【供應鏈】疫苗安全的生命線--運籌學inside冷鏈物流

來自專欄『運籌OR帷幄』大數據人工智慧時代的運籌學15 人贊了文章

文章作者：陳旭東

審稿人： @覃含章

文章首發於微信公眾號【運籌OR帷幄】：【供應鏈】疫苗安全的生命線--運籌學in冷鏈物流

歡迎原鏈接轉發，轉載請私信 @留德華叫獸 獲取信息，盜版必究。

敬請關注和擴散本專欄及同名公眾號，會邀請全球知名學者發布運籌學、人工智慧中優化理論等相關乾貨、知乎Live及行業動態：『運籌OR帷幄』大數據人工智慧時代的運籌學

前言：周末，一覺醒來，長生醫藥疫苗事件刷爆了朋友圈，疫苗是事關人生命的特殊醫藥產品，在研發，生產，流通，以及使用接種的全供應鏈各個環節都必須嚴格遵守相關操作規範和國家標準。這次長生事件問題爆發在生產環節，但絕不能忘記的是在流通環節，歷史上爆發過多次疫苗供應鏈的安全事件：

1、疫苗供應鏈流通

疫苗由於其產品的特殊性，屬於冷鏈物流範疇，是一個涉及生產、儲藏、銷售、運輸眾多環節的系統工程，國際疫苗生產經營巨頭對疫苗冷鏈定義為在對疫苗的生產、儲藏、銷售。運輸（配送）等直到注射前的各個環節始終保持在疫苗所需要的低溫環境下，防止疫苗由於溫度變化而失效甚至變質，從而保證疫苗的質量和藥效的一項特殊的冷鏈物流系統工程根據已經發生的疫苗管理漏洞事件以及疫苗行業內的一些研究表明，運輸是冷鏈中最薄弱的環節，雖然疫苗是藥品眾多種類中的一種，但是疫苗的流通方式與普通商品、一般藥品、甚至冷藏冷凍藥品也存在明顯的差異。一般藥品的流通體系是從工廠開始，經過一級經銷商到二級經銷商（或更多級），最終通過銷售終端（醫院/藥房）到達消費者手中，疫苗作為藥品中的一個品種，管理上雖然也嚴格遵循 GMP 和 GP兩大藥品管理體系，但是疫苗的流通則完全不同於上述藥品分銷體系。疫苗是由廠家發貨給經銷，由經銷商銷售給省級或市級疾病預防控制中心（Center for Disease Control and Prevention,簡稱CDC）然後進一步下發到區級或直接到社區醫院接種點，如下圖所示：

經過比較可以發現，疫苗流通的要求更為嚴格，行業門檻更高。同時，由於疫苗遵循疾病預防控制中心從省市到區縣再到社區醫院（接種點）的逐級配送模式，在市內進行小批量、零星配送的情況較多。一些省市採取招標形式選取物流供應商，但數量頂多也就 1~2 家。這使得企業在進行配送線路安排的時候，可選擇的共享配送網路的物流供應商非常少，疫苗的短途運輸呈現單個配送中心向多個目的地連續配送的特徵。

2、疫苗冷鏈供應鏈的特殊性

雖然疫苗要求的存儲運輸環境溫度比較單一，但是其冷藏運輸的難度卻遠遠大於食品生鮮，主要體現在以下兩個方面：

（1）產品特性的不同。【1】目前我國食品生鮮產品對貨物的冷鏈保障基本上只重視定性，即保持貨物是「冷」的就可以了，而不是定量。雖然不同食品都有其最佳存儲溫度，但是食品生鮮冷鏈物流行業中不同溫度層的貨物混裝的情況非常普遍。以水果的存儲環境溫度為例，部分水果之間的存儲溫度有近 14℃的溫差，但是按不同水果存儲溫度進行分別冷藏運輸的物流公司卻少之甚少。造成這樣的冷藏運輸現狀的原因有兩個：第一，一定程度上的溫度差異不會立即對食品生鮮產品的品質造成直接影響。例如冰激凌的最佳保存溫度是-26℃，但即使在-18℃下進行運輸對其品質的影響也是微乎其微。第二，一定程度上的溫度差異不會對食用這些食品生鮮產品的消費者造成嚴重危害。即使由於長時間超溫運輸導致出現產品變質也很容易被消費者分辨出來。例如蘋果、香蕉、西瓜等水果的混裝運輸，即使溫度上不能達到每個產品的最佳存儲溫度但也僅影響到水果的新鮮度和口感。同雞、鴨、魚肉、奶製品一樣，如果由於溫差過大導致腐敗變質或者冷凍傷害，消費者也能很容易地進行分辨。所以，在進行食品生鮮的冷藏運輸時，操作容錯範圍較大，運輸各個環節的操作靈活性大，流程簡單，硬體要求低，操作人員的壓力小。

（2）損失代價不同。首先看可能造成的直接經濟損失，疫苗的價格從一支幾十元到近千元不等，由於體積小、價值高，單車貨值非常高。以上海市二類疫苗配送的情況來看，一輛 1.5 噸的冷藏車滿載的情況下的平均貨值可達 60 萬元人民幣，最高貨值可達到 400 萬元人民幣。很少有食品生鮮產品可以達到這樣的貨值。再者，即使食品生鮮也進行類似疫苗運輸使用的溫度記錄，審核該溫度記錄的嚴格程度會遠遠低於後者。食品生鮮運輸過程中的少量溫度記錄偏差並不會對於該批次產品的品質或者客戶驗收造成太大障礙。然而當疫苗的運輸過程中出現異常溫度時，即使溫差只有0.5℃或者溫度異常持續時間僅 1 分鐘。該疫苗也有可能會遭到收貨方的拒收。這時，發貨方就不得不啟動偏差處理程序。所謂「偏差處理」，就是對疫苗在存儲或者運輸過程中出現的偏離法律法規所要求的存儲運輸環境要求時的處置流程。假設 A 公司生產的甲型疫苗在其經銷商的運輸過程中出現了偏離 2℃~8℃存儲運輸要求的溫度，那麼 A 公司的經銷商就必須有義務將該偏離的情況，即該批次運輸溫度記錄通報給 A 公司。A 公司將會累加該甲型疫苗從其生產合格後的所有超溫時間。如果超溫時長小於該型疫苗的藥效穩定性所能承受的時長會判定該疫苗安全有效可以繼續使用，反之則判定該疫苗已不安全，需要進行報損銷毀處理。 不論是由於疫苗報廢產生的直接經濟損失還是由於進行偏差處理延遲交貨的商業損失，對於疫苗的經營者和物流供應商而言都是巨大的數額，所以疫苗的冷鏈運輸工作存在極高的風險。同時，由於公眾對與疫苗冷鏈物流的安全十分敏感。在運輸過程中不允許出現任何超溫情況是疫苗冷藏運輸奉行的原則，是一線操作人員不能突破的「紅線」，更是其與食品生鮮冷藏運輸的一個最根本的區別。嚴格控制冷鏈溫度超溫的時間，分析疫苗冷鏈超溫的原因，是冷鏈物流中區別於其他物流運輸問題的重要特徵：

3、疫苗運輸問題的特徵

除了生產或經營疫苗的企業自己擁有的經過驗證的冷藏車輛以外，第三方物流企業如要提供疫苗冷藏運輸服務，其用於運輸的冷藏車輛也必須通過委託企業的驗證後才可以使用。同時，由於嚴格的溫度控制要求以及不可與其他食品生鮮產品混裝的要求。第三方物流提供的疫苗冷藏車長途運輸服務基本上只有整車運輸，沒有零擔。運輸委託方根據疫苗配送量的大小選擇相應噸位和容積的冷藏車。所以，冷藏車長途運輸成本隨運輸量的增加呈階梯式上升趨勢，在疫苗進入省內或市內運輸階段後，其管理許可權從企業移交給疾病預防控制中心。在疾病預防控制中心的體系內，不論是省市級對區級的配送，還是區級對區內社區醫院疫（接種點）的配送，【2】均存在以下運輸特徵：

（1） 以行政區為單位的單個發貨地對多目的地進行配送；

（2） 單個客戶的平均貨物需求量小；

（3） 客戶要求送達的時間較為集中，收貨時間短；

（4） 每車次配送的客戶數量較多；

（5） 市區內限行使得配送車輛只可以是中小型貨車；

（6） 退貨不單獨執行，為送貨時取回；

（7） 若配送車輛為冷藏車，通常為經過驗證的配送企業自有車輛；

由於疫苗的收貨單位為醫療機構，對收貨時間有明確要求，配送一旦延遲就無人收取貨物，需要進行二次配送。由於疫苗冷藏運輸的特殊性，運輸公司必須在運輸途中對疫苗進行特殊包裝以保證疫苗在配送途中全程處於一定的溫度區間，但由於該包裝有效的時間是有效的，一旦運輸時間超過了冷鏈包裝的有效時間，就很容易導致超溫引發疫苗失效，所以，疫苗的短途配送路徑優化是帶有硬時間窗的市內配送路徑最優化問題（Vehicle Routing Problems with Time Windows, VRPTW），必須運用運籌學的方法對路徑進行合理優化。

含時窗限制之車輛途程問題（VRPTW）相對於車輛途程問題（VRP），必須額外考慮到運送時間與時間窗口，其主要的原因來自顧客有服務時間的最後期限和最早開始服務時間的限制。故在此限制條件之下，原本VRP問題除了空間方面的路徑（Routing）考慮之外，還必須要加上時間上的排程（Scheduling）考慮，同時由於場站也有時間窗的限制，也間接造成路徑長度的限制，由此可知VRPTW的總巡行成本不僅包含運送成本，還需要考慮時間成本，以及未在時間窗限制內送達的處罰成本。因此，若要得到一個好的解答，時間和空間（Temporal and Spatial）問題的探討是非常重要的。由於VRPTW比VRP問題多考慮了一樣時窗的因素，因此在解法上較VRP問題更為複雜，而根據Taillard（1997）等人的分類，求解VRPTW的方法可以分為六種，【3】分述如下。

　　1.以分枝界限法求算之精確解法（Exact Algorithm Based on Branch-and-BoundTechniques）：Kolen（1987）利用這種方式可以求得精確解，但是只能解決六至十五個節點的問題，因此求解的範圍過小，僅適用於小型問題。

　　2.途程建構啟發式演算法（Route Construction Heuristics）：在一問題中，以某節點選擇原則或是路線安排原則，將需求點一一納入途程路線的解法。如Soloman（1987）的循序建構法（SequentialInsertion Heuristics）。

　　3.途程改善啟發式演算法（Route Improvement Heuristics）：先決定一個可行途程，也就是一個起始解，之後對這個起始解一直做改善，直到不能改善為止。而常見的是節線交換法（Edge Exchange Procedure），如Lin（1965）所提出的K-Optimal，以及Potvin與Rousseau（1993）提出一考慮旅行方向的交換演算法。

　　4.合成啟發式演算法（Composite Heuristics）：此種解法混合了途程建構啟發式演算法與途程改善啟發式演算法，如Russell（1995）所提出的HybridHeuristics便是混合了Potvin與Rousseau（1993）所提出的平行插入法，並在之中加入路線改善法的合成啟發式演算法；Roberto(2000)也提出的屬於平行插入法與內部交換改善法的合成啟發式解法來求解VRPTW的問題。

　　5.依據最佳化之啟發式演算法（Optimization-Based Heuristics）：如Koskosidis（1992）等人利用混合整數規劃模塊，再透過啟發式演算法，將原始問題分解成指派/分群的子問題的一系列的巡行以及排程問題。

　　6.通用啟發式演算法（Metaheuristics）：傳統區域搜尋方法的最佳解常因起始解的特性或搜尋方法的限制，而只能獲得局部最佳解，為了改善此一缺點，近年來在此領域有重大發展，是新一代的啟發式解法，包含禁忌法（Tabu Search）、模擬退火法（Simulated Annealing）、遺傳演算法（Genetic Algorithm）和門坎接受法（Threshold Accepting）等，可以有效解決局部最佳化的困擾。如Potvin（1996）等人、Taillard（1997）等人均利用Tabu Search的方式來求解VRPTW的問題。

4、未來展望

目前我國醫藥公司、疫苗生產商的種種亂象，某種意義上便來自於管理層對於「科學管理」的漠視。早在2010年，記者王克勤在《中國經濟時報》發表了調查報道《山西疫苗亂象調查》，2016年網易財經也與王克勤進行了深度訪談，其內容現在來看仍是令人振聾發聵。他指出：「疫苗需要避光、冷溫、冷鏈儲存的高蛋白製品，一般疫苗在2到8度，有的疫苗在0度左右，或者比0度低一點儲存，把標籤貼上去就有了一個新問題，疫苗的大包裝箱里有中包裝盒，中包裝盒裡有小包裝盒，每個盒的上貼標籤，所有冷庫里放的東西上面有一層霜，冷溫下是貼不上去的，只能在常溫下貼，於是他們把大量疫苗從冷庫里運出來放在廣場上曬，晾乾，然後再僱工人貼標籤，三四年之久，有的流程是三到四個小時，有的流程是八個小時，疫苗最大問題是不得高溫、不得曝光，這兩個要素都具備了，因此所有的標籤疫苗即意味著高溫曝光。」「我在山西當時調查時一位車隊副隊長跟我講，疾控中心總共有兩台冷藏車，其中一台冷藏車的製冷系統壞了，這樣的車依然從太原往運城、臨汾（在運輸疫苗）。」「制度存在問題，制度存在漏洞，對整個經營疫苗的企業和公司資質的審核規定不詳盡、不嚴格，對整個運營過程中的監管不到位，當時我們發現了這一系列的問題。這就提出了一個問題，怎麼讓疫苗在全國更安全，我們當時提出《疫苗條例》應該修訂。」因此，我們在此也呼籲國家有關部門和相關企業，能嚴肅考慮出台新的疫苗政策，並徹底重視在冷鏈疫苗輸運中的供應鏈和科學管理問題，給孩子們一個更加光明燦爛的明天【4】。

參考文獻：

【1】 疫苗冷藏運輸策略的應用研究 鄭浩 上海交通大學

【2】 中國疫苗冷鏈物流的運營管理問題研究 陳文彬 上海外國語大學

【3】 鄧宇佑(碩士).求解醫院運輸部門運輸中心個數最佳化之研究(D).成功大學工業管理研究所碩士論文，1991年

【4】 王克勤專訪實錄，網易財經：王克勤專訪實錄

如果你是運籌學/人工智慧碩博或在讀，請在下圖的公眾號後台留言：「加微信群」。系統會自動辨認你的關鍵字，並提示您進一步的加群要求和步驟，邀請您進全球運籌或AI學者群（群內學界、業界大佬雲集）。

可以在本公眾號後台回復關鍵詞：「供應鏈」獲取大量由我平台編輯精心整理的學習資料，如果覺得有用， 請勿吝嗇你的留言和贊哦！~

同時我們有：【運籌學|優化愛好者】【供應鏈|物流】【人工智慧】【數據科學|分析】千人QQ群，想入群的小夥伴可以關注下方公眾號點擊「加入社區」按鈕，獲得入群傳送門。

學術界|工業界招聘、徵稿等信息免費發布，請見下圖：

推薦閱讀：