B2C电子商务物流网络优化技术的研究与实现

摘 要 I 上海交通大学工程硕士学位论文 要 近年来，电子商务发展迅速，电子商务物流服务作为电子商务核心业务之一，业务量也得到了快速的增长，但是目前国内物流公司普遍无法提供能够满足电子商务企业物流业务需求的服务。受此影响，一些满足企业的业务需求，但是目前企业自建物流系统不仅服务范围有限，而且成本远高于第三方物流，成为制约2低系统运作成本,提高系统服务能力，提高系统服务水平。如何有效展开本文基于体做了以下三方面的研究工作：第一，针对这两个研究内容，本文设计了络拓扑结构内部包含供应中心、区域物流配送中心和城市配送中心三层物流功能节点；第二，基于本文所设计的物流网络拓扑结构，综合考虑物流系统内部存在的各类因素，建立了型的第一阶段根据各物流功能备选节点的网购订单量及其之间的距离因素确定节点的区域聚合方案，模型的第二阶段根据三，论文使用一种改进遗传算法对本文模型进行求解，使用模拟退火算法和遗传算法自适应策略控制算法种群的更新与收敛。论文最后实现了一套用国内某本文立足先叙述了本文的研究背景和国内外研究现状，阐明了时介绍了本文研究的具体工作；其次，通过分析和介绍国内纳和总结了一些适用于国内阐明了本文研究的具体技术路线；接着，论文设计了于该网络拓扑结构设计了使用一种改进遗传算法对模型进行求解；然后，本文实现了一套 海交通大学工程硕士学位论文 物流网络优化决策系统，并使用国内某明了本文研究的科学性和实效性；最后，论文对本文的研究成果进行了总结，分析了当前研究中的缺陷，并指出了下一步的具体研究方向和研究内容。 关键词 电子商务区域物流，物流网络优化，改进遗传算法，引力模型 摘 要 海交通大学工程硕士学位论文 F is As s a as t of 2C in to of to of 2C to of of a a it an to to up an on of 2C in as we a 2C It in on we 2C to in In we a to 2C in of In we a of of of to we an 摘 要 海交通大学工程硕士学位论文 of A to At of we of a on of of 2C we of to of We 2C on on of we an to At we a 2C of In we of 录 V 上海交通大学工程硕士学位论文 目 录 摘 要 . I 目 录 . V 第一章 绪 论 . 1 景意义 . 1 究现状 . 1 内外研究现状 . 2 有研究存在的问题 . 3 文研究内容与取得成果 . 3 究内容与本文所做工作 . 3 文的创新之处 . 4 文结构 . 4 第二章 . 5 2. 5 2. 5 2. 9 2. 10 文的技术路线 . 11 关理论与技术简介 . 13 传算法 . 13 拟退火算法 . 15 市群理论 . 17 第三章 . 18 2. 18 2. 18 2. 21 2. 22 2. 25 2. 26 进遗传算法的设计 . 33 法的规划框架 . 33 目 录 海交通大学工程硕士学位论文 法的具体设计 . 34 法的具体实现流程 . 39 第四章 . 43 体架构及算法架构 . 43 统具体设计 . 44 统用例设计 . 44 统类图设计 . 45 统实现与实例分析 . 49 例问题的描述 . 49 应中心的选址 . 49 础数据的准备 . 50 法参数的设置 . 51 务参数的设置 . 52 成待评估方案 . 53 例结果的分析 . 55 第五章 总结与展望 . 57 结 . 57 望 . 58 参考文献 . 59 附 录 . 61 致 谢 . 63 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文 . 64 攻读硕士学位期间参与的项目 . 65 第一章 绪 论 1 上海交通大学工程硕士学位论文 第一章 绪 论 景意义 本研究来源于2011年宝山区商务委与上海交通大学合作项目宝山电子商务十二五专项规划以及2012年易迅公司与上海交通大学现代城市电子商务物流配送体系技术研究与应用示范。这两个项目涉及电子商务行业研究、政府政策制定以及企业电子商务物流网络构建等三方面问题的研究。 受电子商务行业发展推动，近几年为电商提供网购订单物流配送服务的物流行业也得到了快速的发展，但是国内物流行业整体发展水平相对滞后的现状使其目前无法提供满足电子商务物流业务需求的服务。一方面，当前各大物流公司的运营能力明显无法承受电子商务快速增长的网购订单配送需求，另一方面，电子商务物流服务包含货到付款、逆向物流等新需求，这是传统物流行业无法提供的，物流配送已经成为制约国内电子商务市场进一步发展的瓶颈问题之一。2011年网络购物用户满意度调查中，用户对商品送货时间不满意，用户有过网购商品在运输途中损坏或者丢失的经历，如此让人失望的物流服务，严重削弱了电子商务带给人们的便利性。 当前，国内类以自建物流系统为主，如卓越亚马逊、京东等大型一类以外包第三方物流为主，是国内中小型2方面为顾客提供令其满意的物流配送服务，另一方为企业推广各类新型增值服务。但是目前自建物流系统区域服务范围有限，且系统成本远高于第三方物流。主要有两个原因，首先，流运输、仓储环节的规模效应差，；其次，统内部物流资源和物流人才有限，从而使系统内部存在物流运作不规范、物流资源分布不均匀等现象。通过2低物流系统运作成本，提高系统订单处理能力，提高物流服务质量。因此如何有效开展第一章 绪 论 2 上海交通大学工程硕士学位论文 内外研究现状 息流和物流三流中物流的实现，主要包括商品的运输、仓储、打包以及订单的运输和配送等业务。它是标是在一定成本范围内向顾客提供符合其标准的物流服务。当前国内外专家学者在2要负责部分业务相比其他行业物流业务有两个显著的特点：第一，批量以及配送时效性高等特性；第二，层节点的选址依赖于下层节点网购订单量的聚合。在这个领域国内外专家研究侧重有所不同，国外学者注重遍认为认为，研究基于当前电子商务网购订单随机性的特点，开发了整合当前提出了一种基于随机需求的仓储网络优化设计方案，他的模型基于系统的运营成本和随机的订单需求构建；国内学者在电子商务物流配送模式方面研究的比较多，刘艳秋4结合国内当前自建物流配送模式、第三方物流配送模式和自建与外包相结合的物流模式分别进行优劣势分析。基于当前国内计了一个多供应商、多分销中心的以相关物流成本的基础构建了相关的数学模型。 2据各快递的方式，在城市物流站点或其他物流功能节点之间进行网购订单的配送，完成网购订单的“最后一公里”运输。当前购订单批量小但是批次多、网购订单地理分布广、配送目的地分散。国外学者在这方面的研究相比国内学者要成熟，就城市配送中心的具体位置问题和由此衍生的路径优化问题进行了研究，他认为城市物流配送体系的构建是保证城市物流流通和车辆流通的关键所在，他的具体设计考虑了城市中的车辆流、人流和货物流三个因素，并在设计底层加入了对车辆路径优化问题的研究。. 根据当前于遗传算法设计了一种车辆动态路由系统，以此来优化当前跃建8研究了电子商务的物流配送车辆调度策略，并对电子商务单配送中心和多配送中心的车辆调度优化问题进行了分析求解。李维健9究现状 第一章 绪 论 3 上海交通大学工程硕士学位论文 决方案并不适用通过构建配送路径优化的三位约束模型来解决上述问题。 由于当前国外物流基础设施比国内完善许多，因此国外在0通过使用在线客户评级数据，研究了在此基础上构建了消费者行为分析模型，以此来定量估算电子商务物流服务对顾客忠诚度的影响。u11根据美国著名究了影响及这些因素如何影响消费者的购买行为和消费习惯。 有研究存在的问题 国内外专家在电子商务区域物流业务方面的研究存在以下两个主要问题。第一，现有普遍集中于电子商务物流配送模式和物流服务质量领域，缺少对二，现有的研究方法只是将其它行业物流网络优化解决方案类比应用到仅缺少对电子商务行业的研究和分析，而且也没有将供应商的各类因素整合到此，当前的研究成果无法帮助文研究内容与取得成果 究内容与本文所做工作 （1）本文从国内域物流配送中心和城市配送中心三层节点的物流网络体系。其中供应中心负责网站大销量商品的集中入库和仓储，并向区域物流配送中心干线运输这些商品；区域物流配送中心负责网购订单的集中处理，并向城市配送中心干线运输处理后订单商品；城市配送中心负责网购订单的城市配送。 （2）基于本文所设计的合考虑物流配送系统内部存在的各类因素，建立了以引力模型和系统内部各类成本因素为基础的型的第一阶段根据各物流功能备选节点的网购订单量及其之间的距离因素确定备选节点的区域聚合方案，模型的第二部分根据 论 4 上海交通大学工程硕士学位论文 流网络的构建成本、运维成本、运输成本和服务惩罚成本四个成本因素确定流节点聚合和供应链整合三方面因素的（3）对于本文所构建的前普遍采用启发式算法求解这类问题。故本文使用一种改进遗传算法对本文模型进行求解。使用模拟退火算法和遗传算法自适应策略控制算法种群的更新与收敛，以此实现优化标准遗传算法的目标。 （4）论文使用使用国内某知名统以该企业现有物流网络内的配送中心、区域配送中心辐射半径、区域配送中心订单处理能力、城市配送中心订单处理能力等因素出发，帮助企业进行区域物流网络的优化和扩展。 文的创新之处 本文使用了一套综合物流设施选址、物流节点聚合和供应链整合三方面因素的物流网络优化解决方案来解决企业现有问题。规划了由供应中心向区域配送中心供货，再由区域配送中心辐射城市配送中心的物流网络拓扑结构，并基于该物流网络结构，构建了以引力模型和物流系统各类成本因素为基础的文结构 本文一共分为五章，各章的主要内容如下： 第一章为绪论。主要讲述了本文的研究背景，国内外研究现状，本文的研究内容、成果以及本文的创新工作。 第二章为详细阐述了第三章为部分阐述了着设计了优化的两阶段模型，最后介绍了算法的具体设计。 第四章为部分描述了系统的具体设计和设置，并结合国内某第五章为总结与展望。总结全文研究成果，并提出下一阶段的研究目标和方向。 第二章 上海交通大学工程硕士学位论文 第二章 2 年来，我国电子商务行业发展迅速。根据中国互联网信息中心检测数据显示，2011年，我国电子商务网络零售市场交易总额达到8019亿元，同比增长56%，网购用户的人均年网购消费额达到3901元，平均年网购次数也增至29次。行业地域差距有所缩小，其中，华东地区的比例仍然最高，华中地区排名第二，达到38%，东北最低，受此大环境影响，国内中国电子商务研究中心检测数据显示，比增长23%，与此同时，国内12 13。 息流和物流三流中物流的实现，主要包括商品的运输、仓储、包装以及订单的运输和配送等业务。它是标是在一定成本范围内为顾客提供令其满意的物流服务。 当前国内外2线表示此可知，应商到2前研究一般将前两个区块的物流业务整合为一个，即此国内外对文此处对这两个研究方向进行具体阐述。 （1）个部分的物流业务可以大体分为以下三个环节：商品由供应商至品在拣和打包，打包后订单由2 上海交通大学工程硕士学位论文 电子商务区域物流中心至国内的物流行业发展状况制约，统中存在着物流资源分布不合理且利用率低下等问题，另一方面，当前种供货方式的致命缺陷是果进一步影响商品的销售以及网购订单配送的时效性。 图 22C 电子商务运作模式图 2C 2一，批量以及配送时效性要求高等特性；第二，层节点的选址依赖于下层节点网购订单量的聚合。由此可得2同样也是本文的主要研究内容。 （2）2据各快递的方式，在城市内各个物流站点或其他物流功能节点之间进行网购订单的配送，完成网购订单的“最后一公里”运输。当前国内购订单批量小第二章 上海交通大学工程硕士学位论文 但是批次多、网购订单地理分布广、配送目的地分散。为了解决这些问题，需要构建与城市现有物流资源相匹配的物流系统一般具有三层结构，各层的物流节点分别为城市物流中心，城市内一级配送站和城市内二级配送站。其中城市物流中心主要负责统一接收来自市内二级配送站负责网购订单面的终端配送，即实现门到门的配送，城市内一级配送站的主要作用为辅助城市物流中心进行网购订单的城市配送，延长城市物流中心的服务半径，对网购订单进行统一的越库中转操作。由于这部分研究内容不在本文研究范围内，故论文此处不再对此研究方向进行赘述。 当前我国种为企业自建物流配送模式，如京东、卓越、凡客等市场份额占比高的一种为外包第三方物流配送模式，这是当前众多中小时由于些企业一般会在自有物流网络的基础上，与外包第三方物流公司进行合作，以此扩展企业本身的业务范围并延长企业自有物流系统的服务半径。 图 2送方式优劣势对比 of 2最主要的优势是提高了网购订单的配送时效性和增值服务的推广。自建物流系统是价格相同的情况下，企业通过控制网购第二章 上海交通大学工程硕士学位论文 订单物流配送来提高物流配送的时效性，以此向顾客提供优于竞争对手的物流服务，如一日两送或一日三送，掠夺对手市场份额。另一方面企业自建物流系统也方便企业提供各类增值服务，推广开箱验收、货到付款、试用试穿以及退换货服务等。2原因有二：一方面，流运输和仓储环节的规模效应差，；另一方面，2时系统内部物流资源和物流人才有限，导致系统存在物流运作不规范、物流资源分布不均匀的问题。其具体优劣势分析见图2文主要研究目前，众多具体配送模式如图2这种直送模式下，供应商根据种运作模式下，虽然供应链中的仓储费用相对较少，但是运输费用却很高。由于电子商务产业是一个商品快速流通的行业，且一般此供应商须频繁向区域物流中心送货，因此这种供货模式具有批量小、批次多的缺点，弱化了物流运输本有的规模效益。 图 2应商直接供货方式 2保证网站热销商品的供货充足率对实现当前行业内普遍实行的供应商直接供货的方式下，供应的时间、数量都由供应商控制，作为供应商分销渠道之一的发生商品断供事件，将对仅无法实现目标利润，企业现有市场份额亦有可能减少。故有实力的保企业对相关商品的可控性。 针对网站热销商品，2 上海交通大学工程硕士学位论文 品完成生产后，直接由工厂运送至后由供应中心统一发往全国各区域物流配送中心。通过这种手段，企业不仅保证了热销商品的供货充足率，而且拓展了自己的供货渠道（某种产品断供后，相关替代产品能够立即上架销售），还实现了一定的规模效应。而针对销量一般的商品图 2应中心供货方式 时，当前于现代物流网络优化技术以对系统内的成本分析为基础，故企业物流网络优化一般以定量分析为主，但是影响中有些影响因素是无法被定量化的，如研究仅采用定量分析方法，这些影响因素必然无法量化到相关的模型和算法中，也必然无法将本文研究结果直接应用到22数学模型需结合类问题所构建的数学模型一般都属于混合0它的求解属于规的精确算法如分枝定界法14和拉格朗日松弛算法15是无法解决这类问题的，一般采用启发式算法进行模型求解。本文对模型求解的几个常用算法进行了学习和研究，以下就遗传算法、模拟退火算法和禁忌搜索算法分别进行介绍。 遗传算法16由J. 法通过模拟种群中个体优胜劣汰的生物进化机制和染色体交叉、变异机制实现。由于遗传算法具有良好的全局搜索性能，且结第二章 0 上海交通大学工程硕士学位论文 构相对来说比较简单易懂，故自其提出之日起，它便被广泛应用到各个领域。但遗传算法的缺点也很明显，算法极易陷入局部最优的状态，发生早熟现象，即在当算法计算得到局部最优解之后，算法受限于其种群内的染色体结构，无法跳出当前邻域结构搜寻全局最优解。针对这个问题，国内外专家学者提出了两种解决方案。第一种解决方案为对遗传算法本身进行改进17，通过改变遗传算法基因重组策略和遗传算法基因重组概率，实现对种群染色体结构的调控，进而控制算法收敛程度。在算法执行的初期，种群中的染色体分布分散，同时染色体适应度标准差数值比较大，此时如果降低遗传算法的交叉概率和变异概率，就能加快算法的收敛速度；在算法执行的中后期，种群内的染色体趋于收敛，同时染色体适应度标准差数值比较小，算法极有可能陷入了局部最优的状态，此时如果增加算法的交叉概率和变异概率，就能破坏当前种群已形成的稳定状态，从而使算法继续搜索可行域其他领域。这种改进策略以降低了遗传算法的效率为代价。另一种解决方案为通过在遗传算法中混合加入其他算法的思维，来改进遗传算法，当前比较常见的有遗传算法混合模拟退火算法18、遗传算法混合禁忌搜索算法19等。目前这两种手段都被已经证明能够很好的改进遗传算法。 模拟退火算法由0于1953年提出，算法基于对物理实际退火过程的类比构建，是目前比较常用的启发式算法之一。模拟退火算法也具有良好的全局搜索性能，由于最优解可能位于可行域的任何地方，所以模拟退火的早期强调可行解搜索的分散性。且在法整体仍是一步一步向上收敛的。由于模拟退火搜索的范围比较大，一般模拟退火的收敛速度都比较慢，所以一般在使用模拟退火算法时，都会结合其他启发式算法一起使用，以改进模拟退火算法的整体收敛速度。在具体的物流网络优化领域中，1、2都曾用模拟退火算法实现对问题最优方案的求解。 禁忌搜索算法23 24由利用局部搜索过程进行问题求解。局部搜索过程类似于局部改进过程，只是禁忌搜索