整车物流网络规划集成优化模型研究

秦绪伟1 ,3 ,范玉顺2 ,尹朝万1
(1. 中国科学院 沈阳自动化研究所 ,辽宁 沈阳 110016 ; 2. 清华大学 自动化系 ,北京 100084 ;3. 中国科学院 研究生院 ,北京 100039)
摘 要 :优化整车物流系统配送网络可降低成本 ,为此 ,建立了综合考虑运输规模效应 、库存控制策略 、设施和 服务质量等决策因素的整车物流网络规划集成优化模型 。给出了一种流预测和遗传算法相结合的求解方法 。在 遗传算法中采用二进制码和自然码组合的编码方式 ,使得每个合法染色体都代表一种可行物流网络结构 。为了解 决适应度函数中的工厂与分销中心之间的运输成本计算困难的问题 ,提出了流预测算法 ,用于确定产品在工厂 、集 货中心和分销中心构成的凹费用流网络中的最优运输路径 ,进而获得适应度函数值 。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 。
第 12 卷第 3 期 2 0 0 6 年3月
计算机集成制造系统
Computer Integrated Manufact uring Systems
文章编号 :1006 - 5911 (2006) 03 - 0364 - 07
Vol. 12 No. 3 Mar . 2 0 0 6
整车物流网络规划集成优化模型研究
上述文献较多地研究多种库存策略与选址模型 的集成或运输网络中的运输规模效应 ,而较少考虑 库存策略 、运输规模效应和选址 - 分配问题集成模 型 。本文针对整车物流的特点 ,充分利用 3 类运输 规模效应 ,考虑分销中心的随机需求下的库存控制 策略 ,提出整车物流网络规划集成优化模型 ,设计了 基于流预测的遗传算法 。通过实例验证 ,该算法有 足够的精度 ,并适用于较大规模的整车物流网络规 划问题 。
(1)
d =1
C
R
∑ ∑ Y p( i) d +
U cdi =
χdrφri ,
(2)
c =1
r =1
R
∑ ≤χ V p( i) c
c
φri ,
(3)
r =1
366
计算机集成制造系统
第 12 卷
S di =
R
∑ λdi =
χdrφri ,
r =1
∑ min S
λτ e ( ) S- 1
-
λτ
di di
2. Dep . of Auto matio n , Tsinghua U niv. , Beijing 100084 ; China ; 3. Graduate Sch. of t he Chinese Academy of Sciences , Beijing 100039 , China) Abstract :To optimize automo bile logistics network and reduce co st s , t he integrated optimization model was p resen2 ted , which p rovided an integrated view of t ransportation economies - of - scale , inventory and facility co st s as well as service quality. The solution combining t he flow p redictio n algo rit hm and Genetic Algorit hm ( GA) was p resen2 ted. In t his solution , GA used particular gene rep resentation compo sed of binary code and real code , which ex2 p ressed feasible st ruct ure of logistics netwo rk. In order to calculate difficult t ransportation co st between plant s and dist ributio n centers in t he fit ness value f unctio n , flow p rediction algorit hm was p resented to find an minimum - co st flow patterns o n an network compo sed of plant s , co nsolidatio n centers and dist ribution centers wit h concave t rans2 po rtation co st s and to obtain t he app rop riate fit ness value. Simulatio ns were given to confirm t he co rrect ness of t he optimizatio n model and t he effectiveness of t he solutio n. Key words :automo bile logistics ; t ranspo rtation econo mies - of - scale ; flow p rediction algorit hm ; genetic algo rit hm
1 问题及其数学模型
某汽车制造集团和第三方物流公司组成战略联 盟 ,重新规划整车配送网络 。P 个整车制造厂 、R 个 客户区 、D 个候选分销中心 、C 个集货中心及分布 ,
该整车物流网络结构如图 1 所示 。各制造厂生产多 种不同型号产品 , 共计 I 种 。客户区对产品种类需 求繁多且数量较小 ,对每种产品的需求可以视为泊 松过程 ,且已知各产品平均需求率 、补货提前期和目 标库存服务水平 ,分销中心对各产品采用连续检查 (S - 1 ,S) 库存控制策略 ;规定每个客户区仅有一个 分销中心服务 ,且为每个分销中心服务客户区的数 目设立下限 N min 和上限 N max 。为了保证分销中心 的快速反应能力 ,规定了分销中心的服务覆盖半径 , 当所服务的客户区超出覆盖半径时给予惩罚 。在工 厂 - 集货中心 、集货中心 - 分销中心和工厂 - 分销 中心之间存在运输规模效应 。分销中心与客户区之 间采用线性运费率 。上述整车物流网络规划方案必 须解决以下问题 : ①选择最佳的分销中心和集货中 心 ; ②安排分销中心服务的客户区 ; ③确定工厂与分 销中心之间的运输路径 (途经集货中心或直接运达) 及其流量 ; ④制定出各产品在分销中心的最优库存 水平 。
( No . 70431003) . 作者简介 :秦绪伟 (1976 - ) ,男 ,山东单县人 ,中国科学院沈阳自动化研究所博士研究生 ,主要从事物流控制与优化 、智能算法等的研究 。
E - mail : sunqxw @sia. cn 。
第3期
秦绪伟 等 : 整车物流网络规划集成优化模型研究
365
因素 ,在满足目标服务水平条件下使整车物流网络 运营成本最小 。
近年来 ,不确定性需求下的选址与库存的联合 决策问题引起了很多学者的兴趣 。文献 [ 1 ]考虑了 正态分布的客户需求和安全库存 ,建立了带能力约 束的多产品固定费用网络流模型 ;文献[ 2 ]研究了配 送中心采用 ( S - 1 ,S) 库存控制策略 ,单位运费固定 时的单级库存 —选址系统 ;文献[ 3 ]研究了不同需求 分布情况时 ,配送中心合并对库存成本和设备投资 成本之和的影响 。上述文献中都假定为线性运输成 本 ,忽略了运输规模效应对选址方案的影响 。
k di di
k=0
k!
≥βdi
(4) , (5)
D
∑x dr = 1 ;
(6)
d =1
R
∑ N χ min d ≤ χdr ≤ N χ max d ,
(7)
r =1
χc = { 0 , 1} ,
(8)
χd = { 0 , 1} ,
(9)
χdr = { 0 , 1} ,
(10)
Y p( i) d ≥0 ; U cdi ≥0 ; V p( i) c ≥0 ;
i ∈I
PD
∑∑ ∑ +
k pdη
Y p( i) d
p =1 d =1
i ∈I| p( i) = p
DR
+ ∑∑ d =1 r=1
I
DR
I
∑ ∑∑ ∑ χ k dr dr
φ w dri ri +ρ
χ qdr dr φri 。
i =1
d =1 r=1
i =1
s. t.
D
∑ V p( iຫໍສະໝຸດ Baidu c =
U cdi ,
运输规模效应是影响多品种 、小批量物流配送 网络设计方案的重要因素 。文献 [ 4 ]考虑了工厂与 分销中心之间的运输规模效应 ,分析了规模效应产 生的不同折扣率对分销中心的数量和分布的影响 ; 文献[ 5 ]研究了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 ,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 。设立 在工厂与分销中心之间的集货中心 ,可以将零担拼 装成整车 ,发挥工厂 —集货中心 、集货中心 - 分销中 心之间的运输规模效应 ,但寻找由工厂 、集货中心和 分销中心构成的最小凹费用流问题的最优运输路径 却十分困难 。文献[ 6 ]提出将运输网络分解成多个 由单货源 、单集货中心和多个终端构成的独立子网 , 分别对各子网络中的每个货源 - 终端采用启发式算 法确定其最优路径 。仿真试验表明 ,文献[ 6 ]的启发 式算法能够保证足够的精度 ,非常适用于规模较大 的实际问题 。但该启发式算法的不足之处是 ,仅仅 能够利用工厂 - 集货中心之间的运输规模效应 。
决策变量 :
χc 为 0 - 1 变量 ,1 表示开设集货中心 c;
χd 为 0 - 1 变量 ,1 表示开设分销中心 d ;
χdr 为 0 - 1 变量 ,1 表示分销中心 d 服务于客户
区 r;
Y p( i) d 为产品 i 从工厂 p 直接运输到分销中心 d
(11)
其中 , c = 1 ,2 , …, C , i = 1 ,2 , …, I , d = 1 ,2 ,
…, D , r = 1 ,2 , …, R ;
下标 : p , c , d , i , r 分别为工厂 、候选集货中心 、
候选分销中心 、产品和客户区的序号 ; p ( i) 表示工厂
p 生产第 i 种产品 。
整车物流网络规划集成优化模型构建如下 。
目标函数 :
DI
C
D
PC
∑∑ ∑ ∑ ∑∑ min
hdi S di + ψcχc + ψdχd +
d =1 i =1
c =1
d =1
p =1 c=1
kpc <
∑ V p( i) c
i ∈I| p( i) = p
CD
∑∑ ∑ +
kcdδ
U cdi
c=1 d =1
关键词 :整车物流 ;运输规模效应 ;流预测算法 ;遗传算法 中图分类号 : TP18 ;C934 文献标识码 :A
Research on integrated optimization model f or automobile logistics net work design
Q I N X u - w ei1 ,3 , FA N Yu - s hun2 , Y I N Chao - w an1 (1. Shenyang Inst . of Automation , Chinese Academy of Sciences , Shenyang 110016 , China ;
0 引言
随着汽车市场竞争的加剧 ,整车销售利润空间
日益下降 ,因此 ,优化设计整车配送网络是降低物流 成本的根本保证 。整车物流网络规划方案必须综合 考虑库存控制策略 、设施布局 、运输规模效应等决策
收稿日期 :2004 - 12 - 30 ;修订日期 :2005 - 01 - 27 。Received 30 Dec. 2004 ;accepted 27 J an. 2005. 基金项目 :国家自然科学基金重点资助项目 (70431003) 。Foundation item :Project supported by t he National Nat ural Science Foundation , China