物流运输与配送管理（第3版）课件 第7章 合理化运输

第七章合理化运输 主讲人主讲人普通高等教育经管类专业系列教材物流运输与配送管理（第3版）日期日期学习目标合理的运输对提高物流效率、降低物流成本具有举足轻重的作用。因此，在物流运输时需要追求运输的合理化，避免不合理运输的发生。通过本章的学习，你将了解合理化运输的影响要素及意义；掌握不合理运输的类型与合理化运输的措施；理解数学方法在运输组织中的应用。引导案例引导案例——湖南汨罗“电商物流+一村一品”产业模式

湖南汨罗采用“部门协作、模式多元”的建设模式，融合客运站、物流站点、村委会、邮政代办点及商场、超市等现有网络节点，形成层级分明、功能完善的县乡村三级物流配送节点体系，创新“交通+物流邮政+直播电商+一村一品”模式，利用公交车辆捎带货物和邮件快件，有效打通工业品下乡“最后一公里”和农产品进城“最初一公里”，缓解制约乡村振兴的农村末端物流瓶颈，有力助推农村产业振兴。主要做法及成效：整合多方力量，实现共配共运；创建枢纽中心，减少物流环节；降低运营成本，提升集约效益；发展“电商快车”，培育“一村一品”。课程精要第一节合理化运输概述一、合理化运输的影响要素（1）运输距离；（2）运输环节；（3）运输工具；（4）运输时间；

（5）运输费用。这5个因素既相互联系，又相互影响，有时甚至是相互矛盾的。例如，在一定的条件下，运输速度快了，费用不一定减少，这是因为运输时间与运输成本是一种此消彼长的关系，利用快速的运输方式，就有可能增加运输成本。在一般情况下，运输时间快和运输费用省是考虑合理运输的两个主要因素，两者集中体现了运输的经济效益。课程精要二、合理化运输的意义（1）加速社会再生产进程，促进国民经济发展（2）节约运输费用，降低物流成本（3）缩短运输时间，加快物流速度（4）节约运力，节约能源课程精要第二节不合理运输的类型与合理化运输的措施一、不合理运输的类型1、返程或起程空驶造成空驶这种不合理运输的原因主要有以下几个方面。（1）未利用社会化的运输体系，依靠自备车送货提货，这往往导致单程实车和单程空驶的不合理运输。（2）由于工作失误或计划不周，造成货源不实和车辆空去空回，形成双程空驶。（3）由于车辆过分专用，无法搭运回程货，只能单程实车，单程回空周转。课程精要2、对流运输对流运输也称为“相向运输”和“交错运输”，指同一种货物，或彼此间可以互相代用而又不影响管理、技术及效益的货物，在同一线路上或平行线路上做相对方向的运送，而与对方运程的全部或一部分发生重叠交错的运输。另外，已经制定了合理流向图的产品，一般必须按合理流向的方向运输，如果与合理流向图指定的方向相反，也属于对流运输。它有两种表现形式：（1）明显对流，即同类的（或可以互相代替的）货物沿着同一线路相向运输。（2）隐蔽对流，即同类的（或可以互相代替的）货物在不同运输方式的平行路线上或在不同时间内进行相反方向的运输。课程精要3、迂回运输迂回运输是舍近取远的一种运输，是放弃短距离运输而选择路程较长路线运输的一种不合理形式。4、过远运输过远运输是指调运物资舍近求远，近处有资源不调而从远处调，这就造成放弃近程运输和拉长货物运距的浪费现象。5、重复运输不合理的重复运输是指同一批货物由产地运抵目的地，没有经任何加工和必要的作业，也不是为实现联运，又重新装运到别处的现象。6、无效运输无效运输是指被运输的货物杂质较多，如煤炭中的矿石和原油中的水分等，使运输能力浪费在不必要的物资运输上。课程精要7、运力选择不当运力选择不当是指在没有考虑各种运输工具的优缺点的情况下，选择了不适当的运输方式，从而导致不合理运输。常见的运力选择不当有以下几种形式：①违反水陆分工合作，弃水走陆的运输②铁路、大型船舶的过近运输③运输工具承载能力选择不当8、托运方式选择不当托运方式选择不当是指货主在可以选择最好的托运方式而未选择，造成运力浪费及费用支出加大的一种不合理运输。课程精要二、合理化运输的措施（1）提高运输工具实载率（2）实现铁路和公路的合理分工（3）尽量运用直达运输（4）实现各种运输方式的分工协作（5）配载运输是充分利用运输工具的载重量和容积，运用科学的载运方法合理安排装载的货物以求得合理化的一种运输方式。（6）发展社会化的运输体系（7）发展特殊运输技术和运输工具（8）实现流通加工与运输的协调课程精要

课程精要项目12…n产量

1

…

a12

…

a2………………m

…

am销量b1b2…bn表7-1产销平衡表项目12…n1C11C12…C1n2C21C22…C2n…………………………mCm1Cm2…Cmn表7-2单位运价表课程精要

课程精要

课程精要

课程精要二、运输问题的表上作业法运输问题的表上作业法，是指在物资调运平衡表上确定物资调运最优方案的一种调运方法。可利用表上作业法，寻求运费最少的运输方案，其步骤可归纳如下：①列出运输物资平衡表及运价表；②在表上做出初始方案；③检查初始方案是否为最优方案；④调整初始方案，得到最优解。一般说来，每调整一次，将得到一个新的方案，而这个新方案的运费比前一个方案要少一些，如此经过几次调整，最后可以得到最优方案。课程精要例：某公司有3个储存某种物资的仓库，供应4个工地的需要。3个仓库的供应量和4个工地的需求量以及由各仓库到各工地调运单位物资的运价（元/吨），如表7-3所示，试求运输费用最少的合理运输方案。项目B1B2B3B4供应量/tA1311310700A21928400A374105900需求量/t3006005006002000表7-3供需情况和单位运价课程精要求解步骤具体如下。（1）列出调运物资平衡表（见表7-4）和运价表（见表7-5）项目B1B2B3B4供应量/tA1

700A2

400A3

900需求量/t3006005006002000

表7-4物资平衡表项目B1B2B3B4A1311310A21928A374105②①表7-5运价表课程精要

课程精要

项目B1B2B3B4供应量/tA1300400

700A2

200200

400A3

300600900需求量/t3006005006002000表7-6初始调运方案课程精要

课程精要

项目B1B2B3B4供应量/tA1

400

700A2300

100

400A3

600

300900需求量/t3006005006002000表7-7供需量的分配课程精要

课程精要下面用一个例子来说明上述情况的处理。表7-9和表7-10给出了另一个运输问题。经使用最小元素法的三次运算后，进一步得到了下面的表7-11、表7-12和表7-13。项目B1B2B3供应量/tA1

10A2

20A3

40需求量/t10204070表7-9供需平衡表项目B1B2B3A1122A2313A3231表7-10运价表课程精要可以看出，表7-13虽然构成了一个调运方案，但是在运价表中，(1，3)及(2，3)方格尚未被划去，所以在表7-12中，在方格(1，3)及(2，3)处各填上一个“0”后得表7-13，表7-13填有数字（包括0）的方格数恰是3＋3－1＝5，如此才可以构成运输问题的初始方案。项目B1B2B3A1122A2313A3231

表7-11运价表课程精要项目B1B2B3供应量/tA110

10A2

20

20A3

4040需求量/t10204070表7-12供需平衡表项目B1B2B3供应量/tA110

010A2

20020A3

4040需求量/t10204070表7-13初始调用方案课程精要（3）初始方案的检验 在制订了初始调运方案之后，需要对它进行检验，如果制订的初始调运方案不是最优方案，需要对其进行调整，直到获得最优调运方案。采用表上作业法判断调运方案是否为最优解，常用的方法为闭合回路法。对于表上作业法的初始方案来说，从调运方案表上的一个空格出发，存在一条且仅有一条以某空格为起点，以其他填有数字的点为其他顶点的闭合回路，简称闭回路。这个闭回路具有以下性质。①每个顶点都是转角点。②闭合回路是一条封闭折线，每一条边都是水平或垂直的。③每一行（列）若有闭合回路的顶点，则必有两个。只有从空格出发，其余各转角点所对应的方格内均填有数字时所构成的闭合回路才是我们所说的闭回路；另外，过任一空格的闭回路不仅是存在的，而且是唯一的。课程精要以表7-8给定的初始调运方案为例说明闭合回路的性质，表7-14给出了空格，(1，1)和(3，1)所形成的闭合回路为：(1，1)—(1，3)—(2，3)—(2，1)—(1，1)(3，1)—(2，1)—(2，3)—(1，3)—(1，4)—(3，4)—(3，1)其他空格的闭回路与此同理。项目B1B2B3B4供应量/tA1

400300700A2300

100

400A3

600

300900需求量/t3006005006002000表7-14初始调运方案课程精要

课程精要新方案是否是最优方案，还要对它再进行检验。经计算，该新方案的所有检验数都是非负的，说明这个方案已是最优调运方案了。

表7-15检验数计算课程精要（4）解的改进检验数为负，说明这个解不是最优解。改进的方法是空格对应的闭回路，使空格中的数值尽量增大，并相应调整闭回路上其他顶点的运输量，以得到另一个更好解。具体步骤为：①找出空格在运输表中的闭回路；②以此空格为第一个奇数顶点，沿闭回路的顺（或逆）时针方向前进，对闭回路上的顶点依次编号；③在闭回路上的所有偶数顶点中，找出运输量最小的顶点（格子），以该格中的运输量为换出变量；④以③中的运输量为调整量，将该闭回路上所有奇数顶点处的运输量都增加这一数值，所有偶数顶点处的运输量都减去这一数值，从而得出一个新的运输方案。⑤对得到的新解进行检验，如不是最优解，就重复以上步骤继续进行调整，直到得出最优解为止。课程精要三、运输问题的图上作业法课程精要1、图上作业法的基本知识图上作业法就是在一张运输交通图上通过一定步骤的规划和计算来完成物资调运计划的编制工作，以使物资运行的总吨千米数最小，降低物资运费，缩短运输时间。制订一个物资调运方案时，第一步是编制物资平衡表。在编制物资平衡表时需要做以下三件事：①找出需要调出物资的地点（即发点）及发量；②找出需要调进物资的地点（即收点）及收量；③求总发量＝总收量。第二步，根据物资平衡表和收点、发点间的相互位置绘制交通图。所谓交通图，就是表明收点和发点间的相互位置以及连接这些点之间的交通线路的简要地图。课程精要在交通图上，为了方便表达，交通网络可使用下列符号来表示：“〇”货物装车点，即空车接受点；“×”货物卸车点，即空车发出点；“×”货物装卸点，即空车收发点。第三步，制作物资调运流向图。交通图绘制好后，即可在其上进行物资调运，找出初始调运方案。我们用箭头“→”表示物资调运的方向，即流向，并规定：流向“→”必须画在沿着线路前进的右侧。把运送物资的数量记在流向“→”的上面，以区别两点之间的距离数。另一方面，为了保持图面的整洁，流向最好不要通过收、发点以及交叉路口。课程精要如图7-2所示，（a）和（b）是正确的，（c）是错误的。由此可知，当一个交通图成圈时，若运输方向沿逆时针方向，则需将流向“→”画在圈外，称为外圈流向；若运输方向是沿顺时针方向，则将流向“→”画在圈内，称为内圈流向。若在图中每个发点吨数全部运完，每个收点所需吨数均已满足，则称此图为流向图（见图7-3）。课程精要

课程精要②迂回运输。当交通图成圈时，如果流向图中内圈流向的总长（简称内圈长）或外圈流向的总长（简称外圈长）超过整个圈长的一半，就称为迂回运输。例如，图7-6所示的某物资流向图就是一个迂回运输流向图，它的内圈长6大于整个圈长的一半5。如果把它改成图7-7，就可避免迂回现象，可节约5×6－5×4=10（吨千米）运输量。课程精要线性规划中的图上作业法，可以帮助我们避免物资调动工作中的对流和迂回现象。运用线性规划理论可以证明，如果一个运输方案没有对流和迂回，那么它就是一个运输力最省的最优方案。从以上讨论可以看到，图上作业法的实质就是在一张交通图上寻找没有对流和迂回的最优流向图。为了贯彻这个原则，需采用逐步逼近法，即我们可以先设法做一个流向图，然后检查它是不是最优的，如果是的话，问题就解决了；如果不是，就把这个流向图稍微变化一下，这样的变化称为调整。调整后的新流向图所花费的吨千米比原流向图的要少一些。然后检查新流向图是不是最优的，如果仍旧不是，就再进行调整，直至找到最优流向图为止。物资运输的交通图总共分为两类：一类是不成圈的交通图，另一类是成圈交通图。下面分别举例说明它们的最优流向图的求法。课程精要2、交通图不含圈的图上作业法任何一张交通网络图，其路线分布形状可分为成圈和不成圈两类，对于不成圈的交通网络图，根据线性规划原理，物资调拨或空车调运线路的确定可依据“就近调空”的原则进行，只要使方案中不出现对流和迂回情况，即得到最优方案。例：求表7-16的最优调运方案，其交通图如图7-8所示。课程精要

项目B1B2B3B4发量/tA1

50A2

20A3

30A4

70收量/t80103050170表7-16

物资平衡表课程精要

课程精要图7-9所示的流向图既无对流，又无迂回，所以它是最优流向图，对应的方案是最好方案。该流向图的调运方案显然不是唯一的，现在给出两个调运方案，如表7-17所示。项目B1B2B3B4发量/吨方案1方案2方案1方案2方案1方案2方案1方案2A15045

5

50A22015

5

20A31020101010

30A4

2020505070收量/吨80103050170表7-17最优的调运方案课程精要

课程精要3、交通图含圈的图上作业法对于成圈的交通网络，只要先假设某两点间线路“不通”，将成圈问题简化为不成圈问题考虑，就可得到一个初始的调运方案。这个方案还需进一步进行优化处理，其方法是先检查可行方案里外圈的流向线之和是否超过其周长之一半，如均小于周长一半，则初始方案即为最优方案；如外圈流向线总长超过全圈周长的一半，则应缩短外圈流向；反之，就应缩短里圈流向。具体方法是应该选择该圈流向线中流量最小的进行调整，在超过全圈总长1/2的里（或外）圈各段流向线上减去最小的运量，然后在相反方向的外（或里）圈流向线和原来没有流向线的各段，加上同样数量的运量，这样就可得到一个新的调拨方案。然后用上述方法处理，直到里外圈空车流向线之和均小于周长的一半，此时，得到的调运方案即为最优方案。课程精要

课程精要（2）第二步，检查本例中物资对流情况实际上是不会存在的，关键问题是要检查里、外圈流向线之总长，看其是否超过全圈（即封闭回环线路）长度的1/2。课程精要本例中全圈长为：45＋23＋25＋18＋23＋36＝170（千米）半圈长为：170÷2＝85（千米）外圈流向线总长：45＋25＋18＋23＝111（千米）里圈流向线总长：23（千米）由上可知，虽然里圈流向线总长不超过全圈周长的一半，但是外圈流向线总长却超过了（即111＞85），可以断定该方案存在迂回调拨现象，初始方案不合理，需要进行优化处理。（3）第三步，调整流向本例中，外圈流向线总长超过了全圈长的一半，应着手缩短外圈。外圈流向线中最小流量A－I是20，所以应在外圈的各段流向线上均减去20，同时在里圈的各段流向线及原来没有流向线的AB段上分别加上20，这样就得到了图7-12和表7-18所示新的物资调拨方案。课程精要项目BCEGI发量/tA20

20D

20

20F10

2070

100H

30

3060收量/t3050207030200表7-18调整后方案平衡表课程精要与初始方案相比，新方案肯定有所改进，但是仍需对它加以检查，直到满足所要求的检查结果，才能得到最优的物资调拨方案。本例对新方案检查情况如下：外圈流向线总长：25＋18＋23＝66（千米）里圈流向线总长：23＋36＝59（千米）由上可知，里、外圈流向线总长均没有超过全圈周长的一半，所以调整后的新方案即为最优物资调拨方案。（4）第四步，方案比较前后两个方案中运力消耗情况如下。第一方案：45×20＋23×30＋60×18＋29×80＋127×20＋20×13＋50×25＋23×10＝9270（吨千米）第二方案：20×36＋10×23＋20×13＋30×23＋30×25＋20×127＋80×29＋40×18＝8230（吨千米）课程精要上述案例只是说明了一个圈的情况，若有几个圈时，则应逐圈检查并调整，直到每一个圈都能符合要求，此时才能得到物资调拨的最优方案。在日常运输生产活动中，各流向上的物资是不平衡的，有的地区进多出少，另一些地区却进少出多。这样，有些车辆在卸货后就无货可载，车辆必须空放到其他地方去；而另一些地方情况正好相反。这些空车如何调运才能使空车行驶里程最少，其实质就是一个与物资调拨相类似的问题，区别在于这里所需调拨的不再是物资，而是空车。所以，图上作业法在此要解决的问题是，在完成既定货物任务的前提下，如何组织循环运输以求得最小的空驶里程。课程精要例如，在给定交通图（见图7-13）上，要求完成表7-19所列的货运任务，根据上述方法求解，最后可得的最优方案，如图7-14所示。课程精要课程精要货名发货点收货点运距/km运量/t××GB166900××GH57100××IH1321000××JH75900××AD1671000××AB78500××KB74900××FD41600××EB144900××CD571300表7-19货运任务课程精要4、配送线路的选取方法（1）确定配送路线的原则①确定配送路线的原则②确定配送路线的条件③确定配送路线的方法（2）直线式配送运输直线式配送运输，是指由一个供应点对一个客户的专门送货。直线式客户的基本条件是其需求量接近或大于可用车辆的额定载重量，需专门派一辆或多辆车一次或多次送货。因此，在直线情况下，货物的配送追求的是多装快跑，选择最短配送路线以节约时间和费用，提高配送效率。也就是说，直送问题的运输优化，主要是解决运输网络中的最短线路问题。课程精要

课程精要第四步：重复以上步骤，直到路线网络中所有节点的位势值均达到最小为止。最终，各节点的位势值表示从初始节点到该点的最短距离。带箭头的各条连线组成了从初始节点到其余节点的最短线路。分别以各点为初始节点，重复上述步骤，即可得到各节点之间的最短距离。下面我们尝试计算路线网络图（见图7-15）中，从供应点𝑨到客户𝑲的最短线路。根据以上步骤，计算过程如下。课程精要

课程精要

课程精要

课程精要5、几类经典的运输配送问题及数学模型（1）旅行商问题旅行商问题是一个经典的组合优化问题。经典的TSP可以描述为：一个商品推销员要去若干个城市推销商品，该推销员从一个城市出发，需要经过所有城市后回到出发地，应如何选择行进路线，以使总的行程最短。由于该问题的可行解是所有顶点的全排列，随着顶点数的增加，会产生组合爆炸，它是一个NP问题。早期的研究者使用精确算法求解该问题，常用的方法包括分支定界法、线性规划法和动态规划法等。但是，随着问题规模的增大，精确算法变得无能为力，因此在后来的研究中，国内外学者重点使用近似算法或启发式算法（主要包括遗传算法、模拟退火算法、蚁群算法、禁忌搜索算法、贪婪算法等）进行求解。课程精要

课程精要（2）车辆路径问题车辆路线问题最早是由Dantzig和Ramser于1959年提出的，是一个NP-hard问题。VRP一般可被描述为给定一组有容量限制的车辆的集合、一个物流中心（或供货地）和若干有供货需求的客户，组织适当的行车路线，使车辆有序地通过所有的客户（且每位客户一次配送完成），在满足一定的约束条件（如需求量、服务时间限制、车辆容量限制和行驶里程限制等）下，达到一定的目标（如路程最短、费用极小、时间尽量少和使用车辆数尽量少等）。由于每位客户一次配送完成，因此假定车辆装载容量大于任意客户的需求量。可以看出，VRP是TSP的扩展形式。在以上问题的基础上，VRP进一步延伸出了几个变种。例如，具有容量限制的VRP（CVRP）、带有距离限制的VRP（DCVRP）、带有时间窗的VRP（VRPTW）以及带有回程的VRP（VRPB）。课程精要

课程精要上述各式中，式(7-7)是模型的目标函数，要求总成本最低；式(7-8)用以要求每个客户所在地必须被访问且仅能访问一次；式(7-9)至式(7-11)共同要求每辆车的路径必须从车辆的起点开始，最后在最终停放地结束；式(7-12)是车辆容量限制约束；式(7-13)是决策变量的(0-1)约束。课程精要

课程精要

课程精要

课程精要课程精要课程精要上述各式中，式(7-14)为模型目标函数，要求规划期内运输成本和库存持有成本二者之和最小；式(7-15)和式(7-16)为库存平衡约束；式(7-17)和式(7-18)确保各节点的库存始终处于对应上、下界之间；式(7-19)要求各车辆装载产品的数量不超过其载重量；式(7-20)确保在仓库节点的补货遵循最大库存水平策略；式(7-21)确保各客户节点仅能被访问1次；式(7-22)给出变量之间的关系；式(7-23)是流量守恒约束；式(7-24)和式(7-25)是子环路和容量子环路消除约束；式(7-26)和式(7-27)给出变量之间的关系；式(7-28)至式(7-31)是变量的定义域约束。课程精要6、运输网络中的货流均衡在一个区域中，某类货物运输需求的空间分布表现为多个起、终之间需要完成的货物运输量，我们称之为OD（起点和终点）流量。当OD流量已知时，这个区域内无论是货主还是承运人，都将依照综合运输成本最小的原则来组织货物的运输。换言之，区域内众多的货物运输组织者根据“理性人”假设为各OD之间的货物指派运输路径（即在运输市场中购买运输服务）。而当众多OD之间的货物通过相同的运输通道时，将产生“拥挤效应”，即通道的通行成本将随流过的货物流量的增加而增大。针对这一现象，1952年学者Wardrop提出了著名的用户均衡（userequilibrium，UE）交通流分配理论