仅管理处于产品生命周期某一阶段的产品，即预期的保质期。由于客户的地理分布和他们不可预知的需求以及产品的不同保质期，复杂性是冷链的另一个挑战。改善托运人和客户之间的协调有望减少这种复杂性，并在模型中引入这一点作为服务距离要求的纵向因素。我们使用大数据信息反映了地理位置的地理空间属性，从而导出托运人之间的真实可行距离和客户。我们制定了冷链位置分配决策问题混合整数线性规划问题，用CPLEX求解器求解。所提出的决策模型提高了效率，充分平衡了供求关系，减少了浪费。我们的研究鼓励管理人员运送满载的卡车装运货物，需要注意基于邻近度的不均匀分配，并监督异构产品配置根据存储要求。
关键词：位置分配问题 冷链配置 协调 大数据
1 引言
发达国家和发展中国家生活方式的变化和收入增长的变化已经升级对健康和营养食品的需求。对冷冻食品的需求，目前估值为2247.4亿美元，预计到2019将达到2937.5亿美元。(Meneghetti和Monti2015)。水果、蔬菜和药品是易腐烂产品的典型例子，随着时间的推移，易腐烂的产品会呈指数级恶化(BAI和Kendall，2008)。因此，监测和控制储存温度对于提高这类产品的安全性和质量至关重要。冷链配置设计的目的是：保护易腐产品，同时尽量减少成本、浪费和能源。目前，冷链配置既没有充分发展，也不适用于底线用户。这些用户高度分散，由许多地理上分布分散的初级生产者来表征，以及制造商、零售商等等之后的中间商。主要原因因为这种分裂是因为供需失配，由季节性的生产，但有一年的需求。已经做过的几次尝试将冷链需求与供应等同起来，导致了对供应商的搜寻区域边界。海上进口产品的规定通常不同于当同一产品在当地生产和消费时所施加的。这种分化是冷链配送网络设计中必须考虑的一个重要特征，因为产品的价值和劣化取决于产品的配置策略年龄而不是它的耐用性。存储和运输配置的具体要求在受控条件下进一步放大了需要定制的复杂性，使冷链作业能够有效运作的战略。
对易腐产品，特别是食品产品的高安全性和质量要求很高，造成相当大的浪费，导致经济和社会损失。这是一个主要在新兴经济体，特别是中国，三亿七千万吨水果和蔬菜(价值七百五十亿元)，可供二亿人食用，每年被浪费。同样，在印度，基础设施差和监测不足导致大量(35—40%)水果和蔬菜浪费(Shih和Wang，2016)。温度和温度的影响时间对食品的内在特性是不可逆转的，这就对食品的性能提出了严格的要求，关于保护食品安全和质量的要求。食物损失主要是由于储存基础设施不足，装卸和运输不当。决定食品制造的各个阶段的制造者必须区分适当的使用冷冻和冷藏。上述因素也导致对多个行为者在不同阶段提供的信息(Thakur和Foras，2015)。
食品供应链与价值链相似，但适当的配置除外。制冷技术对于保持产品的质量、营养和经济至关重要(Dodd和Bouwer，2014)。虽然有效的冷链管理主要是减缓收获产品的变质，但未必会增加营养价值。增加冷链复杂性的一些属性是距离，运输和储存单位的变化以及其他贸易和边界条例。
异质客户的参与使冷链的操作和功能更加复杂。传统供应链中的标准位置分配问题包括由客户而不是按产品聚合需求和服务需求。然而，为易腐烂产品开发合适的冷链配置、货架寿命和严格的存储要求是在位置分配决策中必须考虑的关键因素。
我们提出了一个决策模型来分析某些客户如何识别冷藏库的位置并根据易腐产品的需求进行分配。除了保质期外，我们还考虑了其他四个最重要的因素：零散和异质客户之间的协调，价值随时间恶化的机会成本，产品运输单位，以及使用大数据进行距离计算的近似值。在模型中考虑的一个关键方面是产品价值与市场价格之间的差异，保质期代表产品的可销售寿命，而不一定代表产品的物理状况或变质率(Wang等人，2009)。
本研究通过整合决策中的易变性因素，为有关区位配置的文献提供了有益的参考，针对耐用产品的选址分配研究已经使用客户服务需求建模。在本研究中，客户是冷链的任何成员，如冷库商店、零售商和最后一英里服务供应商。每个客户只能管理产品生命周期中的某个阶段的产品，这就是所谓的预期保质期(ESL)。此外，具有不同ESL和不同产品价值的不同客户可能需要相同的产品，因为订单频率、接近使用点(PoU)和销售市场。具有不同ESL的分散客户增加了满足需求所需的协调的复杂性，通过选择和分配满足客户ESL的存储位置来实现协调，通过将ESL转换成服务距离要求将其纳入模型。该模型允许产品的离散和连续运输单元。例如，分段产品以离散单位流动，而重量（千克）以连续单位流动。价值易腐产品的恶化时间（Dodd和Bouwer，2014）和未满足的易腐产品的需求可以被视为机会成本定义机会成本，作为一个价值产品ESL被客户决定捆绑产品在存储容量是有限的。本研究利用反映地理位置空间属性的大数据信息，推导出货主与客户之间的实际可行距离。对这个问题的概念描述详见第三节。本研究的结果对满载量(FTL)货运量、基于接近度的不均匀分配以及根据存储需求进行异构产品分配等方面提供了有价值的见解。最后，在容量分配决策下说明了机会成本的作用，该优化模型通过封装易腐产品对异构客户的服务距离需求来促进协调。
论文的其余部分组织如下：第二节对冷链存储需求与协调问题、位置分配问题及文献空白进行了讨论；第三节对问题进行了概念描述，并在第四节中给出了数学公式；第五节中应用说明性例子；在第六节中对结果进行了讨论；第七节对研究的结论做了综述；在第八、九节中对未来研究的展望和研究的局限性进行了介绍。
2 文献评论
2.1冷链储存要求及协调问题
冷链通过将易腐产品与流行的业务流程相结合，创造客户价值（Shih and Wang，2016）。冷链需要在大约等于或小于冰点的温度下储存和运输相关产品；这一点强调冷藏仓库和卡车中适当的温度设置，以满足顾客的需要。制冷剂的能量泄漏与系统的制冷量成正比。在传统的供应链中，仓库容量取决于吞吐量（需求率）和实际库存能力。但是，随着制冷系统多的增加，冷藏库的运营成本急剧增加；这意味着仓库容量受需求模式的影响，库存政策和客户服务要求以及实际物理容量（Saif and Elhedhli，2016）。顾客服务要求的考虑是由顾客推动的产品保质期：应保持可接受的安全性和质量水平产品到达客户。
食品的质量取决于储存的温度、时间和气氛，所有这些影响取决于产品对时间和温度的敏感性---产品的劣化程度。配送中心的平均储存时间取决于生产者和分销商之间的批次转移规模，这会影响可变成本，而固定成本则取决于冷却和处理单元的设置成本(Zanoni和Zavanella，2012)。
耐用产品的储存整合主要受产品的形状、大小、重量和体积等外部特征的影响。共享相同存储空间的能力取决于产品模块化设计的兼容性，这在易腐烂产品和耐用产品之间存在差异。不同的保藏温度要求限制了冷藏物品的装船和储存的结合。(牛奶和巧克力牛奶)可以通过共享储存和运输能力来满足需求(Bozorgi，2016)。
速度、可靠性以及专门的运输和储存单元对食品供应链提出了更多的要求。现代食物链需要多种产品，同时需要多种温度要求，这违背了“一刀切”的概念。食品污染取决于外部因素(湿度、温度)和内部因素(微生物污染和成分)以及接触这些条件的时间(Thakur和foras，2015)。
Chen等人(2016)发现天气、温度和顾客偏好等不确定因素影响了对农产品的需求。中国的农业结构分散且复杂，需要有组织的农业结构，如中国东部普遍存在的设施农业供应链。有组织农业的运作是为了使大卖场能够根据需求向设施农业企业订货，这进一步促进了农业生产的发展。在中国，冷链的第三方物流(3PL)仓储不足的原因有以下几个方面：(一)容量低，空间利用率低；(二)由于产品季节性，每年利用率低；(三)难以保证产品质量；(四)人工进入和更新不及时，经营效率低下(张某等，2012)。
不同的产品应该有不同的服务级别。冷冻产品的仓库位置可能更靠近收获(或生产)中心或市场，温度控制可以确保食品质量和安全。根据温度控制，食品可分为冷冻产品(低于-18℃)、环境产品(室温)和冷冻产品(0-15℃)产品，并进一步多样化或聚集(Fredriksson和Liljestred，2015)。德国的冷冻食品商店分类如下：(1)植物冷库(数量约为20，温度[t]lt;-20℃)；(2)中央冷库(n=80，tlt;-24℃)；配送冷库(n=约200，tlt;-20℃)；零售冷冻柜(n=近似)。德国的冷冻食品商店分为以下几类：(1)植物冷库(编号[n]=20，温度[t]lt;-20℃)；(2)中央冷库(n=80，tlt;-24℃)；配送冷库(n=200，tlt;-20℃)；零售冷冻柜(n=2times;105，t=-18℃)。食物是指温度在-20至-28摄氏度之间，能够将温度降至-18℃，一次分布耐受性为3℃的食物。美国人加热，制冷和空调工程师协会要求温度为冷冻食品储存在-23至-29℃之间，而意大利冷冻食品研究所指南建议最高储存温度为-22℃（Arduino，2015）。不同国家、不同阶段和不同测量单位的温度差异由于存在多个参与者，温度会增加协调的复杂性并有可能误解信息。
生产者和农民面临更大的风险和较低的利润率，主要是因为合并程度低。这导致少数零售商在新鲜水果和蔬菜供应链上拥有更高的议价能力。农民正在寻找措施，单独或在相关团体或合作社中种植，以便从高度的整合中获益。整合需要辅之以与下游伙伴的同时合作，与农民有关的生产计划受到与需求预测有关的外部因素以及与相关成员之间需求分配有关的内部因素的影响。与农民有关的生产规划受到与需求预测有关的外部因素以及与相关成员之间需求分配有关的内部因素的影响，合作结构因信息不对称和分散控制而无效，这主要是由于农民不愿意分享成本结构和预期产出(Mason和Villalobos，2015)。
2.2 位置分配问题
在具有节点(位置)和弧(位置之间距离)的图网络上，位置问题可以被描述，网络上的位置可以被区分为树状结构，也可以是循环(Tansel等人，1983)。当周期昂贵时，树状结构就会被利用，例如在描述州际公路时，树状结构通常是凸的，而循环网络的距离函数在Daskin等人中是非凸的(1992)，第一阶段决策规划范围的确定是解决动态无能力固定电荷定位问题的有效工具。
设施选址问题分为两类：设施选址数量问题(即P中值问题)和服务水平问题(基于距离)，即覆盖问题；其他类型的问题是通过将这些方面与附加标准相结合来制定的。欧文和达斯金(1998)回顾了设施选址问题的决策方法，包括P-中值问题、集覆盖问题和P-中心问题，并证明了设施选址模型的鲁棒性取决于未来事件的不确定性和系统状态的变化。对于未来不确定的事件和系统状态的变化，长期规划具有复杂性和重要性，因为它涉及到很高的初始投资和不确定性。通过对固有质量的顺序排列，大大减少了求解此类复杂问题的计算时间。配送中心的库存成本和与运输成本相关的规模经济有望有助于解决设施选址问题(Daskin等人,2002)。Ghaderi和Jabalameli(2013年) 为纵向无能力设施选址---网络设计问题提供了解决办法，预算限制了在每个规划阶段开放设施和建立联系的预算限制，并通过将其应用于伊朗的保健设施，论证了拟议方法的实际可行性。
仓库选址是一项具有较高初始投资的战略决策，需要将有形和无形标准结合到决策过程中的过程。层次分析法(AHP)用于将公司目标与以等级关系形式的选址标准联系起来，这有助于仓库场地(决策备选方案)的优先排序(Korpela和Tuominen，1996)。Fischer(2002)建模具有可变位置和价格的双寡头区位规划达到均衡价格和领导者评估跟随者行为的顺序问题定价决策：知识溢出效应对我国高新技术企业选址有着影响，美国从1985年到1994年发现，公司倾向于在实体上与公司所在地保持一致。高度的学术创新，同时也考虑到知识外溢的影响。技术因素也归因于选址地点的选择：技术水平较低。先进地区强调产业创新区域，技术先进地区。区域避免这类区域，以减少对竞争对手的外溢（Alcaacute;cer和Chung，2007）。需求点随时间加权的功能使我们能够识别最佳地点、搬迁时间和总成本(Farahani等人，2009)。Avella等人(2012)进行聚类分析，其中P设施(中介)通过最小化来定位，从每个设施到最近的设施的距离之和。聚类涉及分组一组相似的聚类模式，以减少问题的规模并进一步解决。每个聚类都是P-中值问题。双重仓库中的物资配置问题在拥有的仓库和出租的仓库之间分配物料数量当制造商仓库的储存能力受到限制时，第三方物流将是有利的。需要租用一个第三方物流仓库，这会导致仓库租金和运输费用以及不包括对该网站的初始投资(Wutthisirisart等人，2015年)。Drexl和Schneider(2015)使用平面位置(而不是平面上的任何位置)突出显示，以消除禁区问题。两位作者还强调，需要整合其他物流因素与问题相结合，采用更全面的方法。
2.3 从冷链的角度分析实时数据
跟踪技术从纸上的输入到基于计算机的信息技术各不相同，以及高度精密的生物技术。定性可追溯性涉及到能够追踪物质流动，以及有关成分、数量、供应商、生产
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