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物流系统中智能优化技术的应用研究 中文摘要 物流作为2 0 世纪末发展起来的综合性产业，在国民经济的发展和企业经营 管理水平的提高中显得越来越重要。要使物流充分发挥其职能，使其不断完善和 优化就必须使物流合理化，而物流合理化的关键是物流系统化，所以物流必须走 系统化的道路。物流系统是一个复杂的科学系统，涉及生产、运输、库存、配送 等环节。根据系统中的优化问题所建立的模型极其复杂，大都具有n p 难度。 遗传算法是一种基于生物自然选择与遗传机理的随机搜索与优化方法，与物 流系统的结合具有良好的实用性和广泛的应用前景。禁忌搜索是对局部邻域搜索 的一种扩展，是一种全局逐步寻优算法，是对人类智力过程的一种模拟。禁忌搜 索算法和遗传算法现已形成比较完整的算法体系，成为解决组合优化问题的有效 工具。 本文阐述了物流系统、遗传算法和禁忌搜索算法的现状并进行了总结，然后 基于自然数编码的方式提出一种改进的交叉运算算子，同时结合禁忌搜索算法， 提出了改进的混合遗传禁忌算法，改进后的算法不但可以大大加快了收敛速度， 而且有效的避免了早熟发生。 本文将改进后的遗传算法和混合遗传禁忌算法应到实际问题当中，这些实际 问题包括旅行商问题、标准的车辆调度问题和物流调度问题。计算结果表明：1 ) 改进后的遗传算法应用到旅行商问题和车辆调度问题，无论爬山能力和易早熟性 都较传统算法有明显的改善。2 ) 改进的遗传算法和混合遗传禁忌算法应用到物 流系统中的加工调度问题，改进后的遗传算法和混合遗传算法的求解效率都较传 统的遗传算法及混合遗传算法有明显的改善。因此，本文对遗传算法的研究有效 的改进了物流系统的工作流程，提高了物流系统的智能化水平。 关键词：物流系统，遗传算法，禁忌搜索，车辆调度问题，旅行商问题，物流调 度问题 a p p l i c a t i o nr e s e a r c h o ft h ei n t e l l i g e n to p t i m i z i n g t e c h n o l o g yi nt h el o g i s t i c ss y s t e m a b s t r a c t l o g i s t i c s ，a sac o m p r e h e n s i v ei n d u s t r yi nt h ee n d o ft h e2 0 t hc e n t u r yi sb e c o m i n g m o r e a n dm o r ei m p o r t a n ti nt h ed e v e l o p m e n to f n a t i o n a le c o n o m ya n di nt h er i s i n gof m a n a g i n gl e v e lo fe n t e r p r i s em a n a g e m e u t t om a k el o g i s t i c sp e r f o r mf u l lf u n c t i o n ， a n dt om a k ei tp e r f e c ta n do p t i m i z e dc o n s t a n t l y , i ti sn e c e s s a r yt om a k el o g i s t i c s r a t i o n a l i z e d l o g i s t i c ss y s t e m a t i z a t i o ni st h ek e yt om a k el o g i s t i c sr a t i o n a l i z e d ，s o l o g i s t i c sm u s tt a k et h e r o a dt os y s t e m a t i z a t i o n l o g i s t i c ss y s t e mi sac o m p l e x s c i e n t i f i cs y s t e m ，w h i c hi n c l u d e st h es e g m e n t so fm a n u f a c t u r e ，t r a n s p o r t ，s t o r a g ea n d d i s t r i b u t i o n t h em o d e l sb a s e do no p t i m i z e dp r o b l e m so fs y s t e m 甜en o r m a l l yv e r y c o m p l e x ，a n dm o s to f w h i c h a r en p h a r d g e n e t i ca l g o r i t h mi sar a n d o ms e a r c ha n do p t i m i z a t i o nm e t h o db a s e do nn a t u r a l s e l e c t i o na n dg e n e t i cm e c h a n i s mo ft h el i v i n gb e i n g s t h ec o m b i n a t i o no fg e n e t i c a l g o r i t h ma n dl o g i s t i c ss y s t e mh a sg o o dp r a c t i c a b i l i t y a n de x t e n s i v ea p p l i c a t i o n p r o s p e c t t a b us e a r c hi sa ne x p a n s i o no ft h el o c a ln e i g h b o r h o o ds e a r c h i n gm e t h o d t a b us e a r c hi sag l o b a ls t e pb ys t e pm e t h o d ，w h i c hi sas i m u l a t i o no ft h eh u m a n i n t e l l i g e n tp r o c e s s t a b us e a r c h a n dg e n e t i ca l g o r i t h mh a v ef o r m e dr e l a t i v e l y i n t e g r a t es y s t e mo fa r i t h m e t i ca n db e c o m ee f f e c t i v et o o l st os o l v i n gc o m b i n a t i o n o p t i m i z a t i o np r o b l e m s t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ep r i m a r yc o n t e n to ft h el o g i s t i c sa n dt h er e l a t e dp r o b l e m o ft h el o g i s t i c ss y s t e m t h e nt h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ec h a r a c t e r i s t i c sa n db a s i c p r i n c i p l eo fg e n e t i ca l g o r i t h ma n dt a b us e a r c l l ，a sw e l la st h e i ri m p r o v e m e n t s a n i m p r o v e dc r o s s o v e ri sp r o p o s e df o rn a t u r a ln u m b e re n c o d i n gs c h e m e ，a n da d v a n c e d t e c h n i q u el i k eh y b r i d i z a t i o nw i t h t a b us e a r c h i s p r e s e n t e dt o o t h ei m p r o v e d a r i t h m e t i cn o to n l ya c c e l e r a t e st h ev e l o c i t yo fc o n v e r g e n c e ，b u ta l s oa v o i d st h e p r e c o c i t ye f f e c t i v e l y 2 t h ei m p r o v e dg aa n dh y b r i dg aa l ea p p l i e df o rs o l v i n gs o m ea c t u a lp r o b l e m s ， w h i c hi n c l u d e t r a v e l i n g s a l e s m a np r o b l e m ，s t a n d a r d d e l i v e r y p r o b l e ma n d f l o w - s h o ps c h e d u l i n gp r o b l e m t h et h r e ea p p l i c a t i o ne x a m p l e si n d i c a t et h a tt h e i m p r o v e di d e ai sm o t ee f f e c t i v ea n ds u i t a b l et os o l v et h ec o m b i n a t i o no p t i m i z a t i o n p r o b l e m sf o rm o d e ml o g i s t i c ss y s t e mt h a nt h et r a d i t i o n a lg a i nc o n c l u s i o n , t h e r e s e a r c ho nt h eg ao ft h i sp a p e ri m p r o v e st h eo p e r a t i o np r o c e s so ft h el o g i s t i c s s y s t e ma n de n h a n c e st h ei n t e l l e c t u a l i z e dl e v e lo f t h el o g i s t i c ss y s t e m k e yw o r d s ：l o g i s t i c ss y s t e m ，g e n e t i ca l g o r i t h m , t a b o os e a r c h ，d e l i v e r y p r o b l e m ，t r a v e l i n gs a l e s m a np r o b l e m ，f l o w - s h o ps c h e d u l i n gp r o b l e m 3 插图清单 图2 - 1 系统分析程序1 5 图3 1 传统顺序交叉2 9 图3 2 传统简单交叉2 9 图3 3 不相同子排列顺序交叉3 0 图3 - 4 不相同子排列简单交叉3 0 图3 - 5 位移变异算子3 0 图4 1t s p 三个交叉算子比较，运行5 0 次，终止代数1 0 0 4 0 图4 2t s p 三个交叉算子比较，运行5 0 0 次，终止代数3 0 0 4 0 图4 3d h c 三个交叉算子比较，运行5 0 次，终止代数1 0 0 4 1 图4 - 4d h c 三个交叉算子比较，运行5 0 0 次，终止代数3 0 0 4 1 图4 5 非闭合t s p 三个交叉算子比较，运行3 0 次，终止代数1 0 0 4 2 图4 - 6 非闭合t s p 三个交叉算子比较，运行5 0 0 次，终止代数3 0 0 4 2 图4 7 非闭合d h c 三个交叉算子比较，运行5 0 次，终止代数1 0 0 4 3 图4 - 8 非闭合d h c 三个交叉算子比较，运行5 0 0 次，终止代数3 0 0 4 3 图4 - 9v s p 两个交叉算子比较，运行5 0 次，终止代数1 0 0 4 7 图5 - 1f s p 五个交叉算子迭代次数比较5 1 图5 2f s p 五个交叉算子迭代时间比较。5 1 6 表格清单 表4 12 0 城市t s p 的坐标3 9 表4 2 货运任务的坐标和货运量4 7 7 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据 我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得 盒筐王堑盔鲎或其他教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名： 云! ) 辫 l 签字日期o 7 午歹月z 扣 ， 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盒目b 王、业友堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权金壁 互些态堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者躲丧。晔 签字日期；田年岁月哆日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师躲侈撕 签字日期；一7 年y 月；) 日 电话： 邮编： 第一章绪论 1 1 论文选题的背景 1 1 1 现代物流的发展趋势 一、国内现代物流的发展趋势 自2 0 世纪7 0 年代物流概念传入我国以来，物流在我国得到了一定程度的发 展，特别是近年来，随着经济全球化的发展和市场竞争的日益激烈，无论是政府 部门、行业管理部门，或是企业，都对物流表示了极大的关注，使我国物流业得 到了长足的发展。 1 中央、产业部1 7 年n 地方政府高度重视物流 自国家出台物流产业发展政策后，许多地方政府对发展物流业表示高度重 视。广东省将发展现代物流纳入“十五”规划中，并提出建设物流基地、物流配 送中心，开展物流配送服务，建设现代物流网络，促进物流的产业化和现代化等 目标。天津市通过制订“天津市现代物流发展纲要”，争取成为中国及东北亚地 区重要的物流及信息枢纽等。另外有2 0 多个省市3 0 多个中心城市做出或正在制 订物流发展规划，并且出台一系列优惠政策促进当地物流的发展。因此，可以说 物流发展的大环境己经形成。 2 物流基础设施建设取得显著成效 经过几十年建设，我国物流基础设施己经达到一定水平。作为物流支柱的货 运业，其设施、设备的保有量和作业能力成倍增加；铁路、公路、水路、航空、 管道的线路里程都有了长足发展；港口建设取得了很大成就；根据国民经济发展 需要，相继建设了许多仓库( 包括生产部门和流通部门的仓库) ，其中不乏自动 化程度较高的立体仓库，成立了储运公司。据不完全统计，到目前为止，仅分布 在铁道、外经贸和内贸等部门的仓库，其占地面积就达到6 亿多平方米。 3 物流需求持续快速增长 据摩根斯坦利公司2 0 0 1 年l o 月的一份报告中称，中国2 0 0 1 年物流总规 模为2 1 5 0 亿美元，占国内生产总值的2 0 。其依据有两条：一是中国当前的经 济规模与美国上世纪7 0 年代后期相当，当时美国的物流成本占国内生产总值的 2 5 ；二是中国由于条块分割的管理，资源闲置的程度远高于成熟的市场经济国 家，因此物流成本会更高，占g d p 的比例应上调到2 0 ，即相当于2 1 5 0 亿美元 或1 7 6 4 0 亿元人民币。随着市场竞争的不断加剧，企业开始关注于核心竞争力， 考虑释放他们不擅长的物流业。因此，估计我国物流市场需求年增长率将会在较 长一段时俺j 里保持较高的增长率。 4 物流企业总体实力增强 根据有关资料显示，目前，我国在册的专门从事物流的企业总数达到1 6 0 0 0 多家，从业人数超过1 0 0 万人。一些大型物流企业在硬件设旖、管理水平以及物 流信息系统建设等方面有了较大发展，有些己经达到国际先进水平。传统国有交 通运输与仓储企业通过资产重组与流程再造，也加速向第三方物流企业转型，相 继出现中远、中外运、中铁、中邮、中储、中海等一批颇具实力的物流企业。一 些著名工业与流通企业开始重视企业采购、销售系统与物流系统的流程再造，如 青岛海尔、上海大众、一汽等工业企业，以及华联、联华、农工商、苏果等流通 企业。民营资本也加快了进入物流业的速度，如广州宝供、天津大田物流、珠海 九川物流等已成为具有现代物流管理与物流技术的民营物流企业。 5 现代物流技术的开发研究取得一定进展 现代物流业要降低成本，提高物流运作效率，应引进先进物流技术，优化企 业内部资源，对运输、配送、仓储、流通加工、采购、供应、库存控制等物流的 各个环节或全过程实施高效的管理计划和控制。我国一些物流企业在研究开发物 流信息技术方面取得很多成果，对于推动现代物流的发展发挥了积极的作用。 6 物流理论研究取得较大成就 我国开展物流理论研究已有二十多年时间，先后出版了多部物流专著，极大 地丰富了我国的物流理论研究；同时，出现一批专业物流研究机构及专业杂志， 推动了我国物流理论研究的发展，如“关于物流定义的研究”、“关于物流规划与 政策的研究”、“关于物流市场和需求的研究”、“关于供应链理论的研究”、“关于 物流信息化研究”、“关于物流人才教育和学科建设研究”等一些新理论研究热点。 二、发达国家现代物流发展趋势 1 信息化、自动化、智能化和集成化 国外物流企业的技术装备已经达到相当高的水平，逐步形成以信息技术为核 2 心，以信息技术、运输技术、配送技术、装卸搬运技术、自动化仓储技术、库存 控制技术、包装技术等专业技术为支撑的现代化物流装备技术格局，其发展趋势 表现为信息化、自动化、智能化和集成化。 2 专业物流形成规模，共同配送成为主导 国外专业物流企业是伴随制造企业经营取向的变革应运而生的。生产企业为 迎合消费者日益精化、个性化的产品需求，采取多品种、小批量生产方式，使高 频度、小批量的配送需求随之产生。目前，在美国、日本和欧洲等经济发达国家 和地区，专业物流服务己形成规模。共同配送是经长期的发展和探索优化出的一 种追求合理化配送的配送形式，也是美国、日本等一些发达国家采用较广泛、影 响较大、较先进的物流方式，它对提高物流效率、降低物流成本具有重要意义。 3 物流企业向集约化、协同化、全球化方向发展 经济全球化的发展使越来越多的企业进行跨国投资、跨国采购和销售，因此 要求物流也向全球化发展。国外物流企业向集约化、协同化方向发展，主要表现 在两个方面，一是大力建设物流中心；二是物流企业兼并与联合。 4 电子物流需求强劲，发展迅速 电子商务的迅速发展，促使了电子物流的兴起。企业通过互联网加强了企业 内部、企业与供应商、企业与分销商、企业与消费者、企业与政府部门的联系和 沟通，使相互间的协调和合作能力进一步加强。同时，电子物流可以在线跟踪货 物，实现投递路线的规划和物流调度，并进行货品检查等工作。因此可以说电子 物流已成为2 1 世纪国外物流发展的大趋势。 5 绿色物流将成为新增长点 物流在促进经济发展的同时，不可避免地会带来环境污染等负面影响。因此， 2 1 世纪对物流提出了新的要求，即绿色物流。通过对物流系统污染进行控制， 在物流系统和物流活动的规划、决策、运作中尽量采用对环境污染小的方案，如 采取使用可回收的包装材料，采用排污量小的货车车型，实现近距离配送，夜间 运货等措施把污染控制在最低范围。 6 物流专业人才需求增长，教育培训体系同趋完善。 在物流人才需求的推动下，一些经济发达国家己经形成了较为合理的物流人 才教育培训体系。在美国，己建立了多层次的物流专业教育，包括职业教育、本 科教育和研究生教育。许多著名的高等院校中都设置物流管理专业，并为工商管 理及相关专业的学生开设物流课程。 1 1 2 物流系统的优化 现代物流追求的主要目标有两个：一是满足物流用户的需求，实现最佳化服 务；二是以用户能接受的成本效益比为前提，实现服务所消费的资源最小化。公 司之间的竞争，归根到底是物流和供应链的竞争。各行业的竞争日趋激烈，各企 业在降低成本及提高售后服务质量的同时，更应该积极推行现代物流，使企业经 济效益最大化。物流活动本身就是一个系统，对于物流系统来说，所有物流环节 都只是整体的一部分，只是一个分系统，它们的一切作业活动必须在保证整体最 优化的前提下实现局部优化。没有实现总体系统化的物流系统，其物流总成本一 定高于实现物流系统化后的物流总成本。因此，只有实现物流系统化才能以物流 总成本最低提供用户需要的物流服务，才能实现物流合理化。为了实现物流系统 的目标，达到物流过程的整体合理化，对分系统物流进行局部合理化，再根据物 流系统总目标有关盈利及服务要求进行协调、平衡，以达到企业利润最大化下物 流总成本尽可能少的目的，提高物流的经济效益和社会效益具有十分重要的意 义。 现阶段，国内外对物流系统的研究主要集中在以下方面：配送问题的研究、 库存控制问题的研究、需求预测问题的研究、选址决策问题的研究以及生产物流 中调度问题的研究。物流系统是一个复杂的科学系统，根据系统中的优化问题所 建立的模型极其复杂，大都具有n p 难度。 在对这些具有n p 难度的优化问题的求解上，很多优化算法被应用在其中， 如模拟退火算法、遗传算法、禁忌搜索算法、神经网络优化算法等等，取得了很 好的结果。但是，这并非意味着系统最优化问题已经解决了。随着物流系统的不 断发展，越来越多的优化问题将被提出，同时原有的优化问题随着系统的扩展也 会变得越来越复杂。 物流系统中最常见的组合优化问题是指那些含有有限可行解的问题。这其中 一个重要的应用领域就是考虑如何有效利用稀缺的资源来提高生产力。典型的实 际问题包括装箱、背包、机器调度排序与平衡、车辆路径、网络密度、设备定位 4 与布局、推销员分配等。 理论上这种问题的最优解可以通过简单枚举得到，但实际上并不能实现。任 何一个具有一定规模的问题都需要相当的计算能力支持。这样的计算能力应该使 得优化算法既能够找到最佳解决方案，也能够在合理的时间内给出最佳方案。显 然，对在日常执行环境中运行的优化算法来说，它必须在几分钟或几小时内给出 物流优化方案，而不是花几天的计算时间。以旅行商问题为例：旅行商问题的搜 索空间随着城市数的增加而增大，所有的旅程路线组合数为( n 1 ) ! 2 ( 其中n 为城 市数) 。5 个城市的情形对应1 2 0 1 0 = 1 2 条路线，l o 个城市的情形对应3 6 2 8 8 0 0 2 0 = 1 8 1 4 4 0 条路线，1 0 0 个城市的情形则对应有4 6 6 6 3 e 1 5 5 条路线。在如此庞大 的搜索空间中寻求最优解，对于常规方法和现有的计算工具而言，存在着诸多的 计算困难。因此，组合优化中最具有挑战性的问题之一就是如何有效处理组合爆 炸( c o m b i n a t o r i a le x p l o s i o n ) 。 在不断提高计算机的计算能力的同时，新的更加优秀的优化算法被提出并且 应用，同时在原有的优化算法基础上，针对不同优化问题的改进算法也层出不穷。 遗传算法( g a ) 最早由美国的j o h n h h o l l a n d 教授提出，其目的用于解释 自然的自适应过程以及设计一个体现自然界机理的软件系统，后来被广泛地用于 函数优化以及其它各种优化问题。最近十多年，遗传算法在国内外倍受重视，已 成功地应用于许多不同的实际问题，如机器学习、自适应控制和人工智能等。但 是，遗传算法自身仍存在许多难以解决的问题，如早熟收敛、控制参数的选择等。 因此，如何解决这些存在的问题，提高遗传算法的优化效率，对于它的实际应用 显得十分必要。 禁忌搜索( t s ) 算法由g l o v e r 提出，是一种全局逐步寻优算法。禁忌搜索 算法具有较强的爬山能力，但该算法对初始解有较强的依赖性。为了进一步改善 禁忌搜索的功能，一方面可以对禁忌搜索算法本身的操作和参数选取进行改善， 另一方面可以与s a ( 模拟退火) 、g a 、神经网络等算法相结合。 1 2 论文的主要内容 本文首先阐述了物流的概念、现状及发展，对物流和物流系统的相关理论进 行了论述，说明了物流系统中智能优化的必要性。接着，本文对物流的发展及其 相关理论进行了小结，对遗传算法的现状、概念及理论进行了阐述，对其特性进 行了总结，结合所要解决问题的特点，提出了改进的交叉运算算子，同时结合禁 忌算法，提出了改进的混合遗传禁忌算法，并将算法应到物流系统中的运输配送 环节和生产调度环节当中。通过实例分析，与传统的遗传算法、混合遗传算法比 较，本文的改进算法，进一步的提高了优化效率。 近些年来，人们在用遗传算法解决现实中的各种组合优化问题上进行了探 索，如在生产调度问题中的应用，车辆调度问题中的应用。本文丰富了遗传算法 在组合优化中的应用，为继续深入研究v s p ，j s p 的实现打下基础。 6 第二章物流系统中的智能优化 2 1 物流 物流的概念最早形成于美国，当时称为p h y s i c a ld i s t r i b u t i o n ( 即p d ) 。这时 的物流被理解为“在连接生产和消费间对物资履行保管、运输、装卸、包装、加 工等功能，以及支持控制这些功能的信息功能，它在物资销售中起到桥梁作用”。 2 0 世纪8 0 年代“物流”概念传到中国，此时的物流已被称为l o g i s t i c s 。 l o g i s t i e s 的原意为“后勤”，是二战期间军队在运输武器、弹药和粮食等给养时 使用的一个名词。它是为维持战争需要的一种后勤保障系统。后来l o g i s t i e s 一 词转用于物资的流通，这时，物流就不单纯是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，全面地、综合性地提高经济效益和 效率的闻题。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”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 物流系统 2 2 1 物流系统的特点 物流系统是指在一定的时间和空间里，由所需位移的物资、包装设备、装卸 搬运机械、运输工具、仓储设施、人员和通信联系等若干相互制约的动态要素所 构成的具有特定功能的有机整体。物流系统的目的是实现物资的空间效益和时间 效益，在保证社会再生产顺利进行的前提条件下，实现各种物流环节的合理衔接， 并取得最佳的经济效益。物流系统是社会经济大系统的一个子系统或组成部分。 物流系统具有一般系统所共有的特点，即整体性、相关性、目的性、环境适 应性。同时还具有规模庞大、结构复杂、目标众多等大系统所具有的特征。 一、物流系统是一个“人一机系统” 7 物流系统由人和形成劳动手段的设备、工具组成。它表现为物流劳动者运用 运输设备、装卸搬运机械、仓库、港口、车站等设施作用于物资的一系列生产活 动。在这一系列的物流活动中，人是系统的主体。因此，在研究物流系统的各方 面问题时，把人和物有机地结合起来，作为不可分割的整体，加以考察和分析， 而且始终把如何发挥人的主观能动作用放在首位。 二、物流系统是一个大跨度系统 这反映在两个方面，一是地域跨度大，二是时间跨度大。在现代经济社会中， 企业间物流经常会跨越不同地域，国际物流的地域跨度更大。通常采取储存的方 式解决产需之间的时问矛盾，这样时间跨度往往也很大。大跨度系统带来的主要 闯题是管理难度较大，对信息的依赖程度较高。 三、物流系统是一个可分系统 作为物流系统，无论其规模多么庞大，都可以分解成若干个相互联系的子系 统。这些子系统的多少和层次的阶数，是随着人们对物流的认识和研究的深入而 不断扩充的。系统与子系统之间，子系统与子系统之间，既存在着时间和空间上 资源利用方面的联系，也存在总的目标、总的费用以及总的运行结果等方面的相 互联系。 四、物流系统是一个动态系统 一般的物流系统总是联结多个生产企业和用户，随需求、供应、渠道、价格 的变化，系统内的要素及系统的运行经常发生变化。这就是说，社会物资的生产 状况，社会物资的需求变化，资源变化，企业间的合作关系，都随时随地影响着 物流，物流受到社会生产和社会需求的广泛制约。物流系统是一个具有满足社会 需要、适应环境能力的动态系统。为适应经常变化的社会环境，人们必须对物流 系统的各组成部分经常不断地修改、完善，这就要求物流系统具有足够的灵活性 与可改变性。在有较大的社会变化情况下，物流系统甚至需要重新进行系统的设 计。 五、物流系统的复杂性 物流系统运行对象“物”，遍及全部社会物质资源。资源的大量化和多 样化带来了物流的复杂化。从物资资源上看，品种成千上万，数量极大：从从事 物流活动的人员上看，需要数以百万计的庞大队伍；从资金占用上看，占用着大 8 量的流动资金；从物资供应经营网点上看，遍及全国城乡各地。这些人力、物力、 财力资源的组织和合理利用，是一个非常复杂的系统问题。 在物流活动的全过程中，始终贯穿着大量的物流信息。物流系统要通过这些 信息把各个子系统有机地联系起来。如何把信息收集全孟，处理好，并使之指导 物流活动，亦是非常复杂的事情。 物流系统的边界是广阔的，其范围横跨生产、流通、消费三大领域。这一庞 大的范围，给物流系统组织带来了很大的困难。而且随着科学技术的进步、生产 的发展，物流技术的提高，物流系统的边界范围还将不断地向内深化，向外扩张。 六、物流系统是一个多目标函数系统 物流系统的总目标是实现宏观和微观的经济效益。但是，系统要素间有着非 常强的“背反”现象，常称之为“交替损益”或“效益背反”现象，在处理时稍 有不慎就会出现系统总体恶化的结果。通常，对物流数量，人们希望最大；对物 流时间，希望最短；对服务质量，希望最好；对物流成本，希望最低。显然，要 满足上述所有要求是很难办到的。例如，在储存子系统中，在保证供应、方便生 产的角度，人们会提出储存物资的大数量、多品种问题；而站在加速资金周转、 减少资金占用的角度，人们则提出减少库存。又如，在运输中，选择最快的运输 方式为航空运输，但运输成本高，时间效用虽好，经济效益不一定最佳；而选择 水路运输，则情况相反。所有这些相互矛盾的问题，在物流系统中广泛存在。而 物流系统又恰恰要求在这些矛盾中运行。要使物流系统在诸方面满足入们的要 求，显然要建立物流多目标函数，并在多目标中求得物流的最佳效果。 2 2 2 物流系统的目标及总目的 一、物流系统的目标 物流系统目标，一般包括服务目标、快速及时目标、节约目标、规模优化目 标、库存调节目标。 1 服务目标 物流系统属于具有桥梁、纽带作用的流通系统的一部分，由它联结着生产及 消费、生产及再生产，因此要求物流系统具有很强的服务性。这种服务性表现在 它本身有一定的从属性。要以顾客为中心，树立“以顾客为关注焦点”的观念。 9 物流系统采取送货、配送等形式，就是其服务性的表现。在技术方面，近年来出 现的“准时供货方式”、“柔性供货方式”等，也是其服务性的表现。 2 快速、及时目标 及时性不但是服务性的延伸，也是流通对物流提出的要求。从社会再生产理 论看，整个社会再生产的循环取决于每一个环节。社会再生产不断循环进而推动 社会的进步。因此，速度问题不仅是用户的要求，而且是社会发展进步的要求。 马克思从资本论角度论述了流通的这一目标，指出流通的时间越短，速度越快， “资本的职能就越大”，并要求“力求用时间去消灭空间”，“把商品从一个地方 转移到另一个地方所花费的时间缩短到最低限度”。快速、及时既是一个传统目 标，更是一个现代目标。在物流领域采取的诸如直达物流、联合运输、高速公路、 时间表系统等管理和技术，就是实现这一目标的体现。 3 节约目标 节约是经济领域的重要规律。在物流领域中除流通时间的节约外，由于流通 过程消耗大而又基本上不增加或提高商品使用价值。所以依靠节约来降低投入， 是提高相对产出的重要手段。物流过程作为“第三个利润源”而言，这一利润的 挖掘主要是依靠节约。在物流领域推行的集约化方式，提高单位物流的能力，采 取的各种节约、省力、降耗措施，也是节约这一目标的体现。物流系统的节约目 标也是建立节约型社会这个大目标的重要组成部分。 4 规模优化目标 以物流规模作为物流系统的目标，是以此来追求“规模效益”。生产领域的 规模生产是早已为社会所承认的，但在流通领域，似乎不那么明显。实际上。规 模效益问题在流通领域也异常突出。只是由于物流系统比生产系统的稳定性差， 因而难于形成标准的规模化格式。在物流领域以分散或集中等不同方式建立物流 系统，研究物流集约化的程度，就是规模优化这一目标的体现。 5 库存调节目标 库存调节性是服务性的延伸，也是宏观调控的要求，当然，也涉及到物流系 统本身的效益。物流系统是通过本身的库存，起到对千百家生产企业和消费者的 需求保证作用，从而创造一个良好的社会外部环境。同时，物流系统又是国家进 行资源配置的一环，系统的建立必须考虑国家进行资源配置、宏观调控的需要。 在物流领域中j 下确确定库存方式、库存数量、库存结构、库存分布就是这一目标 的体现。 二、物流系统的总目的 通过这五个目标来建立物流系统，能全部或部分达到这五个目标功能，系统 便实现了合理化，便能获得宏观和微观两个效益，这是建立物流系统的目的。 1 物流系统的宏观经济效益和社会效益 物流的宏观经济效益是指一个物流系统的建立对整个社会经济效益的影响。 其直接表现形式是这一物流系统如果作为一个子系统来看待它，就是对整个社会 流通及全部国民经济效益的影响。物流系统本身虽然很庞大，但它不过是更大系 统中的一部分。因此，必然寓于更大系统之中。如果一个物流系统的建立，破坏 了母系统的功能及效益，那么，可以肯定地讲，这一物流系统尽管功能理想，但 也是不成功的。因为它未能实现其根本目的。物流系统不但会对宏观的经济效益 发生影响，而且还会对社会其它方面发生影响。例如物流设施建立会影响当地人 的生活，工作，物流的污染、噪音会对人和环境带来伤害等。因此，物流系统的 建立，还必须考虑这一因素，要以社会发展和人民幸福为其大前提。 2 物流系统微观经济效益和局部利益 物流系统的微观经济效益是指该系统本身在运行后所获得的企业效益。其直 接表现形式是这物流系统通过组织“物”的流动，实现本身所耗与所得之比。 当这一系统基本稳定运行，投入的劳动基本稳定之后，这一效益主要表现在利润 上。在社会主义市场经济条件下，企业作为独立的经济实体，必须根据价值规律 及供求规律，按最大经济效益办事。因此，必然存在微观经济效益。一个物流系 统的建立，如果只将自己作为子系统，完全从母系统的要求出发，不是考虑与其 它子系统的协调，而是牺牲本身经济效益，这在大部分情况下是行不通的。应该 说，一个物流系统的建立，需要有宏观及微观两个推动力，两者缺一不可。现实 的危险是，往往微观效益来得更直接。因而在建立物流系统时，只将微观经济效 益作为唯一目的，这在以私有制为统帅的资本主义国家中是难以克服的。我们要 追求物流合理化，并需以两个效益为目的，这也是我们社会主义国家的特点。 2 。3 物流系统分析 2 3 1 物流系统分析的概念 所谓物流系统分析( l o g i s t i c ss y s t e m a n a l y s i s ) ，是指从物流系统的最优出发， 在选定系统目标和准则的基础上，利用科学的分析工具和方法，分析构成系统的 各级子系统的功能和相互关系，以及系统同环境的相互影响，并对解决问题的各 种可行方案进行优化分析和综合评价的过程。 可以从以下几个层面把握这一概念的内涵和实质： 1 物流系统分析作为一种决策的工具，其主要目的在于为决策者提供直接 判断和决定最优方案的信息和资料。 2 物流系统分析把任何研究对象均视为系统，以系统的整体最优化为工作 目标，并力求建立数量化的目标函数。 3 物流系统分析强调科学的推理步骤，使所研究物流系统中各种问题的分 析均能符合逻辑的原则和事物的发展现律，而不是凭主观臆断和单纯经验。 4 应用数学的基本知识和优化理论，使各种替代方案的比较，不仅有定性 的描述，而且基本上都能以数字显示其差异。至于非计量的有关因素，则运用直 觉、判断及经验加以考虑和衡量。 5 通过物流系统分析，使得待开发物流系统在一定的条件下充分挖掘潜力， 做到人尽其才，物尽其用。 物流系统是多种不同功能要素的集合。各要素相互联系、相互作用，形成众 多的功能模块和各级子系统，使整个系统呈现多层次结构，体现出固有的系统特 征。对物流系统进行系统分析，可以了解物流系统各部分的内在联系，把握物流 系统行为的内在规律性。所以说，不论从系统的外部或内部，设计新系统或是改 造现有系统的角度出发，物流系统分析都是非常重要的。 2 3 2 物流系统分析的特点 一、以整体为目标 构成物流系统的每一个要素不是孤立存在的，各要素相互影响，相互制约。 1 2 比如，在物流系统布置设计中，既要考虑需求，又要考虑运输、储存、设备选型 等；在选择厂( 库) 址时，既要考虑造价，又要考虑运输、能源消耗、环境污染、 资源供给等因素。在一个系统中，处于各个层次的子系统，都具有特定的功能及 目标，只有彼此分工协作，才能实现系统整体的共同目标。因此，如果只研究改 善某些局部问题，而其它子系统不健全，则系统整体效益将受到不利的影响。所 以，从事任何系统分析，都必须以考虑发挥系统总体的最大效益为准，不可只局 限于个别部分，以免顾此失彼。 二、以特定问题为对象 物流系统分析的目的是寻求解决特定问题的最佳策略，因此具有很强的针对 性。物流系统的许多问题都含有不确定因素，而物流系统分析就是针对这种不确 定的因素，研究解决问题的各种方案及其可能产生的结果。不同的系统分析所解 决的问题当然不同，即使对相同的系统所要解决的问题不同，也要进行不同的分 析，制订不同的求解方法。所以，物流系统分析必须以能求得解决特定问题的最 佳方案为重点。 三、运用定量方法 物流系统分析要借助于科学的方法和工具，在许多复杂的情况下，需要有精 确可靠的数字、资料，以作为科学决断的依据。有些情况下，利用数学模型有困 难时，还要借助于结构模型解析法或计算机模型。切忌单凭想象、臆断、经验和 直觉。 四、凭借价值判断 进行物流系统分析时，势必要对某些事物作某种程度的预测，或者用过去发 生的事实作样本，以推断未来可能出现的趋势或倾向。由于所提供的资料有许多 是不确定的变量，而客观环境又会发生各种变化，因此在进行系统分析时，还要 凭借各种价值观念进行判断和优选。 2 3 3 物流系统分析的步骤 物流系统分析是一个连续的循环过程，没有固定的方法和程序，但大致可以 按照下面的过程进行。 1 划定问题的范围。进行系统分析，首先要明确问题的性质，划定问题的 范围。通常问题是在一定的外部环境作用和系统内部发展的需要中产生的。这不 可避免地带有一定的本质属性并限定了其存在范围。只有明确了问题的性质范围 后，系统分析才能有可靠的起点。其次，还要研究问题要素、要素间的相互关系 以及同环境的关系等，把问题界限进一步划清。 2 确定目标。为了解决问题，要确定出具体的目标。目标通过某些指标来 表达，而标准则是衡量目标达到的尺度。系统分析是针对所提出的具体目标而展 开的，由于实现系统功能的目的是靠多方面因素来保证的，因此系统目标也必然 有若干个。如物流系统的目标包括物流费用、服务水平，即以低的物流费用获得 好的服务水平，以确保物流系统整体效益最大。总目标是通过各子系统的功能活 动来实现的。在多目标情况下，要考虑各项目标的协调，防止发生抵触或顾此失 彼，同时还要注意目标的整体性、可行性和经济性。 3 收集资料，提出方案。建立模型或拟定方案，都必须有资料作为依据， 方案的可行性论证更需要有精确可靠的数据，为系统分析做好准备。收集资料通 常多借助于调查、实验、观察、记录以及引用外国资料等方式。 4 建立模型。所谓建立模型就是找出说明系统功能的主要因素及其相互关 系。由于表达方式和方法的不同，模型有图式模型、模拟模型、数学模型之分。 通过模型的建立，可确认影响系统功能和目标的主要因素及其影响程度。确认这 些因素的相关程度，总目标和分目标的达成途径及其约束条件。 5 系统的最优化。系统的最优化是运用最优化的理论和方法，对若干替代 方案的模型进行仿真和优化计算，求出几个替代解。 6 系统评价。根据最优化所得到的有关解答，在考虑前提条件、假定条件 和约束条件后，在结合经验和知识的基础上决定最优解，从而为选择最优系统方 案提供足够的信息。 对于复杂的系统，系统分析并非进行一次即可完成。为完善修订方案中的问 题，有时需要根据分析结果对提出的目标进行再探讨，甚至重新界定问题范围后 再做系统分析。系统分析程序框图参见图2 1 。 1 4 图2 - 1 系统分析程序 2 4 本文所要解决的优化问题 2 4 1 物流配送中的车辆调度问题 经济效益是物流配送的重要衡量标志，配送的决策是全面、综合的决策，在 决策时要避免由于不合理配送出现所造成的损失，不断创造配送服务价值，获取 优良的经济效益。不合理的配送活动中总会有某些不合理现象伴生，其表现形式 有： 1 资源筹措的不合理。 2 库存决策不合理。 3 价格不合理。