配送中心物流系统优化的理论基础PPT课件.ppt

1 第一节物流系统优化概述物流优化 通过理论分析获取物流管理优化方案并将该优化方案予以实施的过程 第二章配送中心物流系统优化的理论基础 2 引导案例 某公司公司目前在西安市5个区各有一个中转库房 每天大约有300家零售商店要求第二天上午送货 目前的服务方式为每个库房负责本辖区的店 或称需求用户 该公司正在考虑调整目前的服务方式 根据每天用户的实际情况 统筹考虑库房的使用和需求用户的分配使服务的总费用最小 库存费用仓库租金公司到库房的运费车辆送货的行程费用及固定费用等 3 4 5 6 7 二 物流系统优化的基本思路分析并研究问题明确决策目标 注意目标的衡量 建立优化模型 分析模型与仿真模型 收集数据参数确定计算方法 近似算法和准确算法 计算时间 准确性 稳定性 提出优化方案初步运行并评价 不同情境下的性能 解决方案后的结果与理想结果 不同阶段等的效果 修改需要修改运行得出最优方案 8 仿真模型 9 物流系统优化的应用领域 选址库存运输 配送 信息技术 位置和数量 订货时间和订货数量 运输工具得选择 运输计划的制定 构建和运作物流系统平台 10 第二节物流优化的应用领域一 优化方法在选址决策中的应用选址 通过网络分析 优化物流节点的位置和数量 使物流系统获得合理的运输成本和库存成本 有效满足顾客的需求 物流网络设计通常可以分为三个步骤 网络分析 通过网络分析 确定网络要素和相互的关系 比如配送中心的位置 分销地点和数量 供应商的数量和位置等优化设计 采用有关数学模型或采用其他方法进行优化决策分析 组织实施网络设计方案 局部物流网络设计全局物流网络设计 11 二 优化方法在物流运作管理中的运用运输管理物料管理制订最优运输计划 经验 制订最优配送计划 VRP P38 库存决策 12 配送 标准车辆路径问题的优化目标为 确定一个具有最小车辆数和对应的最小旅行距离或者费用的路线集 约束条件 每一条车辆路线开始于车场点 并且于车场点结束 每个顾客点仅能被一辆车服务一次 每一条车辆路线总的顾客点的需求不超过车辆的装载能力Q 每一条车辆路线满足一定的边约束 比如持续时间约束和时间窗约束等 13 配送运输干道布局 14 服务半径 一个区域性的物流节点 应有一个合理的运输距离 由点到周边的最远距离 和相应合理的服务区域 即吸引范围或腹地 在假定地域上经济单位的分布是平均的和连续的这一前提下 为使这个集中点的位置达到经济上最优 应满足 此点应位于服务区域的几何中心 运输距离达到最长或服务周边达到最短时 服务区域能达到大 如果此节点只是整个区域中的一个 则此点与相邻各点之间 它们的服务区域的毗邻处 应不留空白区 也就是地域弥合的原则 15 服务区域划分 最少数原则 服务区域数越少 区域内的客户数也就越多 配送的规模效益越高 最小必要数原则 客户所要求的交货时间 车辆的经济速度和在每个节点停留时间决定了运输工具经济运输半径 服务区域数的减少必然会使服务范围扩展 而范围扩展又会受到运输工具有效运输半径的限制 由此 产生了区域划分的最小必要数 区域再分原则 当某一区域的货物流量增加到一定程度时 配送点的成本不能随流量增加而下降时 就应将一个区域分成两个流量相等的区域 并设置两个相同的配送点 16 17 实例1油品配送路线 油品配送路线是根据加油站的订单编排的车辆配送路线 其中每一订单需要指定一个可供油的油库 车辆在油库装油后向加油站供油 在一个调度日 车辆可往返于油库与加油站之间多次 18 一个油库由几个大的储油罐组成 其中每个油罐储存一种油品 油品主要有柴油和汽油两大类 而每一类包括多种型号 在供应链中 油库被分为一级油库和二级油库 其中一级油库的油来自油品供应商 二级油库的油来自一级油库 基于这种关系 对位于一级油库和二级油库之间的加油站 如果这两个油库都有其需求油品的库 则要求从一级油库出油 油库从信息系统获知一天的出油计划 并根据车辆驾驶员提供的提油单配油 为防止冒领 信息系统还向油库提供配送车辆的车牌号 由于油库的加油平台数有限 为了减少等待时间 驾驶员可自主确定装油时间 在满足宽松的时间窗约束下 在一天的固定时点 油库管理员统计当天实际总出油量 上传信息 19 何谓时间窗 20 车辆 油品配送车辆具有多车型多舱位的特点 油罐车辆的车型主要根据车辆吨位进行划分 不同吨位的车辆所能配送的加油站不同 例如位于市区的加油站一般只能由吨位小于7吨的车辆配送 车辆的多舱位是油品配送的一个特色 一辆车还有载重量限制 并从安全角度考虑 一般情况下车辆不能满载装车 为了保证油品质量 通常限制舱位只能装柴油或汽油 车辆在油库的出油平台通过顶部或底部出口装油 在加油站则通过带阀的管子靠重力将油输送到地下油罐 出于事故承担风险的考虑和运输对象单一性 在我国 国有石油企业不愿将运输公司作为下属子公司 21 订单 次日必须配送订单 这类订单要求必须在次日进行配送 次日选择配送订单 此类订单只要求在次日运力富余的情况下才进行配送 如果次日没有配送这类订单 则顺延至下一调度日 追加配送订单 这类订单是在当天生成并要求当天配送 较为紧急的配送需求 如何制定配送计划 22 制定配送计划的常规方式是 在一天的某个固定时间 如下午3点 制定次日配送计划 如果人工制定计划 由于需要权衡配送成本 运量平衡等因素 对一个日配量达300吨的配送计划 一般需要花4 5小时 23 实例2零售配送路线 零售配送是面向最终用户的小批量多品种配送 在一条零售配送路线中 根据一组订单 车辆从仓库装货 然后有序地运送到各个订单地址 24 25 零售配送只有在具有一定配送规模时 才具有成本优势 例如 由上海市烟草集团 上海市烟糖集团和捷强集团三方总投资6亿元兴建的上海海烟物流中心 平均每周需要向6000多个商业网点进行配送 配送品种达13250种 年配送量可达3500万箱 美国的一家主要从事家具及各种设备的运输服务的公司 Sears公司 管理着全美国1000辆车 年订单数达21000个 年运输量超过4百万车次 服务范围覆盖了70 的美国人口 26 食品有限公司在广州市有20个主要的卖场 物流公司需要将位于市郊仓库的货物发送到各个卖场满足其需要 并希望配送的总里程最短以降低成本 图5 2给出公司在广州市主城区主要卖场分布图 其中节点1代表仓库 节点2至21为卖场 21个节点之间的里程见附录4 其中节点之间的里程与导航线路由GIS导航系统得到 它充分考虑了城市的路网结构以及相关交通法规 基本符合实际情况 27 28 29 采用贪心算法得到总里程为102 2公里 路线为 1 2 4 5 6 7 3 8 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 9 20 21 1 30 HGPSO TSP优化的总里程为88 6公里 线路为 1 7 3 15 14 13 12 11 10 21 16 17 18 19 20 9 8 6 5 4 2 1 31 广州市限制吨位1 5吨以上货车进入中心城区 采用四辆货车送货 行驶路线以及相应载重 公斤 和里程 公里 如下 线路1 1 2 20 18 19 9 1 载重 876 载重率 97 33 里程 55 6 线路2 1 21 17 16 11 10 1 载重 876 载重率 97 33 里程 57 9 线路3 1 5 12 13 14 15 1 载重 900 载重率 100 里程 64 9 线路4 1 7 3 8 6 4 1 载重 894 载重率 99 33 里程 39 1 总载重 3546 平均载重率 98 5 总里程 217 5公里 0 9吨的车 32 33 采用三辆货车送货 行驶路线以及相应载重 公斤 和里程 公里 如下 线路1 1 7 3 5 4 2 1 载重 996 载重率 66 4 里程 36 4 线路2 1 8 15 14 13 12 11 10 6 1 载重 1296 载重率 86 4 里程 65 6 线路3 1 9 20 21 16 17 18 19 1 载重 1254 载重率 83 6 里程 63 5 总载重 3546 平均载重率 78 8 总里程 165 5公里 1 5吨的车 34 35 36 总载重 6430 平均载重率 85 7 总配送里程 159 7公里 37 实例3快递配送路线 快递业务是针对小体积高价值的物件快递 其一般业务流程是 客户服务中心根据客户下单 派车前去收取快件 并汇总到收发站 收发站经过快件整合后递送到服务中心 服务中心完成规定的程序 如标签 射频扫描 重量复查 分类 生成文档 办理正式手续 后 将快件包裹装配至空运集装箱或袋子 运输至机场 同时 服务中心根据快件目的地进行分拣后 或直接派车送件 或将快件运送到收发站 由收发站负责送件 38 39 宅急送快运有限公司 宅急送快运有限公司成立于1994年 目前已发展成为国内提供综合物流快递服务最大的快运公司 在北京 上海 广州 沈阳 成都 武汉等大中城市成立了300余家全资分支机构 并在1000余个县 市发展了众多合作伙伴 形成了 宅急送全国物流快运网络 使宅急送的门到门快运业务覆盖到全国2000多个城市和地区 2006年 公司员工达到10000名 车辆1800台 年货物进出港量7000万件 年递增率超过45 同年被中国交通协会评为 中国百强物流企业第23名 中国最具成长性物流企业 称号 主要从事的业务有 小件业务 速递业务和经济业务 其中小件业务的承运范围为10棺以内 三边之和 长 宽 高 不超过100cm 40 宅急送成都分公司位于成都市簇桥乡文昌工业园区 所覆盖川内网点达80多个地方 均可做门到门服务 分公司员工数量220名 办公面积300平米 仓储面积4000平米 车辆数量配量41辆 其中金杯车22辆 厢式货车巧辆 现有配送能力可到达国内2000余个城市的门到门配送 宅急送成都分公司在成都市内有6个营业厅1 城中营业厅 位于太升北路 所辖区域为一环路以内 2 城东营业厅 位于琉璃场 所辖区域为东面 3 城西营业厅 位于营门口 所辖区域为西面 4 城南营业厅 位于红牌楼 所辖区域为南面 5 城北营业厅 位于八里小区 所辖区域为北面 6 金牛营业厅 位于火车北站 主要负责铁路 公路口岸货物的进 出港业务 运营单位 41 四川分公司城东营业厅坐落于成都市东南部琉璃场琉璃一街 其前身为磨子桥营业厅 目前该厅配备金杯车和三吨车各一辆 小件员一名 所辖范围北起一环路东四段至一环路南二段沿线 南至锦江工业开发区 龙泉经济技术开发区等区域 东起蜀都大道 双桂路 迎晖路 成渝路沿线 西至人民南路四段大部分所辖区域都属于成都市锦江区 42 43 44 45 对该营业厅 每天金杯车司机送取货工作流程如下 7 00到本部 位于簇桥乡文昌工业园区 报到 并参加早会 车辆于当日晨4 00左右配好城东营业厅所负责的货物 7 30前离开本部 8 00前到达城东营业厅报到 12 00前完成上午发货 12 00以后 负责完成当日到达营业厅当日需派送的同城小件货物 另外 该公司针对物流司机的晚点操作也进行了相应的处罚 若没有在规定时间内及时物流 处罚金额为50元 批次 所以 对送货司机而言 返回营业厅的时间越早越好 46 47 车辆路径问题 VehideRoutingProblem VRP 己经成为运输 物流以及配送管理领域的核心问题 其主要研究满足约束条件的最优的车辆使用方案以及最优的车辆路线方案 48 下面给出几种常用的约束 1 容量约束 每条路径总的需求量 或供应量 不超过车辆的容量Q2 行程距离约束 每辆车的最大行程距离不超过某一预先指定的数3 时间窗约束 包括硬时间窗和软时间窗 在满足某些约束条件下 如何安排车辆行程 使服务所有用户的车辆行驶距离最小或所需车辆数最少 49 配送路线决策系统与GIS系统 配送路线决策系统的所有地理数据都将来自GIS系统 其中 基本的数据是经纬度坐标和最短路长 搜索与地址相匹配的经纬度坐标 图上取点 图上取点是指 在无法通过订单地址获得经纬度坐标情况下 操作员可直接在地图上取点 并将点的经纬度坐标添入数据库 应用全球定位系统 GlobalPositioningSystems GPS 和无线通信手段 自动捕获现场地理坐标 50 计算最短路径是GIS系统的一项基本功能 成本最小的最短路径时间最短的路径某种车型能够通行的最短路径 51 目前的GIS系统只能逐个地计算两点间的最短路 假设GIS系统计算一次最短路的平均时间是0 2秒 则计算100个点的最短路长的平均时间为1980秒 约33分钟 如果是1000个点 则至少需要11天的时间 目前国内GIS系统的最短路平均计算时间还达不到0 2秒 以上海市区为例 计算25个点的最短路长矩阵至少需要15分钟 52 配送路线决策系统与物流信息系统 53 VRP求解方法 节约里程法旋转射线法 54 VRP问题的求解可采用下面两种方法 节约算法 SavingsAlgorithm 是Clarke和Wright在1964年提出的 可以用它来解决运输车辆数目不确定的VRP问题 对有向和无向问题同样有效 55 56 57 2 旋转射线法旋转射线法求解VRP问题时分如下几步完成 58 1 点点间运输 最短路径求解最短路径是线路优化模型中最为基础的问题之一 也是解决其它一些线路优化问题的有效工具 为了在使用最短路径求解时 得到合理的 正确的解 求解此类最短路径问题 主要有迪杰斯特拉 Dijkstra 法 逐次逼近法和Floyd算法等 在此专门对迪杰斯特拉法进行介绍 59 60 2 单回路运输 TSP模型及求解TSP TravelingSalesmanProblem 旅行商问题 模型是单回路运输问题中最为典型的一个模型 它是一个典型的NP Hard问题 对于大规模的线路优化问题 无法获得最优解 只能通过启发式算法获得近似解 启法式算法不仅可用于复杂的TSP问题求解 对中小规模的问题也同样适用 它的不足在于 它只能保证得到可行解 而且不同的启发式算法所得到的结果也不完全相同 下面介绍两种比较简单的启发式算法 以便对该法有一个较全面得认识 61 1 最近邻点法 NearestNeighbor 最近邻点法可以通过如下五步完成 将起始点定为整个回路的起点 找到刚加入到回路的上一个点最近的一个点 并将其加入到线路中 重复步骤 只到集合所有节点都加入到了线路中 然后 将最后加入的节点和起始点连接起来 形成回路 最后 按流线型要求调整回路的形状 如果调整后的结果小于步骤 所得的解 将该解定为TSP问题的解 62 2 最近插入法 NearestInsertion 最近插入法可以通过如下步骤完成 63 64 3 多回路运输 VRP模型及求解 65 三 物流优化的其他应用领域第一层次 配送中心的产品进货计划第二层次 营销策略与产品的市场需求特征第三层次 产品的进货价格 66 第三节物流优化的基础理论与计算方法一 规划论例2 1 运输问题的数学模型大宗物资调运 如原材料等在全国有若干生产基地 根据以后的交通网络 制订调运方案 将这些物资运到各消费地点 且总运费最小 用数学语言描述如下 已知有m个生产基地 Ai i 1 2 m 可供应某种物资 其供应量分别为ai i 1 2 m 有n个销地Bj j i 1 2 n 其需要量分别为bj i 1 2 n 从Ai至Bj运输单位物资的运价 单价 为cij 这些数据汇总于产销平衡表和单位运价表中 67 产销平衡表 单位运价表 若用表示从Ai到Bj的运量 在产销平衡的条件下 要求得到总运费最小的调运方案 可求解以下数学模型 这就是运输问题的数学模型 可用单纯行法的简化方法 表上作业法来解答 68 二 排队论例2 2 有一售票口 已知顾客按照平均2分30妙的时间间隔的负指数分布到达 顾客在售票口前服务平均时间为2分钟 若服务时间也服从负指数分布 求顾客为购票所需的平均逗留时间和等待时间 若经过调查 顾客在售票口前至少要占用1分钟 且认为服务时间服从负指数分布是不恰当的 而应服从以下概率密度分布在这种情况下 再求顾客的逗留时间和等待时间 69 解 用表示单位时间平均到达的顾客数 表示单位时间内能被服务完成的顾客数 表示在系统中顾客逗留时间的期望值 表示在队列中顾客等待时间的期望值 表示系统中的平均顾客数 表示在队列中等待的平均顾客数 适用于相继到达间隔时间为负指数分布 服务时间为一般服务时间分布的单服务台模型 1 70 令y为服务时间 那么Y 1 X X服从均值为1的负指数分布 于是E Y 2 Var X 1 71 三 库存论例2 3 已知仓库最大容量为A 原有贮存量为I 要计划在m个周期内 确定每一个周期的合理进货量与销售量 使总收入最多 已知第i个周期出售一个单位货物的收入为ai 而定购一个单位的定货费为bi i 1 2 m 72 四 对策论例2 4 某厂用三种不同的设备加工三种不同的产品 已知三种设备分别加工三种产品时 单位时间内创造的价值由表2 4给出 出现负值是由于设备的消耗大于创造出的价值 在上述条件下 求出一个合理的加工方案 73 74 京藏高速拥堵 今年3月份以来 京藏高速公路频繁发生堵车现象 从8月14日开始 京藏高速公路进京方向再次出现堵车 堵车时间持续20多日 被堵车辆绵延上百公里 其时间之长 数量之多实属罕见 引起了社会的广泛关注 截至昨日 京藏高速仍被数万辆大型货车挤得水泄不通 除京藏高速 北京西北的货运通道京新高速 原京包高速及110国道新线 在今年6月也曾爆堵20多天 75 京藏高速拥堵的原因 八达岭高速拒绝4吨以上的大货车进入 这些车辆只得全部转入110国道 京藏高速承担了太多的货运压力 暴露这条狭长走廊运输方式单一的弊端 多条高速与国道对接 形成漏斗形路网 对接处的通行速度缓慢 进而导致高速路上等待通行的车辆聚集 造成拥堵 110国道昌平与延庆交界附近路面开始大修 该段施工使京藏高速通行能力比原先降低50 这使拥堵状况雪上加霜 76 高速成运煤重要通道 由于南方气温的快速升高 南方地区用电压力增加 电煤需求随之增大 订单的增多 导致他们需要新购大量货车 京藏高速堵车也随之产生 取煤源头由晋转蒙 大城西煤炭集散地 东西走起来最长十七八公里 南北最少也有10公里 绕行面临罚款风险 这条线路的成本要比京藏高速高出近1 3 风险高 绝大部分司机不会考虑 限流卡口 以罚代管加剧拥堵 河北 北京分别在京藏高速220公里处 97公里处等地段设置了对进京大货车的限流卡口 从而引发了连锁反应 因北京境内车辆行驶缓慢而推延至河北境内的交通拥堵 因河北境内的车辆行驶缓慢而推延至内蒙古境内的交通拥堵 77 解决方案 开辟一条运煤的铁路专线 在沿线各收费站实施远程 多点限流 根据配额渐次放行 内蒙古对京藏高速公路内蒙古段实施单双号限行管制 张家口地区的非进京大型货车 特别是运煤车辆 一律绕行国 省道 严禁通行京张 丹拉 宣大 张石高速公路 北京市交通委则表示 每晚22点至次日4点 在昌平区西关环岛分流货车 货车全部经京藏高速出京 在此时段 国道110旧线双行改进京单行 增加一条进京车道 同时 为确保八达岭旅游车辆通行 每日6点至15点 京藏高速出京方向禁止大货车通行 货车经由110旧线出京 78 物流系统优化的常用方法 解析方法优点 最准确 缺点 难以表现物流活动的全貌 仿真方法 实验技术 优点 适合于大型 复杂和多元的物流问题 缺点 仿真模型的建立及结果的分析 启发方法优点 具有很好的操作性 符合人的思维 缺点 适用于特定问题 79 第四节优化方法在物流管理中的作用及应用难点分析一 优化方法在物流管理中的作用分析 80 二 优化方法在物流管理中的应用难点分析对现代物流管理理念的理解与把握现代物流管理的核心是 协调与合作 优化模型的建立与求解技术系统优化的范围越来越广 集成越来越强 物流优化方案的有效实施与不断改进注意考虑对物流系统优化方案的实施效果影响较大的一些外界因素 81 81 课堂讨论 经典案例1和2前一节课讲述经典案例1后一节课案例2前30分钟同学们自己思考后20分钟全班一起讨论 82 案例1背景 新产品的不断涌现 大量废旧家电被弃置 势必造成严重环境污染 电冰箱中的制冷剂CFC 12和发泡剂CFC 11会破坏臭氧层 一台电脑所需要的700多种化学原料中 50 以上对人体有害