（管理科学与工程专业论文）基于混合遗传算法的供应链物流设施选址优化.pdf

摘要基于混合遗传算法的供应链物流敬施选址优化 摘要 物流网络作为企业供应链的重要组成部分，是供应链运营和管理的基础，是 企业战略规划的首要任务。在物流网络中物流设旌连接着供应方和需求方，是两 者之间的桥梁，在整个物流系统中有着举足轻重的作用。物流设施的选址对供应 链系统作用的发挥和企业竞争力的提高有显著的影响力。本文在系统科学和管理 理论的指导下，运用多学科交叉的集成分析方法，研究随机需求驱动下的供应链 设施选址问题。 本文建立了随机需求驱动下，综合库存、运输和建设优化的多级设施选址规 划模型，该模型与企业面临的实际情况比较吻合，具有较强的适应性和延展性。 在模型的求解过程中，利用期望值模型将随机规划转变为确定性规划，并采用有 良好局部搜索能力的模拟退火算法与擅长全局搜索的遗传算法相结合构成的混 合优化算法进行求解。在算法的实现过程中，采用了一种有效的编码方式，降低 了染色体的存储空间，提高了算法的效率。最后通过一个实例验证了该模型的有 效性和实用性。 关键词：供应链、物流网络、设施选址、随机规划、混合遗传算法 a b s i r a c ! 基于混合遗传算法的供应链物流设施选址优化 a b s t r a c t l o g i s t i cn e t w o r kp l a y sar o l ep a r ti ne n t e r p r i s es u p p l yc h a i n ，w h i c hi st h e f o u n d a t i o no fs u p p l yc h a i no p e r a t i o na n dm a n a g e m e n t ，i st h ep r i m a r yt a s ko f e n t e r p r i s es t r a t e g i cd e s i g n i nl o g i s t i cn e t w o r kl o g i s t i cf a c i l i t yi sab r i d g e ，b yw h i c h s u p p l i e rc o n n e c tw i t hd e m a n d e r , i sas i g n i f yn o d e l o g i s t i cf a c i l i t yl o c a t i o nh a sg r e a t e f f e c to ns u p p l yc h a i na n de n t e r p r i s ec o m p e t i t i o n u n d e rt h eg u i d a n c eo ft h e o r i e si n s y s t e m a t i cs c i e n c ea n de c o l o g i c a lt h e o r y , t h r o u g hi n t e g r a t i n gm u l t i s c i e n c e s ，i s s u e so f s u p p l yc h a i nf a c i l i t yl o c a t i o nw e r es t u d i e d ，b a s e ds t o c h a s t i cd e m a n d i nt h i sp a p e r , w ec o n s t r u c ta nm u l t i - e c h e l o no p t i m i z a t i o nm o d e l ，w h i c hi sa s t o c h a s t i cp r o g r a m m i n g ，b a s e ds t o c h a s t i cd e m a n d , s y n t h e t i c a l l yc o n s i d e r i n gi n v e n t o r y , t r a n s p o r ta n dc o n s t r u c t i o no p t i m i z ep r o b l e m t h i sm o d e l w h i c hi ss e a s o n e dw i m r e a l w o r l d ，h a se x t r a o r d i n a r ya d j u s t a b i l i t ya n df l e x i b i l i t y t os o l v et h ep r o b l e m ，w e t r a n s f o r ms t o c h a s t i cp r o g r a m m i n gi n t on o n l i n e a rp r o g r a m m i n gb ym o d e l ，a n dw eu s e h y b r i dg e n e t i ca l g o r i t h m ，w h i c h c o m b i n es i m u l a t e da n n e a l i n g a l g o r i t h m a c c o m p l i s h e di nl o c a ls e a r c h i n g 、析t hg e n e t i ca l g o r i t h mg o o da tw h o l er e s e a r c h i n g i n p r o g r a m m i n gt h i sa l g o r i t h m ，w ep r e s e n ta ne f f i c i e n tg e n er e p r e s e n t a t i o n ，w h i c hs a v e t h em e m o r y , a n di m p r o v et h es p e e do fs o l u t i o n ，a ne x a m p l ei sg i v e nt oc o n f i r mt h e a v a i l a b i l i t yo f t h eo p t i m i z a t i o nm o d e l k e yw o r d s ：s u p p l yc h a i n ，l o g i s t i cn e t w o r k ，f a c i l i t y l o c a t i o n ，s t o c h a s t i c p r o g r a m m i n g ，h y b r i dg e n e t i ca l g o r i t h m 学位论文独创性声明： 本人所呈交的学位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。尽我所知，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。与我一同工 作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。如不实，本人负全部责任。 论文作者( 签名) ： 学位论文使用授权说明 盛纠 c i 瑚停弓月孑e l 河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期 刊( 光盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或电 子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文 档的内容和纸质论文的内容相致。除在保密期内的保密论文外，允 许论文被查阅和借阅。论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权河 海大学研究生院办理。 敝储。：私聊年弓月 z 中日 第1 章绪论 第1 章绪论 供应链是一种全新的经营与运作模式，也是企业的一种新的竞争策略，深刻 领会其管理思想，探索其管理方法，将会有助于发挥其整体效益，对我国企业竞 争力的提高具有重要的意义。 1 。1 供应链设施选址的背景和研究意义 1 1 1 研究背景 ( 1 ) 供应链与物流网络 2 0 世纪9 0 年代以来，由于科学技术飞速进步和生产力的发展，顾客消费水 平不断提高，企业之间竞争加剧，加上政治、经济、社会环境的巨大变化，使得 整个市场需求的不确定性大大增加。面对变化迅速且无法预捌的市场，企业逐渐 意识到仅靠自身的有限资源己不可能有效地参与市场竞争，必须把经营过程中的 有关各方融入到一起，才能利用全社会一切资源快速高效地进行生产经营，进一 步减少风险、提高效率和获得竞争优势。在这种背最下，供应链管理应运而生。 所谓供应链管理，是围绕核心企业，通过对信息流、物流、资金流的控制，从采 购麒材料开始，制成中间产品以及最终产品，虽后南销售网络把产品送到消费者 手中的将供应商、制造商、分销商、零售商、直到摄终用户连成一个整体的功能 网链结构模式。它是一个范围更广的企业结构模式，它包含所有加盟的节点企业， 从原材料的供应开始，经过链中不同企、的制造加工、组装、分销等过程直到最 终用户。 供应链是一个复杂的动态系统，需要有效的协调管理方法。供应链管理就是 在认识和掌握了供应链各环节内在规律和相互联系基础上，利用管理的计划、组 织、指挥、协调、控制和激励职能，对产品生产和流通过程中各个环节涉及的物 流、信息流、资余流以及业务流进行合理调控，以期达到最佳组合，发挥摄大的 效率，迅速咀最小的成本为客户提供晟大的附加值。它不仅关注企业内部资源和 竞争力，而且关注企业外部的资源和竞争力，强调在整个供应链 对资源和竞争 力进行集成，是一种新的管理思想和方法，也是企业的一种新的竞争策略。 在经济高速发展的今天，供应链物流网络涵盖的范围已经从企业的内部延伸 到企业的外部，覆盖面包括供应商、仓库、配送中心、零售商，以及在各机构之 间流动的坂材料、在制品库存和产成品。 问流动的坂材料、在制品库存和产成品。 第1 章绪论 ( 2 ) 供应链物流管理的目标 供应链物流管理的目标是在总成本最小化、客，1 服务最优化、总库存最小化、 总周期时问最短化以以及物流质量最优化等目标之间寻找最佳平衡点，以实现供 应链绩效的最大化。 总成本最低化。众所周知，采购成本、运输成本、库存成本、制造成本以 及供应链物流的其他成本费用都是相互联系的。因此，为了实现有效的供应链物 流管理，必须将供应链各成员企业作为一个有机整体来考虑，并使实体供应物流、 制造装配物流与实体分销物流之间达到高度均衡。从这一意义出发，总成本最小 化目标并不是指运输费用或库存成本，或其他任何供应链物流运作与管理活动的 成本最小，而是整个供应链物流运作与管理的所有成本的总和最小化。 客户服务最优化。物流的本质就是集成与服务，供应链物流的本质也是为 整个供应链的有效运作提供高水平的服务。而由于物流服务水平与成本费用之间 的背反关系，要建立一个效率高、效果好的供应链物流网络结构系统，就必须考 虑总成本费用与客户服务水平的均衡。供应链物流管理以最终客户为中心，客户 的成功是供应链赖以生存与发展的关键。因此，供应链物流管理的主要目标就是 以最低化的总成本费用实现整个供应链客户服务的最优化。 总库存最小化。在实现供应链物流管理目标的同时，要使整个供应链的库 存控制在最低的程度，“零库存”反映的即是这一目标的理想状态。所以，总库 存最小化目标的达成，有赖于实现对整个供应链的库存水平与库存变化的最优控 制，而不只是单个成员企业库存水平的最低。 总周期时间最短化。当今的市场竞争不再是单个企业之间的竞争，而是供 应链与供应链之间的竞争。从某种意义上说，供应链之间的竞争实质上是基于时 间的竞争，如何实现快速有效的客户反应，最大限度地缩短从客户发出订单到获 取满意交货的整个供应链物流的总周期时间已成为企业成功的关键因素之一。 物流质量最优化，在市场经济条件下，企业新产品或服务质量的好坏直接 关系到企业的成败。同样，供应链物流服务质量的好坏直接关系到供应链的存亡。 如果在所有业务过程完成后，发现提供给最终客户的产品或服务存在质量缺陷， 就意味着所有成本的付出将不会得到任何价值补偿，供应链物流的所有业务活动 都会变为非增值活动，从而导致整个供应链的价值无法实现。因此，达到与保持 物流服务质量的高水平，也是供应链物流管理的重要目标。而这一目标的实现， 必须从原材料、零部件供应的零缺陷开始，直至供应链物流管理全过程、全人员、 全方位质量的最优化。 ( 3 ) 供应链网络设计的必要性 供应链网络能否达到其管理的目标在很大程度上取决于其物流网络设计的 2 第j 章绪论 好坏，供应链网络设计的不合理或过时将会导致设旌选址、需求分派、存货水平 设定、运送方式和路线选择等的不当，从而客户服务水平达不到要求，结果造成 物流对企业利润的贡献低于应用的水平。在市场需求变化，现有供应链网络架构 反应能力低下或成本偏高的情况下，公司不得不进行网络设计。例如戴尔公司， 当其在德克萨斯、爱尔兰和马来西亚的工厂不能取得最大效益时，公司立即在巴 西建设一处设施以满足南美市场。 所有企业都在一个动态的环境中经营，在这种环境中，变化是唯一不变的东 西，消费者和产业购买者需要的特征、技术、竞争、市场和供应商都在不停地变 化，结果就是，企业必须重新配置它们的资源，以适应和满足这一不断变化的环 境。考虑到变化的速度，任何一个现存的物流网络是否真正现代化或最新都值得 怀疑。任何一个现存的物流网络在几年后都必然是重新评价和潜在的再设计的候 选者。即使现存网络在职能上并未过时，对现存网络的分析也有可能发现削减成 本或改善服务的新机会。 1 1 2 研究意义 供应链管理是一种新的集成化管理方法和模式，它对传统的物流管理产生了 深刻的影响，引起了多方面的变革。目前，流通速度特别是物流速度是制约我国 产业升级的瓶颈。我国企业应充分领会供应链管理的新思想和新方法，从战略高 度上重新整合企业资源，提高经济运行的效率，增强企业的核心竞争力。网络设 计对供应链运营有很大影响，因为它决定了供应链的构架，并为利用库存、运输 和信息资源来降低供应链成本、提高其反应能力设置限制因素。 在供应链网络设计时，设施的选址常需要得到模型化、数量化方法的支持。 在供应链研究与应用比较先进的国家，如美国、日本、德国等，在这方面已有多 项研究报告与应用成果问世。在我国，供应链合理化的研究尚处于初级阶段。本 文建立随机需求驱动下，基于库存优化的设施选址规划模型，该模型与企业面临 的实际清况比较吻合，具有较强的适应性和延展性。同时本文使用了高效的混合 遗传算法进行模型的求解，对模型的应用有较好的支持和辅助作用。综上，本文 在供应链网络设计方面有较强的适用价值和现实意义。 1 2 国内外研究现状 企业的市场范围常常覆盖全国或者全球，而生产却可能集中在相对较少的几 个点。生产地和市场地被时空分隔，物流设施就是他们之问联系的桥梁，必须对 之进行有效的设计，才能提高整个供应链网络的绩效。设施决策是供应链网络设 第1 章绪论 计的核心内容，主要是指适应企业市场需要的物流设旌( 仓库、工厂、港口、供 应商、零售店) 的数目、位置等决策，这是供应链网络设计中最基础和最重要的 部分，它决定了整个物流系统地模式、结构和形状。主要包括以下决策内容： 数量配置，确定合适的设施数量。 区位配置，确定每个设施的地理位置。 容量配置，确定每个设施的规模。 市场和供给配置，确定每个设施应服务于那些市场，每个设施由那些供给 源供货。 设施选址的目标是，假定供应源与需求点确定的条件下，对物流网络的中间 节点进行选择或重构物流网络，在满足服务水平要求的条件下，使年系统总成本 达到最小，系统总成本包括生产和采购成本、库存保管成本、机构成本( 存储、 搬运和固定成本) 以及运输成本。 1 2 1 国外研究现状 国外在设施决策方面的研究开始的较早也较为成熟，最先研究的是最为简单 的是选址问题( l o c a t i o np r o b l e m ) 。典型的选址模型的思路是以总费用即运输 费用和与设施的建设相关的费用之和最小为目标函数，以供应地的供应量、需求 地的需求量以及设旌是否建设的o 一1 变量为约束条件来建立模型。但是这些模型 的假设条件往往不符合现代供应链网络的要求，人们根据现实问题发展了许多扩 展模型。该问题在供应链网络规划研究中是一类热点问题，其所涵盖的范围从模 型的复杂程度上包括，从简单的单一产品的确定性的线性规划模型，到多产品的 非线性随机模型。设施选址可以根据以下条件进行分类： 物流网络是否有容量限制 物流网络中心节点的层次 产品的品种数量 物流成本是否为线性 选址决策为动态还是静态 需求模式是确定性还是随机的 大多数基本的设施选址问题模型都是静态的和确定性的，这些模型都是把确 定性的数量作为输入，根据一个或多个目标，找出一个在单周期选址中唯一的最 优解。 ( 1 ) 简单的无容量限制的设施选址模型( s u f l ) 简单的选址模型处理的是单一产品，无容量限制，成本为线性的成本最小化 问题。其成本目标函数包括：运输成本和设施运行成本，其中运输成本为从设旌 第1 章结论 至顾客市场的运输总成本，与单位产品成正比线性关系；设施运行成本只含有固 定建设成本。其决策变量为选址问题( 设施是否建设) 、分配问题( 顾客市场由 那个设施提供产品) 。 e f r o y m s o na n dr a y ( 1 9 6 6 ) 进行了s u f l 的优化求解尝试，他们提出利用分 枝定界法进行模型的优化。通过变换模型的表达式，他们能够定义该线性规划的 边界问题，并利用分枝定界法进行求解。结果，他们获得了求解该问题的最快方 法。k h u m a w a l a ( 1 9 7 2 ) 对提高优化s u f i 解法的效率有显著的贡献，他提出了一 种针对s u f l 的分枝定界算法有效的分枝规则。他提出了分枝选择的四个标准， 每个标准又包含一对准则。c a b o ta n de r e n g u c ( 1 9 8 4 ) 提出了提高针对s u f l 的分枝定界算法效率的方法。该方法是一种对下界的上下惩罚法，能够在不需要 明确列举所有节点的条件下，提前预测和减少节点数量。 ( 2 ) 无容量限制的多层设施选址模型( u 1 i f l ) 该模型处理的是单一产品，多层的，无容量限制，成本为线性的成本最小化 问题。其成本目标函数包括：运输成本和设施运行成本，其中运输成本为从工厂 至顾客市场的运输总成本，与单位产品成正比线性关系；设施运行成本包括工厂 的固定建设成本和仓库的固定建设成本。其决策变量为选址问题( 工厂、仓库是 否建设) 、分配问题( 顾客市场由那些设施提供产品) 。 k a u f m a n 等( 1 9 7 7 ) 利用分枝定界算法来解决两层的分销系统选址模型，该 模型需要同时对工厂和仓库进行选址，产品在工厂中生产，经过分销中心( 仓库) 的存储，最后运输到顾客市场。e r l e n k o t t e r ( 1 9 7 8 ) 提出了对偶理论的调整算 法，一种很好的解决u m f l 的对偶线性规划解法。g a oa n dr o b i n s o n ( 1 9 9 2 ) 设 计了一种基于对偶理论的优化算法来解决u m f l 。 ( 3 ) 多产品、无容量限制的设旌选址模型( m u f l ) m u f l 是在设施选址问题中是一个十分有用的模型，该模型在简单无容量限 制选址模型的基础上提出，其中物流成本为各种产品的物流成本总和。 w a r s z a w s k i ( 1 9 7 3 ) 是第一个提出多产品选址模型概念的作者，他的贡献在 于，指出一个适应性较强的简单无容量限制选址模型应在产品种类上可以是多样 的。他还分别用分枝定界法和启发式算法求解了该模型。k 1 i n c e w i c z 等( 1 9 8 6 ) 提出了一种最优的多样性的启发式分枝定界算法来解决m u f l 。他们提出一种分 解方法，把m u f l 分解为多个单产品的问题，来计算解空间的下界。k 1 n c e w i c z 和 l u s s ( 1 9 8 7 ) 提出了一种基于对偶理论的算法来解决这类问题，这个算法是受 e r l e n k o t t e r ( 1 9 7 8 ) 的基于对偶理论算法的启发。 ( 4 ) 简单容量限制的设施选址模型( s c f l ) 被选设旆具有容量限制，这类模型是在简单无容量限制( s u f l ) 的基础上， 第1 章埒；论 增加容量限制的约束条件。d a y is 和r a y ( 1 9 6 9 ) 最早提出该模型并求解s c f l 。 a i k e n s 和k h u m a w a l a ( 1 9 7 7 ) 提出了一种算法，该算法是k h u m a w a a ( 1 9 7 2 ) 文中提到的定界准则算法的应用，该应用是在容量限制的条件下的一个混合节点 选择算法。n a u s s ( 1 9 7 8 ) 提出了一种分枝定界算法来求解该模型，该算法使用 了“钉木钉准则”，一种可以显著减少分枝操作数量的准则。 ( 5 ) 多产品容量限制实施选址模型( m c f l ) e l s o n ( 1 9 7 2 ) 是第一个提出解决多产品容量限制的实施选址问题。模型考 虑一个单层的运输存储节点( 分销中心) 。模型的决策变量为扩展现存施舍与新 增开实施间的选择，并且满足不同顾客市场的服务水平。该模型的特点是不同种 类的产品通过分销中心运输时，其来源可不一致。g e o f f r i o n 和g r a v e s ( 1 9 7 4 ) 第一个优化了产品选址问题。该模型不但解决了设施选址问题，同时也解决了产 品到顾客市场的分配问题。l e e ( 1 9 9 1 ) 提出了一个通用的容量限制设施选址问 题，该问题是一个多产品、多种类型设施的模型。他提出了一种基于b e n d e r 分 解方法的优化算法来求解该问题。l e e ( 1 9 9 3 ) 扩展了该模型，提出了一个针对 多产品、多种类型有容量限制设施的通用选址模型，并且用结合b e n d e r 的分解 方法和拉格朗日松弛算法进行求解。 ( 6 ) 动态设施选址模型( d f l ) 尽管很多文献对设施选址问题进行了多方面的改进，但这些模型都是基于一 个静态环境，但他们无法提供一种时间上持续的最优选址。基于单周期数据的优 化网络设计，在考虑多周期的情况可能是次优解。在动态设施选址问题中，设旌 选址和分配顾客市场在各周期的最优解是同时决定的，决策的目标为各周期物流 总成本的最小化。设施在各周期的选取序列以及分配模式，对运输、分配和设施 扩容起着重要的作用。但是获得多周期动态选址问题的最优解是不大容易的，因 为该问题属于一个n p 难问题( k r a r u p 和p r u z a n1 9 8 3 ) 。 1 2 2 国内研究现状 国内供应链设施选址方面的研究与应用开始的较晚，可供参考的文献与案例 也比较少。在实际研究中根据企业的具体问题，模型的优化目标可以分为：基于 运输成本的设旋选址，基于库存优化的设施选址。另外，根据设施选址基于的需 求条件可以分为确定性需求驱动和随机需求驱动。 ( 1 ) 基于运输成本优化的设施选址问题 孙元欣、黄培清( 2 0 0 1 ) 建立了竞争型连锁经营网点选址模型，用于解决多 个新增网点的选址和预算分配闯题，该模型对于供应链前端网点的优化配置，具 有较强的现实意义和应用价值。文章归纳分析了预算固定分配与预算可变分配两 6 第1 章绪论 种类型的选址模型，以及基于w e is z f e l d 的启发式算法。由于该问题属于非线性 规划问题，采用启发式算法，有可能落入局部优化解。文章提出了基于遗传算法 求解该问题的可能、步骤和具体方法，并给出了计算实例。 孙会君、高自友( 2 0 0 2 ) 对已有多个配送中心存在的前提下，新增配送中心 为获取最大市场占有量如何进行有效的选址决策问题进行了研究，建立了一个选 址决策模型，把求解的问题归结为无约束的非线性规划问题，并给出了迭代算法， 最后对如何解决考虑多种选址影响因素及多个新增配送中心的复杂情况进行了 讨论。 盒海和等( 2 0 0 2 ) 针对需求拖动式供应链中，多供应商、多产品、多客户分 销配送网络的优化设计问题，在考虑需求分配的情况下，提出了分销配送网络的 优化模型。为了求解优化模型，提出了基于混合遗传算法求解混合0 - 1 整数规划 问题的算法，它是用遗传算法搜索o - 1 变量的最优解，将其他算法融入遗传算法 中，对非0 一l 变量进行求解的一种算法。 郭士正、卢震( 2 0 0 4 ) 研究仅具有制造商和销售商的二级供应链模型，这类 模型广泛适用于服务销售系统建立了不但具有选址及市场顾客配置作用，还具 有对于市场销路调控的供应链混合整数规划模型，设计了适用于这种混合整数规 划供应链管理决策的遗传算法对于服务销售中的实例奶品零售问题进行了 供应链仿真实验，仿真效果趋于客观。 任春玉、王晓博( 2 0 0 4 ) 考虑电子商务环境下的物流配送特点，将物流配送 中心选址模型从变动费用和时间约束的条件上进行修改，建立适用于电子商务环 境下的物流配送中心选址模型。与原有模型相比，这些特点使得物流配送中心选 址模型在模型的合理性上和实际应用上有了很大的改进，由于选址模型是n p 问 题，采用启发式算法进行求解。 孙会君、高自友( 2 0 0 4 ) 从供应链集成的角度出发，利用双层规划模型描述 了二级分销网络优化问题，充分考虑了网络决策部门及客户双方的自身及共同利 益。同时设计了启发式求解算法。最后用简单实例验证了模型及其算法的有效性。 韩庆兰、梅运先( 2 0 0 4 ) 通过建立选址决策的模糊评价矩阵，利用b p 人工 神经网络来处理数据，可避免传统算法的不足，较客观地对多个选址方案的优劣 进行评价，并引用实例说明该方法的实现过程。 吕海峰等( 2 0 0 4 ) 在对g i s 网络分析方法的阐述和p 中心选址模型的分析的 基础上，建立了配送中心选址优化模型。该模型通过引入商品保管费用、处理费 用、配送中心建造费用对p 中心选址模型进行了拓展，并通过总费用最小化确定 配送中心的数量、位置以及资源点与配送中心、配送中心与用户之间的供需关系。 黄海新等( 2 0 0 4 ) 为了提高求解分销网络优化模型的运算效率，从供应链的 第1 章绪论 集成和协作角度出发，采用一层的规划方法建立二级分销网优化模型。针对该模 型，提出一种独特的简化的基因表达方法，采用遗传算法，并建立一个精简实用 的编码方法，侠速求解模型。最后通过仿真试验验证了优化模型的正确性和算法 的有效性。 郜振华，陈森发( 2 0 0 5 ) 在分析有竞争的物流配送中心选址特点的基础上。 引入了一种有竞争的物流配送中心选址模型。由于该模型是一个组合优化问题， 具有n p 难的性质，用常规算法对其进行求解时，经常会陷入局部优化解”针对这 一情况，提出一种求解该模型的混合遗传算法，该算法主要利用d r e z n e r 算法的 局部搜索性能来提高遗传算法的寻优能力。研究结果表明该算法能很好地处理有 竞争的物流配送中心选址问题。 ( 2 ) 基于运输、库存优化的选址问题 张长星、党延忠( 2 0 0 3 ) 通过对库存、定位和分配之间的关系进行研究，建 立整合库存控制的分销网络设计模型l i m ( l o c a t i o ni n v e n t o r ym o d e l ) 。此 模型和以往的分销网络设计模型不同之处在于，l i m 将分销中心的订货费、存储 费和缺货费考虑到设计模型中，并且在求解定位一分配问题的同时，也确定了分 销中心订货策略中的订货点和订货量。由于两个问题是同时求解的，这使得分销 网络设计中的决策更加科学。 谭凌等( 2 0 0 4 ) 研究了需求不确定! 存在运输规模经济下的连锁零售企业的 配送中心选址问题。在传统选址分析中加入了详细的库存系统分析，在此基础上， 以配送中心和门店的服务水平为约束条件，建立了较为全面的配送系统年总成本 优化模型，并通过该模型找到了各方案下的最优库存水平和最小成本，从而选出 最佳方案。最后，通过仿真，分析了需求变化和运输距离变化对系统的总成本以 及方案选择的影响，为连锁零售企业的物流配送中心选址提供了决策支持。 ( 3 ) 基于随机需求的选址问题 赵晓煜、汪定伟( 2 0 0 2 ) 提出了供应链中二级分销网络优化设计的模糊机会 约束规划模型。模型中将各个需求地对产品的需求量以及各分厂的生产能力等难 于确定的参数看成是模糊参数，并进一步讨论了如何将模型中的机会约束清晰 化。还讨论了采用启发式算法同分枝定界法相结合以提高问题的求解速度。 宓燕、陈伟达( 2 0 0 3 ) 给出供应链中二级分销网络优化设计的机会约束规划 模型。模型中将各个分销中心的需求量和各工厂的生产能力设为随机参数，并进 一步讨论如何将模型中的机会约束转化为确定性等价类问题。 戎晓霞( 2 0 0 4 ) 针对现实中普遍存在的不确定环境，提出了当需求量为一般 的不确定量：区间数时，物流配送中心选址的区间规划模型，并依据不同的决策 标准，将其转化为确定的单目标或多目标规划模型。基于m a t l a b 模拟的数值实 8 第1 章绪论 例也显示了该优化问题的现实性与最优解的多样性。 李晔、陈燕( 2 0 0 4 ) 通过对多产品，多级供应链网络的分析，提出了一种基 于随机需求的多级供应链网络的优化模型。采用非线性混合整数数学规划方法， 得到的供应链成本最小，针对在供应链中需求的多变性，应用反馈控制器来维持 所有节点的产品库存，以此达到供应链的稳定。最后，应用仿真分析了反馈控制 器对降低不稳定性的效果。 1 2 3 目前存在的主要问题 从目前现有的研究成果来讲，对供应链设旖选址的研究主要存在以下两方面 的问题： ( 1 ) 设施及其相应的能力，是供应链运营的一个关键驱动要素，它影响供 应链的反应能力和赢利水平。因此，在进行设施选址的研究时，应综合考虑供应 链的成本问题和反应速度。在已有的研究文献中，绝大部分研究都是建立在成本 优化的基础上，对反应速度考虑的较少，如何度量反应速度、如何将成本优化与 反应速度优化结合，都将是今后供应链研究的新课题。 ( 2 ) 国内在供应链设施选址问题的研究还处于起步阶段，很多研究还处于 理论研究层面，距离实证研究还有一定距离。不同行业、不同企业其供应链的类 型都不尽相同，因此，在进行选址问题研究时，应根据其供应链的特点进行建模 与求解。如何将供应链设旌选址的实际问题模型化，如何设计适用性、可行性强 的模型，都将是以后研究工作的重点。 1 3 本文的研究内容与结构 1 3 1 主要研究内容 ( 1 ) 供应链设旌选址的内容、步骤和方法。 ( 2 ) 建立随机需求驱动下，基于库存优化的设施选址随机规划模型，并利 用期望值模型将随机规划转变为确定性规划。 ( 3 ) 遗传模拟退火算法的基本理论、软件实现和对规划模型的求解。 ( 4 ) 选取典型企业物流网络分销中心选址问题，应用上述理论方法进行实 证分析。 9 第1 章绪论 1 3 2 研究方法 目前随机规划这一学科的理论的许多方面还不完善，所研究的一些计算方法 也不成熟。尽管如此，近年来，由于它在管理科学、运筹学、经济学、最优控制 等学科和应用中显示出愈来愈强的生命力。本文中在随机需求驱动下的规划模型 足一个随机规划，由于随机规划无法直接求解最优，本文采用期望值模型将随机 规划转变为确定性规划，即在期望约束下，使目标函数的期望值达到最优的数学 规划。 转变后的随机规划模型是一个有约束的非线性规划问题，难以保证其可行域 为凸集，用常规算法求解时，经常会陷入局部优化解，因此，本文采用有良好局 部搜索能力的模拟退火算法与擅长全局搜索的遗传算法相结合构成的混合优化 算法进行求解。 本文的两点创新之处： 在建模方法上，建立随机需求驱动下，基于库存优化的设施选址随机规划 模型。 在模型求解上，利用期望值模型将随机规划转变为确定性规划，并采用有 良好局部搜索能力的模拟退火算法与擅长全局搜索的遗传算法相结合构成的混 合优化算法进行求解。 1 3 3 技术路线 本文是设施选址优化为主题，主要的流程包括问题的提出、模型的建立、模 型的求解、案例的分析。技术路线如图1 1 所示。 1 0 第1 章绪 仑 图1 1 本文的技术路线 第2 章供应链技施选址问题分析 第2 章供应链设施选址问题分析 2 1 供应链物流设施的相关概念 2 0 世纪下半叶，物流活动由一般性送货开始向各货、送货一体化发展。为 了适应不同层次的消费需求，零售业中连锁经营、专营店、无店铺销售等各具特 色的业态应运而生，为商品流通提供了多样化的渠道，也推动了流通环节的高效 化和重新组合。作为物流节点的仓库从原来的单一保管功能迅速向收货、分货、 装卸、加工、配送等多功能方向发展，港口、码头、汽车和火车货站、机场货站、 城市仓库等物流节点都在扩展自己的功能，许多物流节点逐渐演变为现代化的物 流设施。在本文中讨论的物流设施主要是指用于承担连接供应、需求，且从事大 规模、多功能物流活动的场所，如仓库、分销中心、配送中心等。 2 1 1 物流设施的分类 ( 1 ) 按隶属关系角度分类 大型企业自有的物流设施 这类物流设施一般由规模较大的大型企业出资兴建，其目的是为本企业生产 的产品进行实体分配。这些企业往往都拥有自己的物流配送中心和运输工具，有 的还拥有专用的码头。这些大的企业规模很大，大得足以使生产原材料、产成品 的运输、仓储部分独立出来，成为物流配送中心。在发达国家这类物流设施数量 比较多，如松下、丰田、沃尔玛、家乐福等大型跨国企业都拥有自己的物流设旌， 而且其规模与辐射范围都比较巨大。可以预见，尽管第三方物流日渐被人们接受， 大型企业自办物流也不会消亡，因为这种物流配送中心有本企业产品的支持，有 的物流系统甚至已经成为该企业的一种核心竞争力。 专业物流企业设立的物流设施 专业物流公司如仓储、运输企业可以建设物流设施，如仓储企业，它是物流 的节点，拥有土地、库房、站点和装卸设备，功能的扩展就可以演变成现代物流 设施。运输企业设立物流配送中心，是因为它需要物流节点以整理、配载、换载 货物，达到扩大功能的目的。这些都是由于专业的物流公司业务的延伸所导致的， 是提高其物流水平的必然结果。如：联邦快递位于菲律宾苏比克湾的亚洲转运中 心，其位置恰好处于亚太地区的一个中心点，这就保证了联邦快递在到达亚太主 要城市均可以最迟在每天下午工作日结束前后收取快件。 麓2 章供应链设施选址问题分析 社会化的物流设施 为了与大型连锁企业公司竞争，由些小型零售企业加盟合作，自愿组合， 由政府出资，或有众多企业集资建成的社会化的物流设施。这类物流设施拥有公 共使用的装卸货平台、设备、设施，拥有可以分割产权或分割成单元的库房。这 样的配送形式，既解决了中小型企业因规模小、资金少而难以实现低成本经营的 问题，也实现了物流设旌充分利用的社会效益。 ( 2 ) 按物流的流向分类 供应物流设施 供应物流设旌是专门为某个或某些用户( 如大型购物中心) 组织供应的物流 配送设施。例如，为大型连锁超级市场组织供应的物流配送中心；代替零件加工 厂送货的零件物流配送中心，使零件加工厂对生产厂的供应合理化。 销售物流设施 销售物流设施是以销售经营为目的、以配送为手段的物流配送设施。建立销 售物流配送设施有三种类型：一种是生产企业为提高自己产品至下游厂商的物流 效率而设立的物流配送设施；另一种是大型零售企业或是连锁企业自有的物流配 送设施；第三种是为了扩大生产企业和商业企业的服务范围而建立的社会化物流 配送设施。 ( 3 ) 按流通货物种类分类 根据流通货物种类不同，也可将物流配送设施分为日用品物流配送设施、医 药品物流配送设施、家用产品物流配送设施、电子( 3 e ) 产品物流配送设施、书 籍产品物流配送设施、汽车零件物流配送设施，等等。 2 1 2 物流设施的主要功能 ( 1 ) 集货发货功能 这一功能就是指将分散的、小批量的货物集中起来，便于集中处理的功能。 生产型物流配送设旌往往从各地采购原材料、零部件，在进入生产组装线前，总 要集货，以便按生产的节拍投入物料。 ( 2 ) 配送功能 物流配送设施根据客户需要，将货物按时按量送至客户。可以为同一用户配 送多品种、多规格的货物，也可以是一台车次为不同用户配送一种或多种货物。 可以为生产厂商配送原材料、零部件，也可以为零售商、最终客户配送生活资料。 ( 3 ) 存储功能 为了满足市场需求的及时性和不确定性，不论何类物流配送设施，均需具备 存储功能。存储功能主要在于保存商品的使用价值，减少自然损耗，更重要的是 第2 章供应链设施选址问题分析 保证生产企业的连续不间断生产和满足消费者的需要，以免引起因货物断档而造 成的市场恐慌。有时也是为了配合企业的相关生产或销售计划而进行存储。 ( 4 ) 信息汇集功能 物流设施由于集成了多种功能，大量的物流必然导致设施会成为信息中心， 货物到达、分发、存储保管、销售、客户、价格、运输工具及运行时间等各种信 息在这罩交汇、收集、整理和发布。此功能的建立，一方面需要物流设施实现物 流作业的自动化和智能化，建立一个有效地信息系统；另一方面要求通过通信网 络、企业内部网络将物流设施的信息快速地传递至上下游的节点企业或企业内部 的其他部门。 ( 5 ) 多样性的服务功能 传统的物流配送设施只负责与物资实体移动有关的运输、存储等工作，现代 物流配送设施在更大范围、更高层次上对传统物流业务进行了优化和扩展。具有 信息化、社会化和现代化特征的物流配送设旌把商流、物流、信息流三者有机地 结合在一起，使商流和物流在信息流的指令下运行，及时、准确的信息保证了商 流和物流的高质量与高效率。如，融合物流与资金流的含有金融创新业务的物流 配送设施。 2 1 3 设旌选址的在物流网络规划中的作用 物流网络规划主要是运用数学方法对物流网络结构、物流设旌和运输线路进 行规划，在保证顾客服务水平的前提下，尽可能降低货物在空间转移过程中的成 本。 ( 1 ) 物流网络结构 物流网络结构是指物品从生产区域到消费区域的空间转移过程中移动( 运 输) 和静止( 中转集运、换装、分拣、库存、包装等) 的控制策略与组织方式。 网络结构决定了不同层次的节点在整个网络中承担的任务是不同的。节点通常都 起着连接不同运输模式的作用。反映在对选址的要求上：层次越高的节点，所承 担的中转任务越多，承担运距越远；从而，高层次的节点在选址上更加靠近交通 运输枢纽；反之，最低层节点主要承担周期库存，进出库运输设备基本上都是卡 车，适应范围广，选址时主要考虑地价等固定成本。 ( 2 ) 物流设施选址 物流设施的选址问题考虑的是在某一指定或不定的物流区域内，各需求点已 给定的条件下，选择配送设施的数量和最佳位置，使物流设施的运作成本及运输 成本降到最低。选址决策涉及到的影响因素非常多，其中运输成本和效率是物流 设施选址决策中要考虑的重要因素。 1 4 第2 章供应链殴施选址问题分析 ( 3 ) 运输线路优化 合理地规划运输线路的选择对运输成本起着决定性的影响，即使一条路线一 次运输节约费用彳i 多，但由于次数多，总费用能降低很多，所以必须在全面计划 的基础上，制定高效的运输路线，选择合理的运输方式和运输工具。合理确定配 送路线就是用最少的运力，走最短的里程，花最少的费用，经最少的环节，以最 快的速度把货物运至用户手中。确定配送路线涉及的因素很多，主要因素有运输 距离、运输环节、运输工具、运输时间、运输费用等。 在物流系统中，物流设施和运输线路共同组成了物流网络，物流设施处在网 络的( 节点) 上，运输线就是连接各个( 节点) 的( 线路) ，从这个意义上看， 节点决定着线路。由此可知，设施选址是物流网络规划的核心决策。 2 2 设施选址规划 物流设施选址，是指在个具有若干供应点及若干需求点的经济区域内，选 一个地址设置物流设施的规划过程。较佳的物流设施选址方案是商品通过物流设 施汇集、中转、分发，直至输送到需求点的全过程的总体效益最好。 2 2 1 设施选址的原则 ( 1 ) 动态性原则 在物流设施的选址中，对环境条件和影响因素要从动态出发，在详细分析现 状及合理预测未来变化的基础上对物流设旅选址作出决策。许多与物流设施相关 的因素不是一成不变的。例如，用户的数量、需求量、设施的经营成本、商品价 格、交通状况等都是动态因素，所以在物流设施的规划时，应以发展的目光来考 虑该问题，同时，物流设施的规划设计应有一定的弹性机制，以便将来能够适应 环境变化的需要。 ( 2 ) 适应性原则 物流设施的选址应将国家或地区的物流网络作为一个大系统来考虑，使物流 设施的设备在地域分布、物流作业生产力、技术水平等方面与整个物流系统相适 应。同时物流设施的选址与国家或地区的经济发展方针、政策相适应，与我国物 流资源分布和需求分布相适应，与国家经济和社会发展相适应。 ( 3 ) 经济性原则 在物流设施的发展过程中，有关选址的费用，主要包括建设费用及物流( 经 营费用) 两部分。要合理规划设施数量与规模，要考虑以下因素的影晌：物流费 用的构成、商品由工厂到配送中心的输送费、配送中心的营运费、配送费、在库 笫2 章供应链设旌选址问题分析 维持费、收发货处理费等。在设施选址问题中，可以将总投资费用最低、营运成 本最低、配送费用最低作为目标函数，建立数学模型或利用线性规划方法求得最 优解。 ( 4 ) 战略性原则 物流设施的选址应具有战略眼光。一是要考虑全局，二是要考虑长远，局部 要服从全局，眼前利益要服从长远利益，既要考虑目前的实际需要，又要考虑长 远的发展。 2 2 2 设施选址的影响因素 ( 1 ) 企业外部因素 经济因素 宏观经济因素包括税收、关税、汇率和其他一些经济因素，这些因素是独立 于单个企业的外部因素。如果一个国家关税高，企业要么就放弃这个国家的市场， 要么就在该国建设生产厂以规避关税，导致供应链网络在更多的地方进行生产， 配置在每个地方的工厂生产能力都较小。因此，关税对供应链网络布局决策有很 大影响。汇率波动对服务世界市场的供应链的利润有显著影响，一家公司在美国 销售其在日本生产的产品，就面临着日元升值的风险。在这种情况下，生产的成 本用曰元衡量，而收益却用美元衡量。因此日元升值将造成生产成本的增加，从 而减少企业的利润。虽然可以运用金融工具化解汇率风险，因为金融工具可以限 制或规避汇率波动带来的损失。然而，设计良好的供应链网络，提供了利用汇率 波动增加利润的机会。随着贸易的增长和市场的全球化，宏观经济因素对供应链 网络的成败产生了很大的影响。 政策因素 政策环境条件也是物流设施选址评估的重点。政策环