（管理科学与工程专业论文）物流中心选址的若干模型研究.pdf

摘要 物流中心作为多功能、集约化的物流据点是集多种服务功能为 一体的机构，能促进商品能够按照顾客的要求流动，并获得附加价值。 目前我国的物流中心建设不规范，不仅功能不健全，更表现在盲目建 设上要使物流中心更好的发挥其功能，首先需要确定物流中心的最 佳位置。 有关物流中心选址的研究到目前为止，应用较多的有定量和综合 评定两种方法。定量模型的建立一般都是基于成本费用和从企业自身 的利益，没有考虑到收益因素以及当今的物流竞争环境下客户的利 益。而在进行综合评定时应用较多的层次分析法缺陷有：一是权重较 难确定；二是权重的均一性导致评价的非公正性。上述评价方法存在 的局限性，也是作者形成本文的原因。 作者首先在概述有关物流中心选址基本知识的基础上，提出了物 流中心选址目标和原则。 接下来从定量因素分析，建立了综合收益和成本因素的物流中心 选址模型，并介绍了遗传算法在求解中的应用；同时本文考虑了竞争 下的物流管理，通过双层规划选址模型来解决兼顾企业和顾客双方利 益的问题。 在第匹章中，本文先对物流中心选址进行了定性分析，然后用改 进的数据包络理论对物流中心选址方案进行综合评价，d e a 针对每 一个评价对象试图寻求最优的指标权重分配，使评价结果合理公正； 同时针对d e a 原模型的局限性提出了一个改进的d e a 模型。 最后用实例证明了非线性规划模型和d e a 在物流中心选址应用 中的可行性和实用性。 关键词物流中心，选址，遗传算法，双层规划，数据包络分析 l o g i s t i c s c e n t e rh a sb e e nr e g a r d e da sam u l t i f u n c t i o n a la n d c o m p o s i t i v ep l a c e ，w h i c hh a sm u c hs e r v i c ef u n c t i o n i tc a nf a c i l i t a t e c o m m o d i t yc u r r e n c ya n dp r o v i d ev a l u e - a d d e ds e r v i c ea c e o r d i i l gt ot h e c o n s u 懈sd e m a n d a tp r e s e n t , l o c a t i o na l l o c a t i o no fl o g i s t i c sc e n t e ri n o b rc o u n t r yi sf a rf t o ms t a n d a r d i z a t i o n n o to n l yb e e a u s eo ft h eu n s o u n d f u n c t i o nb u ta l s ot h ed i s o r d e rc o n s t r u c t i o n t om a k el o g i s t i c sc e n t e r o p e r a t cm o r ee f f e c t i v e l yw em u s tm a k e s u r et h eb e s tl o c a t i o na l l o c a t i o n o f i t u pt on o w , t h e r ea l et w ok i n d so fm e t h o d sc o n c e r n i n gt h er e s e a r c h o fl o g i s t i cc e n t e rl o c a t i o na l l o c a t i o n , w h i c ha r eq u a n t i t a t i v ea n ds y n t h - e t i c a le v a l u a t i o nc o n c e r n i n gt h e q u a l i t a t i v ef a c t o r s c o m m o n l y t h e q u a n t i t a t i v e m o d e lh a sb e e nc o n s t r u c t e db a s e do nt h ee n t e r p r i s e s b e n e f i t ，w h i c hd o e s n tt a k ec o - w o r k e r sb e n e f i to ft h es u p p l yc h a i ni n t o a c 脚u n t a n t i ch i e r a r c h yp r o c e s si n c l u d i n gi nt h es y n t h e t i c a le v a l u - a t i o nr e s e a r c hh a sb e e nw i d e l ya p p l i e d b u tt h e r ea r es o m el i m i t a t i o ni ni t s b s e f i r s t l yt h ew e i g h tv a l u ei sh a r dt om a k ec e r t a i n , s e c o n d l yt h eu n i f o r m o ft h ew e i g h tv a l u eo fe v e r yg u i d e l i n er e s u l ti ni n e q u i t y a i m sa tt h e l i m i t a t i o no ft h ea b o v e - m e n t i o n e dt h e o r y s a p p l i c a t i o n , t h e a u t h o r c o n c e i v e st h ep a p e r a tf i r s t ，o nt h eb a s eo fb a s i ck n o w l e d g eo fl o g i s t i c so c e l a t e r , t h ep a p e r p r e s e n t st h et a r g e to f l o c a t i o na l l o c a t i o na n dg e n e r a lp r i n c i p l e i nt h ef o u o w i n g ，t h ep a p e ra n a l y s e st h eq u a n t i t a t i v ef a c t o r s a q u a n t i t a t i v em o d e lw i l lb ec o n s t i t u t e dw h i c hi n c l u d e sb o t hc o s ta n d i n - c o f f l ei n g r e d i e n t s ，a n di n t r o d u c e st h ec - c n c t i ca l g o r i t h m sa p p l i c a t i o nf o r t h es o l u t i o n a tt h es a m et i m e ，c o n s i d e r i n gt h ee n v i r o n m e n to fc o m - p e t i t i o n , t h ep a p e rp u t sf o r w a r db i l e v e lp r o g r a m m i n gm o d e l ，w h i c hc a n g i v ea t t e n t i o n t ot h eb i - d i r e c t i o n a lb e n e f i tb e t w e e ne n t e r p r i s ea n d c o l l s b m e r 。 i nc h a p t e r4 , f i r s t l yq u a l i t a t i v ea n a l y s i sh a sb e e nm a d e ，s e c o n d l yt h e p a p e rm a k e su s eo fd a t ae n v e l o p m e n ta n a l y s i st h e o r yt os y n t h e t i c a l l y e v a l u a t e ，w h i c hs e e k st h eo n l yw e i g h tv a l u eo fe v e r yg u i d e l i n ea c c o r d i n g t oe v e r ya p p r a i s a lp r o j e c tt om a k ea p p r a i s a lr e a s o n a b l e ；a n da i m sa tt h e l i m i t a t i o no fo r i g i n a ld e a , t h ep a p e rd e v i s e sam o d i f i e dd e a t a s a y t h ep a p e rg i v e se x a m p l e st ot e s t i f yt h en o n - l i n e a rp r o g r a m i n g m o d e la n dd e a sf e a s i b i l i t ya n dp r a c t i c a b i l i t y k e yw o r d s ：l o g i s t i c sc e n t e r j o c a t i o n a l l o c a t i o n ，g e n e t i ca l g o r i t h m , b i l e v e lp r o g r a m m i n g ，d a t ae n v e l o p m e n ta n a l y s i s m 原创性声明 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。尽我所知，除了论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， 也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材 料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在在论文中作了 明确的说明。 作者签名：壶丞眨日期：笪2 年f 月旦日 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位 论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论 文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 作者签名：邀已导师签名：虽建利日期：垒丛年! f 月羔日 中南大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 在现代经济中，产品的物流过程己逐步从传统的资源点供应点直接到需求 点用户的模式演变为资源点供应点到公共物流中心再到需求点用户的模式 m 物流中心作为商品周转、分拣、保管、在库管理、流通加工和物流信息处理 的据点，促进商品能按照顾客的要求流通，获得附加价值，克服物流过程所产生 的时间和空间障碍日本物流手册 定义：“物流中心是从供销应者手中接受 各种大量的货物，进行分装、分类、保管，流通加工和信息处理等作业，然后， 按照众多需要者的订货要求备齐货物，以令人满意的服务水平进行物流的设施” 。物流中心从是从事服务配备和组织对用户的送货，以高水平实现销售或供应的 现代流通设旌。”在现代信息技术手段的支撑下，适应现代物流业专业化、标准 化、多功能化发展的要求，一些发达国家的社会化的物流中心近年来发展较快 现代物流理念在中国最近几年迅速发展，对我国的传统运输业，仓储业形成 了极大的冲击，物流过去一般指产品的包装、运输、装卸、仓储，而现在提出了 总体物流、综合物流管理的理念，并逐步付诸实施我国政府对物流中心的建设 也随着经济发展的不同时期出台了一系列鼓励政策1 9 9 2 年我国制定了“建立 健全商品流通中心”的物流业发展政策，把建设物流中心作为促进流通企业调整 经营结构、实行集约化经营、提高组织化程度和创造规模效益的有效措施1 9 9 6 年颁布了关于加强商品物流中心发展建设工作的通知，提出了更明确的指导 思想和更具体的物流中心发展对策在国内商品流通“九五”计划和2 0 1 0 年 远景目标纲要中，确定了“九五”期间在全国范围内“建设1 0 个辐射全国的 工业品物流中心、5 0 个区域性工业品物流中心、1 0 个农副产品物流中心”的发 展目标2 0 0 1 年，国家六部委联合发布的关于加快我国现代物流发展的若干 意见 中提出，继续加强物流基础设施的规划与建设，尽快形成完善的仓储物流 设施，鼓励国内不同所有制投资者和外商投资企业参与物流中心的建设物流中 心城市和物流园区在物流产业中具有关键作用全国许多大中城市都有建设物流 中心的宏伟目标上海要建设成弧太地区的物流中心、武汉要成为华中地区国家 级的物流中心、广州要成为华南地区的物流中心、宁波要建设全国性并辐射国际 的物流中心等等。现代物流被认为是一个城市综合竞争力的重要体现，又是构成 城市综合竞争能力的重要方面，直接关系到一个城市在国际、国内市场竞争中的 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 地位 当前，我国已经将发展物流配送产业作为国民经济发展计划的一项重要内 容，列入。十五”规划整体蓝图之中，但我国现在各地区内部物流发展现状比较 混乱，水平参差不齐，与国外物流中心相比，我国物流中心存在规模较小，现代 化程度较低，功能不健全，资金投入不足，管理人才缺乏等问题 此外我国物流中心建设中主要还存在以下问题： 。 ( 1 ) 受条块分割的管理模式影响，兴建中的许多区域物流中心往往很多是按 照“行政区域”来划分，这与区域物流中心的“经济区域”划分原则相违背如 在一个城市，甲区建物流中心，因其营业利税归甲区，乙区就不协作，甚至也要 自筹一个物流中心，造成双方都难以发展的局面；行业之间也是如此有了综合 性商品物流中心，各行业也力求自建行业性物流中心，其实经营内容常常重复； 又如连锁经营系统不论规模大小都想建立自己的配送系统，也导致分散化这就 可能出现大量的重要建设与资源浪费 “( 2 ) 物流中心建设之前缺乏周密的调查研究，对前期投入不够重视大多企 业一旦有了建设物流中心的想法，到国内外考察一番，对物流中心有了初步的感 性认识，便立即上马，随便划定一个区域来建立物流中心但是其实很多具体问 题没有搞清，如对用户市场需求的调查、物流中心运行后能够在市场中占多大份 额、物流中心周围的劳动力条件、政策环境因素、其它物流中心的竞争因素等。 由于没有具体分析、掌握，结果导致配送中心选址失当，造成不应有的损失 由于物流中心建设投资大、涉及因素多、服务周期长、效应长且风险大，拥 有众多建筑物、构筑物以及固定机械设备，一旦建成很难搬迁，如果选址不当， 将付出长远代价所以物流中心前期准备和建设规划工作十分重要故此，物流 中心的选址是物流中心建设中至关重要的一步 。 物流中心选址考虑的是在某一指定的物流区域内，各需求点已给定的条件 下，选择物流中心的数目和最佳位置，使物流中心的运作成本及运输成本尽可能 低，经济和社会效益达到较高的水平较佳的物流中心选址方案是使商品通过物 流中心的汇集、中转、分发，直至输送到需求点的全过程的效益最好。 1 2 物流中心选址国内外研究综述 1 2 1 国外研究现状与水平 关于选址问题的早期理论是由土地经济学家和区域地理学家提出来的，有学 者杜能( j o h a n ny o nt h u n e n ) 、阿尔弗雷德韦伯( a l f r e dw e b e r ) 、帕兰德 2 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 ( t p a l a n d e r ) 、奥古斯特廖什( a u g u s t k o s c h ) 、爱德加胡弗( e d g a r h o o v e r ) 嘲 等1 9 6 4 年h a k i m i 叫出版了一本有关选址理论的著作，标志着选址理论重新获 得了。新生”早期的选址方法只局限于静态与确定性的分析方法为了适应经 济环境动态、随机多变的特点，不少学者对物流中心选址闯题的进行了更深入的 研究，至今为止，对各种类型物流中心的选址问题在理论和实践方面都有令人注 目的成绩，并形成了许多模型和方法总得说来，这些物流中心选址方法分为三 类： ( 1 ) 应用连续型模型选址 连续型方法假定物流中心可以在平面上任意取点，代表性的方法是重心法 和物流位图法嘲重心法是利用物理学上的对平面上的一个图形求重心的原理来 确定物流中心的地理位置该方法一般用在单一物流中心选址方面，根据运输费 用最低原则进行选址，用重心法求得的理论重心有时是无法实现的，这些地点有 可能落在江河、高山、及环境恶劣，运输条件极不畅通的地方所以重心法在选 址决策中一般只用于理论上的指导，实践中却很少应用物流位图法是通过模拟 地理或流体力学中的“位势”的概念，寻找物流中心设置点的方法该方法适用 于同种运输方式的比较，首先要求出物流位图的数学表达，然后把各束位图的数 学表达式联立才能求解计算起来比较麻烦，故物流位图分析法也只是为运用模 型提供一种思路 t ( 2 ) 应用离散型模型选址 离散型方法选址认为物流中心的备选地点是在有限的几个场所选取代表性 的方法有；灵活配置法( c f l p ) m 、保莫尔沃尔夫法( b a u m o l - - - w o l r e ) 嗍、p - 中介 方法( p - m e d i a np r o b l e m ) 法嘲和混合整数规划法等灵活配置法( c f l p ) 主要是针 对一大片具有若干企业的经济区域，欲在这些企业中寻找几个企业设立物流中 心，分别为其同围的企业进行物流配送和储存服务，研究这些物流中心的位置确 定及供货范围的划定等该方法虽然考虑了物流中心的运输，设置成本，对库存 成本却考虑的较少。而b a u m o l - - - w o l f e 法是专门针对仓储费用函数为非线性的情 况下的一种处理方法保莫尔法在考虑运行费用时，既考虑运行过程中的运输费 用，也考虑了仓储费用a l a n t m 等使用了p - 中介方法( p - m e d i a n p r o b l e m ，p m p ) 来解决有p 个服务设施，在满足距离和时间约束条件下，离最近的设施的总分配 需求量最小的问题。随着物流网络的复杂程度的提高，出现在大型、定量因素繁 多的选址问题，原来的选址方法和模型不再适用的情况下，混合整数规划法成为 一种受欢迎的方法混合整数规划法把物流中心的投资，经营管理费用、运输费 用、库存费用综合考虑的选址模型。但是有关混合整数法的求解，由于变量和约 束条件众多、形式复杂，到目前止还没能找到有关它的一个多项式算法。此外， 3 中南大学硕士学位论文第一章绪论 定量的离散型选址模型还有d i j i ng o n g n 。1 等提出用组合进化方法还有其它学 者采用的混合规划算法并按b e n e g e r s 法设计求解“小脚等但这些模型都是基于 这样两个个基本假设：， 一是运输费用成本是物流中心选址决策时考虑的主要因素，最优的选址是使 全部运输费用最小的位置：然而实践中的选址问题常常不满足这条假设。事实上， 成本仅是物流中心选址所考虑的主要因素之一，利润是否最大才是各物流中心所 特别关注的问题 二是在做出选址决策前，该地区尚无其它物流中心，即该物流中心是该地区 市场的首位进入者，不存在竞争对手而实际上竞争往往是存在的，在新增物流 中心进入前，常常己有一个或多个物流中心存在 u ( 3 ) 综合选址评定方法 。 ， 综合选址评定方法主要包括德尔菲法、层次分析法( a h p ) 、模糊综合评价法 ( f u z z yj u d g e ) 等德尔菲法的思路是将专家凭经验和专业知识做出的判断以数 值形式加以表示，经过综合分析后对选址进行决策实际用得较多的是基于层次 分析法的模糊综合评价法 一 层次分析法( a n a l y t i c a lh i e r a r c h yp r o c e s s ) 是美国运筹学家t l s a n t y 于2 0 世纪7 0 年代提出的一种对复杂现象的决策思维进行系统化、模型化、数量 化的方法。又称多层次权重分析决策法，即把复杂的问题，尤其是那些人为定性 判断起重要作用的、难以精确定量的问题分解为不同的组成要素，将各因素按不 同层次聚集、组合，形成一个多层次的分析结构模型，最后把系统分析归结为最 底层( 供决策的) 方案，相对于最高层( 总目标层) 的相对重要性权值的确定或 相对优劣次序的排序问题 所谓模糊综合评判，就是用模糊数学的理论对我们所研究的对象进行评价， 模糊数学产生于本世纪6 0 年代，它的形成与发展是使客观存在的一些模糊性的 事物和现象能够用数学方法来研究和处理。所谓“模糊性”是指客观事物中的不 分明性和不确定性。综合是指评判条件包含多个因素。因此，模糊综合评判又可 说是对受到多个因素影响的事物做出全面的评价的一种有效的多因素决策方法 此类方法的优点是可以综合考虑很多因素，包括一些无法精确进行定量的因 素另外，此类选址法相对来说比较简单，易于操作，计算量也不是很大，易于 被企业高层领导人所理解和接受。在企业中有比较大的实用性，e 目前此类方法存在的不足：一是权重较难确定；二是权重的均一性导致评价 的非公正性 ( 4 ) 计算机辅助决策方法：计算机仿真法、探视法 中南大学硕士学位论文 第一章绪论 2 2 国内研究现状与水平 国内对物流中心选址方面的研究起步较晚，只有l o 余年的历史，但也有不 少学者对此有了较深的研究，并在理论和实践上取得较大成果 在定量选址方面，中国矿业大学周梅华结合重心和微分法对徐州矿业集团自 用型配送中心进行选址“”北方交通大学鲁晓春对物流中心的重心法选址作了更 深入研究后认为原有重心法的不足，并用流通费用偏微分方程来取代原有的计算 公式町北京科技大学高学东等对保奠尔一沃尔夫( b a 哪帕1 一贴1 f e ) 模型进行了分 析改进，提出了一种o 一1 混合整数规划模型，并通过分析其特殊结构，建立了 一个分解过滤模式，进而对导出的可行子问题给出了一种启发式算法“”而同 济大学王战权、西安交通大学姜大立，杜文等分别提出了各种混合整数规划模型， 并用遗传算法对模型进行求解西南交通大学刘海燕考虑了物流中心、库存、 运输之间的关系，建立了一种按b e n g e r s 方法设计的求解的物流中心选址数学模 型n 力武汉理工大学张培林，魏巧云等在考虑了产品运输成本和物流中心运营可 变成本的基础上，建立了一个用。表上作业法”和。启发式”算法相结合的多个 物流中心的选址模型n 町。长沙交通学院的陈曦、傅明的论文( g i s 环境下的物流 配送中心选址模型与算法研究采用的是基本遗传算法，还有的采用模拟退火算 法，模糊控制方法等 一 在综合选址研究方法上，国内进行的研究相对较少，但也有不少学者对此进 行了研究东南大学高更君，王震字等引入了语言变量的模糊数学知识并结 合多目标决策理论建立了公共物流中心选址决策模型饼1 武汉理工大学宋景芬 包凡彪等通过实践提出了全程物流枢纽城市的概念，运用模糊综合评判模式对全 程物流枢纽城市中心地址的选取进行评判嘲定性选址方法在物流园区的布局规 划中应用较多同济大学王战权、戴禾等也对物流园区的选址问题进行了探索研 究洲，提出了物流园区选址的原贝i j ，建立了物流园区布局规划的评价指标体系， 并以深圳物流园区规划为例进行说明深圳市规划国土局、深圳市规划设计研究 院在研究深圳物流园区的规划布局时嘲，对物流园区选址的影响因素作了深入分 析，并据此提出了深圳市两大类型( 货运枢纽型和配送中心型) 、五种类别( 综合、 港口、陆路口岸、航空、配送) 、八大物流园区的总体规划布局方案 综上所述，在物流中心选址研究和应用中，由于侧重点不同，其研究的方法 和成果也不一样我国企业可以根据自身的特点和选址要求，利用其中的一种或 综合利用几种方法来进行选址评价 5 中南大学硕士学位论文第一章绪论 1 3 本文要研究的意义、主要内容和基本框架 1 3 1 本文研究的意义 一般而言，在现代物流体系中，物流网络是由执行物流使命的线路和执行缓 冲使命的节点两种基本元素组成。全部物流活动是在线路和节点上进行的其中 在线路上进行的活动主要是运输，而物流功能中的其它所有功能要素，如包装、 装卸、保管，分拣、配送、流通加工等，则都是在节点上完成的，而在物流节点 7 中，起到诸如保管、配送、分拣等功能的节点主要是物流中心所以从这个意义 上来讲物流中心是物流系统中非常重要的部分从发展来看，现代物流网络中的 物流中心对优化整个物流网络起着重要作用它不只执行一般的物流职能，而且 越来越多的执行指挥、调度、信息等神经中枢的职能，是整个物流网络的灵魂所 在 + 2 0 世纪9 0 年代以来，随着整个物流系统向网络化方向的不断发展，物流中 心作为物流网络的节点其选址的合理性与否在很大程度上决定了物流网络整体 效益的好坏选址在整个物流系统中占有非常重要的地位，属于管理战略层的研 究问题。就整个企业而言，设施的选址决定了整个物流系统及其他层次的结构； 反过来，物流系统的其他层次( 库存、运输等) 的规划又会影响选址决策物流中 心对整个物流系统效率和效益的提高具有重要作用，物流中心的合理选址除了有 利于降低物流成本和投资风险、使企业获取更大的竞争优势外，还具有网络效应， 对于促进区域经济的发展、保护自然环境、缓解城市交通的压力得方面都具有积 极意义因此，对物流中心选址的理论、方法、原则以及选址规划中存在的问题 进行研究的探讨具有重要的实践和理论意义。 1 3 2 本文研究的主要内容 综上所述，虽然不少学者对物流中心选址在定量、定性方面都做出了较深入 的研究，但同时也存在一些不足：在定量研究方面，其一选址目标的确定都是基 于企业的物流成本最小化，没有考虑物流中心的收益状况，这和企业更关注收益 最大化的事实不符。其二定量模型的建立也仅从企业自身的利益入手，对顾客的 利益考虑的较少，没有考虑当今的物流竞争环境。在结合定性因素的综合研究方 面，应用较多的模糊评价法( f u z z yj u d g e ) 、层次分析法( a h p ) 等都受主观性的制 约，难以做到客观评价。 ， 6 中南大学硕士学位论文第一章绪论 针对上述局限性，本文提出了一个综合考虑成本和收益因素的非线性规划物 流中心选址模型，并针对该模型的求解复杂性，利用优化算法工具遗传算法进 行求解。同时本文以物流中心建立时已存在其它物流中心为前提，考虑企业的现 有物流竞争环境，以双层规划的思想建立一个企业物流中心选址的定量模型该 模型在考虑企业自身利益的同时，可以兼顾客户的利益，比较适应当今的物流竞 争环境在对物流中心进行综合评价时，提出了数据包络分析在选址中的应用。 基于数据包络的综合评价可以较大地克服其它综合评价方法评价时存在主观性 制约性，对每个选址方案进行客观评价同时针对d e a 原模型在评价中时出现 的对d e a 有效单元难以评定优劣的局限性，本文提出了一个改进的d e a 模型 通过在原模型中加入一个虚拟决策单元，不仅可以区分原d e a 非有效单元，而 且对d e a 有效单元的区分也十分有效最后通过实例证明了非线性规划模型和 改进的d e a 在物流中心选址决策中的可行性和实用性 1 3 3 研究的基本框架 ， 本文研究的基本框架如图卜1 所示f 图1 - - 1 本文研究内容框架 7 中南大学硕士学位论文 第二章物流中心选址若干模型的相关理论 第二章物流中心选址若干模型的相关理论 。针对物流中心选址国内外研究中存在的不足，本文从三个不同的侧面补充 了不同的选址模型，在分析建立不同的选址模型时用到三种不同的理论和方法， 它们分别是非线性规划、双层规划、数据包络分析等由于对这三种方法的深 刻理解是建立本文的理论基础，故在本章中着重对这三种方法的基本理论和模 型加以介绍。 2 1 非线性规划 。 ， 。 非线性规划法是一种非线性的最优化方法，它含有目标函数，非线性规划 问题所要追求的目标可以是各种各样的应用到经济领域一般是效益最大化和 成本最小化两种，有时还可以是多目标规划问题非线性规划根据是否包含约 束条件分为含约束条件的非线性规划和无约束的非线性规划两类约束条件的 意义是为了保证所建的模型满足一些基本的假设，存在实际意义等本文所讨 论的非线性规划问题是一种有条件的规划问题，称其为带有约束的非线性规划 问题也就是说，在满足一定的条件之下，使企业的效益最大非线性规划的 非线性指的是目标函数或者约束条件含有非线性因子非线性规划的一般模型 如下： 砌， s t c x ) s o 或者 m 蕊f s t g s o 对非线性规划问题的求解不能用一般的线性规划的方法用的较多的有惩 罚函数法、目标逼降法、模拟退火法等启发式算法来进行求解。 2 2 双层规划 双层系统的研究起源于经济问题，如稀有资源在各部门间的分配问题，价 格控制问题等，1 9 7 3 年，j b r a c k e n 和j h c g i l l 首次提出了双层规划的数学模 型。1 9 7 7 年，w c a n d l e r 和r n o r t o n 的科技报告中，正式出现了双层规划和多 f 。 s 中南大学硕士学位论文第二章物流中心选址若干模型的相关理论 层规划这个名词2 0 世纪8 0 年代以来，有关双层规划在数学规划领域蓬勃兴起， 并在经济学，管理学等得到了应用 双层规划的特点是从整体的角度出发，兼顾全局，希望达到整体最优。在 物流中心选址问题上应用双层规划方法，也会取得不错的效果 与单层规划方法相比，双层规划方法的优点是： 1 可以同时分析决策过程中两个不同的，相互矛盾的目标( 主体) ； 2 双层规划方法的多价值决策方法更接近实际情况； 3 可以将一个复杂问题分成两个相互作用、相互影响的层面来考虑。 因而双层规划在大规模系统的分解技术、生产控制领域的分级规划方法、 目标与多目标规划、平衡规划、博弈论、控制论，以及交通运输规划等方面都 有着广泛的应用 双层规划模型一般形式如下： 移) 胁n ，k y g ) ) j s t g o ，】，o 这里) ，是下面问题的解 2 3 数据包络分析 d e a 方法即数据包络分析方法 d a t ae n v e l o p m e n ta n a l y s i s 方法，是运筹 学的一个新研究领域。当时提出的第一个d e a 模型，用于评价部门间的相对有 9 中南大学硕士学位论文第二章物流中心选址若干模型的相关理论 效性，该模型被命为c 2 r 模型d f a 方法是评价多指标投入和多指标产出决策单 元相对有效性的多目标决策方法，是对多指标投入和多指标产出的相同类型部 门进行相对有效性综合评价的一种新方法，也是研究多投入多产出生产函数的 有力工具在d e a 模型中，这些具有相同类型的部门、企业或同一个企业不同 时期称为决策单元，评价的依据是决策单元的一组投入指标数据和一组产出指 标数据投入指标是指决策单元在经济和管理活动中需要耗费的经济量，产出 指标是指决策单元在某种投入要素组合下，表明经济活动产生成效的经济量 指标数据是指实际观测结果 ( 1 ) 数据包络分析的基本模型 ， d f a 模型有多种型式，实际应用中可根据问题的实际背景和评价目的选择合 适的d f a 模型，还可应用不同的模型从不同角度进行评价，以得出较为综合的 结论在本文主要选择了评价规模及技术有效的c 2 r 模型该模型是由美国著 名运筹学家查恩斯阻c h a r n e s 和库伯 霄w c o o p e r 于1 9 7 8 年首先提出的蜘啕 目前，在国外d e a 方法已经成功应用于银行、城市、医院、学校及军事项 目等方面的评价，在相互之间有着激烈竞争的公司和企业的效率评价中也显示 了巨大的优越性在国内，经济和管理领域的许多方面，d f a 方法也得到了重要 的应用例如，纺工部门所属的棉纺企业中，利用工业普查资料对1 7 7 个企业 的综合经济效益进行评价取得了满意的结果。 设有一个部门，称为 个决策单元，每个决策单元有m 种投入和r 种产出 这样，由 个决策单元构成的多指标投入和多指标产出的评价系统，可以用下图 表示洲“h 羽蚓： 、 12 决策单元 表示第七个决策单元第f 种投入指标的投入量，是已知数据；h 表示第i 种 投入指标的权系数，是变量。，o y j 表示第七个决策单元第_ ，种产出指 标的产出量，是己知数据；“j 表示第，种产出指标的权系数，是变量。y ，h j o 对每一个决策单元，定义一个效率评价指标： h k 屹h 一h 专 呻专 寸 h 咆一k 入 投 中南大学硕士学位论文 第二章物流中心选址若干模型的相关理论 12一决策单元 k = 1 2 ，n 即：效率指标气等于产出加权之和除以投入加权之和，表示第k 个决策单元多 指标投入和多指标产出所取得的经济效益可以适当的选取权系数，使得效率 指标 is 1 然后就可以得到c 2 r 模型 ( c ) ( 见) m a x v p = r 7 y o “w 7 x 一r 瓦o 七= l ，乏，刀 w 7 x o - - - 1 一r ，r 。 印r 占e r 砌班p 一) x t 厶+ s ；p x o k - i ， 瓦厶- s + = y o 以2 0 ，七= l 乏，n ；s - , s + o 由于c 2 r 是分式模型，为便于计算，对其进行利用c h a m e s - c o o p e r 变换， 可以将该模型化为一个等价的线性规划问题。放实际中应用较多的是如( c ) ， 一h 扎 奢 嚣当寰 出产 h b 蚱 卜 卜 卜 卜 地一h 中南大学硕士学位论文 第二章物流中心选址若干模型的相关理论 ( 见) 模型其中占表示一个小于任何正多且大于零的数，己与其对偶问题d l 是 考虑带有阿基米德无穷小量f 的模型c = 帆是元素均为i 的优维向量， ，= 似山是元素均为1 的，维向量5 一= p i ，西，虻厂； s + = 0 ，霹，s ；厂为松驰变量 ( 2 ) d 队模型性质嘶“嘲： 。 可以证明：设线性规划( 见) 的最优解为妒，s 扣，s “， 若口o = 1 ，则决策单元为弱d e a 有效； “ 若o o = 1 ，且s “= o ，s “= o ，则决策单元毛为d e a 有效。 对于d e a 非有效单元，计算其在相对有效面上的投影，对此进行分析，找出 造成非有效的原因，并据此进行改进为有效的决策单元其投影为： x ；口o x 上一s “= x 鸳 ( 公式2 - 1 ) t - l “= k + p = 五霍 k - i 可以证明其投影是d e a 有效的，它提供了个选址方案的参考信息，第个 选址方案可以通过与其投影的对照，找出造成非有效的原因，进而改进为有效 的选址方案 ” 为评价评价指标对决策单元相对有效度的影响程度和找出各个决策单元的关 键影响因子假设n 表示在指标体系d 中去掉第f 个输入指标后的指标集定义 s j o ) = 岛( d ) 一岛( b ) ，乃( d 。) ，歹= l ，2 ，开 ( 公式2 - 2 ) 为第歹个选址方案去掉第j 个输入指标后的相对有效系数的增长率 若第矗个选址方案满足瓯回= m a x $ j 回，则对于第矗个选址方案而言，加 入第 个输入指标后的有效性系数相对增加最大，说明第五决策单元在利用第i 个输入指标方面相对于其它决策单元具有优势，或可能第矗决策单元在获得第i 种资源方面渠道不畅 另外定义 墨= 气( d ) 一气( e ) 气( d i ) ，j = l 2 , ，n ；i = 1 ，2 ，聃 ( 公式2 - 3 ) 为第矗个选址方案的第f 个输入指标的效率 若气o ) = m i n $ ，& g ) = m a x $ 。，则有结论：i o 是使决策单元矗无效性影响 大的指标，实际可能的结果是指标输入毛过大或利用率太低；而指标f l 可能输入 过少，成了约束因子故通过调整指标集还可以对某一选址方案矗的指标无效 性进行诊断。 中南大学硕士学位论文 、 第二章物流中心选址若干模型的相关理论 2 4 小结 通过本章对非线性规划、双层规划、数据包络分析理论的介绍，可以看出 它们都是应用于最优化问题的研究当中而物流中心选址决策企业追求的一般 是利润最大化、服务最优化等目标故这三种模型可以较好地为企业物流中心 选址服务另外有非线性规划和双层规划主要用在企业把利润最大化作为追求 的目标的情况下，此时选址决策时只考虑一些经济影响因素，对社会影响的因 素没有加以反映而数据包络分析则综合了各种影响因素可以对选址方案进 行综合评价，反映的是一些综合信息基于本章中提到的三种理论，第三章和 第四章建立了三种不同的选址模型，它们使用于不同的选址决策可以对企业 的物流中心选址起到借鉴作用 中南大学硕士学位论文第三章基于经济因素的物流中心选址模型分析 第三章基于经济因素的物流中心选址模型分析 物流中心的建设通常是企业的行为，站在企业的立场，经济效益往往是第一 位的，因此物流中心的选址首要考虑的应该是经济因素在物流系统分析与设计 时，物流中心的选址也常需得到模型化、数量化方法的支持，故本章主要讨论物 流中心选址的定量模型。 ， 本章的主要思路是：3 1 节首先介绍目前应用较多的几种定量选址模型，然 后针对上述模型都没有考虑收益因素的局限性，提出了一个基于综合成本和收益 的应用更广泛的非线性规划模型并针对它的非凸性，传统方法难以求解的特点， 本文利用一种全局优化搜索算法遗传算法进行求解在3 2 节，以双层规划的 思想建立一个基于物流中心选址双层规划模型，利用该模型可以兼顾企业和客户 的利益，达到整体最化，适用于当今物流竞争环境下的选址决策 3 1 非线性规划模型 3 1 1 问题的提出 目前，有关物流中心定量选址模型经常用到的是运筹学的模型及方法，主要 有连续型与离散型两种，如1 2 节所述，连续型选址模型主要有重心法，离散型 选址模型灵活配置法( c f l p ) ，保莫尔沃尔夫法( b a u m o l - - - - 啊o l r e ) 、混合整数规 划法等。从1 2 节可知：上述几种定量模型都有各自的优缺点、不同的适用条件 和不同的适用范围。但都有一个共同的特点就是：上述各类模型一般都只考虑企 业的物流费用最省，没有考虑到因物流中心选址的不同而引起的收益差别。实际 上，因选址的位置的差异对客户的吸引力不同，从而引起的物流量就有所不同， 对企业产生的效益就不一样。同时随着物流中心功能的逐步健全，其能为客户提 供的服务也越来越多，因位置的不同选择而产生的收益的差异性将越来越明显。 故本文综合考虑了成本因素和收益因素来建立物流中心的选址模型，由于该模型 中仓储费用函数的非凸性，故该模型是一个非线性规划问题，同时由于变量、约 束条件众多，不存在多项式求解算法，用一般的方法难以求解本文采用遗传算 法进行求解。 3 1 2 模型的建立 ( 1 ) 建立模型的基本假设 中南大学硕士学位论文第三章基于经济因素的物流中心选址模型分析 企业对某区域内的客户数、客户需求量能够预测； 供货点到物流中心，以及物流中心到用户的运输费用均运输量、路程的线 性函数； 物流中心的仓储费用为其物流量的凹函数； 能够初步确定候选物流中心的数目，仅在候选地址中考虑新的物流中心的 位置； 不考虑不同的运输工具； 用户的需求按区域总计 ( 2 ) 模型建立时需要考虑的主要因素 虽然物流中心选址受到多种因素的影响，但在建立定量模型时只考虑其定量 因素一般情况下，定量因素主要有： 物流收益包括物流中心的对从供货点运进的各种商品进行运输、储存等 基本服务和处理、加工等增值服务能够获得的收益还包括物流中心为用户提供 的运输、装卸等基本服务和定点、定时物流，包装、分拣等增值服务所取得的收 益至外还有物流中心提供的各项特殊服务取得的收益，如出租部分设施、在物 流中心内为客户的商品进行展览销售和为客户进行代理报关等取得的收益等。本 文为了问题的简化，不考虑特殊服务取得的收益。 运输成本包括供应地到物流中心的运输成本和物流中心到需求点的运输 成本运输成本是物流中心的主要成本之一而建立物流中心合理化的基本经济 原则是集运，通过集运促使批量运输，从而收到规模效益因为单位运输费率通 常随着运输量的增大而降低，而一个企业在广泛的地理区域市场中出卖产品，单 个客户的订货量往往是少量的，因此通过在合适的位置建设一个物流中心，集零 为整形成规模集运，使单位运输费率降低将获得直接的经济效益。 库存成本。除了运输成本外，库存费用是影响物流中心的成本的主要因素。 现阶段我国的物流中心基本上还都是以仓储为其主要功能。故在我国的企业中物 流成本中的库存成本更尤为突出研究已经证明库存成本和流量之间存在着相关 关系田 初始投资成本和管理成本主要包括物流中心的建设投资、设备购置和管 理费( 水、电、人员等) 等 物流中心数目。根据有关研究，物流中心的数日与运输成本和运营成本( 包 括库存成本和初始投资