东北大学,物流与供应链管理,课件,Ch7 物流系统的规划与设计_2009(3).ppt

物流与供应链管理 主讲人 邱若臻Email rzqiu 2 3 第3篇供应链与物流管理系统的规划与控制 4 物流战略规划概述 物流网络的规划与设计 运输系统的规划与设计 Ch7物流系统的规划与设计 仓储系统的规划与设计 供应链的一体化战略 5 内容摘要 概括介绍物流战略规划的基本概念重点介绍物流网络规划设计的原则与方法详细介绍运输系统规划设计的内容与方法详细介绍仓储系统规划设计的内容与方法概括介绍供应链一体化战略的涵义 作用和特征 6 I 物流战略规划概述 7 企业的物流战略规划是指企业的高层管理机构根据本企业的长期经营发展目标 在对企业的外部环境和内部条件进行综合分析的基础上 制定的物流管理的方针和政策 一 物流战略规划的含义和目标 企业进行物流战略规划的目的是保证企业的物流系统能够满足如下的目标 1 良好的服务性2 总成本最低3 快捷性4 空间的有效利用5 规模最优化 8 企业物流战略的金字塔结构 二 物流战略规划的内容 9 1 客户服务目标 客户服务基准是企业确定物流战略的主要依据 顾客对物流服务水平的要求决定着包括采购 制造 销售 仓储和运输等环节在内的整个供应链的结构 物流活动的主要目的是要向内部和外部客户提供及时准确的交货 因此 有必要首先对客户需求有清晰的了解 并开发能够满足客户需求的物流服务战略 10 2 战略层 渠道设计 物流网络的规划 内容 确定设施的数量 地理位置 规模 分配各设施所服务的市场范围 目标 以成本最小化或利润最大化作为系统设计的目标 目的 确定为达到期望的客户服务水平需要执行哪些活动 以及由渠道中的哪些成员来执行这些活动 内容 渠道目标的制定 渠道长度和宽度的评价 市场 产品企业以及中间商因素的研究 渠道成员的选择及合作 战略层决策的目的是确定物流系统的结构 包括网络规划和渠道设计 11 3 战术层 物流战略的职能部分 涉及对运输 仓储和物料管理方面的分析与设计 运输管理决策包括运输方式的选择 运输路线的优化 车辆装载计划和运输管理绩效评价等方面的内容 与仓储有关的决策包括仓储设施的布置 货物装卸搬运技术的选择等内容 在物料管理方面 着重分析客户需求预测 库存控制 生产进度计划和采购策略等 12 运作层涉及物流信息系统 指导日常物流运作的规章制度 设施设备的配置与维护 以及物流组织变革与管理等问题 4 运作层 物流决策三角形 物流战略规划主要解决四个方面的问题 即客户服务目标 设施选址战略 库存策略和运输策略 13 三 物流战略规划的步骤 物流环境分析 物流战略定位 确定物流战略的实施策略 14 行业评价 市场规模与成长性 竞争者实力与战略 自身有利与不利因素 区域市场的变化特征 新技术发展动态 物流渠道与物流服务产业状况 政府法律 法规导向 one two three four five 一 企业物流环境分析 15 确定物流服务标准 物流成本定位 服务质量定位 one two three 二 物流战略定位物流战略定位的要点是以物流成本和质量为主要出发点 确定在计划期内物流管理所要达到的水平 分析这个水平是否切实可行 并提出充分的依据 16 专业化与分工协作 物流系统运作结构的选择 竞争策略 one two three 三 确定物流战略的实施策略 17 1 专业化分工与分工协作 1 物流与商流的分离 2 物流功能具体化制造商下游的与商流相关的业务由分销商和零售商来执行 并由第三方厂商提供物流服务 制造商致力于技术开发和市场占有 向客户推广自己的产品 零售商的职能被设计成分销商的委托销售人 协作的准则 物流服从商流 18 2 物流系统运作结构的选择 物流系统运作结构设计的主要任务是确定产品从原材料起点到市场需求终点的整个流通渠道的结构 包括物流设施的类型 数量和位置 设施所服务的顾客群体与产品类别 以及产品在设施之间的运输方式 设计物流运行结构必须充分考虑空间和时间两方面的因素 空间方面是指为工厂 仓库 零售点等设施选址 时间方面是指保证产品的可得性 以及为满足顾客服务目标而采用的库存策略和运输管理方法 19 物流系统运作的三种结构 1 多阶段结构 2 直送结构 3 混合结构 20 物流战略规划概述 物流网络的规划与设计 运输系统的规划与设计 Ch7物流系统的规划与设计 仓储系统的规划与设计 供应链的一体化战略 21 II 物流网络的规划与设计 一 物流网络概述 二 物流网络设计决策的内容及以影响因素 三 物流网络结构模式 四 物流网络设计的步骤与方法 22 一 物流网络概述 物流系统网络是物流系统的空间网络结构 是物流活动的载体 它是指货物从供应地到需求地的整个流通渠道的结构 包括物流节点的类型 数量与位置 节点所服务的相应客户群体 节点的连接方式以及货物在节点之间空间转移的运输方式等 23 通过对企业物流系统的分析 可将其抽象成由结点 线路和连接工具 主要指运输工具 等连成的网络 典型的企业物流网络图如下 24 网络中的链代表不同存储点之间货物的移动中转点 零售店 仓库 工厂或者供货商 就是节点 物流节点 是指物资在流通过程中所经过的中转地点 其表现形式 仓库 集货中心 配送中心 转运中心等 物流节点的主要作用 1 商品周转中心的作用2 商品分拣中心的作用3 商品保管中心的作用4 商品在库管理中心的作用5 流通加工中心的作用 25 物流系统网络的组成要素 构成要素 1 运输方式 2 物流节点 铁路运输公路运输水路运输航空运输管道运输包裹运输多式联运 制造商供应商零售商物流企业的仓库配送中心物流中心物流起点与终点 26 物流网络规划问题就是确定产品从供货点到需求点流动的结构 包括决定使用什么样的设施 如果需要使用 设施的数量 设施的位置 分派给各设施的货品和客户 设施之间应使用什么样的运输服务 如何进行服务等 物流网络规划问题 27 物流网络规划问题 28 空间或地理设计问题是指确定各种设施 如工厂 仓库和零售点 的平面地理位置 确定各种设施的数量 规模和位置时则要在以地理特征表示的客户服务要求和成本之间寻求平衡 这些成本包括 生产 采购成本 库存持有成本 设施成本 存储 搬运和固定成本 和运输成本 网络规划的时间性或时期问题是一个为满足客户服务目标而保持产品可得性的问题 通过缩短生产 采购订单的反应时间或者通过在接近客户的地方保有库存 可以保证一定水平的产品可获得率 这里首要的考虑因素是客户得到产品的时间 以时间为基础的决策也会影响设施的选址 29 30 二 网络设计决策的内容及影响因素 一 网络设计决策的内容确定设施功能 确定各设施的功能及需要在其内部完成的流程 设施选址 确定各设施的地理位置 能力配置 确定各设施的处理能力 市场和供给配置 确定各设施应应由哪些供给源供货或服务于哪些市场 31 企业的经营战略产品特点竞争环境社会基础设施宏观经济环境政治环境 二 网络设计决策的影响因素 32 回路运输模式 经过物流枢纽节点中转模式 直送模式 物流网络基本形式 三 物流网络结构模式 33 物流网络的三种典型结构 可衍生出9种网络结构模式 34 9 1直送网络结构模式 特点所有货物直接从供应地运达到货物需求地 每次运输路线是指定的 管理人员只需决定运输的数量并选择运输方式 需在运输费用和库存费用之间进行权衡 优点环节少 无需中转节点 减少枢纽节点的建设运营成本 操作和协调上简单易行 效率较高 缺点当各需求地需求较少 未达到满载时 成本较高 并且无法满足业务增长的需要 辐射范围有限 无法应用于区域物流系统 35 9 2利用 送奶路线 的直送网络结构模式 特点通过一辆卡车 或其他运输工具 把一个供应地的货物直接向多个需求地运送 或由一辆卡车从多个供应地装载一个需求地的货物 再直接运送 需对每条 送奶路线 进行规划 见下图 优点无需中转仓库 联合运输降低运输成本 如丰田公司利用 送奶路线 运输来维持其在美国和日本的JIT制造系统 36 9 2利用 送奶路线 的直送网络结构模式 37 9 3通过配送中心中转的物流网络模式 定义供应地的货物先运到配送中心中转 再运到需求地 核心集中表现在 收集 collection 交换 exchange 和发送 delivery 简称CED模式 见下图 特点若运输规模经济要求大批量进货而需求地需求量又偏少 则配送中心保存库存 并为需求地库存更新进行小批量送货 如沃尔玛商店 若需求地对某一供应地的产品需求规模大到足以获取进货的规模经济效益 则配送中心通过把进货分拣成运送到每个需求地的较小份额 并与来自不同供应地的产品进行对接 称为对接仓储或货物对接 cross docking 此时 每辆进货车上装有来自同一个供应地并将运送到多个需求地的货物 而每辆送货车上装有来自不同供应地并将被运送至同一个需求地的货物 38 9 3通过配送中心的运送模式 39 9 4通过配送中心使用 送奶路线 配送与集货的物流网络模式 9 4配送中心使用 送奶路线 配送的物流网络 40 9 5多枢纽节点的LD CED网络模式 9 5多枢纽节点的LD CED网络 41 9 6单一枢纽站纯轴辐式 hub and spoke 网络模式 通过中转进行双向运输 是干线运输与地方支线运输相结合的网络 如航空运输管理 第三方物流运输管理 邮政包裹业务 供应链管理等 该网络由一些节点组成 每对节点之间双向都具有一定运输量 形成两条OD origin destination 流 网络规划问题是如何选择中枢节点 使每条OD流通过一个或两个枢纽节点 hub 后到达目的地 单一枢纽站点轴辐式网络由1个枢纽点和若干站点组成 如下图所示 42 单一枢纽站纯轴辐式网络系统中的运输组织方式如下 收货站点收集其服务区内货主的货物 并把货物运送到相应的站点 不同的站点将收集的目的地不是本站服务区的货物选择合适的运输方式运到转运中心转运 将来自不同站点的货物按照去向的不同在转运中心处进行分类组合 在工作时间内 选择合适的运输方式将货物运送至相应的送货站点 送货站点把货物送至收货客户 从而完成整个货物的运输过程 通常 集货与递送货物工作合二为一 收货站点与送货站点也合二为一 43 该网络系统中 货物的整个移动过程分为两部分 干线运输和本地运输 包括集货和递货 如下图所示 干线运输通常是在送货站点与转运功能的枢纽站点间和枢纽站与收货站点间的长途运输 一般采用大运量运输方式 本地运输则在收货站点或送货站点的服务覆盖区域内采用小型车辆的短途公路运输方式实现 具体组织方式见下图 44 枢纽站 干线运输 集货 递送 站点 站点 站点 站点 站点 转运中心 枢纽站 收货 送货站点 发货人或收货人 9 6单一枢纽站纯轴辐式网络货物组织方式 45 该网络模式中 货物的运输可以直接由发送站点运至收货站点 不通过转运中心或枢纽站 可以有效缩短运输时间 降低运输成本 网络服务能力 服务范围与纯轴式网络基本相同 适用于区域性运输服务网络 但在网络构成和运输方式上存在较大差异 其运输组织更加灵活 9 7单一枢纽站复合轴辐式网络模式 枢纽站 站点 站点 站点 站点 站点 转运中心 枢纽站 收货 送货站点 双向物流运输 9 7单一枢纽站复合轴辐式网络模式 46 收 发货站点必须唯一地与其中一个枢纽站连接 所有出发和到达的货物 也必须在其所对应的枢纽站进行处理 9 8多枢纽站单一分派轴辐式网络模式 转运中心 枢纽站 收货 送货站点 双向物流运输 9 7多枢纽站单一分派轴辐式网络 47 多枢纽站单一分派轴辐式网络系统中货物流转组织方式如下 收货站点收集服务区内货主的货物 并把货物运送到相应的站点 称为集货过程 不同的站点将收集的目的地不是本站服务区的货物选择合适的运输方式运到相对应的唯一分派的枢纽站 将来自不同站点 本服务区域内 和其他枢纽站的货物按照去向的不同在枢纽站进行分类组合 如果货物是其他枢纽站服务区域的 则选择合适的运输方式将其在枢纽站间转运 对本枢纽站服务区域内的货物 也选择合适的运输方式将其运送到送货站点 送货站点把货物递送至收货客户 从而完成整个货物的运输过程 集货与递送货物 收货站点与送货站点通常合二为一 48 多枢纽站单一分派轴辐式网络系统中 货物的整个移动过程分为 主要干线运输 干线运输和本地运输 包括集货和递货 主要干线运输 枢纽站与枢纽站间的长途运输 一般采用大运量运输方式 干线运输 在收货站与枢纽站点间和枢纽站与送货站点间的长途运输 一般采用较大运量运输方式 本地运输 在收货站点或送货站点的服务区域内采用小型车辆的短途公路 或城市道路 运输方式实现 具体组织方式见下图 49 转运中心 枢纽站 收货 送货站点 发货人或收货人 9 9多枢纽站单一分派轴辐式网络货物组织方式 50 9 9多枢纽站多分派轴辐式网络模式 允许收货站点或发货站点与多个枢纽站相连 收发货站点可以根据实际情况 如枢纽站拥挤 交货期要求 选择与其相连的枢纽站 提高网络的转运效率 缩短运输时间 降低物流成本 9 9多枢纽站多分派轴辐式网络模式 51 四 物流网络设计的步骤与方法 网络设计决策的步骤 52 1 一元网点布局的重心法和微分法 重心法是一种模拟方法 将物流系统中的需求点和资源点看成分布在某一平面范围内的物流系统 各点的需求量和资源量分别看成物体的重量 利用求物体系统重心的方法来确定物流网点的位置 求解简单 但将纵向和横向的距离独立开来 与实际不符 只能作为参考 53 问题描述 某计划区内 有n个资源点和需求点 各点的资源量或需求量为wj j 1 2 n 他们各自的坐标是 xj yj j 1 2 n 需设置一个网点 x y 网点至资源点或需求点的运费率为cj 54 微分法 配送中心选址设配送中心向第i个客户的商品供应量为wi 单位商品的运费为cj 元 吨 公里 设配送中心位置p x y 各客户位置pi xi yi 则第i个客户与配送中心距离为 55 总运费 由重心法求得系统的重心坐标 以重心坐标作为初始值 记重心坐标为 x0 y0 将 x0 y0 代人公式得 x1 y1 再将 x1 y1 代人公式 反复重复上面的步骤 直至两次迭代结果相同时为止 这时即获得网点最佳位置坐标 x y 56 例 某计划区域内资源点与需求点的分布情况如图7 7 各点资源量 需求量和运费率列于表7 1 需在该地区设置一个物流网点D 只考虑运输费用 求D的最佳位置 各点资源量 需求量和运费率 57 资源点和需求点的分布图 58 根据重心法 求得 x0 y0 将x0 y0 代人公式 得x1 5 04 y1 5 06 再将x1 y1代人公式 得x2 y2 如此反复迭代 各次迭代结果列入表7 2 求得网点最佳位置坐标为x 4 91 y 5 06 即D x y D 4 91 5 06 59 迭代结果 60 非线性系统最优化模型微分模型是一种连续模型 将运输距离用坐标表示 把运输费用看成两点间直线距离的函数 与实际不符 另外 对于所选地点的自然条件限制 连续模型也未考虑 例如 配送中心不能建在水库或河流上 可描述如下 目标 minC c widi约束x2 y2 R2x y 0 61 2 多元网点布局 考虑下面一类具有代表性的供应链网络设计问题 供应商将原材料运送到核心企业的工厂 工厂对原材料进行加工后将产成品运到核心企业所属的各分销中心 分销中心再将产品运送给各个客户或客户区 核心企业在进行供应链设计时 需要确定在哪些待选地点建立工厂和分销中心 并确定每个工厂和分销中心的服务对象以及最佳的运输流 假定一个工厂可以由多个供应商供货 一个分销中心可由多个工厂供货 但每个客户只能由一个分销中心供货 则上述供应链网络设计问题可以用下面的模型描述 1 混合整数规划模型 62 s t 63 模型中符号的含义如下 下标 i 供应商序号 i 1 2 I j 工厂待选地点序号 j 1 2 J k 分销中心待选地点序号 k 1 2 K l 客户序号 l 1 2 L m 原料序号 m 1 2 M n 产品序号 n 1 2 N 64 决策变量 uj 0 1变量 表示是否在第j个待选地点建立工厂 1 是 0 否 vk 0 1变量 表示是否在第k个待选地点建立分销中心 1 是 0 否 wkl 0 1变量 表示是否由第k个分销中心待选地点向第l个客户运送货物 1 是 0 否 xijm 由第i个供应商向第j个工厂待选地点运送的第m种原料的数量 yjkn 由第j个工厂待选地点向第k个分销中心待选地点运送的第n种产品的数量 65 常数 Si 第i个供应商的供应能力 Cj 第j个工厂基准产品的生产能力 Wk 第k个分销中心的处理能力 Dln 第l个客户对第n种产品的需求量 rjn 第j个分厂生产第n种产品相对于生产基准产品的占用生产能力系数 hjn 第j个工厂生产第n种产品的单位成本 gnm 加工单位第n种产品所需的第m种原料的数量 ej 在第j个待选地点建立和经营工厂所需的固定费用 fk 在第k个待选地点建立和经营分销中心所需的固定费用 aijm 将第m种原料由第i个供应商运送到第j个工厂待选地点的单位运费 bjkn 将第n种产品由第j个工厂待选地点运送到第k个分销中心待选地点的单位运费 ckln 将第n种产品由第k个分销中心待选地点运送到第l个客户的单位运费 dkl 由第k个分销中心待选地点到第l个客户的距离 Nmin 各分销中心分管的客户数量的下限 Nmax 各分销中心分管的客户数量的上限 66 上述的多元网络设计模型为0 1混合整数规划模型 目标函数表示物流网络设计的目标是使整个网络建设和运营成本最小 约束条件 1 为供应商供应能力约束 约束条件 2 表示运送到某工厂的某种原料的数量应该与该工厂生产产品所需的该种原料数量相一致 系数gnm可以根据物料清单 BOM 获得 约束条件 3 为各工厂的生产能力约束 同时保证了只有建立了工厂的待选地点才能向分销中心供货 约束条件 4 保证了只有被选为分销中心的待选地点 才能向客户供货 并且限定了每个分销中心负责分管的客户数量的上下限 约束条件 5 表示每个客户只能由一个分销中心供货 约束条件 6 表示各工厂向某分销中心提供的某种产品的总量 应等于由该分销中心供货的各个客户对这种产品的需求总量 约束条件 7 为各分销中心的最大处理能力约束 约束条件 8 为决策变量取值的约束 67 2 覆盖模型 覆盖模型 即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需求点的需求 该模型中 需要确定服务设施的最小数量和合适的位置 适应范围 商业物流系统 如零售点选址问题 加油站选址 配送中心选择 公用事业系统 如急救中心 消防中心等 计算机与通信 如有线电视网的基站 无线通信网络基站 计算机网络中的集线器设置等 68 集合覆盖模型用尽可能少的设施去覆盖所有的需求点 集合覆盖模型 69 目标函数 其中 N 1 2 n n个需求点 M 1 2 m m个节点候选点 di 第i个节点需求量 Cj 设施点j的容量 A j 设施j所覆盖的需求点集合 B i j i A j 可覆盖节点i的设施点j的集合 xj 0 当设施位于节点i时 1 当设施位于节点j时 yij 节点i需求中被分配给节点j的部分 70 算法 第一步 初始化 令所有yij 0 xj 0 yi yij 0 已分配的需求 并确定集合A j 和集合B i 第二步 选择下一个设施点 在M中选择xj 0且A j 的模为最大的点j 为设施点 即 A j max A j 令xj 1 并在M集合中剔除节点j 即M M j 第三步 确定节点j 的覆盖范围 将A j 中的元素按B i 的模从小到大的顺序指派给j 直至j 的容量为Cj 0或A j 为空 其中 对于i A j 且yiCj 责令yij Cj di yi yi yij Cj 0 第四步 若N或M为空 停止 否则 更新集合A j 和集合B i 转第二步 j M j M 设施位于需求点上 且覆盖的需求点最多 先解决最难满足的需求点 71 例 农贸市场选址 条件 市场最大服务半径为3公里 第6居民点不允许建市场 希望尽可能少的建造农贸市场服务9个居民点 解 需求点N 1 2 9 候选节点M 1 2 3 4 5 7 8 9 72 候选点服务范围 A 4 1 3 4 5 6 7 A 4 6为最大 故j 4 依次指派5 7 1 6 3 4归节点4服务 此时 N 2 8 9 M 1 2 3 5 7 8 9 更新A j 和B i B 1 4 B 3 5 B 4 5 B 5 3 B 6 4 B 7 3 73 候选点服务范围 A 8 8 9 A 8 2为最大 故j 8 依次指派8 9归节点8服务 继续迭代 得j 2 居民点2归节点2服务 计算结果为 4 8 2 可能并非最优 74 最大覆盖模型已知若干个需求点的位置和需求量 从一组候选地点中选则某个位置作为物流设施网点 使其尽可能多地满足需求点的服务 最大覆盖模型 75 目标函数 其中 N 1 2 n n个需求点 M 1 2 m m个节点候选点 di 第i个节点需求量 Cj 设施点j的容量 A j 设施j所覆盖的需求点集合 B i j i A j 可覆盖节点i的设施点j的集合 xj 0 当设施位于节点i时 1 当设施位于节点j时 yij 节点i需求中被分配给节点j的部分 76 3 P 中值模型 P 中值模型 是指在一个给定数量和位置的需求集合和一个候选设施位置的集合下 分别对p个设施找到合适的位置并指派每个需求点到一个特定的设施 使之达到在工厂和需求点之间的运输费用最低 P 中值模型的图形表达 77 数学描述 N 研究对象中的n个客户 M 研究对象中m个候选地点 di 第i个客户的需求量 cij 从地点i到j的单位运输费用 p 可以建立的设施总数 p m xj 1 在j M建立设施 0 其他情形 yij 1 假如客户i N由设施j M来提供服务 0 其他情形 78 贪婪取走算法 令当前选中设施点数k m 即将所有m个候选位置都选中 将每个客户指派给k个设施点中距离最近的一个设施点 求出总运输费用Z 若k p 输出设施点及客户的指派结果 停止 否则 转第4步 从k个设施候选点中确定一个取走点 满足 假如将它取走并将它的客户指派给其他的最近设施点后 总费用增加量最小 从候选点集合中删去取走点 令k k 1 转第2步 79 例 某公司拟在得到8个超市订单的新地区建2个仓库 用最低的运输成本来满足该地区需求 经考察 确定4个候选地址 如下图所示 从候选地址到各个超市的运输成本Cij 各超市的需求量di 选择其中2个候选点作为仓库地址 使总运输成本最小 p 2 超市及仓库候选点位置 80 解 k 4 令第i个超市指派给Cij中最小的候选点 第1次指派结果 A a1 a2 a8 1 1 1 4 4 2 3 3 Z Ciaidi 2480 1 2 3 4 81 分别对删掉候选点1 2 3 4进行分析如下 若删去候选点1 则 a1 a2 a8 4 2 2 4 4 2 3 3 Z Ciaidi 3200 增量为3200 2480 720 若删去候选点2 则 a1 a2 a8 1 1 1 4 4 3 3 3 Z Ciaidi 2620 增量为140 若删去候选点3 则 a1 a2 a8 1 1 1 4 4 2 4 2 Z Ciaidi 3620 增量为1140 若删去候选点4 则 a1 a2 a8 1 1 1 2 3 2 3 3 Z Ciaidi 3520 增量为1040 因此 移走第2个候选点所产生增量最小 首先被移走的是候选位置2 82 此时k 3 a1 a2 a8 1 1 1 4 4 3 3 3 Z 2620 分析删除1 3 4结果 若删去候选点1 则 a1 a2 a8 4 4 4 4 4 3 3 3 Z Ciaidi 4540 增量为4540 2620 1920 若删去候选点3 则 a1 a2 a8 1 1 1 4 4 4 4 4 Z Ciaidi 5110 增量为2490 若删去候选点4 则 a1 a2 a8 1 1 1 1 3 3 3 3 Z Ciaidi 3740 增量为1120 83 仓库选址及客户指派结果 因此 移走第4个候选点所产生增量最小 第二个被移走的是候选位置4 此时 k 2 p 计算结束 结果为 应在位置1 3投建新的仓库 总运输成本为Z 3740 见下图 84 物流战略规划概述 物流网络的规划与设计 运输系统的规划与设计 Ch7物流系统的规划与设计 仓储系统的规划与设计 供应链的一体化战略 85 一 运输系统概述 二 运输方式的选择 三 委托运输还是自行运输 二 运输路线的设计 III 运输系统的规划与设计 86 一 运输系统的组成 运输是物流系统的一项重要功能 运输成本通常是物流成本中最大的单项成本 因此 有效的进行运输系统的规划和管理对于提高客户服务水平 降低运营成本将起到至关重要的作用 87 一 运输系统的构成 88 二 运输系统决策的内容 运输路线的设计 自营还是外包 运输方式的选择 运输决策的内容 89 二 运输方式的选择 目前常见的运输方式主要有五种 即铁路运输 公路运输 水路运输 航空运输和管道运输 为了提高运输的效率 在五种基本运输方式的基础上 还形成了联合运输 散装运输 集装箱运输等具有特殊功能的运输方式 90 一 联合运输 联合运输的形态 联合运输是一种综合性的运输形式 它是将两种或两种以上的基本运输方式或运输工具连接起来 实行多环节 多区段相互衔接的接力式运输 91 联合运输的优点 联合运输能沟通各种运输方式之间的横向联系2 联运能挖掘运输潜力 提高运输效率3 可减少物资流通费用4 有利于开展集装单元化运输 可以有效提高装卸效率 92 运输方式选择考虑的因素 二 选择运输方式需考虑的因素 93 1 因素分析法 对所要进行选择的运输方式 按重要性因素或其他尺度进行标定 按各种不同标准 分别给各种运输工具打分 对每种运输工具计算其总分 选择出总分最高的运输方式 数学模型 V j 第j种运输工具的总分 S i j 标尺i对运输工具j的分数 n 总的标尺 准则 总数目 一 单一运输方式选择 94 2 加权分析法 对不同的准则按其重要性分别给予不同的权重 数学模型 V j 运输工具j的总权重分 W i 因素 准则 i的权重 S i j 标尺i对运输工具j的分数 n 总的标尺 准则 总数目 95 3 层次分析法 层次分析法是20世纪70年代由运筹学家萨迪 T L Saaty 提出的 是对复杂问题做出决策的一种简易的新方法 适于那些难于完全用定量进行分析的复杂问题 将半定性 半定量问题转化为定量计算 使人们的思维过程层次化 逐层比较多种关联因素 为分析 决策 预测或控制事物的发展提供定量的依据 96 决策是指在面临多种方案时需要依据一定的标准选择某一种方案 日常生活中有许多决策问题 举例1 在海尔 新飞 容声和雪花四个牌号的电冰箱中选购一种 要考虑品牌的信誉 冰箱的功能 价格和耗电量 2 在泰山 杭州和承德三处选择一个旅游点 要考虑景点的景色 居住的环境 饮食的特色 交通便利和旅游的费用 3 在基础研究 应用研究和数学教育中选择一个领域申报科研课题 要考虑成果的贡献 实用价值 科学意义 可行性 难度 周期和经费 和人才培养 97 层次分析法的基本步骤 最高层 目标层 该层元素只有一个 中间层 准则层 该层包括为实现目标所涉及的中间环节 可以由若干层次组成 包括所需考虑的准则和子准则 最低层 方案层 该层包括了为实现目标可供选择的各种措施 决策方案等 层次分析法步骤之一 系统层次结构的建立 98 递归层次结构示意图 99 判断矩阵是表示本层所有因素针对上一层某一个因素的相对重要性的比较 对要素间的重要性有定量的判断 萨迪的1 9标度法 层次分析法步骤之二 构造两两比较判断矩阵 100 第二步在已有层次结构基础上构造两两比较的判断矩阵 其中用户要解决的问题是对准则B中两个B所支配的要素i与j按1 9标度对重要程度赋值 并构成一个判断矩阵C cij n n 其中 cij就是要素i与j相对于准则B的重要度比值 判断矩阵具有性质 cij 0 cij 1 cji i j 1 2 3 n 101 层次分析法步骤之三 单一准则下元素相对权重计算 定理 设由要素C1 C2 Cn和目标D 记 则得判断矩阵C cij n n 解矩阵C的特征方程 C I 0 I为单位矩阵 求特征值 i i 1 2 n 即最大特征值 max 对应于 max的标准化特征向量为Y y1 y2 yn T 则yi i 1 2 n 为因素Ci对目标D的权重 对应于判断矩阵最大特征值的特征向量表示因素间的相对重要程度 权重 该方法是一种高精度的计算权重方法 Matlab求最大特征值和特征向量 x lumda eig C r abs sum lumda n find r max r max lumda lumda n n 最大特征值max x x n max y max x sum max x 归一化的特征向量 102 权重近似计算方法 和积法 第一步 将判断矩阵C 每列正规化 得 第二步 将正规化后的矩阵按行加总 得 第三步 将正规化即得到特征向量 第四步 即可求得判断矩阵的最大特征值为 103 层次分析法步骤之四 单一准则下的一致性检验 一致性定量为 对任意1 k n 都有cij cik cjk 则称判断矩阵满足一致性 当矩阵不具有一致性时 引入参数CI 为判断矩阵最大特征值外的其余特征值的负平均值 即 当判断矩阵具有完全一致性时 CI 0 CI值越大 一致性偏差度就越厉害 若CI 0 1 就认为该判断矩阵拥有基本一致性 否则 返回上层重新进行重要性的两两比较 104 为了避免矩阵维数对一致性的影响 引入修正值RI 对CI进行修正 令修正平均值为CR CI RICR作为衡量判断矩阵一致性的指标 若CR 0 1 就认为该判断矩阵基本符合一致性要求 同阶平均随机一致性指标 105 层次分析法步骤之五 层次总排序与总一致性检验 假设上一层的所有要素A1 A2 Am的总排序已完成 得到相对于总目标的权重为a1 a2 am 本层次共有n个要素B1 B2 Bn 且与上一层元素Ai i 1 2 m 对应本层元素B1 Bn的权重为b1i bni 若Bj与Ai无关 则bji 0 则层次分析总排序的结果为 B1B2 Bn 由 得 即 都满足归一性 106 为评价层次总排序计算的一致性精度 也需计算类似参数 若CR0 1 需调整某些判断矩阵 通常先调整CRi较大的判断矩阵 107 例 第三方物流企业TPL的选择 若有n个第三方物流企业L1 L2 Ln可供货主选择 对于货主来说最关心的因素是经济性 迅速性 安全性和便利性 其中 经济性包括 运输费用 库存费用和管理费用等 迅速性包括 运输路线 运输时间 运输组织方式 停靠站点等 安全性包括 运送方式 准时交货率 客户抱怨率 知名度等等 便利性包括 运输能力 运输网络 信息管理和公司地点等 108 构建层次分析模型 目标层 准则层 子准则层 方案层 109 构建两两判断矩阵 目标层 准则层 A 110 准则层 方案层 B1 B2 B3 B4 Bk中元素b是方案Li与Lj对与准则Ak 经济性 迅速性等 的优越性比较尺度 111 计算权重和排序 对矩阵A 计算其最大特征值得 max 4 13228对应的特征向量为 W 0 462 0 300 0 134 0 103 T一致性指标为 CI 4 132 4 4 1 0 04409又RI 0 9 得一致性比率为CR 0 04409 0 9 0 04899 0 1因此 满足一致性要求 W可以作为权向量 由第3层的成对比较矩阵Bk计算出权向量Wk 3 最大特征根值 k和一致性指标CIk等如下 112 求L1在Z中占的比重 0 293 0 462 0 607 0 3 0 309 0 134 0 149 0 103 0 3742 求L2在Z中占的比为0 166 求L3在Z中占的比为0 164 求L4在Z中占的比为0 295 即 W 3 0 374 0 166 0 164 0 295 组合一致性检验 即 应选择L1企业 L1L2L3L4 113 例2 第三方物流供应商的选择 若有n个第三方物流企业L1 L2 Ln可供货主选择 对于货主来说最关心的因素是服务质量 服务能力 规模实力和服务价格 目标层A 114 A B判断矩阵 115 116 总排序 A C判断矩阵总排序 117 综合考虑各因素的影响 邀请专家团C层各因素指标值打分 得到因素的最终得分 见下表 结合上述计算的权重Cw 按照公式 可得各物流供应商的综合分值 即A为7 2578 B为7 136 C为7 673 显然物流供应商C为最优 C层各因素指标分值 综合评比结果 118 二 多式联运运输方式选择 Cji i 1 从节点i到节点i 1选择第j种运输方式的费用 tijl 在节点i从第j种运输方式换装成第l种运输方式的换装费用 Xji i 1 0 1 值为1时 在节点i和节点i 1之间选择第j种运输方式rjli 0 1 值为1时 在节点i从第j种运输方式转换为第l种运输方式 以各种运输方式的运输总成本与换装总成本之和 节点i和节点i 1之间只能选择一种运输方式 节点i只发生一次换装 确保运输的连续性 119 采用动态规划思想求解 每个节点相当于动态规划的一个阶段 利用动态规划的逆序方法一次求取节点间的最佳运输方式 其中 节点对之间的运输费用可表示如下 Pi 1 j l tjli 1 Q cli 1 i 运输总费用 中转费用 选用第l种运输方式的单位运价 120 例 假设一个运输线路上有4个城市 每个城市对之间有3种运输方式可以选择 城市对之间的运输费用和运输中转费用如下表所示 假设运量Q 25个单位 试用动态规划法求解最佳运输方式组合 121 1 对于第三个城市 若第三个城市以公路方式到达 则第三个城市与第四个城市之间选取各种运输方式的费用为P3 公 公 t3 公 公 Q C3 4公 0 25 2 50 P3 公 铁 t3 公 铁 Q C3 4铁 2 25 3 77 P3 公 航 t3 公 航 Q C3 4航 1 25 3 76 因此 第三个城市以公路方式到达 则第三四城市之间选取公路运输最佳 同理可得 若第三个城市以铁路或航空到达 则第三四城市之间选取公路运输最佳 P3 铁 公 52 P3 航 公 51 122 2 对于第二个城市 若第二个城市以公路方式到达 则第二个城市与第三个城市之间选取各种运输方式的费用为P2 公 公 t2 公 公 Q C2 3公 P3 公 公 0 25 4 50 150 P2 公 铁 t2 公 铁 Q C2 3铁 P3 铁 公 2 25 5 52 179 P2 公 航 t2 公 航 Q C2 3航 P3 航 公 1 25 3 51 127 最小费用P2 公 航 127 因此 二 三城市间选取航空运输最佳 同理可得 若第二个城市以铁路或航空到达 则第二 三城市之间选取航空运输最佳 P2 铁 航 128 P2 航 航 126 对应上一步求出的最优方案 123 3 对于第一个城市 第1个城市选取不同运输方式 其与第二个城市之间选取各种运输方式的费用为P1 公 Q C1 2公 P2 公 航 25 3 127 202 P1 铁 Q C1 2铁 P2 铁 航 25 2 128 178 P1 航 Q C1 2航 P2 航 航 25 4 126 226 最小费用P1 铁 178 因此 第一城市应选取铁路运输方式 总运输费用为178 对应上一步求出的最优方案 124 三 委托运输还是自行运输 委托运输优点 企业可以集中精力发展自己的核心能力 缺点 需要处理与企业外部的承运商之间的关系 增加了交易成本 也增加了对运输控制的难度 委托运输VS自行运输 自行运输优点 服务的可靠性 订货提前期较短 意外事件反应能力强 与客户的合作关系 缺点 固定成本 运营成本较高 125 四 运输路线的设计 合理的设计车辆的运输路线计划可以提高车辆利用率 改善客户服务水平 降低运输成本 减少资金投入 几种不同的类型 1 单一出发地和单一目的地 且出发地和目的地不同 2 多出发地和多目的地 3 出发地和目的地是同一地点 126 1 单一出发地和单一目的地 确定路线的方法描述 已知一个由链和节点组成的网络 其中节点代表由链连接的点 链代表节点之间的成本 距离 时间或距离和时间的加权平均值 最初 所有节点都没有经过求解 即没有通过各个节点的明确的路线 已解的节点是某一路线上的 开始时只有起点是已解的节点 127 最短路径问题 求两个顶点间长度最短的路径 路径长度指的是路径上各边的权值总和 如距离 费用 时间等 描述 假设有一个n个顶点和m条弧的连通图G Vn Em 图中每条弧 i j 都有一个长度lij 则最短路径问题为 在连通图G Vn Em 中找到一条从节点i到节点n距离最短的路径 算法思路 一个连通网络G Vn Em 中 求解从v0到vn的最短路径时 首先求出从v0出发的一条最短路径 再参照它求出一条次短路径 一次类推 直到从顶点v0到顶点vn的最短路径求出为止 128 给v0以P标号 P v0 0 其余个点均给T标号 T vi 以vi为刚得到的P标号的点 考虑这样的点vj vi vj 属于Em 且vj为T标号 对vj的T标号进行如下修改 T vj min T vj P vi lij 比较所有具有T标号的点 把最小者改为P标号 当存在两个以上的最小者时 可以同时改为P标号 若全部点均为P标号则停止 否则用vj替代vi返回第二步 Dijkstra标号算法 129 例1 如图所示为单行线交通网络 用Dijkstra算法求v1到v6点的最短路径 130 1 给v1以P标号 P v1 0 其余各点均为T标号 T vj j 2 3 4 5 6 2 由于 v1 v2 v1 v3 属于E v2 v3为T标号 所以修改这两个点的标号 T v2 min T v2 P v1 l12 min 0 4 4T v3 min T v3 P v1 l13 min 0 6 6 比较所有T标号 T v2 最小 所以令P v2 4 记录路径 v1 v2 3 v2为得到P标号点 下面考察 v2 v3 v2 v4 v2 v5 T v3 min T v3 P v2 l23 min 6 4 4 6T v4 min T v4 P v2 l24 min 4 5 9T v5 min T v5 P v2 l25 min 4 3 7 比较所有T标号 T v3 最小 所以令P v3 6 记录路径 v1 v3 4 v3为得到P标号点 下面考察 v3 v4 v3 v5 T v4 min T v4 P v3 l34 min 9 6 5 9T v5 min T v5 P v3 l35 min 7 6 4 7 比较所有T标号 T v5 最小 所以令P v5 7 记录路径 v2 v5 4 v5为得到P标号点 考察 v5 v4 v5 v6 得T v4 T v6 9 令P v4 P v6 9 记录路径 v5 v6 131 因此 最短路径为v1 v2 v5 v6 路长P v6 9 同时可以的到v1到其余各点的最短路 如下图所示 132 例2 如图所示为双向通行网络 用Dijkstra算法求v1到v6点的最短路径 133 1 给v1以P标号 P v1 0 其余各点均为T标号 T vj j 2 3 4 5 6 2 由于 v1 v2 v1 v3 属于E v2 v3为T标号 所以修改这两个点的标号 T v2 min T v2 P v1 l12 min 0 4 4T v3 min T v3 P v1 l13 min 0 6 6 比较所有T标号 T v2 最小 所以令P v2 4 记录路径 v1 v2 3 v2为得到P标号点 下面考察 v2 v3 v2 v4 v2 v5 T v3 min T v3 P v2 l23 min 6 4 1 5T v4 min T v4 P v2 l24 min 4 5 9T v5 min T v5 P v2 l25 min 4 3 7 比较所有T标号 T v3 最小 所以令P v3 5 记录路径 v2 v3 4 v3为得到P标号点 下面考察 v3 v4 v3 v5 T v4 min T v4 P v3 l34 min 9 5 5 9T v5 min T v5 P v3 l35 min 7 5 4 7 比较所有T标号 T v5 最小 所以令P v5 7 记录路径 v2 v5 4 v5为得到P标号点 考察 v5 v4 v5 v6 得T v4 T v6 9 令P v4 P v6 9 记录路径 v5 v6 134 因此 最短路径为v1 v2 v5 v6 路长P v6 9 同时可以的到v1到其余各点的最短路 如下图所示 局限 没有距离为负的弧 135 2 多起点多终点问题 一类典型的运输问题是多个供应商供应多个工厂的情况 或者是把不同工厂生产的同一产品分配到不同客户区的情况 在这些问题中 有多个起点和多个终点 各供应点的供应量往往也有限制 例 一制造商有三个工厂分别为1 2 3 且同时有三家供应商A B C 工厂1 2 3的需求量分别为600 500 300 重量单位 而A B C的供应量分别也有限制 A最大的供应量为400 B最大的供应量为700 C最大的供应量为500 每一供应商到每个工厂单位质量的运输成本如下图所示 136 多起点多终点运输问题的例子 137 上述问题是一个线性规划问题 利用计算机软件工具可以解决 本例用EXCEL的规划求解功能可以解得最佳的供应计划 如下表 最低的运输成本为6600 138 3 起点与终点为同一地点 企业采用自有车辆运输时 车辆往往要回到起点 例如 车辆从一座仓库出发到不同的零售点送货并回到仓库 在实际的运输中 一些具体的限制使得问题变得更为复杂 比如 每一地点既有货物要送又有货物要取 部分或全部地点的开放时间都限制等等 例 某公司要从分布广泛的地点收集商品 并将其汇集到一个中央仓库 每一地点每天都有一定量的商品需要提取 每一辆卡车的载重量为10000 且每天只运输一趟 要决策的问题是 该公司需要多少辆卡车 卡车应该按何种顺序收取商品 139 140 解决办法 把所有的停靠点以及仓库的位置在上图标识出来 从仓库处沿某一方向划一条直线 例如上图中实线所示 转动这条直线 直到它穿过一个停靠点 若总量没有超过卡车的载重量 则继续转动到它穿过下一个停靠点 若总量超过车辆的载重量 停止转动 前面的那些总量仍在载重量以下的停靠点可以划为一个区 依此步骤 可将本例中这些停靠点划为3个区 在每一个区内 再进行最短路线计划来选择运输的顺序 所以 需要三辆卡车 每辆卡车的任务如上图所示 即按照两条虚线和一条实线分割成的三份 141 这类问题主要指考虑从设施点出发访问一定数量客户后又回到原来的出发点的线路确定问题 目标是找到一个可以走遍所有地点的最佳顺序使得总运输时间最少或距离最短 常见问题 邮递员送信 饮料递送 送牛奶等 被称为 旅行商问题 起终点相同问题根据服务对象及服务顺序分为 单回路运输 TSP 多回路运输 VRP 见第6章销售物流配送合理化部分 142 是指在路线优化中 设存在节点集合D 选择一条合适的路径遍历所有的节点 并且要求闭合 主要