本文是一篇物流供应链论文，本文以某企业胰岛素产品冷链为研究对象，针对其成本居高不下、碳排放量大、库存配送不合理的问题，制定了一种低碳视角下库存和配送联合优化方案。
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.1.1 研究背景
为促进我国现代药品冷链物流建设，2021年以来，《国务院办公厅关于印发“十四五”冷链物流发展规划的通知》、《“十四五”国家药品安全及促进高质量发展规划》等政策陆续实施，大力支持并规范现代药品冷链物流建设。推动冷链物流高质量发展，提高医药产品物流全过程品质管控能力，是建设健康中国的重要保障[1]。在医院中大量使用的血液制品、胰岛素、抗生素等冷链药品需要在贮存和运输的过程中严格控制温度，以确保药品的有效期和药效不受损失。这对于维护冷链的完整性、在物流过程中保持低温和恒温状态至关重要[2]。根据中商产业研究院资料显示，2020年，我国医药冷链市场销售额达3903.4亿元，同比增长14.97%，2022年医药冷链市场规模达5446亿元，并且预计2023年将达5881亿元。与此同时，我国物流业二氧化碳排放量占社会碳排放总量的18.9%，而冷库运行所消耗的能量占比冷链物流企业总能耗的70%以上[3]。
随着医药冷链市场的不断扩大，对于拥有冷链物流的医药企业，其产品储存要求高且时效性强；下游零售商多且分散，因此其冷链物流的成本和配送效率成为了影响企业竞争力的重要因素。当前影响医药企业冷链物流成本和配送效率的主要因素有以下两方面：
（1）库存管理的方式。科学的库存管理方式能够有效避免产品的积压和降低储存过程中的能耗，在保证产品质量的同时降低企业冷链物流成本，提升企业竞争力。因此库存管理是冷链物流优化的重要部分。
（2）配送路径的规划。物流运输时的配送成本在冷链物流总成本中占比居高不下是优化的难题，如何在保证客户服务水平的同时降低配送成本，科学的规划配送路径成为了冷链物流优化的关键。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 冷链物流研究现状
我国冷链物流和相关技术的研究历史相对较短。然而，随着我国经济的迅速发展，冷链物流领域的关注日益增加。同时，在国家努力实现“双碳”政策的号召下，冷链物流低碳化也逐渐成为了相关部门和学者关注的焦点。
（1）国外研究现状
Jennifer Pazour等[4]提出了一种运输和存储容量的新的库存模型，旨在解决在需要将温控物品存储于特定非环境温度下并采用模块化温控单元的环境中的问题；通过构建非线性、非连续的成本和排放函数，并开发一组确切的算法，以实现基于成本和排放函数最小化的最优订货量；最后运用数学验证其优化的有效性。
Maurizio Faccio等[5]通过多目标优化方法，深入探讨生鲜食品配送网络的成本、排放和时间等关键因素，并采用多产品、多模式、多层次的分销网络规划，提高效益和可持续性。通过案例研究，旨在确定和评估成本、碳足迹和交货时间的帕累托边界。
Oludaisi Adekomaya等[6]的研究通过采用柴油发动机驱动的蒸汽压缩系统，将新鲜食品的保存温度保持在可接受的水平，该系统不仅可以有效地降低能耗，还能满足在极端低温环境下保存易腐烂食品的要求。
Ali Bozorg等[7]通过构建选址-车辆调度模型，关注提高食品供应链中运输系统的及时性、降低环境影响的问题。考虑服务客户节点、运输车队数量限制以及产品易腐性等因素，采用多目标混合整数线性规划方法进行优化。该模型不仅综合考虑了总二氧化碳排放量和运输总成本，也注重了新鲜度和质量的维护。通过节点网络的合理构建，实现运输车辆的高效调度，同时考虑了环境可持续性的要求。
第2章 某企业冷链物流问题与优化方案的制定
2.1 理论基础与研究范围的界定
2.1.1 医药冷链物流特点
本文所研究的冷链物流为医药冷链物流，医药冷链物流不同于一般的货物冷链物流，医药冷链物流是以保证医药品的品质为目的，以保持恒温环境为核心要求的供应链系统，其具有高成本性、高时效性、高协调性等特征，所以它比一般食品冷链物流系统的要求更高，也更加复杂。其主要特点如下
（1）严格的温度控制和稳定性
大多数低温药品都属于生物制剂，具有生物活性。不论是在储存还是运输过程中，都必须严格控制在2℃-8℃的温度范围内。任何偏离标准温度范围的情况都可能导致药品降解、质量下降、凝聚等失效现象，甚至可能释放一些有害成分，对患者生命安全构成潜在威胁。
（2）产品时效要求更高
冷链药品具有一定的保质期，并且容易受温度变化的影响。为了提供高质量的服务，通常会存在时间窗口，要求企业必须在预定的时间段内将货物送达需求点。然而当冷链药品需要长距离运输时，可能有多种因素导致货物未能按计划送达客户处。即便在运输过程中尽力保持恒温的状态，也可能因时间问题导致药品的失效。这不仅会给公司带来经济损失和资源浪费，还可能因向客户提供不合格的医药品而造成严重后果。
（3）各环节间的组织协调性高
医药冷链物流是一项复杂的系统工程，将冷冻冷藏、物流、信息技术融为一体，需要冷链各环节之间的高度配合、高度协调，任何一个环节出现故障都会造成巨大的成本损失。
（4）供应链中能耗高，碳排放量大
由于医药冷链产品需要维持品质，全链低温控制是必不可少的。在存储和配送阶段，冷链物流系统消耗了大量能源，这使得能源成本和碳排放量显著上升，对环境产生负面影响。同时，这也增加了企业的经济负担。因此，降低能源消耗、降低成本，以及提高企业盈利水平成为冷链物流业急需解决的核心问题。
2.2 某企业冷链物流问题分析
2.2.1 企业简介
某企业是一家高科技生物制药公司，致力于整合科研、开发、生产和销售的全产业链。在生物制药领域，成功掌握了生物合成胰岛素的关键技术，使其在中国糖尿病市场中占据了领先地位。截至2022年，其胰岛素制剂产品在2022年度的销量同比增长了29.77%，下半年度销量环比增长了49.07%。
随着国家推行胰岛素集采政策，企业迎来了销量的明显增长，同时也带来了库存产成品数量的大幅增加。这一增长趋势也伴随着物流配送成本占比的上升，物流配送成本占年度总成本的12.97%，这对公司的冷链物流管理提出了更高的要求。为了应对这一挑战，公司扩大了配送范围，覆盖全国31个省份，并加强了与一级经销商和三甲级医院的合作。为了确保产品在配送过程中的质量和安全，公司配置了专业的冷藏车和温度监测仪，以维持产品在冷链中的稳定温度。
在物流配送方面，某企业引入了先进的ERP系统和GPS技术，实现对配送车辆的实时监控。通过对温度和位置信息的精准监测，能够及时发现潜在问题并采取有效的措施，确保产品在配送过程中始终保持良好的冷链运行状况。这一全面的监控体系有助于提高企业对整个医药冷链物流的可视性，为运营决策提供更为精准的数据支持。
第3章 低碳视角下冷链库存—配送模型的构建 ..................... 21
3.1 问题描述 .................................. 21
3.2 模型基本假设与符号说明 ............................... 22
第4章 改进的灰狼算法设计 ............................... 33
4.1 算法的设计思路 .................................... 33
4.2 灰狼算法简介 ...................................... 34
第5章 实例研究 .................................... 46
5.1 某企业基础数据分析及参数设定 ........................... 46
5.1.1 零售商位置点及需求数据 ............................... 46
5.1.2 参数设定 .............................. 48
第5章 实例研究
5.1 某企业基础数据分析及参数设定
5.1.1 零售商位置点及需求数据
考虑到胰岛素的特性，其配送通常限定在一定的地理区域。以某企业总部所在城市北京市为例，本文选择北京市与企业有合作关系的部分三甲医院和药店作为零售商需求点，共选择三甲医院及药店共20家。将编号“0”分配给企业配送中心，将编号“1~21”分配给各零售商的需求点。表5.1为配送中心和零售商的地理位置、经纬度坐标以及时间窗要求等信息。表5.2为零售商需求均值和需求方差，其中一个计划周期包括四个时间段，一个周期为一周。
第6章 结论与展望
6.1 结论
本文以某企业胰岛素产品冷链为研究对象，针对其成本居高不下、碳排放量大、库存配送不合理的问题，制定了一种低碳视角下库存和配送联合优化方案。在考虑低碳与联合优化的条件下，以冷链物流总成本最小为目标，建立了考虑碳配额的某企业冷链库存—配送优化模型；设计改进的灰狼算法对模型求解；针对某企业实际运营情况，运用本文的模型及算法得到其最优的库存—配送方案，为该企业提供了最佳的联合决策，改善了其库存管理和配送问题。本文的研究结论如下
（1）针对冷链物流中库存和配送存在悖返效应的痛点问题，提出了一种低碳视角下的冷链物流库存和配送联合优化方案。在确定库存补货策略下，构建考虑碳配额的冷链库存—配送优化模型，并设计改进的灰狼算法进行求解。该方案将冷链物流中的库存和配送环节进行了协调与控制，在降低碳排放量的同时实现了合理库存控制和配送安排，为低碳冷链联合决策提供了理论依据。
（2）针对某企业冷链物流成本高、碳排放量大的问题，构建了考虑碳配额的某企业冷链物流库存—配送模型。模型以库存成本（配送中心库存成本、零售商库存成本）、配送成本（燃油成本、燃油车制冷成本）、惩罚成本和碳排放成本构成的总成本最小为目标
