(東北林業(yè)大學(xué) 交通學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150036)
在電商的大環(huán)境下,網(wǎng)購已經(jīng)成為消費(fèi)主流,自2009年以來“雙十一”網(wǎng)上零售額呈井噴式增長(zhǎng),2016年達(dá)到1 207億元,且有繼續(xù)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)[1]。中國青年報(bào)社社會(huì)調(diào)查中心通過問卷網(wǎng)對(duì)2 000人進(jìn)行了一項(xiàng)調(diào)查,調(diào)查顯示,87.8%的受訪者遇到過快遞延誤送達(dá)的情況,其中10.0%的受訪者經(jīng)常遇到。58.4%的受訪者表示會(huì)聯(lián)系快遞員詢問原因,50.7%的受訪者會(huì)催促快遞員趕快配送,18.1%的受訪者坦言會(huì)向快遞員發(fā)火或言語威脅[2]。這充分說明快遞配送問題很大程度上會(huì)影響消費(fèi)者選擇快遞公司。
王磊通過對(duì)國外配送方式的介紹,指出了國內(nèi)配送方式的不足,提出了推進(jìn)O2O與社區(qū)便利店緊密結(jié)合的運(yùn)營模式,注重城市末端物流配送商業(yè)價(jià)值,搭建自提柜服務(wù)信息平臺(tái),打通“最后一公里”服務(wù)的信息流等措施[3]。蔡穩(wěn)提出通過構(gòu)建末端共同配送聯(lián)盟整合線下終端資源,建立以提高末端配送服務(wù)質(zhì)量為核心的智能化末端共同配送站點(diǎn)[4]。尹玉純提出使用最短距離策略和聚類策略對(duì)客戶點(diǎn)進(jìn)行聚類,將多配送中心問題轉(zhuǎn)化為多個(gè)單配送中心問題;基于遺傳算法和禁忌搜索算法設(shè)計(jì)混合遺傳禁忌搜索算法,并對(duì)末端配送網(wǎng)絡(luò)集配一體化VRP問題求解[5]。張茂秋和劉克巖提出自提柜的末端物流配送模式,介紹該模式的配送流程,分析該模式目前所存在的問題并提出建議[6]。吳競(jìng)鴻和呂能芳設(shè)計(jì)快遞企業(yè)末端配送眾包模式的總體框架結(jié)構(gòu),提出快遞企業(yè)構(gòu)建末端配送眾包模式的關(guān)鍵策略[7]。王冬良和楊彩梅基于二維碼的智能末端配送系統(tǒng)將二維碼作為客戶與訂單的對(duì)應(yīng)碼,利用二維碼的快速識(shí)別與防偽特性,結(jié)合配送柜的按條碼開箱功能實(shí)現(xiàn)末端配送系統(tǒng)的智能化[8]。李小芳提出了兩種收益分配方式,即服務(wù)水平補(bǔ)償方式、收益共享—成本共擔(dān)方式,以期通過模型計(jì)算和比較分析,從中篩選出能有效協(xié)調(diào)快遞服務(wù)鏈的收益分配方式[9]。陳永平和李赫結(jié)合大數(shù)據(jù)時(shí)代的物流末端配送需求變化,提升大數(shù)據(jù)時(shí)代物流末端配送的價(jià)值創(chuàng)造能力[10]。
Yang Bin提出了一種非線性慣性權(quán)重和時(shí)變加速度系數(shù)自適應(yīng)粒子群優(yōu)化(APSO)算法,以實(shí)現(xiàn)配送中心選址問題的自適應(yīng)。根據(jù)假設(shè)和約束建立物流配送中心選址的數(shù)學(xué)模型,然后以平均粒子間距作為種群多樣性的指導(dǎo)因子建立非線性慣性權(quán)重,采用反余弦函數(shù)設(shè)計(jì)非線性對(duì)稱加速度系數(shù),以控制配送中心選址問題的全局搜索能力和局部搜索能力的平衡[11]。同時(shí)還提出一種評(píng)估物流服務(wù)有效性的新方法,以及一個(gè)實(shí)現(xiàn)該方法的特定計(jì)算機(jī)系統(tǒng)-一個(gè)復(fù)雜的推理系統(tǒng),即Mamdani概率模糊系統(tǒng)的擴(kuò)展。Katarzyna Rudnik和Iwona Pisz提出了模糊規(guī)則形式的有效性指標(biāo)與模糊事件邊際和條件概率之間關(guān)系的具體知識(shí),還顯示了推理圖,提出了Yager參數(shù)化t-范數(shù)族作為推理算子。它有利于系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化,并實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)對(duì)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的靈活調(diào)整[12]。Liu Hui和Chen Min研究基于旅行商問題解決方案的物聯(lián)網(wǎng)(IoT)下物流配送系統(tǒng)的大型公司物流模擬,指出實(shí)時(shí)交通協(xié)同效益總體上優(yōu)于傳統(tǒng)的分配策略,并對(duì)不同目標(biāo)情況下的仿真結(jié)果和起始時(shí)間分布進(jìn)行驗(yàn)證和比較,證明信息協(xié)同對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行效率有明顯提升作用,充分利用信息價(jià)值,把信息協(xié)同提高到最佳水平,對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行效率具有不可替代的作用[13]。Julian Becker提出配送物流的設(shè)計(jì)對(duì)公司物流成本和業(yè)績(jī)有著決定性的影響,并介紹了一種分析物流成本和績(jī)效方面分銷物流潛力的方法,將分銷物流整體映射到變量分配結(jié)構(gòu)下,該方法具有高度的實(shí)用性和適用性,有助于更有效地設(shè)計(jì)配送物流[14]。Yong Ming針對(duì)交通組織時(shí)間受限的城市物流配送優(yōu)化問題,提出了考慮企業(yè)配送成本、環(huán)境成本和配送時(shí)間的雙層規(guī)劃模型。上層模型的主要功能是最小化配電企業(yè)的一般成本,并確定優(yōu)化城市物流配送的方案。下層模型是城市交通均衡分布模型,用于分析由上層模型給出的城市物流配送優(yōu)化方案的選擇行為確定的配送路徑[15]。Sun Jie和Wang Xin提出物流配送方式一直是制約鮮活農(nóng)產(chǎn)品電商發(fā)展的瓶頸因素。在研究傳統(tǒng)物流配送模式的基礎(chǔ)上,指出了如何建立電子商務(wù)物流配送系統(tǒng)的五個(gè)問題;分析了鮮活農(nóng)產(chǎn)品電子商務(wù)物流配送模式和業(yè)務(wù)流程,總結(jié)了鮮活農(nóng)產(chǎn)品電子商務(wù)物流配送的優(yōu)勢(shì)和問題;最后提出了合理的農(nóng)產(chǎn)品電子商務(wù)物流配送模式建議[16]。Tang Ruixue和Qin Yongbin提出物流配送問題是現(xiàn)代物流系統(tǒng)的重要組成部分,并通過對(duì)現(xiàn)有物流系統(tǒng)的特點(diǎn)分析,建立數(shù)學(xué)模型,提出了基于并行多群體的多供應(yīng)商物流配送優(yōu)化算法和啟發(fā)式物流配送算法。第一種算法考慮到客戶的要求,充分利用車輛的載荷,合理選擇配送路線,運(yùn)輸成本較低,但時(shí)間成本較高。第二種算法加入了啟發(fā)式算法,引入了可度量比,從而得到更快的收斂速度和更高質(zhì)量的全局最優(yōu)解[17]。Zhang Qingyun和Liu Junhui提出聯(lián)合配送能夠整合社會(huì)資源,提高物流配送效率,緩解城市交通,減少環(huán)境污染,改善城市物流[18]。
從學(xué)者們的研究可知,對(duì)于快遞企業(yè)而言,解決配送問題始終是降低成本的最有力的途徑。在城市物流配送的問題上,很多研究都是在單目標(biāo)優(yōu)化的思路上來展開的,很少考慮多目標(biāo)的優(yōu)化,大部分只是將目標(biāo)函數(shù)賦予相應(yīng)的權(quán)重直接線性相加,忽略了量綱和權(quán)重影響因子不統(tǒng)一的問題,從而導(dǎo)致多目標(biāo)效果的弱化。因此需要對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行特殊和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶幚?,消除量綱的影響作用,轉(zhuǎn)化為一般常數(shù)進(jìn)行求解得出較佳的結(jié)果。
基于此本文針對(duì)小件快遞末端配送,提出了在客流量大的地鐵站設(shè)立自提點(diǎn)的方式,主要以降低運(yùn)輸成本、減少貨物到達(dá)客戶手中的時(shí)間和降低汽車尾氣碳排放量為目標(biāo),建立多目標(biāo)VRP模型,合理安排車輛的配送路線和行車時(shí)間,針對(duì)建立的模型用遺傳算法求得問題的最優(yōu)解,實(shí)現(xiàn)總成本最小、運(yùn)輸所花時(shí)間最短以及車輛碳排放量最小,并將本文所建立的多目標(biāo)優(yōu)化模型用于某公司的貨物配送,驗(yàn)證得出將貨物配送至自提點(diǎn)更能降低總成本,從而提高顧客滿意度和物流效率。
小件快遞配送時(shí)需要考慮貨物、配送中心和車輛等要素,配送中心的工作就是裝運(yùn)貨物、集中分類整理、短途運(yùn)輸?shù)龋诖罂土髁康囟稳绲罔F站等創(chuàng)建自提點(diǎn),配送中心將貨物送至自提點(diǎn),這種配送方式可以減少能源的損耗,選擇合適的配送點(diǎn)并且節(jié)省大量的時(shí)間,最終實(shí)現(xiàn)總成本最低、時(shí)間最少和碳排放量最少的多目標(biāo)。
(1)多目標(biāo)優(yōu)化問題。多目標(biāo)優(yōu)化問題可以定義為:設(shè)有K個(gè)優(yōu)化目標(biāo),使得目標(biāo)函數(shù)向量最小,即:
(2)非劣最優(yōu)解。設(shè)δ為所有可行解的集合,若∈δ,即稱為非劣最優(yōu)解,對(duì)于任意∈δ,至少存在一個(gè)使得:
那么,由所有非劣最優(yōu)解構(gòu)成的集合P,即:
(4)非劣最優(yōu)目標(biāo)集。非劣最優(yōu)目標(biāo)集由所有非劣最優(yōu)解對(duì)應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)所構(gòu)成的集合PF,即:
2.2.1 VRP問題概述
(1)要素分析。多目標(biāo)VRP模型包括貨物、配送中心、車輛和運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)等因素,其中貨物直接影響車輛的選擇,配送中心是連接上下游的通道,車輛由貨物需求量、最大裝載量和貨物需求區(qū)域分配情況決定。
(2)目標(biāo)分析。多目標(biāo)VRP模型要達(dá)到配送總成本最低,追求利益最大化,以最小的成本完成作業(yè),同時(shí)要使配送時(shí)間最少、碳排放量最少。
2.2.2 多目標(biāo)VRP模型建立。本文多目標(biāo)VRP模型的優(yōu)化目標(biāo)是假設(shè)自提點(diǎn)位置確定整體的行車方案,以實(shí)現(xiàn)總成本(A)最小,運(yùn)輸所花時(shí)間(B)最短以及車輛碳排放量(C)最小,其相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型可表示為:
式中K—車輛的總數(shù);k—車輛的編號(hào);i,j—自提點(diǎn)的位置;cij—自提點(diǎn)i到自提點(diǎn)j的單位運(yùn)輸成本;dij—自提點(diǎn)i到自提點(diǎn)j的距離;λ0—快遞員遞送一件小件快遞的提成;Qs—車輛行駛每千米單位耗油量;Vk—車輛k行駛的平均速度;δ—車輛耗油量轉(zhuǎn)換的碳排放量;Dmax—每輛車最大行駛距離;Cmax—每輛車的最大承載量。
目標(biāo)函數(shù)(8)中分別表示運(yùn)輸成本(包括總行程路費(fèi)和快遞員的提成)、配送總時(shí)長(zhǎng)以及總碳排放量;式(9)中前兩個(gè)公式表示車輛途經(jīng)所有的自提點(diǎn);第三個(gè)公式表示自提點(diǎn)i僅有一名快遞員k服務(wù)一次;第四個(gè)公式表示最大行駛距離,即快遞員配送的路徑行程不能超過所用車型允許的最大行駛距離;最后一個(gè)公式表示車輛配送的快遞數(shù)目不能超過所用車型允許承載的最大數(shù)目。
3.1.1 小件快遞配送至自提點(diǎn)實(shí)際算例。本部分的實(shí)例是通過調(diào)查得到北京某快遞公司日平均市內(nèi)的送貨量,配送中心設(shè)置在朝陽區(qū)成壽寺路,至于地鐵站自提點(diǎn)選擇問題,是通過A快遞公司小件快遞配送量最大的25個(gè)地區(qū)進(jìn)行選擇,分別為:
北京地鐵1號(hào)線:公主墳,王府井;
北京地鐵2號(hào)線:宣武門,雍和宮;
北京地鐵4號(hào)線:新街口,人民大學(xué),北京大學(xué)東門;
北京地鐵5號(hào)線:立水橋南;
北京地鐵6號(hào)線:花園橋,車公莊西;
北京地鐵7號(hào)線:灣子;
北京地鐵9號(hào)線:豐臺(tái)科技園;
北京地鐵10號(hào)線:西局,首經(jīng)貿(mào),角門西,雙井,亮馬橋,惠新西街南口,北土城,車道溝;
北京地鐵14號(hào)線:東湖區(qū),高家園,東方北橋;
北京地鐵15號(hào)線:六道口,安立路。
自提點(diǎn)編號(hào),位置以及各個(gè)自提點(diǎn)的需求量見表1。
表1 自提點(diǎn)坐標(biāo)需求量
本文將自提點(diǎn)坐標(biāo)限制在長(zhǎng)為50、寬為45的矩形中,配送中心在坐標(biāo)(40,10),其他自提點(diǎn)的位置經(jīng)統(tǒng)計(jì)之后得到,如圖1所示。
圖1 自提點(diǎn)位置分布圖
3.1.2 小件快遞配送至地鐵站周邊各小區(qū)實(shí)際算例。由于本文自提點(diǎn)的選擇是A公司配送小件快遞最多的地區(qū)的地鐵站附近,所以本章選擇的小區(qū)都是基于配送地鐵站自提點(diǎn)附近的配送快遞量較大的小區(qū),這樣更能驗(yàn)證本文所建立的模型以及遺傳算法的可行性,配送的所有小區(qū)在與配送自提點(diǎn)橫縱坐標(biāo)相同的坐標(biāo)里體現(xiàn),各小區(qū)的坐標(biāo)以及需求量見表2。
表2 各小區(qū)的坐標(biāo)及需求量
同時(shí)將數(shù)據(jù)中所有的坐標(biāo)顯示在長(zhǎng)為50、寬為45的矩形中,配送中心在坐標(biāo)(40,10)。自提點(diǎn)附近小區(qū)分布如圖2所示。
(1)編碼方式。將本文所建模型的目標(biāo)編碼為長(zhǎng)度k+m+1的自然數(shù)數(shù)組,其中編碼的每一條染色體表示所有解里面的初始解之一。
圖2 自提點(diǎn)附近配送小區(qū)分布圖
(2)初始化群體。給出一條初始染色體;構(gòu)造字符串;構(gòu)造染色體;查驗(yàn)染色體是否符合所有的約束條件,若滿足條件,則將產(chǎn)生的新染色體進(jìn)入種群;否則放棄;反復(fù)操作第二步、第三步、第四步,一直到產(chǎn)生的新染色體的總數(shù)為M-1為止;最后,與初始染色體結(jié)合,構(gòu)成了大小為M的初始種群。
(3)適應(yīng)度函數(shù)評(píng)價(jià)。首先根據(jù)原目標(biāo)函數(shù)式(8)將模型的目標(biāo)作如下轉(zhuǎn)換,將各目標(biāo)函數(shù)值轉(zhuǎn)化為無量綱變量:
式中A?,B?,C?分別為無量綱的目標(biāo)函數(shù)值,其取值范圍都是在[0,1];Amax,Bmax,Cmax和Amin,Bmin,Cmin分別是目標(biāo)函數(shù)所求的每一代GA種群的最大值和最小值。
(4)選擇算子。選擇算子的方式采用適應(yīng)值比例選擇,運(yùn)用輪盤賭(roulerre wheel)方式來實(shí)現(xiàn)?;诮o定規(guī)模為N的群體,個(gè)體aj∈P的適應(yīng)值為f(aj),其選擇概率如下:
本文中雜交概率Pc取0.7,變異率為0.01。
(5)終止準(zhǔn)則判定。計(jì)算地鐵站自提點(diǎn)配送路徑時(shí),采用的是設(shè)置最大迭代次數(shù)的方法。計(jì)算配送小區(qū)的路徑時(shí),采用按照每代最佳個(gè)體適應(yīng)值的方法。
3.3.1 小件快遞配送至自提點(diǎn)
(1)參數(shù)設(shè)置。本文對(duì)出發(fā)時(shí)間的控制比較特殊,所以車速就設(shè)置為平均車速。同時(shí),主要參數(shù)設(shè)置為車輛總數(shù)K=6,自提點(diǎn)總數(shù)為25,種群規(guī)模大小popsize=200;交叉率Pc=0.7,變異率pm=0.01;大迭代次數(shù)Maxgen=1 000,本實(shí)驗(yàn)在Matlab中運(yùn)行。在適應(yīng)度函數(shù)選擇上,f(A,B,C)=αA?+βB?+γC?-p(x)。其中α取值0.1,β取值0.3,γ取值0.6,分別是目標(biāo)函數(shù)值A(chǔ)?,B?,C?的權(quán)重系數(shù)。
具體錄入數(shù)據(jù)見表3。
表3 目標(biāo)函數(shù)求解錄入數(shù)據(jù)
(2)運(yùn)算結(jié)果。采用精華種群中的最優(yōu)個(gè)體最少保持代數(shù)作為算法的停止依據(jù),所以以1 000代為終止目標(biāo),當(dāng)?shù)?50次之后函數(shù)的目標(biāo)值取得最優(yōu),迭代到1 000次時(shí)目標(biāo)值沒有發(fā)生變化,得到最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)。將通過調(diào)查得到的數(shù)據(jù)帶入所建立的模型中,運(yùn)用遺傳算法進(jìn)行迭代,通過迭代1 000次得到的車輛路線、每輛車的載重量最佳方案,見表4。
表4 配送至各自提點(diǎn)最佳配送方案
通過遺傳算法迭代得出最佳配送方案后,為了更直接的了解配送路線,繪制了小件快遞配送至各個(gè)自提點(diǎn)的配送路徑圖,如圖3。
3.3.2 小件快遞配送至小區(qū)
(1)參數(shù)設(shè)置。主要參數(shù)設(shè)置為車輛總數(shù)K=6,自提點(diǎn)總數(shù)為25,種群規(guī)模大小Popsize=100;交叉率Pc=0.7,變異率pm=0.01,從大迭代次數(shù)Maxgen=2 000,本實(shí)驗(yàn)在Matlab中運(yùn)行。在適應(yīng)度函數(shù)選擇上,f(A,B,C)=αA?+βB?+γC?-p(x)。其中,α取值0.1,β取值0.3,γ取值0.6,分別是目標(biāo)函數(shù)值A(chǔ)?,B?,C?的權(quán)重系數(shù)。
(2)運(yùn)算結(jié)果。由于配送的小區(qū)數(shù)目較多,當(dāng)?shù)? 000代的時(shí)候發(fā)現(xiàn)還有波動(dòng),所以將迭代次數(shù)設(shè)置到2 000代為止,迭代曲線趨于平緩,并同時(shí)取得小件快遞配送至小區(qū)的最佳配送方案,見表5。
圖3 配送至自提點(diǎn)最佳配送路徑圖
表5 配送至各小區(qū)最佳配送方案
通過運(yùn)用遺傳算法迭代出配送方案,發(fā)現(xiàn)線路5有兩條,意味著第五條路徑車輛B行駛了2次,實(shí)際上是會(huì)發(fā)生這種情況的,由于車輛行駛距離、車載量以及本文對(duì)行駛距離沒有限制等原因,一輛車行駛兩次能得到最優(yōu)結(jié)果也是合理的,車輛行駛路線圖如圖4。
圖4 配送至小區(qū)車輛行駛路線圖
對(duì)A快遞公司配送至本文所假設(shè)的地鐵站自提點(diǎn)以及其附近小區(qū)的小件快遞數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì),分別求得A快遞公司從配送中心配送小件快遞至自提點(diǎn)與小區(qū)的目標(biāo)數(shù)據(jù),即花費(fèi)的總成本、花費(fèi)的總時(shí)長(zhǎng)以及碳排放量,運(yùn)算結(jié)果見表6。
表6 運(yùn)算目標(biāo)結(jié)果
通過計(jì)算,配送至小區(qū)的總成本為1 945.54元,配送至自提點(diǎn)總成本為1 817.95元,節(jié)省了7.0%;配送至小區(qū)的總時(shí)長(zhǎng)為15.14h,配送至自提點(diǎn)的總時(shí)長(zhǎng)為10.13h,節(jié)約了49.5%,可見建立地鐵站自提點(diǎn)大大節(jié)約了配送時(shí)間;配送至小區(qū)的碳排放量為130.44g,配送至自提點(diǎn)的碳排放量為87.12g,節(jié)約了49.7%。由此可見,本文設(shè)計(jì)的配送至地鐵站自提點(diǎn)的方案是可行的。
本文通過在地鐵站附近設(shè)立自提點(diǎn)來取件的方式,建立以時(shí)間長(zhǎng)短、成本多少和總碳排放量為目標(biāo)的關(guān)于小件配送的多目標(biāo)VRP模型,以某快遞公司為例,通過運(yùn)算結(jié)果可以得出,各個(gè)目標(biāo)的情況比之前改善很多,配送至自提點(diǎn)的總成本、總時(shí)長(zhǎng)、總碳排放量的數(shù)據(jù)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于配送至小區(qū)的數(shù)據(jù),從而驗(yàn)證了設(shè)置自提點(diǎn)的方式有效,實(shí)現(xiàn)了運(yùn)輸成本降低、貨物到達(dá)客戶手中的時(shí)間減少和汽車尾氣碳排放量降低的目標(biāo),使物流服務(wù)讓顧客滿意,且提高了物流效率。
[參考文獻(xiàn)]
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