摘 要

互联网时代电子商务在人们的生活中扮演着不可或缺的角色。新技术驱动下深度融合线上线下、更加关注消费者体验和物流效率的新零售，为电商行业的发展带来了新的机遇和挑战。生鲜电商作为当前电商行业的热点领域，由于生鲜食品的易腐易损特性，生鲜物流业普遍面临着宅配运输包装成本高、配送效率低等困扰。本文着重对新零售下生鲜食品的宅配运输包装及路径优化问题进行研究，以便为当前生鲜电商实现高效低成本的宅配提供参考策略。

首先，本文从普通意义上的生鲜农产品的特殊性入手，对生鲜宅配进行了定义，分析了目前的生鲜宅配模式。并对生鲜宅配所存在的两大问题：运输包装和配送路径问题进行了相关的概述，为论文提供了理论基础。

其次，本文建立了基于混合时间窗的多目标生鲜宅配模型，即在顾客对生鲜宅配时间有着混合时间窗的要求下，优化配送路径，实现配送成本最低和整体顾客满意度最高两个优化目标。

然后，选取了具有较好的全局搜索能力和并行性等优点的遗传算法来求解该模型，本文引入了扩大适应度函数值之间的差异、精英保留策略和轮盘赌策略共同参与选择、类OX法进行交叉、逆序变异等策略，设计了能够有效求解该模型的改进遗传算法。

最后，在车辆路径优化的理论建模和求解基础上，本文进一步结合A有机农业公司的宅配进行案例分析。先对易碎品鸡蛋的运输包装提出优化建议，并在时间最短和距离最短的两种不同驾车路线下，用设计的遗传算法分别对A公司宅配模型进行求解，并进行比较分析。然后与基本的遗传算法对比，验证本文所设计的遗传算法求解宅配模型的有效性。

本文所提出的运输包装优化方案和车辆路径优化策略，对于新零售背景下品质电商及生鲜电商高效低成本宅配问题的求解，提供了一种可行的解决方案和方法。

关键词：生鲜食品；易碎品；宅配；运输包装；车辆路径优化；多目标优化

Abstract

In the Internet era, e-commerce has become an indispensable part of our lives. Driven by new technologies, the new retail industry, which deeply integrates online and offline and pays more attention to consumer experience and logistics efficiency, has brought new opportunities and challenges to the development of e-commerce industry. Fresh food e-commerce is a hot field in the current e-commerce industry. Due to the perishable and fragile nature of fresh food, the fresh food logistics industry is generally faced with the problems of high cost of transport packages and low distribution efficiency. This paper focuses on the study of the transport packages and vehicle routing problem of fresh food in the new retail environment, so as to provide reference strategies for the current fresh food e-commerce to achieve efficient and low-cost delivery.

Firstly, starting from the particularity of fresh agricultural products in the general sense, this paper defines home delivery of fresh food and analyzes its current modes. The two main problems of fresh food distribution, transport packages and distribution route, are summarized, which provides the theoretical basis for the paper.

Secondly, this paper establishes a multi-objective model of fresh food home delivery based on the mixed time window, that is, under the requirements of customers with a mixed time window for fresh food delivery, the vehicle routing problem is optimized to achieve the two optimization goals: the lowest distribution cost , the highes customer satisfaction.

Then, genetic algorithm which has good global search ability and parallelism is selected to solve the model. In this paper, strategies such as the expansion of fitness function value differences, elite reserved strategy and roulette strategy in the selection, OX method for crossover and reverse mutation strategy, are introduced to improve the genetic algorithm, so the model can be solved more effectively.

Finally, on the basis of the theoretical modeling and solution of vehicle routing optimization, this paper further conducts a case study on the home delivery optimization of A Organic Agricultural Company. At first, suggestions for optimization of transport packagesfor the fragile egg products are put forward. Then Under the two driving routes with the shortest time and the shortest distance, the home-delivery model of company A is solved by the designed genetic algorithm, and the comparative analysis is made. At last, compared with the basic genetic algorithm, the validity of the proposed genetic algorithm is verified.

In conclusion, the transportation packaging optimization scheme and vehicle routing optimization strategy proposed in this paper provide a feasible solution and method for solving the problem of efficient and low-cost home delivery of quality e-commerce and fresh food e-commerce under the background of new retail.

Key words: fresh food; fragile; home delivery; transport packages; vehicle routing optimization; multi-objective optimization

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.1.1 研究背景 1

1.1.2 研究目的及意义 2

1.2 生鲜电商的发展及商业模式 2

1.3 国内外研究现状 4

1.3.1 生鲜农产品运输包装国内外研究现状 4

1.3.2 生鲜农产品宅配问题国内外研究现状 5

1.4 研究的主要内容与方法 6

1.4.1 研究内容 6

1.4.2 研究方法 8

1.5 小结 8

第2章 生鲜宅配及其问题概述 9

2.1 宅配的起源 9

2.2 生鲜宅配概况 9

2.2.1 生鲜农产品的特殊性 9

2.2.2 生鲜宅配的定义 9

2.2.3 生鲜宅配的模式 10

2.3 生鲜宅配的运输包装概况 11

2.3.1 运输包装的概念 11

2.3.2 生鲜宅配运输包装的主要类型及问题 12

2.4 宅配路径问题概述 13

2.4.1 配送路径问题定义及构成要素 13

2.4.2 配送路径问题基本类型 15

2.4.3 配送路径问题的求解方法 16

2.4.4 配送路径问题相关理论方法 16

2.5 小结 19

第3章 基于混合时间窗的多目标生鲜宅配模型的构建 20

3.1 问题描述 20

3.2 多目标宅配优化模型描述 20

3.2.1 模型的假设条件 20

3.2.2 参数定义 20

3.2.3 宅配综合成本分析 22

3.2.4 模型的优化目标 24

3.3 基于混合时间窗的宅配多目标优化模型的构建 25

3.4 小结 26

第4章 模型求解方法及改进设计 27

4.1 遗传算法介绍 27

4.1.1 遗传算法的基本思想 27

4.1.2 遗传算法的基本流程 27

4.2 基于模型的改进遗传算法设计 28

4.2.1 编码 28

4.2.2 种群初始化 28

4.2.3 约束条件与适应度函数设计 28

4.2.4 遗传算子设计 29

4.2.5 终止条件 30

4.3 小结 31

第5章 有机农业A公司的宅配运输包装及其路径优化 32

5.1 有机农业某A公司发展概况及产品特点 32

5.1.1 有机农业A公司发展概况 32

5.1.2 有机农业A公司产品特点 32

5.2 有机农业A公司的供应链系统构成 33

5.2.1 供应链结构 33

5.2.2 优化分析 34

5.3 运输包装优化策略 34

5.3.1 易碎品鸡蛋的现有包装分析 34

5.3.2 A公司运输包装优化策略 36

5.4 宅配路径优化求解 36

5.4.1 数据准备 36

5.4.2 算法求解及经济效益分析 42

5.4.3 算法的有效性验证 45

5.5 小结 46

第6章 总结与展望 48

6.1 研究总结 48

6.2 研究展望 48

参考文献 49

致 谢 51

附录A 批量获取高德地图地理位置信息Python代码 52

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 研究背景

2016年10月在杭州云栖大会上，阿里巴巴集团创始人马云初次提出“新零售”的概念，指出“纯电商时代很快会结束，未来的十年、二十年，只有‘新零售’一说，也就是说线上线下和物流必须结合在一起，才能诞生真正的新零售”^[1]。虽然目前学术界对于新零售并没有统一的规范性标准，但是通过国内一些电商巨头对迎接新零售时代的初步探索来看，所谓“新零售”，它并不是O2O（Online to Offline）和物流的简单融合，而是在改良传统零售方式的基础上融入了云计算、大数据、人工智能等创新技术，以一种新的方式与消费者接触，满足顾客需求，促进消费升级与技术改革。

图1.1 新零售的三大特征（图片来源：阿里研究院）

目前随着人们生活水平的不断提高，消费者对蛋奶、果蔬等生鲜农产品的需求由量的增加向质的提升转化，更加健康、绿色、安全的生鲜农产品越来越受到人们的喜爱。但由于生鲜农产品具有保存时间短、运输过程中易受损、极易腐败等特点，对包装、配送时间、保鲜程度、服务态度都有着极高的要求。在目前新零售的大环境下，生鲜电商作为电商行业的典型代表，主要面临着最后一公里的运输包装成本高、配送路径安排不合理等问题，导致最后一公里的配送也被认为是整个供应链中最贵、效率最低、配送包装污染最重、客户满意度最低的部分。

基于以上背景，本文对新零售下生鲜的宅配运输包装及配送路径进行研究，欲提高顾客对“最后一公里”宅配的满意度，同时降低宅配成本。

1.1.2 研究目的及意义

本文的研究目的是，结合目前生鲜农产品领域电商的宅配发展现状，找出目前所存在的问题，在顾客对配送有着混合时间窗的要求下，建立基于客户满意度和配送成本的多目标优化模型，并且改进遗传算法来求解该模型，使得宅配路径得到优化。最后进行实例分析，优化A有机农业电商的宅配包装并在基于实际的驾车配送路线下优化宅配路径，使得本文的研究更具有实际意义。

本文的研究对于生鲜电商降低宅配的成本、提高宅配的效率及提高顾客对宅配送达时间的满意度等方面都有着重要的实际指导意义；同时对宅配路径的优化研究，在降低交通污染、保护环境等方面有着重要的社会意义。

1.2 生鲜电商的发展及商业模式

自2005年易果网成立，生鲜电商经十多年发展起伏，从2016年开始步入了行业调整阶段：一方面，一大批中小型生鲜电商企业由于生鲜农产品的特殊性，导致企业发展举步维艰，长期处于亏损状态，最终倒闭或与其他企业并购；另一方面，阿里、京东等电商巨头纷纷入局，不断加大对冷链物流和生鲜供应链的投资，给消费者带来了一系列创新的购物模式，也引领了生鲜电商新的发展方向。表1.1为生鲜电商发展历程。

表1.1 生鲜电商的发展历程

近年来，随着“互联网＋”、“新零售”在国内生鲜电商行业中的兴起，电商平台、线下商家甚至包括物流企业都希望能在生鲜电商的市场上瓜分利润，因此诞生了多种商业模式。总的来说这些模式可分为以下四种：

第一种是综合电商平台模式。即综合电商平台开设生鲜频道，以淘宝、天猫、京东商城、苏宁、1号店、亚马逊为主。该种模式的优势是平台有强大的流量以及完善的支付系统，同时用户对平台较信任；但在这种商家入驻的模式下，平台只能对商家进行资质审核，无法完全把控生鲜产品质量。

第二种是垂直生鲜电商模式。即为保证生鲜食品质量，生鲜电商从源头开始介入产业链的各个环节，包括易果生鲜、本来生活、菜管家、天天果园、我买网、每日优鲜等。该种模式下生鲜电商更关注用户体验，并完全掌握供应链，使得生鲜食品的质量得到统一把控。但由于生鲜电商从原产地控货开始，到城市分仓、配送等全产业链介入，导致成本过高；同时缺乏品牌的知名度，需要较高的成本来吸引新顾客，这些都导致对资金链的依赖较强，一旦资金链断裂就容易遇到危机。

第三种是O2O（Online To Offline）模式。分为四种情况：（1）线上销售，从前置仓向外发货，并在社区建立产品的自提点；（2）与线下超市、便利店进行合作，将生鲜农产品寄存在此处进行销售；（3）线下连锁超市自建电商平台；（4）对小型超市、便利店、水果店的整合平台。这种模式的商家有京东到家、美团、多点、爱鲜蜂等，其优势是商品配送效率高，满足即时配送的要求；同时由于可结合线下超市和便利店，能够降低商品的损耗。劣势是对整个供应链的控制能力低，业务地位受地理位置的影响较大。

第四种是“生鲜＋超市＋餐饮”模式。即线下是超市和餐饮店，线上是电商和外卖，这种模式下门店既做仓库又做店铺。典型的商家有7FRESH、盒马鲜生。优势是模式新颖，符合当下用户喜好；“超市＋餐饮”可有效降低生鲜食品的损腐；能够提供多场景消费，促进转化率。劣势是对门店的选址要求较高，配送成本高；同时活鲜类产品毛利不高，易损耗率高。

1.3 国内外研究现状

1.3.1 生鲜农产品运输包装国内外研究现状

为保护生鲜农产品在运输过程中不受损伤，国内外学者对生鲜农产品的运输包装材料进行了大量的研究。

GregoryS.Batt，Mackenzie Lussier^[2]等考虑到苹果在装箱和零售过程中可能遇到的各种外力的损伤，对苹果托运常采用的两种材料发泡聚苯乙烯（EPS）和模塑纤维（MF）进行了差异比较，包括两者对农产品的物理保护性能及对微生物种群成长方面的影响。Tobi Fadiji,Corne Coetzee^[3]等采用模拟卡车运输的研究方法，使用常用的两种通风瓦楞纸板（MK4、MK6）对苹果进行包装，测量苹果在运输过程中的受损率，得出包装材料对生鲜农产品受损的发生率和严重程度均有影响。Jarimopas B, Singh SP^[4]等研究了泡沫网和瓦楞纸板在单独包装农产品时的冲击特性。