联合库存策略的配送网络选址分配研究--优秀毕业论文 可复制黏贴.pdfVIP

硕士学位论文硕士学位论文 联合库存策略的配送网络选址分配研究 study on location and allocation with consideration on inventory strategy of distribution network 张张 芳芳 芳芳 哈尔滨工业大学 2009 年 12 月 国内图书分类号 f272 3 学校代码 10213 国际图书分类号 658 114 8 密级 公开 管理学硕士学位论文 联合库存策略的配送网络选址分配研究 硕 士 研 究 生 张芳芳 导师 田青副教授 申请学位 管理学硕士 学 科 专 业 企业管理 所在单位 深圳研究生院 答辩日期 2009 年 12 月 授予学位单位 哈尔滨工业大学 classified index f272 3 university code 10213 udc 658 114 8 security level public thesis for the master degree in management study on location and allocation with consideration on inventory strategy of distribution network candidate zhang fangfang supervisor associate prof tian qing academic degree applied for master of management specialty enterprise management affiliation shenzhen graduate school date of defence december 2009 degree conferring university harbin institute of technology 哈尔滨工业大学管理学硕士学位论文 i 摘 要 配送网络是联接生产企业和客户的通道和纽带 设计和运营一个 合理 高效的配送网络 可以使企业提高客户服务水平 核心竞争力 和生产柔性 增加渗入新市场的能力 通过降低库存提高工作效率 达到成本和服务之间的有效平衡 这是在当前客户驱动的竞争环境下 提高客户满意度 降低配送网络成本 增强制造企业竞争力的重要途 径 本文对配送网络中的配送中心定位 客户分配和库存策略三个子 问题进行分析和研究 目标就是在达到某一客户服务水平的条件下 确定所需要建立的配送中心位置 所选配送中心的客户分配情况及其 库存策略 以期最小化配送网络的总成本 本文在考虑客户需求服从正态分布 订货到货具有提前期 配送 中心有存储能为限制的前提下 将库存策略与配送中心选址分配作为 整体进行研究 为了在达到一定客户服务水平的同时可以减少商品的 安全库存量 选择了定量订购库存策略 以配送网络的成本最小化为 目标 提出了一个库存控制决策和配送中心选址分配决策相结合的决 策优化模型 为了更合理的设计配送网络 本文提出的联合库存策略的配送网络 选址分配模型 不仅考虑了选址和分配对配送网络效益的影响 同时考 虑了配送中心的库存策略 该模型的目标是使配送网络的总成本最小 总成本包括建设费用 存储费用 工厂到配送中心的运输费用 配送 中心到客户的运输费用 订货费用 本文将该模型建立成为了一个非线性整数规划模型 基于遗传算法 对模型进行求解和分析 并应用于某饮料集团的配送网络优化设计 它可以有效地用于解决配送网络优化设计问题 为企业的应用提供了 实用工具 为管理者提供配送中心的选址 分配及库存策略的决策参 考 关键词 配送网络 选址分配 库存策略 哈尔滨工业大学管理学硕士学位论文 ii abstract for distribution network is the channel and ligament from factories to customers designing and operating a good distribution network is significant important to an enterprise because excellent distribution network can improve customer service level competition ability the ability to enter in a new market manufacture flexibility make an effective tradeoff between cost and serve and so on it is an important way to improve the customer satisfaction level and strengthen the manufacturing enterprise s competitive power this thesis studies the sub problems of distribution network location of distribution centers allocation of customers inventory strategy to make sure the location of distribution centers the customers which they serve and their inventory strategies which can minimize the total cost of the whole network on certain customer service level this thesis proposes an approach to incorporate inventory strategies decisions and location and allocation decisions into typical facility location models which are used to solve the distribution network design problem inventory strategy of quantity order is chose to reduce safety inventory on certain customer service level a model is developed considering a stochastic demand and lead time to minimize the total cost of the whole distribution network for a more reasonable distribution network the model this thesis addresses contains three aspects not only location and allocation but also inventory strategy the goal of this model is to minimize the total cost that includes the fixed inventory transportation and order cost this model is formulated as a nonlinear integer programming problem for which this thesis presents genetic algorithm to solve and analyze the model and apply it on designing the distribution network of a drink group which can solve the problem effectively and provide reference for the manager to determine the location allocation and inventory strategies of distribution centers keywords distribution network location allocation inventory strategy 哈尔滨工业大学管理学硕士学位论文 iii 目 录 摘 要 i abstract ii 第 1 章 绪论 1 1 1 研究背景及选题意义 1 1 2 文献综述 2 1 2 1 国内外研究选址问题综述 2 1 2 2 国内外研究联合选址问题综述 5 1 2 3 国内外研究选址方法综述 8 1 2 4 国内外研究评述 15 1 3 本文研究的主要内容及方法 16 1 3 1 主要内容 16 1 3 2 主要方法 17 1 4 本文的技术路线 18 1 5 本文的创新之处 18 第 2 章 配送网络相关理论与方法 19 2 1 配送网络相关概念 19 2 1 1 配送 19 2 1 2 网络 19 2 1 3 配送网络 19 2 1 4 配送网络设计 20 2 1 5 配送中心的概念 21 2 1 6 二级配送网络 21 2 2 配送网络成本分析 22 2 2 1 库存维持成本 22 2 2 2 订货成本 23 2 2 3 运输成本 23 2 3 库存相关理论 24 2 3 1 库存相关概念 24 2 3 2 库存策略选择 24 2 4 不确定性 26 2 5 遗传算法相关理论 26 2 5 1 遗传算法基本概念 27 2 5 2 遗传算法基本流程 27 2 5 3 遗传算法特点 29 哈尔滨工业大学管理学硕士学位论文 iv 2 6 本章小结 30 第 3 章 配送网络模型设计 31 3 1 问题描述 31 3 2 基本假设 31 3 3 参数和变量设计 32 3 4 建模与分析 33 3 5 方法选择 37 3 6 本章小结 38 第 4 章 模型求解 39 4 1 编码表达 39 4 2 适应度函数的确定 40 4 3 参数和变量的确定 40 4 4 遗传操作 44 4 5 遗传算法的终止 45 4 6 开发环境 45 4 7 本章小结 46 第 5 章 案例分析 47 5 1 案例背景 47 5 1 1 企业现状 47 5 1 2 存在问题 47 5 1 3 问题分析 48 5 2 建立模型 50 5 2 1 问题描述 50 5 2 2 基本假设 50 5 2 3 建立模型 51 5 3 求解分析 52 5 3 1 模块设计 52 5 3 2 客户服务水平对总成本的影响 54 5 3 3 选定的配送中心的库存策略 58 5 4 本章小结 60 结论 61 参考文献 62 附 录 66 哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明 68 哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书 68 致谢 69 哈尔滨工业大学管理学硕士学位论文 1 第1章 绪论 1 1 研究背景及选题意义 供应链的三个主要阶段可划分为采购 制造 配送 在面向客户 的制造环境中 制造企业的发展动力已由传统的生产转向配送和服务 所提供的附加值 在供应链中 建立良好稳定的配送网络是企业提高 竞争力的重要方法 供应链管理是对供应商 制造商 中间商及最终 客户之间物流 信息流 资金流的有效控制 旨在企业较好地管理从原 材料 产品 客户的全过程 最终提高客户满意度 减少成本 增强企 业竞争力 供应链管理主要包括采购 制造和分销配送三个阶段 在 传统的制造环境下 采购和制造环节管理是供应链管理重点 随着市场压力增大 客户需求日益多样化 供应链重心向需求方转 移 供应链表现为由市场和客户驱动的 需求链 在面向客户的制造 环境中 企业驱动力由生产转向通过配送和服务提供的附加值 因此 合理地建立配送网络 加强配送环节管理 是当前客户驱动的竞争环境 下 提高客户满意度 增强企业竞争力的重要途径 供应链配送系统是 一个包含制造商 配送中心及客户等多级网络系统 配送网络中每一 级都是独立利益实体 本文的研究拓展了选址问题的研究范围 选址问题是供应链管理 中一项重要的研究内容 许多学者对选址问题特别是物流系统中的设 施选址问题进行了大量研究 并且提出了大量的具有现实意义的选址 模型 提高供应链竞争能力 供应链优化的目标就是以供应链为基本 单位 在满足供应链的成员企业战略竞争要求的情况下 供应链运行 成本最小化 供应链的利润最大化 满足客观市场环境的需要 配送 网络是联结生产企业和客户的通道和纽带 设计和运营一个合理 有 效的配送网络 可以使企业提高客户服务水平 市场竞争力和生产柔 性 增加渗入新市场的能力 达到用较低的成本实现较高的服务水平 通过降低库存提高工作效率 哈尔滨工业大学管理学硕士学位论文 2 1 2 文献综述 学术界对选址理论研究己有一个多世纪的历史 相关文献非常多 涉及仓库 生产中心 厂房 通讯网络设计 运输中心等经营性设施 的选址以及紧急服务设施 健康中心 血库 废物处理厂等公共服务 性设施的选址 从总体上看 可以把这些文献分为两大类 第一类是单独研究选 址问题 第二类是结合物流管理的库存战略 运输战略 客户服务目 标等其它战略研究选址问题 1 2 1 国内外研究选址问题综述 选址理论的研究最早源于阿尔弗雷德 韦伯 alfred weber 对选 择一个仓库的位置 使得仓库和客户之间总距离最小的研究 从不同角度 可把选址问题分类如下 1 按设施的数量划分可分为单元选址和多元选址 单元选址问题无需考虑竞争力 需求分配 集中库存的效果 设 施成本等因素 其首要考虑的因素是运输成本 多设施选址则需要考 虑上述因素 由于单元选址因素中只包含运输费率和节点的货物运输 量 所以比较简单 数学上把这类模型归为静态连续选址模型 随后 该模型又出现了许多推广的形式 其中主要有 donald j bowersox的 考虑客户服务和收入的模型 1 allan e hall解决多节点选址问题的 模型 2 和leon cooper引入非线性运输成本的模型等 3 2 按时间纬度划分可以分为静态和动态两类 静态方法以某一单一时期的数据为基础进行选址 当选址规划一 次跨越多年时 则需使用用于多个阶段选址规划的动态方法 配送网 络从一种布局形式转换到另一种布局形式需要付出一定的成本 动态 方法的目标就是寻求随时间变化的最优布局 一般而言 分销中心 配 送中心 消防站 急救中心等设施一旦修建要服务很长时间 但影响 选址决策的因素如需求 运输成本等是变化的 再次规划 建设新的设 哈尔滨工业大学管理学硕士学位论文 3 施点成本太高 动态选址问题应运而生 ballou第一个提出了动态选址问题 他提出静态 确定型选址模 型在应用上没有考虑到时间的变化 并研究了如何选择一个仓库使其 在规划期内实现利润最大化 他的方法是在决策期内的每个阶段 求 解出最优仓库位置 建立一个 好位置 集合 然后使用动态规划方 法来求出决策期内一系列最优位置集合 4 wesolowsky研 究 了 一 个 无 约 束 的 有 限 规 划 时 期 的 单 设 施 选 址 问 题 他在其中加入了再选址成本 5 徐利民等考虑用动态规划技术解决仓储中心的动态选址问题 把 动态选址看作随时间变化的多阶段决策问题 每一阶段的选址决策不 但决定本阶段的效果 也影响到整个后续阶段的效果 6 企业可以根据 规划期内 客户需求量和费用水平的变化预测 在静态选址模型结果的 基础上 利用动态规划法求解最优选址方案的时间变化轨迹 动态规划 法求解的基本思想是 将一个比较复杂的问题分解为一系列同一类型 的较易求解的子问题 先按照整体最优的思想逆序求出各个阶段的最 优决策 然后再按顺序求出整个问题的最优解 伍少坤 黎夏 刘小平 龚友夫在选址模型中考虑城市扩张形态 构 建一个具有动态发展观的选址模型 将地理元胞自动机 geoca 结合到 location allocation模型中 利用geoca模拟和预测城市土地利用变 化 试图达到动态地考虑选址结果的目的 假设城市扩张形态仅对人口 密度再分布情况造成的影响 即城市扩张后 人口将随着建成区的变化 而发生再分布 7 综合以上研究发现 通过三种方法可以找到随时间变化的最优布 局 第一 可以使用现期条件和未来某年的预期情况来找出配送中心 的最佳位置 根据现年与未来年份之间的平均条件进行布局 第二 找 出当前最优网络布局 并进行实施 随后 在每年到来 且该年的数据可 得时 找出新的最优布局 这种方法适用于只能对未来很短时期作准确 预测的情况 三 利用预测的数据在计划初期就找到一个随时间变化的 最优布局变化轨迹 精确地反映什么时候需要转换成新布局 以及应该 哈尔滨工业大学管理学硕士学位论文 4 转换成什么样的布局 这种方法适用于当能对更长时期作准确预测时 3 按选址问题目标区域的特征分类 按照选址目标区域的特征 可以将选址问题分为连续选址 网格 选址及离散选址 a 连续选址 考察连续空间内所有可能的点 认为物流中心的地点可以位于平 面上的任意位置 以此为基础选择最优布局 连续模型代表性的方法 是重心法 这个方法的优点是不限于在特定的备选地点进行选择 灵 活性大 但是 由于自由度较大 实际上很难得到最优地址 典型的 应用是一个企业的配送中心初步选址 b 网格选址 待选区域是一个平面 被细分成许多相等面积的区域 候选地址 数量是有限的 但也是相当大 典型的应用是仓库中不同货物的存储 位置的分配 通过网格选址可以将一个复杂的选址问题进行初步分解 c 离散选址 目标选址区域是一个离散的候选位置的集合 候选位置的数量通 常是有限的且非常少 这种选址问题是比较切合实际的 然而相关的 计算和数据收集成本是比较高的 典型的应用是一个企业的配送中心 的详细选址设计 4 确定型模型与不确定型模型 确定型模型即客户需求 运输时间 建设成本等系统变量为确定 值 这一假设与实际情况往往不符 而后很多学者将确定性模型拓展 为不确定模型 比如假设上述系统变量为随机变量 或模糊变量等 其中以随机需求与随机的运输时间的研究为主 5 按产品种类分单一产品和多产品 选址分配过程中对于产品的考虑 有简单的单一产品 也有复杂 的多产品 6 按选址约束分类 根据选址问题的约束种类 可以分为有能力约束的选址问题和无 哈尔滨工业大学管理学硕士学位论文 5 能力约束的选址问题 以及有不可行区域与无不可行区域的选址问题 a 有能力约束与无能力约束 如果新设施的能力没有限制 那么选址问题就是无能力约束的选 址问题 反之 就是有能力约束的选址问题 b 不可行区域约束 如果在目标区域内有些区域不适合作为选址地点 那么这个选址 问题就包含了不可行区域的约束 1 2 2 国内外研究联合选址问题综述 近期 国内外学术界对配送中心选址的研究呈现出这样一些特点 考虑了近年来物流业所呈现的新情况 融入一些新的管理理念 不再单 单研究选址 而是结合物流管理的库存 运输 客户服务目标等其它 战略进行研究 1 国外研究现状 配送网络设计和运营涉及的问题往往是相互联系和影响的 独立 求解往往并不能得到最好的满意解 配送网络的运营决策是以配送网 络的基本结构 物流关系为基础的 配送网络设计决策直接影响着配 送网络运营绩效 而配送网络的运营策略也是配送网络设计决策中必 须加以考虑的重要约束 因此 配送网络设计优化和配送网络运营优 化整合考虑有助于得到更优的结果 国内外学者对配送网络设计和配 送网络运营的整合也做了探讨 nozick等人 1998 研究了需求满足泊松分布 配送中心采用逐 一补货 s 1 s 库存控制策略的配送系统 提出将库存成本近似为配送 中心数量的函数 以固定设施费用系数的形式集成到经典选址模型 8 近几年 有很多国外学者开始将库存控制决策与设施选址问题结 合进行研究 daskin等人 9 shen等人 10 和shu等人 11 建立了一种联 合选址库存模型 即将 q r 库存控制策略加入到无容量限制的设施选 址问题 uflp 中进行了研究 为了求解该模型 daskin等人使用了拉格 朗日松弛算法 哈尔滨工业大学管理学硕士学位论文 6 steven j erlebacher russell d meller 2000 建立了一个整合 库存和lap但没有考虑客户服务因素的网络模型 指出许多公司面临确 定配送中心的数量 位置和服务客户的战略决策问题 力求使配送中心 的运营成本 库存维持成本 运输成本最小化 建立了在需求确定条件 下的数学模型 采用分步求解方法 先求出最优的分销中心数 然后用 启发式算法求解定位 分配问题 12 teo 2001 等学者也建立了一个相似的模型 他们分析了配送中心 的合并对整个配送网络库存 费用的影响 但他的模型中没有考虑运输 费用与服务水平约束 13 daskin coullard and shen 2002 研究了同时考虑库存期望成 本 运输成本和选址分配成本条件下的库存 选址模型 并采用拉格朗 日松驰算法来解决这个非线性整数规划问题 10 shen针对客户需求满 足正态分布 配送中心采用连续检查 q r 库存策略的血液制品配送网 络问题的研究具有里程碑意义 从shen模型研究中得到的一个重要定 性分析结果是库存成本按总成本的某百分比增加 最优方案中的设施 数量显著地小于忽略了库存管理的风险分担效应的无限能力固定费用 选址模型所确定的设施数量 但他只分析了用户随机需求的均值与方 差为固定比例关系和方差为 0 这两种特殊情况下的库存决策和设施选 址决策的联合决策问题 miranda 2004 建立了 q r 库存策略与能力约束选址问题集成的 非线性整数规划模型 采用拉格朗日松弛等算法求解 由于采用标准 次梯度算法和求解能力约束选址子问题分支定界算法使得算法收敛速 度和精度不高 难以应用于较大规模的实际问题 14 gabor and van ommeren 2006 提出了随机需求下选址的近似算 法 库存足够下客户的需求可以马上被满足 但需求是随机的 当库 存不足时就不得不撤消订单 文中以近似算法研究了随机需求 库存 与选址的关系 15 amiri 2006 研究了总生产计划和配送网络设计问题 为了更好 的利用配送中心的容量他分析了每个配送中心的多层次容量 提出了 哈尔滨工业大学管理学硕士学位论文 7 混合整数模型和启发式解决过程 研究了供应链系统中配送网络设计 问题 包括生产工厂和配送仓库的选址 决定产品从工厂到仓库 从 仓库到客户的最优策略 目的是为了选择工厂与仓库的最优数量 位 置和能量 建立能以最小成本满足客户需求的配送网络 16 mirhassani lucas mitra messina and poojari 2000 建立 了资源固定条件下一阶段考虑离散变量二阶段考虑连续变量的二阶段 配送网络模型 采用benders 分解算法求解 17 snyder daskin and chung piaw 2007 建立了一个包含选址成 本 与 库 存 成 本 的 基 于 风 险 分 担 的 随 机 选 址 模 型 stochastic version of location model with risk pooling slmrp slmrp模型通过改 变参数设置不同情景并进行分析 但他们没有考虑能力限制问题 18 金 海和 陈剑 赵 纯均 2002 2 国内研究现状 19 和 赵晓煜 汪定伟 2001 20 建立 了在需求地中根据固定建设费用 运输成本和生产能力等因素确定配 送中心选址的混合 0 1 整数规划模型 但两者在讨论中没有考虑需求 的不确定性 现实中客户的需求不确定性是供应链管理中面临的不确 定性中最主要的一种 客户需求的不确定性也是我们在配送网络设计 中必须考虑的因素 随着研究的深入 零售商面临的需求和制造厂供 给的模糊性和随机性逐渐被纳入选址模型中 越来越多的选址研究引 入模糊数学方法和随机分析法 赵晓煜 汪定伟 2002 建立的模型中将 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 建立了二级配送网络优化设计的模糊机会约束规划 模型 并进一步讨论了如何将模型中的机会约束清晰化 21 宓燕 陈 伟达 2003 则将各个配送中心的需求量和各工厂的生产能力设为随机 参数 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 22 孙会君 高自友着重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和客户双 方的自身及共同利益 构建出供应链分销系统双层优化选址模型并设 计了启发式求解算法 23 孙会君 高自友 2002 对已有多个配送中 哈尔滨工业大学管理学硕士学位论文 8 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 24 谭凌 2004 等研究需求不确定下的连锁零售企业的配送中心选址 问题 研究了由 2 个采用连续检查 s s 库存策略的配送中心和n个采 用周期检查库存策略的门店构成连锁零售企业配送系统 考虑了各级 库存的服务水平约束 通过求解配送系统年总成本模型找到各方案下 的最优库存水平和最小成本 并分析了需求变化和运输距离变化对系 统的总成本的影响 采用完全枚举 3 种可能方案完成系统优化 显然 限制了其实际应用的可能性 25 黎青松 袁庆达 杜文 2000 26 通过对最优库存策略的研究 在总 需求一定的情况下 得出总库存费用与配送中心数目的平方根模拟表 达式 提出考虑库存成本的选址模型 采用遗传算法 但没有考虑客户 的随机需求 安全库存等因素 26 高峻峻 2002 等提出一种分销网络的最小成本模型 模型研究了 两个制造商和两个零售商组成分销网络的成本优化问题 该模型将零 售商满足市场需求时的服务水平做为优化问题的约束条件 综合考虑 库存成本 订货成本 运输成本和缺货成本 其中产品的需求和订货 提前期都是不确定的 且允许缺货 27 1 2 3 国内外研究选址方法综述 选址方法大致可分为定性和定量两大类 定性方法是指凭借个人 或集体的经验来做出决策 它的执行步骤一般是先根据经验确定评价 指标 对各待选点利用评价指标进行优劣性检验 根据检验结果作出决 策 定量方法根据各种约束条件和所要达到的目标 把选址问题转化为 数学规划问题 再利用各类算法进行求解 求出最符合条件的解 即具 体的地点 作为配送中心的选址 哈尔滨工业大学管理学硕士学位论文 9 1 2 3 1 定性方法 1 加权评分法 选 址时的许多重要因素难以精确的量化 而对这些因素与指标缺 乏一定程度的量化就难以对各种选址方案作对比分析 常用的处理方 法就是加权评分法 加权平分法就是选定几个因素并给出权重 对欲确 定的地址求加总分得出该选址方案的最后评分 以得分最多的作为最 优的选址方案 常作为离散型选址的常用方法 2 层次分析法 层次分析法 ahp 是美国运筹学家 saaty 教授于 20 世纪 70 年代提 出的一种实用的多方案或多目标的决策方法 它合理地将定性与定量 的决策结合起来 按照思维 心理的规律把决策过程层次化 数量化 特别适合那些难于完全定量进行分析的复杂问题 它首先将所要分析 的问题层次化 即根据问题的性质和要达到的总目标 将问题分解成不 同的组成因素 按照因素间的相互关系及隶属关系 将因素按不同层次 聚集组合 形成一个多层分析结构模型 最终归结为最低层 方案 措 施 指标等 相对于最高层 总目标 相对重要程度的权值或相对优劣次 序的问题 高斌 张仁颐 2003 全面思考与物流中心选址相关的各种因素 综合利用数学模型 层次分析法 delphi法 通过定量与定性分析 建立选址模型 28 孙文霞 魏连雨 2002 根据模糊数学理论 对多 因 素 决 策 问 题 提 出 贴 近 度 的 方 法 比 较 被 选 地 址 与 理 想 目 标 的 接 近 程 度 用层次分析法确定各评价指标的权重 与隶属函数综合成隶属度 并用实例说明该方法的有效性 29 所谓重心法是单个设施选址最常用的方法 是一种静态方法 将运 输成本作为唯一的选址决策 因素 给定供给点与需求点的坐标及节点 之间的运输量 则单设施选址的目标是使运输总成本最小 解析方法考 虑影响因素较少 模型简单 主要适用于单个配送中心选址问题 对 1 2 3 2 定量方法 1 重心法 哈尔滨工业大学管理学硕士学位论文 10 于复杂的选址问题 解析方法通常需要借助其他更为综合的分析技术 文献 30 研究了物流节点选址问题重心算法 并重点对精确重心 算法进行了深入研究 最后利用计算机仿真技术实现了单物流节点选 址的精确重心仿真求解 2 交叉中值法 中值法将加权的城市距离和最小作为目标函数 即总费用 设施到 需求点的折线距离 需求量 求解函数最后得到最好位置可能是一个 点或一条线段或一个区域 蔡临宁 2003 使用了交叉中值 p中值等 方法对物流中心选址问题进行了分析 31 3 p 中值法 p 中值法可以解决已知需求集合和一个候选设施位置的数量和位 置 确定设施的位置并指派每个设施到一个特定的设施 使设施和需求 点之间的运输费用最低 可用贪婪取走启发式算法来计算 中值问题 的目标是使所有需求点到设施的平均权重距离最短 距离也可用交通 运输时间表示 4 网络覆盖法 可 用于解决对于需求已知的一些需求点 如何确定一组服务设施 来满足这些需求点的需求 也就是需要确定服务设施的最小数量和合 适的位置 可分为两种不同的模型 集合覆盖模型 用最小数量的设施 去覆盖所有的需求点 其目标方程求在给定时间 距离 内满足所有需 求的最小设施建设成本 和最大覆盖模型 在给定数量的设施下 覆盖 尽可能多的需求点 当决策者没有足够的资源去满足所有的需求时 他 们不得不寻求变通的方法 即在给定建设投入 设施数量 特定距离条 件下 最大化所能满足的需求 前者常用启发式算法 后者常用贪婪算 法 马云峰 杨超 张敏 郝春艳 2006 提出了基于时间满意的最 大覆盖选址问题 在总的客户对服务站响应速度的满意程度最大的目 标下建立了最大覆盖选址问题模型 32 5 整数规划或者混合整数规划模型 哈尔滨工业大学管理学硕士学位论文 11 配送网络设计一般通过建立整数规划 ip 或者混合整数规划 mip 模型描述和求解设计问题 baumol wolfe 模型 baumol 和 wolfe 构造了一个整数规划模型 在满足供应及需求约束下 追求由运输费 仓库管理费及发送费用组 成的总费用最低 以此选定物流中心 此模型的优点是 1 计算比较 简单 2 能评价流通过程的总费用 运输费用 仓库管理费用和发送 费用之和 3 能求解仓库的通过量 即决定仓库规模的目标 4 根 据 仓 库 可 变 费 用 的 特 点 可 以 采 用 大 批 量 进 货 的 方 式 模 型 的 缺 点 是 1 由于采用的是逐次逼近法 所以不能保证必然得到最优解 此 外 由于选择备选地点的方法不同 有时求出的较优解中可能出现仓 库数过多的情况 也就是说 还可能有仓库数更少 总费用更小的解 存在 因此 必须仔细研究所求得的解是否为最优 2 仓库的固定费 用在解中没有反映出来 混合 0 1 整数规划模型用于解决物流中心选址问题时 其目标函 数是从备选地点中选出最佳的物流中心 使包括物流中心的投资 经 营管理费用及运输费用的总费用最少 该模型常常用于解决配送网络 设计中常见的大型 复杂的选址问题 1 2 4 国内外选址模型的求解方法综述 1 2 4 1 精确式算法 精确式算法一般运用线性规划和非线性规划等数学规划技术 以 便求得问题的最优解 精确算法随着系统的复杂和调度目标的增加 其计算量呈指数递增 使得获取整个系统的精确最优解越来越困难 而用计算机求解大型优化问题的时间和费用又太大 因此此类优化方 法和算法现在一般仅用于求小规模优化问题 常用解决选址问题的精 确式算法一般有以下几种 1 拉格朗日松弛算法 galvao 1993 和daskin 1995 评述了拉格朗日松弛算法解决无能 力固定费用设施选址问题 嵌入分支定界后 拉格朗日松弛法能够获 哈尔滨工业大学管理学硕士学位论文 12 得无能力约束固定费用设施选址问题的最优解 9 唐凯 杨超等人提出了一种随机多阶段的联合选址 库存模型 建 立非线性整数规划模型并提出了基于拉格朗日松弛的求解算法 33 ax ii 2 分支定界算法 分枝定界法的基本思想是 设有最大化整数规划问题a 与之相应 的线性规划问题称为b 如图1 1所示 从解问题b开始 若最优解不符 合a的整数条件 则取其中一个非整数解分量 在问题b的基础上 分别增加一个约束1 a x ii 与 ax ii 得 b 1层的两个线性规划问题 分枝定界法就是将b的可行域通过每次增加一个整数约束 分成两个子 区域 称为分枝 的方法 若子线性规划问题的解仍然不满足整数条 件 则重复上述过程 若找到一个满足条件的解 则得一个可行解 再求解其它分枝上的解 从中选出最优者 即为最终求出的问题a的解 34 图 1 分枝定界法的搜索图 van roy提出了用于一个石化公司的多级生产和分销网络设计的优 化模型 该模型体现对运输费用 装瓶费用 和库存费用的整体优化 他们使用了分枝定界法来求解问题 35 分枝定界法的优点是通过一些基于问题的原则使模型简化 使对 问题的求解更快捷容易 但是这样做的缺陷是很可能丢弃了最优解 得出的解并不是全局最优而是局部最优 哈尔滨工业大学管理学硕士学位论文 13 1 2 4 2 仿真方法 仿真方法是试图通过模型重现某一系统的行为或活动 而不必实建 造并运转一个系统 因为那样可能会造成巨大的浪费 或根本没有可能 实地去进行运转实验 在选址问题中 仿真技术可以十分显著通过反复 改变和组合各种参数 多次试行来评价不同的选址方案 这种方法还可 以进行动态模拟 例如 假定各个地区的需求是随机变动的 通过一定 时间长度的模拟运行 可以估计出各个地区的平均需求 从而在此基础 上确定配送中心的分布 仿真方法可以描述多方面的影响因素 因此具 有较强的实用价值 常用来求解较大型的 无法手算的问题 其不足主 要在于仿真技术不能提出初始方案 只能通过对已存在的备选方案进行 评价 从中找出最优方案 付纯琦利用仿真方法优化二级配送网络 36 haddock配送功能健全 完善的信息网络 辐 射范围小 多品种 小批量 以配送为主 存储为辅 2 1 6 二级配送网络 制造企业中比较有代表性的组织形式为二级配送网络 其基本概 念为 为了加强配送环节的管理 考虑在一些符合基本条件的待选地点 中选择一些建立大型配送中心 一般规定每个客户只能由一个配送中 心供货 这种由工厂到配送中心 第一级 再由配送中心到需求地 第 二级 的组织形式构成了二级配送网络 44 二级配送网络中工厂 配送中心和客户的对应关系如图所示 哈尔滨工业大学管理学硕士学位论文 22 图 2 1 二级配送网络 2 2 配送网络成本分析 配送网络优化设计的主要目标就是使配送网络系统总的相关费用 最小化 因此有必要讨论一下配送网络系统中的各种费用 总的来说 配送网络系统中需要考虑的各种费用一般包括 设施建设费用 运输 费用 库存费用 订货费用等 其中又以运输费用和库存费用所占份 额较大 下面简单的分析一下各种费用的构成和特性 43 2 2 1 库存维持成本 库 存 维 持 成 本 即 为 保 有 和 管 理 库 存 而 需 承 担 的 费 用 开 支 具 体 可 分 为 运 行 成 本 机 会 成 本 和 风 险 成 本 三 个 方 面 运 行 成 本 主 要 包 括 了 仓 储 成 本 自 营 型 的 仓 库 体 现 为 建 造 仓 库 的 固 定 投 资 的 摊 销 费 用 外 包 型 的 仓 库 则 体 现 为 仓 库 的 租 金 库 存 越 高 仓 储 面 积 越 大 仓 储 成 本 也 越 高 此 外 运 行 成 本 还 包 括 仓 库 中 的 设 备 投 资 成 本 和 日 常 运 作 费 用 水 电 人 工 等 机 会 成 本 主 要 是 库 存 所 占 用 的 资 金 所 能 带 来 的 机 会 成 本 库 存 作 为 企 业 的 资 产 是 通 过 占 用 企 业 的 流 动 资 金 而 获 得 的 而 任 何 企 业 都 有 其 一 定 的 资 金 投 资 回 报 率 即 库 存 占 用 的 资 金 如 果 不 用 于 库 存 而 去 经 营 其 它 投 资 所 能 获 得 的 平 均 收 益 这 一 比 例 因 行 业 的 不 同 和 企 业 的 不 同 而 有 所 不 同 一 般 为 10 到 16 之 间 企 业 因 为 要 持 有 一 定 的 库 存 而 丧 失 了 流 动 资 金 所 能 带 来 的 投 配 送 中 心 配 送 中 心 配 送 中 心 客 户 客 户 客 户 工 厂 客 户 哈尔滨工业大学管理学硕士学位论文 23 资 收 益 即 为 库 存 的 机 会 成 本 有 时 企 业 通 过 借 款 来 获 得 库 存 这 时 的 机 会 成 本 还 应 包 括 借 款 的 利 息 支 出 风 险 成 本 顾 名 思 义 则 是 从 风 险 的 角 度 出 发 来 考 虑 的 首 先 是 保 险 费 用 为 了 减 少 库 存 的 损 失 大 多 数 的 企 业 会 为 其 库 存 的 安 全 保 险 其 费 用 就 是 库 存 成 本 同 时 企 业 可 能 会 因 为 库 存 的 不 合 理 存 放 而 造 成 损 耗 或 报 废 例 如 食 品 过 期 存 放 过 程 中 破 损 产 品 滞 销 失 窃 等 等 这 些 损 失 同 样 是 库 存 的 风 险 成 本 2 2 2 订货成本 订货成本包括两项费用 一项是订购成本是指为了订购货物所发 生的成本 它包括手续费 通信往来费用 外派人员采购费用 收货 费用等 订购费的大小基本上与每批货物的订购数量无关 相对于订 购批量而言 它是相对固定的 另一项是货物本身成本 它与每次订货的数量有关 属于可变成 本 它主要包括货物本身的售价 运输装卸费及装运过程中的损耗等 2 2 3 运输成本 运输是在不同地域范围内 以改变物的空间位置为目的的活动 对物进行空间位移 在现代物流企业中 运输在整个物流活动中占主 导地位 因此物流运输费用在整个物流业务中也占有较大比例 物流企业的运输费用中 主要包括的内容有 一是人工费用 例如 工资 福利费 津贴等 二是营运费用 例如营运车辆的燃料费 轮胎 费 折旧费 维修费 租赁费 车辆清理费 养路费 过路费等 配送网络中的运输费用 在实际研究问题一般是以运输费率形式 给出 即两地之间运输某单位商品所需的运输费用 而且多为固定值 哈尔滨工业大学管理学硕士学位论文 24 2 3 库存相关理论 2 3 1 库存相关概念 再订货点 rp 库存随着每日的需求而不断减少 当库存量降低到 某一水平时 就要启动订货程序来进行库存补充 达到这个临界状态 时的库存量就是所谓的再订货点 45 提前期 leadtime 也称前置期 从发出订单到收到该批新订购货 物之间所花费的时间叫做订货提前期 它与订单完成周期的含义是基 本一致的 45 经济订购批量 eoq 从经济的观点出发制定库存策略 使库存总 成本最低的订货批量 它是对库存实行定量控制和定期控制的一个最 基本的参数 45 2 3 2 库存策略选择库存策略选择 企业为了满足现在和未来的用户需求 需要事先储存一定的商品 以备不时之需 我们这里需要考虑的企业库存 主要有两种 即基本 库存和安全库存 基本库存又称周转库存 working stock 指用于满足在供应商两 次送货之间所发生的需求的平均库存量 周转库存的规模取决于大批 量生产或采购原材料的规模 厂商大批量生产或采购原材料 以便在 生产 运输或采购过程中实现规模经济效益 然而 随着规模扩大 运输费用也相应增加 45 安全库存是指企业除了周转库存之外而设立的缓冲库存 其目的 是防止与减少因不确定因素 如大量突发性订货 交货突然延期等 而 造成的负面影响 这种库存在企业的库存总量中占有很大的比例 45 企业为了减少库存成本 就必须减少上述两种库存的数量 而基 本的库存决策有两种 经济批量 也称定量 订购决策和定期订购决策 两者的基本区别是经济批量订购决策是 事件驱动 而定期订货决策 是 时间驱动 的 也就是说 定量订购决策是在当规定的再订货事 哈尔滨工业大学管理学硕士学位论文 25 件发生后就进行订货 这种事件是有可能随时发生的 主要取决于对 该库存商品的需求情况 相比而言 定期订购决策只限于在预定时期 期末进行盘点存货并订货 是由时间来驱动的 具体来讲 定量订购决策中要求规定一个特定的商品数量点 rp 即为所谓的再订购点 当商品的库存水平到达 rp 时 就应当进行订货 操作 且每次的订货量都固定为 q 订购点 rp 往往是一个既定的数 当 中心内的可供货量 包括目前库存量和己订购量 到达 pr 时 就应该进 行批量为 q 的订货 定期订货决策中 库存只在特定的时间进行盘点 例如每周一次 或者每月一次 在定期订货系统中 不同时期的订货量是可以不一样 的 订货量的大小主要取决于各个时期的使用率 它一般比定量订购 系统要求更高的安全库存 定量订货系统是对库存的连续盘点 一旦 库存水平到达再订购点 而标准定期订货模型是仅在盘点期进行库存 盘点 它有可能在刚订完货时 就由于大批量的需求而使库存降低至 0 这种情况下只有在下一个盘点期才被发现 而新的订货需要一段时间 才能到达 这样 有可能在整个盘点期和提前期内发生缺货现象 所 以安全库存的大小 应当保证在盘点期和提前期内不发生缺货 由以上分析 我们可以知道 1 定期订货决策的平均库存比较大 以防在盘点期发生缺货现 象 定量订购决策没有盘点期 2 因为平均库存量较低 定量订货决策有利于贵重物资的库存 3 对于重要的物资如关键维修零部件 定量订货决策更适用 因 为该决策对库存监控更加密切 可以对潜在的缺货更快的做出反应 4 由于每一次补充库存或货物出库都要进行记录 因此经济批量 订购决策需要的时间更长 不论是定量订购决策 还是定期订购决策 在确定订货后 配送 中心都需要在一个前置期之后 才能收到订货 从上面的分析可以看 出 相对而言 为了在达到一定服务水平的同时减少商品的安全库存 量 定量订购决策更符合需要 因此本文选择定量订购决策 哈尔滨工业大学管理学硕士学位论文 26 图 2 2 库存水平 2 4 不确定性 45 以往配送网络