sf公司航空快递网络评价体系构建.

SF公司航空快递网络评价体系构建小组成员张沛2012262017郑海艳2012262018刘洋2012262015SF公司航空快递网络评价体系构建1问题的提出航空物流是现代信息时代的新兴行业，它以信息科技为基础，以客户需求为中心，结合企业供应链管理，为客户提供优质、高效的个性化综合物流服务。航空运输作为高科技物流的主要手段，特别是在快递领域，越来越受到那些附加价值高体积小市场敏感度强时效要求高的产品和服务的青睐。SF航空公司作为中国民营物流企业的领头羊，SF航空有限公司在2009年底首飞成功。SF致力于为客户提供最快捷和便利的快递服务，拥有专属货运航空公司SF航空，并投入11架全货机航班。SF航空货量占公司总业务量的40左右，每年以40的速度增长。与发达国家相比，我国航空运输起步较晚，且多年受“重客轻货”思想的影响，致使航空货运在国家综合货运体系所占的比例很低，货运代理发展比较缓慢，制度不够完善，国际货运代理公司多数规模小，服务网点少，人员缺乏系统培训，市场竞争能力差，就目前来讲我国航空物流行业仍处于成长发育期。虽然我国航空物流行业发展迅猛，但仍不免其规模小，货运能力低，经营范围窄，物流管理及技术水平低的弱势。不管是从航空公司网络角度还是目前我国快递行业存在的问题来看，其本质都是一种系统性规划的缺陷。如何使用合适的理论方法对某个航空企业甚至国家航线网络进行定量优化以及效率改善，是一个值得研究的课题。因此，众多航空企业都很重视航线网络定量优化以及效率改善的研究，SF公司也不例外，通过对航空快递网络模型的求解及航班航线的安排，可以得到较多的方案，这些方案有的在某一方面实现的很好，而在其他方面实现的很差，如快件时效都能实现次日到达，但其成本却很高，飞机的装载率比较低；或飞机装载率很高，成本较低，但其时效就不能得到有效的保证，有的方案虽然其各个方面都做不到最好，但其综合起来的效益却很高。在众多的方案中，哪一个方案给公司带来的效益最大，即最优方案，为此，我们需要对其进行评价比较，从中选出我们所需要的方案，从而找到提升SF航空网络效率的最佳方案，这即是要为SF公司建立航空快递网络评价体系的必要性。评价是系统构建过程中不可或缺的一个重要组成部分，通过对一定的想法、方法和材料等做出价值判断，运用各种标准对系统或方案的准确性、实效性、经济性以及满意度等方面进行评估，最终得出一个可靠的并且符合逻辑的结论。一个完备客观的评价，可以帮助我们判断系统优劣，为方案决策提供依据。这里，我们通过构建一个层次性的评价体系，对选出的多种航空物流网络进行评价，进而为SF物流选出一个最优航运方案。2研究内容和方法21研究内容在航空快递网络评价体系研究中，我们综合运用ISM模型、层次分析法、多属性分析和群体决策对多方案进行全面深入的评价，重点提出专家权重和属性权重的求解。特别是对专家权重，我们将其分为（即断矩阵的一致性程度1K反映的决策者客观权重）和（即某专家给出的判断矩阵与其他专家判断矩阵2K的相似程度反映的决策者客观权重），使专家的主观性与其所给判断矩阵的代表性更加一致合理。具体评价决策过程如下图方案属性集建立指标体系ISM分析判定结构群体决策判断矩阵特征向量的属性权重初始确定CI/CR属性值矩阵规范化综合评价进行方案排序属性权重是否合理初选结果NOYESYESNO一致性判断专家权重和属性权重的最终确定图21评价决策过程22研究方法221解释结构模型法解释结构模型法ISM是现代系统工程中广泛应用的一种分析方法，是结构模型化技术的一种。它将复杂的系统分解为若干子系统要素，利用人们的实践经验和知识以及计算机的帮助，最终构成一个多级递阶的结构模型。此模型以定性分析为主，属于结构模型，可以把模糊不清的思想、看法转化为直观的具有良好结构关系的模型。特别适用于变量众多、关系复杂而结构不清晰的系统分析中，也可用于方案的排序等。它的应用面十分广泛，从能源问题等国际性问题到地区经济开发、企事业甚至个人范围的问题等。它在揭示系统结构方面具有十分重要的作用，本方案用其构建评价体系的递阶结构模型，使评价更加清晰、合理。222层次分析法层次分析法（AHP）常用于把复杂的决策系统层次化，通过逐层比较各种关联因素的重要性来为分析、决策提供定量的依据，是将半定性、半定量的问题转化为定量计算的一种有效方法。其特点是在对复杂的决策问题的本质、影响因素及其内在关系等进行深入分析的基础上，利用较少的定量信息使决策的思维过程数学化，从而为多目标、多准则或无结构特性的复杂决策问题提供简便的决策方法。尤其适合于对决策结果难于直接准确计量的场合。本文中，我们用其对各个层次相关因素的相对重要程度进行判断，并对其属性权重进行求解。223多属性决策与群体决策多属性决策（MADM）主要解决具有多个属性（指标）的离散的、有限决策方案的排序额问题，被广泛的用于社会、经济、管理等各领域，如投资决策、项目评估、质量评估、经济效益综合评价等。其特点是注重借鉴专家和相关人员在某一领域的深度认知和理解，以此帮助决策者作出决策。群体决策主要是为了克服个人认识上的盲区对决策可能产生的不利影响，提高决策水平，帮助决策者做出更合理的决策。其特点是能全面的考虑问题并且很好的与个人决策相补充。这两种方法相结合能够更好的将主观决策和客观决策结合起来，使决策的准确性和可行性更加的合理。本文中，我们用多属性群体决策对众多方案进行科学合理的评价，从而为进一步选出最优解提供依据。224灰色理论灰色理论是一门研究信息部分清楚、部分不清楚并带有不确定性现象的应用数学学科。其一反过去那种纯粹定性描述的方法，把问题具体化、量化，从变化规律不明显的情况中找出规律，并通过规律去分析事物的变化和发展，其强调要充分利用已知的信息去揭示系统的规律。灰色理论在相对高层次上处理问题，其视野更为宽广。本文中，我们在航空快件时效权重分析中利用灰色层次分析法得出其对应权重。3SF公司航空快递网络评价体系的构建31ISM分析及评价指标体系的建立影响网络评价的因素有很多，经过我们的调查和请教相关人员，综合考察现实中航空快递诸多问题我们选取了相关性最重要的六个影响因素度分布，1O簇系数，平均路径长度，航空快件时效，总运行成本，飞机平均装2O3O1Q2载率。对其重要成度的进行研究分析，通过ISM结构模型分析，得到方案的3Q评价指标体系，如图31最优方案网络结构O运营目标Q度分布1O簇系数2平均路径长度3航空快件时效1Q总运行成本2飞机平均装载率3图31评价体系结构图根据其结构和对众多评价方法如多属性决策、层次分析法、灰色分析法、群体决策等方法的各自的使用条件和评价结果的优缺点进行分析研究，通过讨论我们最终决定用层次分析法与群体决策相结合来对方案进行初步筛选。层次分析法（AHP）常用于把复杂的决策系统层次化，通过逐层比较各种关联因素的重要性来为分析、决策提供定量的依据，是将半定性、半定量的问题转化为定量计算的一种有效方法。运用层次分析法，我们将方案选择决策分解成三个层次一、目标层决策最优的SF快递网络方案；二、准则层网络结构目标、SF运营目标两方面；三、方案层有方案1、方案2等若干个选择方案。综上所述，所建立的评价指标体系的具体层次结构如下网络结构目标SF运营目标最优的快递网络方案度分布1O簇系数2平均路径长度3航空快件时效1Q总运行成本2飞机平均装载率3方案1方案2方案层准则层子准则层方案3图32评价体系层次分析图目标层32航空快递网络评价指标定义321度分布度分布是网络中的一个重要统计特征指标。这里的度（DEGREE）也称为连通度（CONNECTIVITY），在有向网络中，出度指起始于该顶点的弧的数目，入度指终止于该顶点的弧的数目，其出度与入度之和称为该顶点的度。度在不同的网络中所代表的含义也不同，在社会网络中，度可以表示个体的影响力和重要程度，一个个体，度越大，其影响力就越大，在整个组织中的作用也就越大，反之亦然。322簇系数簇系数又称作集聚系数，它衡量的是网络的集团化程度，是网络的另一个重要参数。簇系数的概念有其深刻的社会根源。对社会网络而言，集团化形态是一个重要特征，集团表示网络中的朋友圈或熟人圈，集团中的成员往往相互熟悉，为衡量这种群集现象，科学家们提出了簇系数的概念。323平均路径长度平均路径长度是网络中另一个重要的特征数据度量，它指的是网络中所有节点对之间的平均最短距离。我们所规划的航空网络，属于带权有向图，故这里节点间的距离（DISTANCE）指的是从一个节点沿边的方向到另一节点所要经历的边的最小权重和，即一个节点到达另一个节点的最短距离。324航空快件时效快件时间效率是衡量快递网络最核心的指标之一，我们求出各时效类型中快件量所占快件总量的百分比，并分析各类型权重，对其进行加权求和，得到航空快件时效指标。1Q通过调查数据，我们得到客户对快递服务要求的具体情况，如下表表31客户对快递服务的递送时限期望可接受的递送时间递送距离当天次日隔日3天4天5天100KM392429300KM28653636500KM1436431431000KM107464357712000KM1072865717136713000KM17921435736714000KM1071433217136注392是指有392的客户认为递送距离在100KM以内的快件需要当天送到，其余百分比表示的意义由此类推。对于求出的每批快件，当，即某批快件到达目的地时，会有一个RSIJXS与之相对应，用以表示该批快件的到达目的地的时间。我们参照调查所得表RSIJT31将所有快件分为五类，并利用灰色层次分析法得出其对应权重（权重具体求解过程见章节332），如下表所示表32时效类型及其权重时效类型字母表示IA到达时间权重I次晨达1第二天800之前0352次日达2第二天80018000272次晚达3A第二日达4第三天到达0094四日以上达5第四天及以后0072快件生命周期（）是指快件从寄方客户处收取快件至派方客户收到快件T整个过程所耗费的时长，如下图收件时间起飞时间到达时间快件生命周期收货时间集货时间航行时间派货时间图33快件生命周期由图，即可清晰的看出的计算公式RSIJT集货时间指从收件后的一个小时后开始到飞机起飞前半个小时结束；派货时间指派货人员从中转场拿到快件到客户签收完毕，一般在两个小时左右；31中中中TTRSIJ其中和由上述步骤安排航班获得，由网上调查航速和城市节点起飞派货航行T航空距离获得。325总运行成本成本效率是除时间效率外的另一个衡量快递网络的重要指标，直接关系公司盈利和发展。将各机型飞行航段的飞行时间等数值带入各机型的总运行成本函数，进行加和即可得到总运行成本。326飞机平均装载率装载率是衡量飞机使用效率的一个常用指标，其大小直接反映飞机的利用率。飞机平均装载率是指航线中所有飞机在航行时的实际载货量与其最大载货量之间比值的平均值。33航空快递网络评价系数确定331群体决策和判断矩阵的获得随着社会和经济的发展，许多的决策或评价问题变得越来越复杂，单靠个人的知识和能力做出的判断已经不切实际。由于一个人对客观世界的观察、认识和理解总与个人的文化背景、知识结构、社会地位及能力等因素密切相关，各种制约因素使得个人对客观世界的认识不可避免地带有很大的局限性，这样就造成个人在决策或评价是具有很大的主观性，从而使结果产生较大的偏颇。为了克服个人认识上的盲区对决策可能产生的不利影响，提高决策水平，所以需要多人组成群体来进行决策或评价。在本文中，为了使层次分析中的判断矩阵更具有代表性和真实性，所以我们拟邀请多位专家分别对基于评价目标的网络结构（）与运营目标（）的OQ相对重要程度，基于网络结构（）的度分布（）、簇系数（）与平均路O12径长度（）的相对重要程度，基于运营目标（）的航空快件时效、总运3OQ1行成本（）与飞机平均装载率（）的相对重要程度，调查拟给出三个判断2Q3矩阵、，其中表示专家的排序，为专NIJKAANIJKBBNIJKCCKM家个数。332属性权重和专家客观权重的求解1、属性权重的初始确定在决策和评价问题的求解过程中，属性的权重具有举足轻重的作用，它被用来反映属性的相对重要性，属性越重要，则付给它的权重应越大，反之则越小，属性权重的好坏直接关系的评价结果的好坏。（1）层次分析法中对相对重要程度的求解有两种方法求和法和求根法。在本文中我们选用的是求和法，以网络结构（）与运营目标（）的相对重OQ要程度求解为例，具体求解如下将矩阵按列归一化（即使列和为1）32中中KNIJIJIJAA,21按行求和33中中KNJIJIV,1归一化34NIVWNIII2,1所得即为矩阵的特征向量的近似值，即第位专TNAKW2KAK家所认为的对于评价目标来说，网络结构（）与运营目标（）的各自所占OQ重要程度的权重。（2）属性权重的一致性检验为了判断矩阵的一致性（相容性），根据AHP的原理，利用与之差MAXN检验一致性，故定义的计算公式为MAX35NIIAKWW1MAX计算一致性指标的公式为361MAXNIC在运用上式进行一致性检验时，显然随着的增加判断的误差就会增加。N因此判断一致性时应当考虑到N的影响，所以可以使用随机一致性比值来减弱的影响，从而进行一致性判断，式中为平均随机一致性IRCIR指标，如下表所示，其是500样本均值下的平均随机性指标。表33平均随机性指标阶数345678910111213IR052089112126136141146149152154156同理可得矩阵与的特征向量的近似值分别为，。3KB3KCBKWC2、专家客观权重的求解但在实际决策时，决策者做出决策的可信度（可靠程度）并不一定与他的主观权重相一致。例如一号专家的权威程度和经验要比二号专家要高，但由于各种原因，一号专家的决策可能不如二号专家的决策准确、可靠。因此，为了全面反映个决策者在决策过程中的作用（影响力），还必须根据具体的群体决策问题及群体决策方法来确定决策者所作决策的可信度，这种可信度有决策结果及其相互关系所决定，其被称为决策者的客观权重，记为。K这里定义第位专家的客观权重通过其给出的判断矩阵的一致性程度KK及其给出的判断矩阵与其他专家判断矩阵的相似程度来反映，这里把用判断矩阵的一致性程度反映的决策者客观权重记为，把用其给出的判断矩阵与其他1K专家判断矩阵的相似程度反映的决策者客观权重记为。再用凸组合方式将2K和集结为。1K2K这里依然以网络结构（）与运营目标（）的专家的客观权重求解为例，OQ具体求解过程如下1的确定方法1K用的导出矩阵的导出向量与完全一致判断矩阵的导出矩阵的导出向量之A间的夹角余弦来反映的一致性程度。K定义1设判断矩阵的排序向量为，令NIJAATNKVV,137JIVBCIJIJ,2,其中，可以利用特征值法求得，称为的导出矩NIJIJIJAB1KVNIJKCCKA阵。定理1判断矩阵KA为完全一致性矩阵的充要条件是其导出矩阵的元素全为1，及导出矩阵为3810C定义2设为阶矩阵，则称维向量NIJEE2N为矩阵的导出TNEEEVEC,2122121E向量。的导出矩阵记为，则其导出向量为KANIJKCC39TNNNKCCCVE,2122121设向量与（个1）的夹角为，则KTVE0K3100,COSCCKK越大，则与越接近，表明的导出矩阵越接近，KVE0KA0C即得一致性程度越高。因此，可用的归一结果作为，即AKCOS1K311MKK1COS2的确定方法2在所有的个判断矩阵中，若与其他判断矩阵间的相似程度越高，则KA的可行度应该越高，从而在决策中的作用也应该比较大。因此用与其KAKKA他判断矩阵间的相似程度的指标来确定。2K对于的导出向量KAM,21,2122121KCCCCCVECTNNNN令312MJICVERJIIJ,|用它来表示的导出向量与的导出向量的夹角余弦。IAIVECJAJCVEC显然有，且当且仅当。反映了的导出10IJRIJRJIIJRIA向量与的导出向量的相似程度，也即反应了与的相似程ICVECJJCVECIJ度。令313MKRMJK,21,1反映了与其他判断矩阵的相似程度，显然越大，则的可信度越高，KIAKRKR因此可将的归一化结果作为第位专家的客观权重，即令RK2314MKRMK2,1123专家客观权重的确定K确定和后，可用它们的凸组合作为第位专家的最终客观权重，即令1K2KMKTT,21,其中。2综上所述，网络结构（）与运营目标（）的属性的权重O1O。MKKAW1同理可得到基于网络结构（）的度分布（）、簇系数（）与平均路12径长度（）的属性权重和基于运营目标（）的航空快件时效、总运3OBQ1Q行成本（）与飞机平均装载率（）的属性权重。2Q3CW3、灰色层次分析法法确定各时效类型的权重在本文中我们综合实际时效要求和理论求解要求，将航空快件时效分为了五类，对于其构成的层次结构，我们运用解释结构模型（ISM）法对其进行求解，易知其构成的多级递阶结构为完全相关型结构，如下图所示航空快件时效1Q次晨达次日达次晚达隔日达四日以上达方案一方案二图34快递时效多级递减结构通过实际经验和调查可知，每一种类型对航空快件时效的贡献度也有所差别，为了更加准确的对众多方案中的快件时效进行比较分析，从而从其中选出最佳方案，所以要对每种类型的贡献度权数进行准确求解。通常会使用的层次分析（AHP）法，其判断矩阵中的数据的获得也多来自专家的打分，但由于专家的知识，认知能力和经验各不相同，通过主观方法确定的权重往往主观性比较强烈，并且我们在处理这些数据时存在对其理解的误差，从而不能用它来很好的客观表示判断矩阵中两个元素的相对重要程度之比。对于这种情况我们选用多专家标度来获得数据，用灰色理论和其白化权函数来对数据进行进一步的处理，使其更具用客观性和代表性。其求解流程如下开始结束相对重要程度计算专家填写判断矩阵评分表求RCI输入个各方案时效得到航空快件时效指标值1Q一致性判断满意YESNONOYES图35灰色层次分析法求解流程通过上述流程，可求得时效的判断矩阵,如表34表34专家打分判断矩阵重要度1A23A45A11139241333932A07311333223530480741264341403103303811425A050270290711各类时效类型的属性权重的求解和一致性检验后，可得其权重分别为0352、0272、021、0094、0072。333属性值矩阵的规范化对于一个决策问题，属性之间一般都存在不可共度性（即没有统一的度量标准）和矛盾性，具体来讲，一方面各属性的单位不同、量纲不同、数量级不同；另一方面，属性又分为效益型、成本型、固定型、区间型等不同类型。如果直接利用原始决策矩阵进行方案排序，要么困难较大，无从下手；要么决策方案不科学，造成决策结果不合理，从而导致决策失误。因此，对于一个已知决策矩阵的多属性决策问题，在确定属性权重及进行方案综合排序之前，必须消除属性的量纲、数量级和属性类型对决策结果的响应，即对决策矩阵进行规范化处理（或标准化处理）。对于不同类型的属性，我们在构造属性值规范化的变换式时要注意以下几点（1）对效益型属性，但当属性值较小时，属性值的规范化值应随属性值的增大而缓慢增大，随着属性值增大程度的提高，规范化值的增大速度应越来越快。（2）对成本型属性，当属性值较大时，属性值的规范化值应随属性值的减小而缓慢增大，随着属性值减小程度的增大，规范化值的增大速度应越来越快。（3）对固定型属性，当属性值小于最佳稳定值时，规范化值与属性值的关系类似于效益型属性，而当属性值大于最佳稳定值时，规范化值与属性值的关系类似于成本型属性。（4）对于区间属性，当属性值小于最佳稳定区间的左端点时，21,Q1Q规范化值与属性值的关系类似于效益型属性，而当属性值大于右端点时，规2范化值与属性值的关系类似于成本属性。在本文中，我们通过对候选方案的求解可得到关于度分布、簇系数、1O2平均路径长度、航空快件时效、总运行成本、飞机平均装载率的属3O1Q23Q性值矩阵其中为候选方案总数，为评价指标个数。我们利用指MNIJXXM数函数来构造变换式来满足上述要求，并且这样的变换式应用比较方便。（1）效益型属性令，变换式取为1AXIJ315KXRIJIJIJIJIJMNAEP其中为调节系数，取值为自然数，一般取，方案数较多且属性K3,21K值较分散时，的取值大一些，在本中我们取。IJX（2）成本性属性令，变换式取为1MAIJ316KXRIJIJIJIJIJNEXP其中K的意义同（1）。（3）固定型属性令，考虑对称性，取变换式为317MINAXEP,I,INAXEPKXKRJIJJIJJIJJJIJJIJJIJ（4）区间型属性取变换式318NK,MINAXEP,1,INAXEP2211中QXKQQXKQRIJJIJJIJIJJIJIJ在属性规范化处理的过程中，指数计算值的计算可利用幂级数展开式作近似计算，如下3193211PTTTETT通过属性矩阵的规范化处理，可得到规范化属性矩阵。MNIJRR334综合评价及方案的初选通过上述所得的、和最终得出候选方案的评价值矩阵,AWBCR320CBOR其中。T0,对中元素从大到小进行排序，选出排在最前的56个方案作为初选方案。34航空快递网络全面综合评价然而，这些初选方案的优劣只是在客观数值的体现，实际能给SF公司带来哪些利益和怎样的竞争优势，则需要相关专家和人员对其进行全面的综合评价。所以，本文接下来选用多属性群决策方法来对选出的候选方案进行再次综合评价，充分考虑各个方案的优劣，依此来帮助SF公司从中选出最理想和最优的方案。多属性决策（MADM）主要解决具有多个属性（指标）的有限决策方案的排序额问题，目前其被广泛的用于社会、经济、管理等各领域，如投资决策、项目评估、质量评估、方案优选、工厂选址、科研成果的评价、人才的考核、产业部门发展排序、经济效益综合评价等。1多属性决策的一