（交通运输规划与管理专业论文）物流配送及其车辆优化调度研究.pdf

摘要 进入二十一世纪，随着科学技术的臼益进步、生产力的飞速发展，以及 顾客消费水平的不断提高，企业之间的竞争变得越来越激烈，加上政治、经 济、柱会繇凌懿巨大交纯，傻褥霉求豹不确定稳大大攘疆，黉隶目益多样纯。 面对着快速变化且无法预测的买方市场，为了提高竞争力，企业逐渐将臣光 从生产过程转向流通领域。于是加强物流管理成为继降低物汝消耗、提裔劳 动生产搴之嚣静“第三利润滚寨”。 配送是物滤系统中一个嶷接与消费者相连的重要环节，是货物从物流节 点送达收货人的过程。配送的核心部分为配送率辆的榘约、货物配装及邀货 遘程。避行配送系统撬纯，囊要燕靛送率麓谲度斡挽纯。辩箍送车辆调瘦进 行优化，可以撼离物流经济效益、实现物流科学化。 本文在对物流配送业务做出详细介绍的基础上，针对配送中的核心闷题 车辆灞度优铯淹簇进行了深入麓磷究。 本文首先分析了物流配送中的车辆调度优化问题，将该问题按给定条件 进行了分类；然后选取了一类具有典型特征的物流配邀车辆调度优化问题进 芎予分褥，建立该闯蘧弱数学模型，并运嚣一耱遴算速浚诀、精确魔离簿遗传 算法对冀进行求解。接着，本文介绍了将多源点物流配送问题转化为单源点 物流配送问题的方法。最后本文通过一个算例说明了该方法的应用过程。 关键词：物流配送，车辆调度，遗传算法 a b s t r a c t f a l l o w i n gc h i n a se n t r y i n t ot h e2 1 “c e n t u r y , w i t ht h ed e v e l o p m e n ti ns c e n c ea n d t e c h n o l o g y , t h ec o m p e t i t i o nb e t w e e ne n t e r p d s e sb e c o m e sm o r ea n dm o r ei n t e n s e a n dt h eg r e a tc h a n g e si n p o l i t i c s 。e c o n o m i c s a n ds o c i e t ym a k ed e m a n dm o r e u n c e r t a i na n dm u l t i p l e 。i no r d e rt oe n h a n c et h ec o m p e t i t i o nf o r c e ，e n t e r p r i s e sb e g i nt o t u r nt h e i ra t t e n t i o nf r o mp r o d u c t i v i t yt ot h ef i e l do fc i r c u l a t i o n s ot os t r e n g t h e nl o g i s t i c s m a n a g e m e n t b e c o m e s t h et h i r ds o u r c eo fp r o f i t d i s t r i b u t i o ni sa ni m p o r t a n tl i n ki nl o g i s t i c s w h i c hi sj t i n e dt oc o n s u m e md i r e c t l y 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 ) i st h em a i np a r to fo p t i m i z i n gt h ed i s t r i b u t i o n s y s t e m i tc a na d v a n c e t h ee c o n o m i cb e n e r l sa n dm a k e l o g i s t i c ss c i e n t i f i c t h i sp a p e rd e e p l ys t u d i e st h ec o r ep r o b l e mo fd i s t r i b u t i o n v s p , o nt h eb a s eo f p a r t i c u l a re x p l a n a t i o n o fd i s t r i b u t i o no p e r a t i o n 。 f i r s t l y rt h ep a p e ra n a l y z e sv s p , a n ds o r t s i t a c c o r d i n gt og i v e n c o n d i t i o n s s e c o n d l 舅i tc h o o s e sa 母p i c a lo n e t oa n a l y z e i ts e t sam o d e lo ft h ep r o b l e m ，a n d s e t t l e si tw i t hag e n e t i ca l g o r i t h mt h a t i sf a s ta n da c c u r a t e t h i r d l y t h ep a p e r i n t r o d u c e sh o wt ot u mam u l t i - d e p o tp r o b l e mi n t oas i n g l e - d e p o tp r o b l e m l a s t l y ，t h e p a p e r i l l u s t r a t e st h ep r o c e s so fu s i n gt h em e t h o dr e f e r r e di nt h ep a p e rb ya ne x a m p l e 。 f a n l i p i n g ( t r a n s p o r t a t i o np l a n n i n ga n dm a n a g e m e n t ) d i r e c t e db yp r o f e s s i o n a lw a n g k e yw o r d s ：d i s t r i b u t i o n 。v s rg e n e l i ca l g o r i t h m 论文独创性声明 y6 4 0 7 8 4 本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 论文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或其他机构已 经发表或撰写过的研究成果。其他同志对研究的启发和所做的贡献均已 在论文中作出了明确的声明并表示了谢意。 作者签名：垫垒至日期： 兰竺芏：! ：至 论文使用授权声明 本人同意上海海运学院有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以上网公布 论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论 文。保密的论文在解密后遵守此规定。 日期：夕皇! 塑鎏里曼墨茎兰塑垡垡塑壁婴塑 1 1 选题的背景及意义 第1 章绪论 当前，现代物流已被公认魁企业在降低物资消耗、提高劳动生产率以外 瓣“第三稍润滚聚”，也是企盈降低经营成本，提高产晶竞争力的重要途径， 因而受到园内外器行业的极大重视，并得到较恢豹发展。 配邀是物流系统中的一个重簧环节，由于京直接与消费者相连，鞠而其 燃位十分突出。懿送的般定义为，将赞物从物波节点邀达收赞人的过程“1 。 配送是在集货、鞠己货基础上，完全按着用户的要求，包括种类搭配、数量、 辩阉等方露嚣婪求蘑逶萼擎缒运送，是“醚”帮“送”豹骞规结会形式。嚣送 的一般流程如图所示： 用 户 图l l 配邀流程豳 随着电子商务的发展以及新的物流酉己送模式的出现，存贮融不是必然的 垮繁。爨j 逄，琵邀工捧妻妥篷攒敷下尼令部分； ( 1 ) 集货作业。从擞产工厂进货、并集结的过程。 ( 2 ) 配货雩鐾渡；郯摄魏戆努拣 篁煦，壤据舞鼹声懿不冈要求，在懿送中 心将所需臻的货物挑选出来的过程。 ( 3 ) 配装佟娃。由于配装伟、韭本身豹特点，配装工作所需率辆簸为汽 率，由于配送货物的质擞和体积的差异，在配装货物时夏考虑车辆的载重和 棒积，为使车辆的载重和容积得猁充分利用，还鬻考虑一越多送凡户的阀题。 ( 4 ) 送货作业。靼接着预先确定的既送线鼹葶b 时亥表将货物送到用户的 手中。其中，配送线路合理与否对配送遮度、成本、客户满意度影响徽大， 褥剐是多耀户嚣送线黪懿礁定受为复杂。采用辩学会毽瓣方法来确定醚送爨 物流配送及其车辆优化调度研究 线，是配送活动中非常重要的一项工作。 配送系统的优化主要就是配送车辆优化调度问题，包括集货线路优化、 送货线路优化，以及集货送货一体化优化。在国外，类似的工作已广泛 的运用于生产、生活的各个方面，如报纸投递及线路的优化、牛奶配送及送 货线路的优化、电话预定货物的车辆载货和线路设计、垃圾车的线路优化、 连锁店的送货及线路优化等。 物流配送车辆优化调度问题涉及的面广，需要考虑的因素较多，对配送 企业提高服务质量、降低物流成本、增加经济效益的影响较大，是物流配送 系统优化的关键。 本文本着为从事物流配送的企业提供决策支持的目标出发，对物流配送 及其车辆优化调度问题进行分析，建立物流配送车辆调度问题的数学模型， 并采用实用性较强的遗传算法对问题进行了求解。近几年来，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，但在车辆调度问题中的应用才刚刚开始。本文的研究一方面丰富了遗 传算法在组合优化中的应用，另一方面为继续深入研究物流配送车辆优化调 度及其计算机实现打下基础，具有较大的理论意义和实践意义。 1 2 国内外研究现状 国外将物流配送车辆优化调度问题归结为或称之为v e h i c l es c h e d u l i n g p r o b l e m ( v s p ) 。 v s p 问题最早是由d a n t z i g 和r a m s e r 。”于1 9 5 9 年提出，很快引起运筹 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 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。各学科的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。 v s p 问题一般定义为：对一系列装货点和( 或) 卸货点，组织适当的行车 线路，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、车辆容量限制、行驶里程限制、时间限制等) 下，达到 一定的目标( 如路程最短、费用最少、使用车辆数量尽量少等) “”。 物流配送及其车辆优化调度研究 国外对v s p 问题作了大量而深入的研究，例如早在1 9 8 3 年，b o d i n 、g o l d e n ”等人在他们的综述文章中就列举了7 0 0 余篇文献。在c h r i s t o f i d e s ( 1 9 8 5 ) “”，g o l d e n 和a s s a d ( 1 9 8 8 尸1 编辑的论文中，以及a l t i n k e m e r 和g a v i s h ( 1 9 9 1 ) 3 7 1 l a p o r t e ( 1 9 9 2 ) 3 s l , s a l h i ( 1 9 9 3 ) ”1 等的综述文章中都做了详尽的阐述。 该领域的代表人物有b o d i n ，c h r i s t o f i d e s ，g o l d e n ，a s s a d ，b a l l ，l a p o r t e 。 r i n n o o yk a n ，l e n s t r a ，d e s r o s i e r s 和d e s r o c h e r s 等人。 目前，v s p 问题的形式已有很大发展，该问题已不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多种组合优化问题。 v s p 问题或称为车辆优化调度问题是组合优化领域中的著名的n p 难题。 近二十年来，无论在国内还是国外，v s p 问题都是一个非常活跃的研究领域。 目前，国内外用来解决该问题的现代数学方法主要有以下几种： ( 1 ) 精确优化方法。运用线性规划( 包括分枝定界法、割平面法和标号 法等) 、非线性规划数学技术，以便求得最优决策。在对v s p 问题研究的早期， 主要从单源点( s i n g l e d e p o t ) 派车，考虑如何通过最短路线或在最短时间 内对一定数量需求点运输的调度问题，这时，精确算法比较适用。然而，随 着运输系统的复杂化和对调度要求的多目标化，要想获得整个系统的精确最 优解变得越来越困难，常常需要花费大量的时间和费用，有的甚至根本就不 可能。因此，精确优化方法及其简化算法现在常用于运输调度的局部优化问 题。 ( 2 ) 启发式方法( h e u r i s t i c s ) 。指通过经验法则来求解运输过程满意 解的数学方法。启发式方法能同时满足详细描绘问题和求解的需要，较精确 优化方法更为实用，缺点是难于知道什么时候好的启发式解已经被求得a 启 发式方法中最具代表性的就是由c l a r c k 和w r i g h t “”提出的节约法( s a v i n g m e t h o d ) 。许多成功的运输调度软件就是根据该方法或其改进方法开发的。西 南交大的李军“”针对有时间窗的车辆调度安排问题提出了一种利用节约法的 启发式算法。典型启发式算法中还包括由l i n 和k e r n i g h a n n “提出的，并由 c h r i s t o f i d e s “1 和g i i b e r tl a p o r t e ”1 等人推广的分支交换探索法，该算法 物流配送及其车辆优化调度研究 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。g i l l e t 和 m il l e r “2 1 提出的扫描法( s w e e pm e t h o d ) 先把节点或弧的需求进行分组或划 群，然后对每一组按旅行商问题( t s p ) 求解，设计出一条经济的路线。各种 启发式方法的主要区别在于收敛的速度和程度不同。 ( 3 ) 模拟方法( s i m u l a t i o n ) 。利用数学公式、逻辑表达式、图表、坐 标图形等抽象概念表示实际运输系统内部状态和输入输出的关系，以便通过 计算机模型进行试验，通过实验取得改善运输系统或设计新运输系统所需信 息，虽然模拟方法在模型构造、程序调试、数据整理方面工作量大，但由于 运输系统结构复杂，不确定因素多，模拟方法仍以其描述和求解问题的能力 优势，成为复杂运输调度系统建模的主要方法。 ( 4 ) 交互式优化法。这是一种通用方法。在这种方法中，把人的知识、 经验结合到问题的求解过程中去。其思想就是：有经验的决策者应具有确定 和修改参数的能力，并且根据知识、直观，把主观的估计加到优化模型中去。 这通常总是会增加模型最终实现并采用的可能性。某些用来求解车辆路线安 排问题的这种方法的早期雏形是由k r o l a k ，f e l t s 和m a r b l e 以及n e l s o n “” 等人提出的。 以往广泛采用的是第一种方法，另外三种方法则代表了较近的研究思想。 尤其是启发式方法，作为一种逐次逼近的算法，虽然不一定得到最优解，但 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各样的实际问题， 因此，现已成为解决物流配送问题的重要方法。 与传统的启发式方法相比，近年来所采用的一些新的启发式方法，通过 对启发式规则和搜索方法的改进，在求解多节点，多约束的v s p 问题上可以 获得较快的收敛速度和较高质量的全局解，从而进一步拓宽启发式方法的应 用领域。如p o t v i n 和r o u s s e a d “噪用禁忌搜索算法( t a b u s e a r c hh e u r i s t i c ) 解决一类带时间窗约束的车辆优化调度问题，b a l l “”等人提出了贪心前瞻搜 索法( g r e e d yl o o k a h e a dh e u r i s t i c ) 求解多重车辆优化调度问题。 随着人工智能技术的引入和不断发展，模拟退火算法“”和遗传算法等新 的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、多目标车辆 4 物流配送及其车辆优化调度研究 优化调度问题提供了新的辅助手段。浙江大学蔡延光等人运用模拟退火算法 和遗传算法求解多重车辆优化调度问题，并将其集成为智能算法库，作为设 计智能运输调度系统的依据。鞍山钢铁学院李大卫“1 等和东北大学姜大立“” 等分别针对有时间窗和无时间窗约束下的车辆优化调度问题用基因编码遗传 算法求解，结果在较快速度下得到了近优解。 1 3 研究内容及技术路线 本文在对物流配送业务进行详细介绍的基础上，着重研究了对物流配送 成本影响较大的车辆调度问题，在该问题的研究中采用遗传算法进行求解。 本论文研究的主要内容如下： 第一章：绪论 包括选题的背景、研究的目的及意义、前人研究工作的总结、本文研究 的主要内容等。 第二章：物流配送业务概述 介绍了物流及物流配送的概念、作用、发展兴起的原因、类型和形式以 及物流配送的一般流程。 第三章：遗传算法理论和基本问题 介绍遗传算法的基本思想、基本原理、基本特征以及遗传算法的解题步 骤，另外还介绍了图与网络的基本知识，为后面问题的求解打下基础。 第四章：物流配送车辆优化调度模型及求解算法 首先对物流配送车辆优化调度问题进行描述，然后根据约束条件和目标， 建立该问题的数学模型，随后应用一种精确度高、运算速度快的遗传算法对 该问题进行求解。 第五章：总结 对本文的研究进行了总结，并指出了进一步研究的方向。 1 4 拟解决的关键问题和采取的研究方法 本文拟解决的关键问题是对物流配送车辆调度问题的描述及数学模型的 建立，然后采用运算速度快、准确度高的遗传算法对其进行求解。 物流配送及箕率辆优化调度研究 2 。 物滚聚送摄迭 第2 瘴物流配送韭务概述 2 1 1 物流的概念 物流活动的历史也许_ 和入类豹掰史一样长，但对物流研究的掰史却很短。 对于物流尚没有统一的定义，但普遍认为物流商广义和狭义之分。狭义的物 漉，院较常用匏怒荚雷穆流管理旃会豹定义：“镌流是为满足消费麓需要面遴 行从起点到终点悯的原材料、中间过程库存、最后产品謦口相关信息有效流动 帮绩存豹诗裂、蜜麓秘控剿管理过程。”【1 l 毽靛怒谎，翦浚是捂与采鹣、供塞、 生产、销售等企蛾经营活动相对应的将信息传递、运输、配送、艨存控制、 仓馕、装舞】搬运以及氢装等浆滚活动缘会起寒憨一秘系统纯集成式嚣理。絮 的目的怒提高企业的收益，它的任务是以尽可能低的成本为顾客做出最好的 服务，窕的方法怒在恰当的时闻、崧恰当的地点、以烩溺的方式向顾客提供 恰当数爨的服务。其主要肉容可用下潮2 一l 表示。 广义的物流怒指从企业的经营战略角度出发，将物流过程与客户需求、 企韭内部生产过稔以及供纛商的潮造资源整合谯一起，形成联合影镌力量， 从而达剡快速反应市场、降低风险成本、实现商收益、赢得竞争优势的一种 管理遵耧，帮瑷程天霞逶豢_ 舞谖嚣袋疲链管理睫蚕2 2 搓述7 供应链穆滋 过程。 综合物漉过程 物流叫 信息流 图2 一l 物流过程图 6 物流配送及其车辆优化调度研究 图2 2 供应链物流过程 现代物流管理要解决的物流问题，主要是为了满足人们对物在空间和时 间上的需求，即要解决运和储的问题。通过运输解决空间位置上的变化要求， 通过存储调节需要和供给之间的时间差。虽然这种物流活动，作为客观存在 已具有久远的历史，但在现代物流科学产生以前，它的各环节只是相互孤立 地存在，并且被视为辅助环节而处于从属地位。而把分散的功能要素集合成 系统进行一体化管理，这是现代物流的根本意义所在”1 。 2 1 2 物流配送的概念 配送的概念有多种表述。 日本工业标准表述，将货物从物流结点送交收货人。 日本1 9 9 1 年版物流手册的表述：生产厂到配送中心之间的物品空间 移动叫“运输”，从配送中心到顾客之间的物品空间移动叫“配送”。 美国物流管理供应链过程一体化表述：实物配送这一领域涉及将制 成品交给顾客的运输。实物配送过程，可以使顾客服务的时间和空间的 需求成为营销的一个整体组成部分 我国现代物流学表述：配送是以现代送货形式实现资源最终配置的 经济活动；按用户订货要求，在配送中心或其他物流结点进行的货物配备并 以最合理方式送交用户。 一般认为物流配送是指物流过程的中转型送货( 也称为二次输送、支线 输送、终端输送) 。也就是在产品用户集中区域，按用户的订货要求和时间计 划，在物流中心配货并将配好的货物采用汽车巡回运送的方式交收货人的小 塑堡翌耋垦茎! 塑垡些塑些塑塞 范围、近距离、小批量、多品种、为用户服务的运输。配送不是单纯的运 输或送货，而是运输与其它活动的组成，除了各种“运”、送活动外，还 要从事大量的集货、分货、配货、配装等工作，是配与送的结合。对于配送 的深入认识，应当掌握以下几个要点： ( 1 ) 配送的资源配置作用 配送是“最终配置”，因而是接近顾客的配置。 对于现代企业而言，“接近顾客”是至关重要的。美国兰德公司对“幸福” 杂志所列的五百家大公司进行一项调查表明“经营战略和接近顾客至关重 要”，所以接近顾客的配送，自然取得了它在现代经济中的地位。 ( 2 ) 配送的实质是送货 配送的主要经济活动，尤其是接近顾客的经济活动是送货。 ( 3 ) 配送是现代送货 现代两个字表述了和旧式送货的区别。其区别主要在于：1 ) 一般送货可 以是一种偶然的行为，而配送却是一种体制行为，是市场经济的一种体制形 式。2 ) 一般送货是完全被动的服务行为，而配送则是有一定组织形式的计划 行为。3 ) 配送依靠现代生产力，依靠科技进步支撑，实现对用户的送货服务。 ( 4 ) 配送是“配”和“送”有机结合的形式 配送利用有效的分拣、配货等理货工作，使送货达到一定的规模，以利 用规模优势取得较低的送货成本。如果不进行分拣、配货，有一件运一件， 需要一点送一点，这就会加大送货成本。所以，追求整个配送的优势，分拣、 配货等工作是必不可少的。 ( 5 ) 配送是市场经济产物 配送是在市场经济条件下，在“供大于求”的买方市场环境中所派生的 一种形式。 在买方市场环境下，用户具有选择权，而卖方需要通过有效的服务来售 出自己的产品，争夺一块份额，这就形成了有提供者、有需求者的理想市场 环境，使配送得以发展。 ( 6 ) 配送以用户的要求为出发点 “按用户的订货要求”明确了用户的主导地位。配送是从用户利益出发， 8 耪流醚送及其车辆挽证谱畿研究 按用户要求进行的种活动，因此，在观念上必须明确“用户第一”、“质量 第一”e 夔送金业翡越位是鼹务蟪位瑟不是主零逸建，甭裁麸本垒韭零l 慧穗发， 而应从用户利益出发，在满足用户利益基础上取得本企业的利益。更黛耍的 是，不能利用配送损伤或控制用户，不能利用配送作为部门分割、行业分割、 害l 据枣场款手段。 ( 7 ) 以最“合爆的方式”的提法是基于这样一种考虑：过分强调“按用 户要求”是不妥的，受用户本身的局限，要求有时候存在不合理性，畿这种 壤嚣下会攫失鑫我残双方貔零l 熬。对于配送蠢富，应当袁懿阙、速度、羧务 水平、成本、数量等多方面寻求最优，实现双方共同受益“双赢”的朦则。 2 2 镶流配送产生昀原医 配送作为先进的物流形式，窿的产生以凝推广并不悬偶然的，而烧随着 现代商业经营环境翱经营形式的变化而出现的。这些变化嫩要体现在： 2 2 ，1 消费者消费行为的变化 随蓿人们生活水平的提高，2 0 世纪9 0 年代以来，人们对生活的追求已逐 渐疑器来戆温馋鳖、数量垒转爨小康鍪，霹燮潼震量黪簧藩越寒越毫。斧蕤 着这种生活观念的变化，在经济社会向国际化、信息化急劂转变的基础上， 消费糟价值观趋于多元化和多样化，喜欢购援具有差别化的商品。这种消费 行为燮识对企、监静凌产纛经营产生了涤运戆影桶，镬生产秘镇售金堑焱逶痤 消费者消费行为变化的过程中，开始强化物流管理，通过少批量、多懿种、 快速化、柔性化的嫩产和经营来满足消费者的需求。 2 2 2 生产商生声鬻略的转变凝其对物流管躐的强健 在传统消费模戏中，当新产品被厂家研制、开发出来后，通过各种各样 熬媒镄、特鬟是邀援广告等健镶参段懿运震释囊鼗推广，茭一般能唤怒全藿 规模的霈求，这种蒋销模式背厝隐含的是消费者具有“与他人一致”的消费 意识。与这种消费辫相对应，零俦业以百货嫂和综合超市为中心，通过大量 鹦避、大量陈列纛徐豹亵晶寒攘凌镱售额貔蘧长。 。 9 物流配送及其车辆优化调度研究 但是随着消费个性化、多样化的发展，原来那种商品在一部分人中开始 流行后，大家争相购买的情况会越来越少，而且流行商品的生命周期也越来 越短。在这种状况下，厂家要准确预测特定商品的流行程度十分困难。此外， 基本生活品在全社会普及之后，商品在质量上的稍微改进或价格的稍微降低 都不能大量激发消费者的购买欲望，因而能开发出具有爆发性需求规模的革 新产品也会越来越困难。 正因为如此，如今很多厂商都在积极开展多品种战略，即将原来的产品 加以改良，附加各种机能，形成产品间微妙的差异，积极开展多品种生产战 略。 然而这种战略转换在促进企业销售增长的同时，也改变了原来从事专职 大量输送、储存的物流管理活动，使得物流系统在产品多样化、少量化的状 况下变得空前复杂起来。单就库存而言，消费个性化、多样化带来市场需求 不确定性和波动性大大增加，生产企业越来越难以对市场进行预测。这使得 企业对于品类繁多、规格各异的产品不是生产过量就是生产不足。在市场竞 争空前激烈导致产品生命周期大大缩短，市场机会稍纵即逝的今天，生产过 量和生产不足将给企业的生存发展带来严重威胁。 为改变这种状况，现代生产企业空前重视物流管理，要求其物流系统既 讲求效率，又能促进生产、销售战略的灵活调整和转换。为此，生产厂商一 方面运用m r p ( 物料需求计划，m a t e r i a lr e q u i r ep l a n n i n g ) 、j i t ( 准时生产 制，j u s ti nt i m e ) 等先进系统加大对生产和供应中的物流管理，另一方面更 加重视销售中的物流管理，即d r p ( 配送资源计划，d i s t r i b u t i o nr e s o u r c e p l a n n i n g ) 管理，通过构筑物流配送系统直接靠近客户并加强与客户关系的管 理，动态跟踪客户需求状况，以获取最前端的市场需求信息用以化解因市场 信息反馈缓慢、曲解、变形带来的生产、供应、库存决策的失误。这种将物 流管理过程延伸至上、下游环节并具有强大电子商务功能的系统，就是当今 最先进的企业经营系统e r p ( 企业资源计划，e n t e r p r i s e s r e s o u r c ep l a n n i n g ) 系统。 2 2 3 零售商向连锁经营发展的趋势 在传统的流通模式下，商品从制造商生产出来后，经由层层的批发商再 i o 物流配送及其车辆优化调度研究 到零售商，最后到达消费者手上，批发商在此扮演着整个通路的枢纽作用。 随着消费形态的改变，整个市场成为消费者导向，这种趋势迫使企业改变传 统的经营方式，建立新的竞争策略，许多制造商为了将自己生产的产品直接 输往末端市场，纷纷构建自有的通路体系，这使得超级市场、便利点、连锁 店一时之间快速成长。 伴随着连锁经营的兴起，配送服务的重要性越来越为人们所关注。目前， 连锁企业的配送率在发达国家高达8 0 以上，而中国的配送率仅为3 0 - 6 0 1 6 2 2 4 无在库经营的倾向 与消费个性化、多样化以及厂商多品种生产相对应，无论在既存的零售 业态百货店和超市中，还是新型的2 4 小时店等新业态中，经营的商品品种数 越来越多。但与此同时，由于政策、环境、房地产价格等原因，店铺的规模 和仓库规模不可能无限扩大，特别是在大都市中，由于人口密度大、地价高 昂、消费更新快、环境规制严格等原因，更加限制了仓储点和仓储空间的扩 大，在这种情况下，只有提高店内管理效率，通过加快商品周转速度来抵消 仓储空间不足等问题。如今国际上大型零售业的方针都己从原来通过开设新 店寻求外延型发展，转向充实内部管理，积极探索内涵型发展“1 。除此之外， 推动无在库经营的原因是，由于消费行为的多样化、个性化发展，商品品牌、 品种、式样的急剧增多，使零售商对顾客实际需求的预测十分困难，在这种 状况下，库存越大，零售企业承担的资金占用和滞销风险也越大。因此，为 了加速资金周转和降低风险，零售企业必须尽可能压缩库存，实现实时销售。 具体看，现代零售业的管理重点是： ( 1 ) 实行“单品管理”。迅速制定经营中的“畅销品”与“滞销品”，以 此为基础确定订货商品的种类和数量。 ( 2 ) 实行“无在库经营”。在有限的空间里陈列更多的商品，降低销售 风险，极力抑制各类商品的在库量，彻底实现在库管理和在库成本的削减。 以上两点的实施都需要现代物流配送管理的支持，而且配送本身就是现 代物流管理的目标和内容之一。 塑堕墼壅墨墨主塑垡垡塑鏖塑壅 2 2 5 信息技术的革新 “单品管理”和“无在库经营”能成为现实，首先是因为9 0 年代初开展 的信息技术的革新，具体反映在p o s 系统( p o i n to fs a l e s ，销售时点信息管 理系统) 和e o s 系统( e l e c t r o n i c o r d e r i n gs y s t e m ，电子补充发货系统) 的导 入。p o s 系统是指在商品销售时，通过o c r ( o p t i c a lc h a r a c t e rr e a d e r ，光学 式自动读取) 方式的现金出纳机读取每个商品的条形码，进而利用计算机对 商品品种、价格、数量等销售信息进行处理、加工的系统。e o s 系统是指在 店铺输入订货数据，然后利用通讯网络，向卖方、企业总部或配送中心的计 算机传送订货信息的系统。 p o s 和e o s 系统自开发以后，在商业领域迅速得到推广和普及，并大大 改变了流通绩效，推动物流管理现代化，从直接带来的利益看，p o s 系统的 导入提高了现金收授作业的速度和正确性，节省了人力成本，实现了流通效 率化。与此同时，通过对所蓄积的电子信息进行加工、分析，可以及早把握 “畅销品”、和“滞销品”的状况，将其作为经营战略决策的依据和信息来源， 提高商品周转率。此外，将这种信息与顾客信息相连接，可以推动开发符合 顾客需求的新产品，进一步与e o s 系统连接，可以自动向供应商发出订单， 使供应商进行配送补充库存，并降低在库水准等。 2 2 6 电子商务的兴起 近年来，随着网络、通信和计算机技术的迅速发展，使用i n t e m e t 从事商 务活动已经成为现实。电子商务以其相对低廉的成本、简化的贸易流程、超 越时空限制的经营方式以及其巨大的利润，吸引着世界各国众多厂商。据有 关资料显示，目前全世界已有几十万家公司，1 5 0 0 多家银行介入这一领域。 许多专家学者认为，电子商务将成为2 1 世纪新的经济增长点。 表2 1电子商务交易额的发展情况 i 年份中国电子商务世界电子商务中国占世界的 交易额亿美元交易额亿美元比重( ) 1 9 9 8i1 5 30 6 5 1 9 9 922 6 50 7 5 1 2 塑塑墼垄墨墨王塑垡些塑壅翌窒 l 2 0 0 0 8 4 3 3 1 8 5 1 年均递增( )1 8 2 6 8 资料来源：根据“中国互联网络信息中心”发布的统计资料和“中华人民共和国 2 0 0 1 年国民经济和社会发展统计公报”发表的数据整理而得。 在电子商务中，除了少数的电子出版物，如软件、c d 等可以通过网络以 电子的方式送给购买者，其他绝大多数商品仍要通过物流过程完成从供应商 到购买者的空间转移。因为网上购物的消费者地点分散、购物数量少，其配 送费用无疑与快速送达相矛盾。如何低成本、高速度、准确无误地将商品送 达，成为物流配送所要研究的对象。 2 2 7 城市交通限制与燃油成本的上升 随着现代社会城市化的加速发展和私人拥有车辆的增多，城市尤其是大 都市的人口与车辆急剧增加，城市交通尽管通过构筑地面、地上和地下立体 化的交通网络体系，但仍然满足不了人口与车辆的交通需求，城市交通越发 拥挤。此外，由于石油能源的严重减少，燃油价格上涨很快，对汽车提高运 营效率、降低运输成本提出挑战。传统收货人直接从工厂接收货物，构成蛛 网状交叉运输路线、运输混乱、效率很低。而配送的优点就是消除了交叉运 输、节约了运输费用，提高了运输工具的装载率，降低空驶，并及时送货， 提高服务质量，用户不需要四处订货，降低了消费者库存。图2 3 为工厂直 接送货与经配送中心送货的效果对比图。 供给方( 需求方) 溪鋈冀黍霞 供给方( 需求方) i 遂? 配送中心、 慕 供给方( 需求方)供给方( 需求方) 图2 3 配送中心效果对比图 1 3 物流配送及其车辆优化调度研究 2 3 物流配送的分类 2 3 1 按物流配送的主体来划分 ( 1 ) 大型生产厂商主导型物流配送 指规模较大，有着分布较广的营销网络的生产厂商直接将产品按零售商 的时间、数量等要求送至零售商的一种配送方式。随着零售商对多频度、少 批量订货要求的增强以及生产厂商越来越重视将其产品和服务靠近客户的营 销战略，传统大型生产厂家通过批发、代理等中间流通渠道进行商品销售的 方式开始大大弱化，零售商通过互联网直接向生产厂商订货，生产厂商根据 各零售商的订货要求直接配送已逐渐成为一种主流。如我国知名企业海尔、 联想、宝洁、长虹、康佳、t c l 、科龙、美的、格力等企业纷纷计划在其营 销网络的基础上建设自己的物流配送体系，其中海尔、联想、宝洁等企业已 率先通过与第三方物流公司合作进行网上销售与产品配送业务。其配送模式 如图2 4 所示： 零售商( 专卖店) 地区配送中心 图2 4 大型生产厂商主导型物流配送 ( 2 ) 大型连锁企业自组型物流配送 连锁企业由于其统一采购和进货、统一库存和配送、统一管理和经营并且 产生巨大规模经济效益而得以飞速发展。在连锁配送方面，世界5 0 0 强排行第 四的美国零售业巨头w a r - m a r t 堪称是零售配送的典范。w a r - m a r t 有近2 0 个大 型配送中心，拥有2 0 0 0 多辆长途运输卡车和1 1 万辆以上配送车并拥有私家通 1 4 羔型堕垄! 墨堑塑垡些塑壁笪塞 讯卫星和完善的货物采购、跟踪、库存、配送等管理系统。于是通过其先进的 物流系统，w 弛m a r t 将其3 0 0 0 多家分店所需的货物在规定日期，安全、准确 地送达。其模式如图2 - 5 所示。 供应商a 供应商b 供应商c 连锁店a 连锁店b 连锁店c 图2 5 大型连锁企业自组型物流配送 ( 3 ) 大型批发企业主导型物流配送 亦即大型批发商从各生产企业批来商品，并将之批发配送给地域内小型 超市、便民店、百货店等中、小零售企业。如图2 - 6 所示： 图2 6 大型批发企业主导型共同配送 ( 4 ) 专业物流企业开展的社会化物流配送 这主要指诸如中国邮政以及快递公司等已有准物流企业、由原大型生产 厂商、批发、零售企业等储运部门脱离母体单独分化出去或通过不同企业间 储运部门的联合兼并共同成立的物流公司以及从公路运输、仓储企业转化而 来的专门从事社会第三方物流服务物流企业。在这一模式中，从事配送业务 的企业通过与上家( 生产、加工企业) 建立广泛的代理或买断关系，与下家 ( 零售店铺) 形成较稳定的契约关系，从而用高效的信息系统将生产、加工 黧堕里垄垄苎堡塑垡垡塑登黧壅 企业戆蠢鑫或售感进行统一组合、鲶疆轰，按攀户订擎豹要求，块速、稳定、 高效率、低成本的配送到需求用户。其模式如图2 - 7 所示： 豳2 7 专姚物流企业开展的社会化物流配送 2 ，3 2 按物流配邀组织范潮分类 ( 1 ) 专用( 或囊有) 型物流配送 这种类型的配送指的魑：包括骤材料仓库和成品仓库在内的各种物流设 旌和设器归一家绒几家企业或企业集团所拥有。其物流配送只服务子集团内 部各个龛韭，逶常不对羚撬供配送服务。如美溪沃象玛公嚣】在各个遣区独瓷 建立了大量配送中心，专门为本公司所属的连锁店提供商品配送服务。 ( 2 ) 享圭会耽 最少“”。 对于现寓问题，由于限制条件的增加，t s p 可衍生出许许多多相关的问题。 一般的t s p 指一个旅行囊访闯所蠢的城枣。为了便予说明闻题，挺旅行爨 问题构造成网络圈，用g = ( 矿，a ，c 表示，冀中 多，= 0 ，1 ，z 点集，表示旅行商需要经过的城市，城市0 为旅行黼 出发静城市。 a = ( 0 i j = o ，1 ，f ，f 棼j 弧集，表承旅行商司自& 走过的 线路段集合。 c = b ( f ) 4 费用矩阵，q 表示旅行商经过对应弧段( 1 ，d 所穗 费的费阁，如时间、距离、花费等。 求解t s p 即要求在网络阁g 中找到总费用最小的啥密尔顿( h a m i l t o n ) 嘲 路，这爨点0 为源赢。所谓嗡密尔顿( h a m i l t o n ) 霞路帮臻从源点渤发，经j 建 每个顶点一次，且仅仅一次的回路1 。定义燮凝如下： t f 1 若鞭( i ，歹) 在绒海上； “f 一1 0 否则。 以蕊费震最少炎基标，烈基标嚣数必：m i n z = 咚专 i 由于旅行商必须到达每一客户一次且只有一次，而融车辆必须回到配邀 中心，瓣魏登畜滋下两式袋立： = l ，2 0 ，i ，一f 2 9 物流配送及其帮辆优化调艨研究 嘞= i i = 0 ，l ，朋 i ， 为了消去构成不完整线路驰解，如图3 一l 所示，骶条支路均瀵是上述终 束条件，但没有构成一条完蹩的线路，所以不怒t s p 问题的解。 阁3 一1 支路示意图 凳l 邂毒絮下绞索条肄： 勤1rl 一1 ，r 董 1 ，2 ，f ) j t r j e r 该式暗示了经一子集震上熬弧帮不产生蓉蠢瑟，嚣菇熹集r 上瓣矮环至少 含有i 胄j 条弧。 圜越，t s p 阂惩完整黪数学模燮您： w i n z = c 口嘞 嘞= 1 j = o 小- ，z 1 = 0 南一1 i = 0 , 1 ，# 勃嗣r i - 1 ，r l ，2 ，一，z ) j e rj e r 盖。= 0 躐l 物流配送及其车辆优化调度研究 第4 章物流配送车辆优化调度模型及求解算法 4 1 物流配送车辆优化调度问题的提出 虽然物流配送具有多种类型和形式，但大部分物流配送形式中运输的特 点是基本相同的，即将商品从配送中心按一定的要求发送到多个需求点。 由于运输任务的性质和特点不同，道路条件及车辆类型不同，即使在相 同收发货运点间完成同样任务时，采用的行驶路线方案也可能不同。而车辆 按不同运行线路完成同样的运输工作时，其利用效果是不一样的，有时甚至 会有很大的差别。因此，在满足货运任务要求的前提下，如何选择最经济的 运行路线，是一项重要的工作。所谓最经济的运行路线，就是在保证货物需 求的前提下，运输时间或运输费用最省的路线。 如何按时按量、经济高效地配送商品，在很大程度上取决于有效的车辆 调度安排，调度方案的优化与否，对增加配送效率、减少总费用和提高服务 水平具有重要的意义。 由于在需求点较多且分布不均匀，道路网复杂的情况下，制定调度方案 单凭人工经验是难以做好的。尤其是现在客户对物流配送服务质量要求较高， 对配送的时效性要求较强，按照规定，当日要求配送到的货物一定要配送到 位。如何在保持高度准时、快速配送要求下降低成本是物流配送面临的挑战。 但如何制定优化调度方案，在满足车辆容量限制( 有的还有时间限制) 条件下， 使总运输距离或总运输时间最短却并不容易。所以设计一定的配送调度模型 和算法，并用计算机来实现意义重大。本章将重点介绍物流配送车辆的调度 优化的模型和算法。 4 2 物流配送车辆优化调度问题的分类 4 ，2 1 满载和非满载车辆的优化调度问题 当货物量小于车辆容量时，用一辆车执行任务就存在不满载运行情况， 调度时可安排一辆车执行多项任务，即在一辆车上装载不同货主的货物。当 然，这类问题有一个前提条件，即不同货主的货物允许混装。 塑塑墼堂墨苎兰塑垡些塑鏖塑壅 当货物量不小于车辆容量时，执行每项任务需要的车辆可能不只一辆， 车辆为完成任务，需满载运行。这类问题可能有两种情况：一种是由一辆车 往返多次运送，另一种是由多辆车分别运送“。但对于这类问题可以通过两 个步骤将其转化为非满载车辆优化调度问题：第一步解决整车运输，这就是 典型的最短路问题：第二步对于剩下不满一车的，就按非满载车辆优化调度 问题加以解决。 4 2 2 集货或送货和集送一体化的车辆优化调度问题 所有任务全是集货点( 装货点) 或全是送货点( 卸货点) ，车辆空车从配 送中心出发，去各货主处装满货后返回配送中心，或是车辆装满货物去各货 主处卸货后返回配送中心，这种情况称为集货或送货的车辆调度安排。 每一项货运任务都有自己的集货点和送货点，车辆从配送中心出发，去 某一任务的集货地点装货后运至其送货地点卸货( 即装卸混合) ，完成所有任 务后返回配送中心。这种情况称为集货和送货一体化的车辆调度安排问题。 4 2 3 有时间窗和没时间窗的车辆优化调度问题 如果到达任务点的时间是事先规定的，则称该问题是带时间窗要求的车 辆优化调度问题：若到达和离开时间没有规定，则称该问题就是一个直接的 路线安排的问题。 带时间窗的v s p 又可分为硬时间窗v s p 和软时间窗v s p 。硬时间窗v s p 指每 项任