（管理科学与工程专业论文）基于改进蚁群算法的精益物流路径优化研究.pdf

五邑大学硕士学位论文 摘要 随着全球化经济的发展，企业竞争日益激化，企业经营已逐渐从原来少品种大 批量的无差异营销阶段转向以多品种小批量为特征的差异化营销阶段。追求消费群 体的细分化和市场的及时反馈成为企业主要的经营战略，产品的开发与流动成为了 完全建立在消费者需求之上的活动，先进高效的物流配送系统成为企业增强自身竞 争力的重要手段。然而，传统供应链管理中的物流配送存在着库存管理不合理、反 应慢、处理需求单一等问题，因此，迫切需要建立一种新型的适合时代需要的物流 配送管理体系。正是为适应这一社会需求，倡导以最低的投入为顾客提供满意服务 理念的精益物流应运而生。 配送作为物流中一种特殊的、综合的活动形式，对商流的最终实现起着举足轻 重的作用。物流配送车辆调度优化是物流配送系统优化中关键的一环。对货运车辆 进行优化调度，可以提高物流经济效益、实现物流科学化。 本文以现代物流和精益物流的基本理论为基础，重点研究了物流配送系统中的 车辆路径问题( v e h i c l er o u t i n gp r o b l e m ，简记为v r p ) 。通过对经典v r p 和现有的 v r p 扩展问题的分析，提出符合精益物流条件的路径优化模型。并在此模型基础上， 将蚁群算法和遗传算法有机结合，提出一种能使v r p 模型得到高效优化的改进蚁群 算法，克服了蚁群算法收敛速度慢、计算时间长、易于陷入局部最优等缺点。利用 改进的蚁群算法，通过l 雌t l a b 编程，实现了对实际案例车辆运输路径优化的模拟分 析。 关键词：物流配送精益物流车辆路径问题改进蚁群算法 五邑大学硕士学位论文 a bs t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fg l o b a le c o n o m ya n dt h ei n t e n s i f i c a t i o no fe n t e r p r i s e s c o m p e t i t i o nd a yb yd a y ，m a n a g e m e n to fe n t e r p r i s ea l r e a d yv a r yg r a d u a l l yf r o mo r i g i n a l p o p u l a rm a r k e t i n gs t a g ew i t hl i t t l ev a r i e t ya n dm a s sp r o d u c t i o nt od i s c r e p a n tm a r k e t i n g s t a g ew h i c ht a k ew i t hm u c hv a r i e t ya n ds m a l lq u a n t i t yp r o d u c t i o na sc h a r a c t e r i s t i c t h e o n e st h a tm a n a g et os u b d i v i d ec o n s u m e rc o l o n ya n dg u i d e di nt i m ea n df e e d b a c kt o e n t e r p r i s e sm a n a g e m e n tf r o mm a r k e tb e c a m em a i nm a n a g e m e n ts t r a t e g y a d v a n c e da n d e f f i c i e n tl o g i s t i c sd i s t r i b u t i o nc a nc r e a t eh i g h e re c o n o m i cb e n e f i t so fe n t e r p r i s ea n di st h e m o s ti m p o r t a n tw a yt oi m p r o v ei t sc o m p e t i t i o nc a p a c i t y h o w e v e r , t h e r ea r em a n y p r o b l e m si nl o g i s t i c sd i s t r i b u t i o no ft r a d i t i o n a ls u p p l y c h a i nm a n a g e m e n t ，s u c ha s u n r e a s o n a b l ei n v e n t o r y , s l o wr e s p o n s ea n dt h es i n g l ep r o c e s s i n gn e e d s s o ，a na d v a n c e d l o g i s t i c sd i s t r i b u t i o ni s n e e d e d t h ei d e at h a t “w h i l eo f f e r i n gs a t i s f y i n gs e r v i c et ot h e c u s t o m e r ，l o w e r i n gw a s t et om i n i m u me x t e n t ”b e g a nt ob en o t i c e db yp e o p l e ，i tt u r n st o b et h e g o a lo fl e a nl o g i s t i c s a s w e l l ，c o n s e q u e n t l y , t h es t u d yo nl e a nl o g i s t i c s m a n a g e m e n t h a sa l r e a d yb e c o m ei n e v i t a b l e i nl o g i s t i c s ，d i s t r i b u t i o ni sc r u c i a la n dd i r e c t l yl i n k e dw i t ht h ec u s t o m e r s w h e r e a s ， t h eo p t i m i z a t i o no fv e h i c l ep l a n n i n go ft h ed i s t r i b u t i o ns y s t e mi sak e yp a r to ft h ew h o l e s y s t e m b yt h eo p t i m i z a t i o no fv e h i c l ep l a n n i n g ，t h ee n t e r p r i s e s c a ni m p r o v et h e i r n u c l e u sc o m p e t i t i v e n e s sa n da c h i e v es c i e n t i f i cp r o c e s so fl o g i s t i c s t h ep a p e rs e t sa b o u t f r o ma r g u m e n t a t i o no fl o g i s t i c sa n dl e a nt h i n k i n g ，a n dm a i n l ys t u d i e do nt h ev e h i c l e r o u t i n gp r o b l e m ( v r p ) i nd i s t r i b u t i o ns y s t e m w i t ht h ec o m p a r i s o no fv r p a n dt h e e x p a n d e dp r o b l e m sa b o u tv r p , t h i sp a p e re s t a b l i s h e sam o d e lw h i c hm a t c h e sw i t ht h e o p t i m i z a t i o no fr o u t i n gt ol e a nl o g i s t i c s t os o l v et h i sp r o b l e m ，t h i st h e s i sp r o p o s e sa n e wi m p r o v e da n tc o l o n ya l g o r i t h m ，w h i c hc a no v e r c o m et h es h o r t c o m i n g so ft r a d i t i o n a l a n tc o l o n yo p t i m i z a t i o na l g o r i t h m ( a c o ) ，s u c ha se a r l yc o n v e r g e n c eo rs t a g n a t i o ni nt h e p r o c e s so fc o m b i n a t i o n a tl a s tw er e a l i z et h ei m p r o v e da l g o r i t h mb ym a t l a b t h e a l g o r i t h mg i v e ni nt h i sp a p e rc a no b t a i na no p t i m i z e ds o l u t i o ne f f e c t i v e l ya n dh a sb e e n p r o v e dt ob eag o o ds c h e m e t os o l v ev r p k e yw o r d s ：l o g i s t i c sd i s t r i b u t i o n ；l e a nl o g i s t i c s ；v r p ；t h ei m p r o v e da n tc o l o n y a l g o r i t h m n 本人声明 我声明，本论文及其研究工作由本人在导师指导下独立完成，完成论文所用的 一切资料均已在参考文献中列出。 作者：韩静 签字： 2 0 0 8 年4 月2 0 日 五邑大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 本文研究的意义和背景 在全球经济一体化的进程中，世界经济正处于深刻变革的重大转折时期。在这 一发展变革之中，出现了一系列与高科技相结合的新兴产业。现代物流就是其中的 重要产物之一。物流作为“第三利润源泉 ，是一种先进的组织方式和管理技术，已 被世界各国广泛采用，形成产业化，从而在国民经济中发挥越来越重要的作用。 在我国，物流的概念是2 0 世纪8 0 年代初引入的，在此之前，中国的经济研究 中几乎没有使用过“物流 一词，但物流各环节的运作很早就存在于国民经济的各 个领域。在2 0 0 0 年至2 0 0 1 年，物流才开始真正引起了我国各界的注意。 由于我国物流市场的开发潜力巨大，随着经济的发展和经济体制改革的进一步 深化，物流业正成为我国市场经济中竞争最为激烈的行业之一，其在现代经济发展 中的地位和作用，比任何时期都更加重要。现阶段，物流业已贯穿于我国生产、分 配、流通、和消费的各个领域，社会对物流需求的数量、质量正在不断提高。在我 国国民经济和社会发展“十一五计划中，已将“物流配送作为重点支持和发展 的服务产业。这些都为我国物流与国际物流接轨，溶入全球物流一体化提供了条件。 物流配送作为物流体系中最为重要的一环，对整个物流系统的效率起着关键的 作用。先进高效的物流配送系统能为企业创造出更高的经济效益，是企业增强自身 竞争力的重要手段。 传统供应链管理中的物流配送管理存在着库存管理不合理、反应太慢、处理需 求单一等问题，因此需要建立一种新型的适合时代需要的物流配送管理方式。精益 物流管理能够有效提高供应链管理的效率，其中，精益物流路径的优化问题成为重 要研究内容。本文主要在研究精益物流的基础上，提出符合其特点的路径模型，并 采用一种改进的蚁群算法，力求确定最佳的运输路线，从而使配送环节总成本最低， 提高配送效率，综合增强企业的竞争力。 1 2 车辆路径问题研究现状 在本文中，对配送路线的优化问题可以归结为对配送车辆行车路线的组织优化 l 五邑大学硕士学位论文 问题车辆路径问题( v e h i c l er o u t i n gp r o b l e mv r p ) ，即根据不同的要求目标 函数( 例如行车路线最短) ，将配送过程归结为表述问题的数学模型，然后利用计算 机求得合理可行的优化方案，在配送中付诸实施。 近二十年来，无论是国内还是国外，v r p 问题都是一个非常活跃的研究领域【1 】。 在国外，v r p 问题已经广泛应用于实际生活，如邮局的邮件递送业务、超级市场的 商品供应、牛奶站的牛奶送达业务、工业产品的运输、运输公司的任务安排、乘务 员计划的安排等等，并取得了很大的效益。但是，我国对v r p 的应用还处于起步阶 段，无论是从深度还是广度来说，远远不能满足我国社会主义市场经济迅速发展的 需要，也不能满足新形势下我国实行“走出去战略的需要，甚至不能满足我国物 流业迅速发展的需要。总的说来，对通用性强、精度高、速度快的系统的算法有待 于进一步研究发展。 目前用来求解v r p 问题的主要方法有：精确算法和启发式算法【2 】【2 4 1 。 1 2 1 精确算法 冲问题是一个n p ( n o n d e t e r m i n i s t i c p o l y n o m i a l ) 问题，只有当客户和路段较少 时，才能求得精确解；这些算法都基于严格的数学手段，在问题可以求出其最优解 的算法的情况下，一般要优于人工智能算法。常见求解v r p 问题的精确算法如表 1 1 所示。 精确算法在引入严格的数学算法之后，无法避免指数爆炸等问题，从而使该类 算法只能有效求解小规模的v r p 问题，并且通常这些算法都是针对某一特定问题设 计的，适用能力较差，因此在实际中，其应用范围相对有限。 2 五邑大学硕士学位论文 表l l 常见求解v r p 问题的精确算法 算法主要原理 分枝利用v r p 和其松弛形式朋一刀妒问的关系，根据所给定的m 的上界m 。册一阳泸可转 定界化1 一阳妒。 算法 髟度对固定车辆数朋的m 一阳妒进行七度中心树松弛，该算法需要知道所需车辆的下界。 中心 算法模型从边的角度建立，出发点用七条边来表示，其他点用两条边表示。通过拉格 树算 朗日松弛法，将其中一个约束条件消去，并将原来的最小化问题转化为3 个易于求解 法的子最小问题，进行求解。 动态针对的也是固定车辆数的v r p ，通过递归方法求解，为减少问题的计算规模，引入可 规划行性规则或松弛过程减少状态的数量。该方法要求：转换函数易于求解，映射出来的 法范围小，可求得很好得下界。 集分v r p 问题的集分割是直接考虑可行解集合，在此基础上进行优化。对于规模相对较小 割和的强约束问题，可通过线性松弛，引入割平面进行求解。后来，r a o 等学者引入了列 列生生成方法，将问题进行简化，考虑的对象是所有可行解的子集，引入优化对偶变量向 成法量，对该简化问题松弛，计算列的最小边际成本，确定最优解。 三下 f i s h e r 等学针对带时间窗口以及无停留时间的v r p 问题，提出了三下标车辆流方程。 标车在该方程中，其中两个下标表示弧或边，另一个下标表示特定车辆的序号。基于 辆流b e n d e r s 的分解方法，用一种启发式算法，保证在有限的步骤内找到最优解。 方程 二下对于对称的v r p 问题，可通过去掉表示车辆序号的下标，引入所需车辆数的下界， 标车得到一个更为紧凑的方程。算法结合了爬山法的思想，核心仍然是线性规划，若得到 辆流 的解是分数解，则用分枝定界方法求其整数解。 方程 1 2 2 启发式算法 启发式算法( h e u r i s t i c s ) 是一种技术，能同时满足描述问题和求解的需要，但 算法不一定能保证所求解的可行性和最优性，甚至在多数情况下，无法阐述所求解 同最优解的近似程度。常见求解v r p 问题的启发式算法如表1 2 所示。 3 五邑大学硕士学位论文 作为一种逐次逼近的算法，启发式算法虽然不一定得到最优解，但是可以高效 率地得到具有较高精度的解，而且也易于考虑各种实际问题，因此，现已成为解决 物流配送路径优化问题的重要方法。 表l - - 2 常见求解v r p 问题的启发式算法 算法主要原理 节约常用来求解车辆数不固定的v r p 问题。该算法最初按所需访问的点数刀。一l ( 含配送 法中心) 生成同样数量的路径。计算合并任意两条路径后可节省的成本量，然后对可节 省的成本量进行排序。最后根据排序结果以及可行性条件，对路径进行归并，直到找 到最优解。 扫描先计算出所要访问的点的极坐标，并依照角度大小排序。然后在满足可行性条件的前 法提下，归并到不同的子路径中。最后对所得到的子路径进行优化。 分枝算法始终保持解的可行性而又力图向最优目标前进。在每一步，都改变一个可行解而 交换减少总费用，直到这个过程继续到不再可能使费用减少为止。 探索 算法 禁忌先构造一系列的解，然后对所求解不断进行改进。该算法所得到的解不一定是可行解， 搜索它们对可行性的偏离程度是通过目标函数里的罚函数来体现的。该算法求解过程中的 算法邻域，是通过g e m 过程得到的。它是针对v r p 的比较好的启发式算法，成功应用 于许多经典v r p 问题。 重复首先对每个客户生成一条子路径，然后提供了总匹配成本和负载改变匹配成本，作为 匹配归并路径的依据，同时为满足自匹配条件的集合提供分割手段，以利于跳出局部最优。 法 随着人工智能技术的引入和不断发展，模拟退火算法、遗传算法、蚁群算法等 新方法以及人工神经网络和专家系统等新技术，为解决大规模、多目标物流配送路 径优化问题提供了新的辅助手段。 1 2 3 小结 v r p 是n p h a r d 问题，如果用精确算法来求解，只能解决规模较小的问题，而 4 五邑大学硕士学位论文 且求解过程需要的运行时间较长。因此，目前启发式算法，特别是智能化启发式算 法，仍是求解车辆路径问题的主要方法。需要说明的是，启发式算法虽然能够比较 快的解决有关问题，但该算法的优劣往往取决于算法设计者的实际经验以及处理的 样本空间的大小。在求解过程中，应根据各类算法的适用范围，并针对配送优化问 题的具体情况，寻找最适合的求解方法，搜索最优配送路线。对于大规模客户集的 配送路径优化问题或者是多约束的复杂v r p 问题，可以考虑利用多种算法相结合的 办法来解决。 本文根据所建立的数学模型，考虑利用遗传算法和蚁群算法相结合的办法来解 决车辆配送路径优化问题。具体算法介绍见论文第四章。 1 3 本文主要研究内容与创新 1 3 1 主要研究内容 本文首先从物流的基本理论出发，指出我国传统物流的缺陷，进而在基于精益 思想的基础上，提出需要大力发展精益物流，并简要阐述了精益物流的有关理论。 第二步，通过对相关文献的分析和总结，从经典配送车辆路径问题( 即c v r p ) 的 基本理论与模型出发，进而研究了v r p 问题的扩展问题。结合扩展问题的描述和数 学模型与精益物流自身的提点，提出了符合精益物流特点的路径优化的模型。第三 步，本文在详细研究遗传算法和蚁群算法后，针对其优劣势，提出了一种改进蚁群 算法。第四步，通过将改进的蚁群算法应用到t s p 问题中，验证此方法的有效性。 进而将此方法应用到本文所建立的精益物流的模型中。最后，总结研究工作，并对 今后工作做出一系列设想。 1 3 2 创新 1 本文在结合物流理论和精益生产思想基础上，提出研究精益物流理论的必要 性，并根据精益物流的特点，创造性的提出符合精益物流特点的车辆路径优化模型。 该模型考虑了在企业实际操作过程会出现的固定频率取货问题、非满载问题及存储 空间问题等。 五邑大学硕士学位论文 2 蚁群算法在解决车辆路径优化问题方面存在着收敛速度慢、计算时间长，易 于过早的陷入局部最优，出现停滞现象等缺陷。本文将遗传算法和基本蚁群算法有 效结合后提出一种改进蚁群算法。在改进蚁群算法中，对遗传算法的交叉、变异算 子、种群的更新原则；对蚁群算法的信息素更新原则、更新系数和更新策略等方面 进行改进，设计了随机搜索路径的新方法。 6 五邑大学硕士学位论文 2 1 物流理论 第二章物流理论研究 物流的概念最早是在美国形成的，当初被称为p h y s i c a ld i s t r i b u t i o n ( 耳1 p d ) ，译 成汉语是“实物分配”或“货物配送 。1 9 3 5 年，美国销售协会阐述了“实物分配” 的概念：“实物分配是包含于销售之中的物质资料和服务在从生产场所到消费场所的 流动过程中所伴随的种种经济活动。”1 9 6 3 年，物流的概念被引入日本，当时的物 流被理解为“在连续生产和消费间对物资履行保管、运输、装卸、包装、加工等功 能，以及作为控制这类功能的信息功能，它在物资销售中起了桥梁作用。 我国在 8 0 年代引入这个概念，此时的物流已被称为l o g i s t i c s ，已经不是过去p d 的概念了。 l o g i s t i c s 的原意为“后勤 ，它是为维持战争需要的一种后勤保障系统。后来把 l o g i s t i c s 一词转用于物资的流通中，这时，物流就不单纯考虑从生产者到消费者的 货物配送问题，而且还要考虑从供应商到生产者对原材料的采购，以及生产者本身 在产品制造过程中的运输、保管和信息等各个方面，全面、综合地提高经济效益和 效率的问题。因此，现代物流是以满足消费者的需求为目标，把制造、运输、销售 等市场情况统一起来考虑的一种战略措施，这与传统物流把它仅看作是“后勤保障 系统刀和“销售活动中起桥梁作用的概念相比，在深度和广度上又有了进一步的 含义。 2 2 传统供应链管理中物流管理存在的问题 所谓物流管理是指在社会再生产过程中，根据物质资料实体流动的规律，应用 管理的基本原理和科学方法，对物流活动进行计划、组织、协调、控制和监督，使 各项物流活动实现最佳的协调和配合，以降低物流成本，提高物流效率和经济效益。 传统的物流管理有几大缺陷： 1 库存管理不合理。传统供应链上的库存缓冲，使得制造商和零售商都存在某 些产品的库存，而这正是造成供应链上其他环节缺货的原因。在供应链上，如果各 个公司的仓储和存货点不一致，库存问题就会扩大化。由于供应链的每个参与方都 有库存，再加上库存管理的失误和供应链上各环节的相互影响，当货物达到供应链 7 五邑大学硕士学位论文 的最后时，库存水平与实际的货物需求几乎毫无关系。 2 反应太慢，没有建立有效的市场响应，物流管理合理的评价和激励机制。传 统的市场配销渠道的松散是固有的。由于在供应链上再订货过程的脱节，可能导致 不能满足热销产品的销售需求。 3 处理需求单一。传统的物流管理处理产品的方式单一，供产销协调性差。例 如：公司关于挥发性产品和非挥发性产品的库存水平相似，并通过同一种物流网络 对它们进行分发。 4 风险系数大。由于企业部门内的人为割据导致物流管理的四分五裂及业务链 过长，经手物流的部门和人员过多，导致损公肥私的现象严重。由于库存大，反映 缓慢，因库存不适应需要导致的毁损浪费居高不下。 2 3 精益理论 2 3 1 精益生产理论 第二次世界大战结束不久，汽车工业中统治世界的生产模式是以美国福特为代 表的大批量生产方式，这种生产方式以流水线形式少品种、大批量生产产品。在当 时，大批量生产方式代表了先进的管理思想与方法，大量的专用设备、专业化的大 批量生产是降低成本、提高生产率的主要方式。与处于绝对优势的美国汽车工业相 比，日本的汽车工业则处于相对幼稚的阶段，丰田汽车公司从成立到1 9 5 0 年的十几 年间，总产量不及福特公司1 9 5 0 年一年的产量。汽车工业作为日本经济倍增计划的 重点发展产业，日本派出了大量人员前往美国考察。丰田汽车公司在参观美国的几 大汽车厂后发现，采用大批量生产方式降低成本仍有进一步改进的余地，而且日本 企业还面临需求不足和技术落后等严重困难，加上日本国内的资金严重不足，也难 有大量的资金投入以保证日本国内的汽车达到具有竞争力的规模。因此，他们认为 在日本进行大批量、少品种的生产方式是不可取的，应考虑一种更能适应日本市场 需求的生产组织策略。在这种背景下，丰田创造了举世闻名的独特的多品种、小批 量、高质量、低消耗的精益生产理论( j u s t i n t i m e ，简称j i t 或准时制造理论) 。 8 无邑大学硕l j 学位论文 2 3 2 精益思想理论 在市场竞争中遭受失败的美阳汽车工业，在经历了曲折的认识过程之后，终于 意识到导致竞争失败的关键是美闰汽车制造业的大批量生产方式输给丰盱7 的精益生 产方式。1 9 8 5 年，美国麻省理工学院的d a n i e lj o n e s 教授等筹资5 0 0 万美元，用了 近五年的时间对9 0 多家汽车j 。进行对比分析，于l9 9 2 年出版了改造世界的机器 ( t h em a c h i n et h a tc h a n g e dt h ew o r l d ) 一书，把丰田生产方式定名为精益生产：，并对 其管理思想的特点与内涵进行了详细的描述。四年之后，该书作者出版了它的续篇 精益思想( l e a nt h i n k i n g ) ，进一步从理论的高度归纳了精益生产中所包含的新的 管理思维，并将精益方式扩大到制造业以外的所有领域，尤其是第三产业，把精益 生产方式外延到企叫k 活动的各个方面，不再局限于生产领域，从而促使管理人员重 新思考食、i k 流程，消灭浪费，创造价值。 精益思想足通过消除浪费来追求完美的循环路线，以此来增加客户价值。最终 客，、1 不应该承担供应网络中因为流程浪费而引发的成本、时间和质帚方面的损失。 五个目标“追求完美”的实现涉及四个原理( 见图2 2 ) 。 图2 2 精益思愁的原理 1 明确价值。明确价值是从客户角度出发。从最终客，、，角度来看，随着原材料 逐渐从初级原材料变成最终客户所购买的产成品，价值也随着供应网络逐渐得以增 加。从营销和销售的角度来看，另外，波特( p o r t e r ，l9 8 5 ) 的价值链概念认为：有 两种活动会影响客户的价值。第一种是将原材料转变为产成品，然后对其进行分配、 销售和服务的主要价值活动。第二种是主要活动所必需的支持活动，如产品设计、 制造和配送流程。 2 明确价值流。精益思想识别价值流的含义是在价值流中找到哪些是真正增值 的活动、哪些是町以立即去掉的不增值的活动。精益思想将所有业务过程中消耗了 9 五邑大学硕士学位论文 资源而不增值的活动叫做浪费，明确价值流就是发现浪费和消灭浪费。 3 创造价值流。精益思想要求创造价值的各个活动( 步骤) 流动起来，强调的 是不间断的“流动 。“价值流 本身的含义就是“动”的，但是由于根深蒂固的传 统观念和做法如部门的分工、大批量生产等等，阻断了本应流动起来的价值流。精 益思想将所有停滞作为企业的浪费，用持续改进、单件流等方法在任何批量生产条 件下创造价值的连续流动。 4 拉式生产计划。只对客户( 下一流程) 发出的需要更多的产品的信号做出响 应。它的潜在假设是，需求信息在供应链中是可获得的。只要有可能，就要从生产 中供应产品而不是从仓库中提货。只要有可能，企业就要利用客户订单而不是预测。 尽管这些观念中有一些可能与现行惯例相去甚远，但是精益思想却遵循了“准 时生产的理念“追求完美 。这是第五个原理，要通过不断改进现行一切，消除每 个步骤的浪费来实现【2 5 】。 2 4 精益物流理论 精益思想理论诞生后，物流管理专家则从物流管理的角度对此进行了大量的借 鉴工作，并与供应链管理的思想紧密结合起来，提出了精益物流的新概念。 2 4 1 精益物流概念的界定 精益物流是运用精益思想对物流活动进行管理，从顾客的角度而不是从企业或 职能部门的角度来研究什么可以产生价值；从系统的角度，按整个价值流确定供应、 生产和配送产品所有必须的步骤和活动：创造无中断、无绕道、无等待、无回流的 增值活动流，及时创造仅由顾客拉动的价值；不断消除浪费，追求完善的物流活动。 事实上，我们也可以用针对顾客服务的7 r 标准来给精益物流下定义即：上游供应 商应该向下游顾客在合适的时间( r i g h tt i m e ) 和合适的场所( r i g h tp l a c e ) ，以合适的 价格( r i g h tp r i c e ) 和合适的方式( r i g h tw a y ) ，向合适的顾客( r i g h tc u s t o m e r ) 提供合适 的物流服务( r i g h tp r o d u c e ) ，使顾客的个性化需求( r i g h tw i s h ) 得到满足，价值得到 提高。 精益物流的目标可概括为：企业在提供满意的顾客服务水平的同时，把浪费降 到最低程度。企业物流活动中的浪费现象很多，常见的有：不满意的顾客服务、无 1 0 五邑大学硕士学位论文 需求造成的积压和多余的库存、实际不需要的流通加工程序、不必要的物料移动、 因供应链上游不能按时交货或提供服务而等候、提供顾客不需要的服务等，努力消 除这些浪费现象是精益物流最重要的内容。 精益物流的提出是和现代经济社会的发展紧密相关的。这是因为物流企业的拥 护，尤其是像制造业、快递业、电子商务这样的用户，其本身受客户的要求拉动， 迅速实现了精益化。根据精益化韵原理，这种拉动作用深入到物流领域是事态发展 的一个必然的结果。 后工业社会，出现了多批次、小批量、多品种的物流需求；同时，随着工业产 品出现的轻、薄、短、小的发展趋势，物流的组织方式和运作方式必然发生变革。 这种变革使物流领域很难再沿用过去和大批量生产相适应的大宗物流形式。大宗物 流确实可以像大批量生产一样取得低成本、高效率的优势，但是这种物流形式不能 贯穿物流的全程；或者说，只有少数的渠道可以用这种办法贯穿全程，而在多数情 况下，越是接近末端，当渠道变得细而密的时候，就会出现成本迅速增高和效率迅 速降低的现象。所以，用“大物流 的形式来适应“多批量、小批次、多品种 的 需求，不但在技术和流程上难以解决，而且会使物流成本变得难以承受。精益物流 必须具备解决这些问题的能力。 2 4 2 精益物流管理成功的条件 1 严格拉动的概念 精益物流管理方法严格按照拉动的概念，以最终需求为起点，由后道作业向前 道作业按看板所示信息提取材料( 商品) ，前道作业按看板所示信息进行补充生产。 在生产流程的安排上，要求生产制造过程( 可推广到整个供应链) 保持平准化，即生 产制造过程安定化、标准化和同步化。这样，不仅可以满足顾客的需求，提高顾客 服务水平，而且可以实现低水平的库存，降低成本。 2 重视人力资源的开发的利用 精益物流管理方法要求重视对人力资源的开发和利用，这包括对员工的培训使 其掌握多种技能成为多能工。同时要求给予作业现场员工处理问题的责任，做到不 将不良品移送给下道作业，确保产品的质量，做到零缺陷。精益物流管理要求从局 部优化到系统优化，企业的所有员工要具有团队精神，共同协作解决问题，造就一 五邑大学硕士学位论文 支力于不断改善和革新的团队。 3 小批量生产 小批量生产的优势在于能减少在制品库存，降低库存、维持成本，节约库存空 间，易于现场管理。当质量问题发生时，容易查找和重新加工。在生产进度安排上 允许有一定的弹性，可按需求进行调整，对市场需求的变化能做出迅速及时的反应。 同时，小批量生产要求在变换产品组合时，生产线的切换程序简便化和标准化，进 而使生产切换速度加快，为此要求供应商能小批量、频繁及时供货。 4 与供应商长期可靠的伙伴关系 精益物流管理方法要求供应商在需要的时间提供需要的数量。进一步要求供应 商能对订货的变化做出及时、迅速的反应，具有弹性，因此，必须选择少数优秀的 供应商，并与他们建立l 长期可靠的合作伙伴关系，分享信息情报，共同协作解决 问题。从分“蛋糕”到一起做“蛋糕 ，实现合作伙伴间的双赢。参见表2 1 丰田的 精益物流供应商数目与西方汽车厂商数目的比较。 表2 一l 丰田的精益物流供应商数目与西方汽车厂商供应商数目比较 丰田精益物流西方汽车厂商 总供应商数目 1 7 05 0 0 平均每个供应商提供的配件数 4 59 提供配件周期 4 小时1 8 小时 配件供应方式 m i l kr o u n dd i r e e tf u l ll o a d 资科采豫：m b a r a d , d e v e ns a p i r f l e x i b i l i t yi nl o g i s t i cs y s t e m s 。m o d e l i n ga n dp e r f o r m a n c ee v a l u a t i o n i n t j p r o d u c t i o n e c o n o m i c s 2 0 0 3 ，( 8 5 ) 5 高效率、低成本的物流运输方式 精益物流管理方法要求高效率、低成本的物流运输装卸方式，要求供应商小批 量、频繁运送。但是小批量、频繁运送将增加运输成本，为了降低运输成本，精益 物流管理方法要求积极寻找集装机会( c o n s o l i d a t i o no p p o r t u n i t y ) 。进货集装运送 ( i n b o u n dc o n s o l i d a t i o nd e l i v e r y ) 是指把来自多个供应商的小批量货物集中起来作为 一个运输单位进行运送的方法，这样不仅可保证按时交货，还可节约运输成本。另 外，需要采用使小批量物品的快速装卸变得容易的设备。 1 2 五邑大学硕士学位论文 3 1 物流配送问题 第三章物流路径研究 3 1 1 配送的概念及类型 按照国家质量技术监督局发布的中华人民共和国国家标准“物流术语 ，其中关 于配送【2 6 】【2 7 1 的解释是这样的：在经济合理区域范围内，根据用户的要求，对物品进 行拣选、加工、包装、分割、组配等作业，并按时送达指定地点的物流活动。 一般来说，配送是根据用户的要求，在物流据点内进行分拣、配货等工作，并 将配好的货物适时地送交收货人的过程。它是物流中一种特殊的、综合的活动形式。 它将商流与物流紧密结合起来，既包含了商流活动，也包含了物流活动中若干功能 要素。 配送是一种特定的运输。在物流活动中，运输与配送具有相对性，运输侧重于 物流中的集货过程，配送侧重于物流中的送达过程，二者相辅相成，共同承担物流 全过程的货物移动及其相关服务。相对于整个物流系统而言，配送是系统的终端， 是直接面对服务对象的部分。配送功能完成的质量及其达到的服务水平，直接而具 体地体现了物流系统对需求的满足程度。因此，配送方式是现代物流中的一个核心 内容，也可以说是现代市场经济体制、现代科学技术和系统物流思想的综合产物， 和人们一般所熟悉的“送货 有本质上的区别。首先，配送是从物流据点到用户终 端的一种特殊送货形式，其特殊性在于它建立在需求导向的基础之上；其次，配送 是快速反应生产方式得以实现的“门到门 服务；第三，配送是在网络规划基础上， 组配合理、线路优化、经济高效的库存经营方式。 在长期的实践中，配送以不同的运作特点和方式满足不同顾客的要求，从而形 成了不同的配送类型【4 】，按照配送商品的种类和数量的不同，可以把配送分成少品 种大批量配送、多品种少批量配送和配套( 成套) 配送，按照配送的时间及数量的不 同，可以把配送分成定时配送、定量配送、定时定量配送、定时定路线配送和即时 配送，此外还有按照配送机构、配送功能和配送企业专业化程度划分的配送类型。 1 3 五邑大学硕士学位论文 3 1 2 配送对整个物流的重要意义 配送作为物流中一种特殊的、综合的活动形式，是与商流的最终实现联系最紧 密的部分。随着国民经济的发展，生产经营模式的变化，配送的内涵由简单到复杂， 特别是在当今零库存控制与快速反应的生产经营方式下，配送几乎包括了所有的物 流要素，称为现代物流在经济合理区域范围内的一个缩影和全部活动的体现。在我 国，发展社会化物流配送是一项大有可为的事业，其重要作用主要表现在以下几个 方面： 1 有利于促进物流活动的社会化。专业化物流配送能够以其特有的运动形态和 优势调整流通结构，促进物流活动规模经济的形成。 2 有利于实现物流资源的合理配置。发展配送服务，可以稳定企业之间的供销 关系，合理降低库存和购销成本，节约运力，加速资金周转，提高资金利用率；亦 可按照企业要求组织资源配备，实现生产企业的零库存管理和物流资源的合理配置。 3 有利于开发和应用新技术。开展商业配送活动，必须相应的配备各种物流设 施和设备，以提高配送的作业效率。商业配送的发展过程实际上就是现代高新技术 的应用和配送设施、设备的更新改造过程，其发展将不断促进高新技术的开发与应 用。 4 有利于创造社会整体效益。通过发展配送中心，加快流通产业的现代化进程， 可以带动一大批相关企业的发展，促进工业项目的开发、国家资源的开发、城市经 济的发展，扩大各方面的社会就业，同时也为大量闲置设备设施投入生产提供了市 场需求。 3 2 物流配送路径优化问题 随着物流配送向集约化、一体化的方向发展，常将配送的各环节综合考虑，核 心部分为配送车辆的集货、配货及送货过程。进行配送系统优化，主要是配送车辆 优化调度，包括集货线路优化、货物配装和送货线路优化，以及集货、配货和送货 一体化优化。 物流配送车辆调度优化是物流配送优化中关键的一环。对货运车辆进行优化调 度，可以提高物流经济效益、实现物流科学化。对货运车辆调度优化理论与方法进 1 4 五邑大学硕士学位论文 行系统研究是物流集约化发展、建立现代调度指挥系统、发展智能交通运输系统和 开展电子商务的基础。国外将物流配送优化车辆调度问题归结为或称之为v e h i c l e r o u t i n gp r o b l e m ( v r p ) 和v e h i c l es c h e d u l i n gp r o b l e m ( v s p ) 。 物流配送车辆调度优化最早是由d a n t z i g 和r a m s e r 2 8 】于1 9 5 9 年首次在研究亚 特兰大炼油厂向各加油站投送汽油的运输路径优化问题时首次提出的【2 9 1 ，自此，很 快引起了运筹学、应用数学、组合数学、图论与网络分析、物流科学、计算机应用 等学科的专家与运输计划制定者和管理者的极大重视，成为运筹学与组合优化领域 的前沿与研究热点问题。各学科专家对该问题进行了大量的理论研究及实验分析， 取得了很大进展。 目前，问题的形式已有很大发展，该问题已不仅仅局限于汽车运输领域，在水 运、航空、通讯、电力、工业管理、计算机应用等领域也有一定的应用，其算法已 用于航空乘务员轮班安排、轮船公司运送货物经过港口与货物安排的优化设计、交 通车线路安排、生产系统中的计划与控制等很多种类似的组合优化问题【3 0 】【3 1 1 。 3 2 1v r p 问题的定义 物流配送车辆路径问题一般可以描述如下：对一系列装货点和( 或) 卸货点，组 织适当的行车路线，使车辆有序地通过它们，在满足一定的约束条件( 如货物需求量、 发送量、交发货时间、车辆容量和载重限制、行驶里程限制、行驶时间限制等) 下， 达到一定的目标( 如路程最短、费用最少、时间尽量少、使用车辆数尽量少等) 【3 2 1 。3 6 】。 如图3 1 所示。 图3 - - lv r p 图示 五邑大学硕士学位论文 在实际运用上，v r p 是按如下假设来定义的： 1 所有车辆路线均起始并终止于设施点。 2 每个客户只接受一个设施的货物。 3 满足其他一些约束条件，如： 容量限制：每个客户点上都有一个非负的货物需求量，但每条车辆路线上的货 物量总和不超过车辆载重量。 总时间限制：每条路线总的长度或总耗时不超过一个事先定下的数值。这项限 制旨在满足客户对供货时间的要求，以及对货物品质的保证。 具体时间限制：对某个客户点，车辆到达时间限制在某一时间段内。此约束在 于满足客户对供应或回收的特殊要求。 车辆到达顺序要求：如在到达i 点之前要求先到达，点。 以上列出的约束只是该问题的一部分，在具体操作时要视具体情况而设定模型。 3 2 2 经典v r p 问题 所谓经典车辆路径问题，其实就是在车辆路径的调度中，仅仅考虑最基本的货 车载重量约束( 或容量约束) 的最一般化的运输问题，即有容量约束的车辆路径问题 ( c a p a c i t a t e dv e h i c l er o u t i n gp r o b l e m ，简记为c v r p ) 。 1 c v r p 涵义： 经典的v r p 是由一个服务中心( 或称为仓库、车场) 的车辆向多个服务需求点( 或 称为客户、顾客点) 进行配送服务，在已知待服务的客户和出发点的位置、顾客需求 及车辆的最大负荷的前提下，设计车辆配送路径，规划设计方案，使运输成本最小 化，即总代价最小( 车辆尽量少，行车总距离尽量短) 。可见v r p 问题实际是多目标 组合优化问题，大多数的情况下，我们以派出车辆最少，即运输路线条数最少为首 要目标，行车总距离最短，即总代价最小为次要目标。 经典v l 冲要求满足以下条件及假设： ( 1 ) 所有的配送车辆以配送中心为起点并最终回到配送中心； ( 2 ) 每条配送路径上各需求点的需求量之和不超过车辆的载重量； ( 3 ) 每个需求点的需求由且仅由一辆车一次送货满足。 2 c v r p 模型： 五邑大学硕士学位论文 我们用y = k ，屹，) 表示一系列点的集合。元素来表示配送中心。 o = l ，2 ，功表示各顾客，么= 敦h ，v j ) h ，_ y ，f ，) 为一系列弧的集合，略与弧 ( v ，1 ，) 相联系，表示v ，到v ，的距离，对于顾客m ，己知了需求量q ，( 其中吼= 0 ) 。 假定配送中心最多可用k 辆车对顾客点进